基于單片機的電機轉速測量系統設計_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸出高電平。 RST變為低電平后，退出復位， CPU從初始狀態開始工作。 單片機 采用的復位方式是自動復位方式。對于 MOS(AT89C51)單片機只基于單片機 的電機轉速測量系統設計 12 要接一個電容至 VCC即可 (見圖 4－ 3)。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST端出現一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使 MCS51有效的復位。 RST端在加電時應保持的高電平時間包括 VCC的上升時間和振蕩器起振的時間， Vss上升時間若為 10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關。10MHZ時約為 1ms， 1MHZ時約為 10ms，所以一般為了可靠的復位， RST在上電 應保持 20ms以上的高電平。 RC時間常數越大，上電 RST端保持高電平的時間越長。 若復位電路失效，加電后 CPU從一個隨機的狀態開始工作，系統就不能正常運轉。 圖 43 上電復位電路 顯示電路 顯示電路采用 LED數碼管動態顯示， LED（ LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發出可見光的器件。 LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。 LED有單個 LED和八段 LED之分，也有共陰和共陽兩種。 顯示器結構 ： 常用的七段顯示器的結構如圖 4－ 4 所示。發光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 ,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。 1 位顯示器由八 個發光二極管組成，其中七個發光二極管 a~g 控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。 基于單片機 的電機轉速測量系統設計 13 此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數字來，如圖 45所示，為七 段數碼管的管腳圖。 圖 44 七段發光顯示器的結構 圖 45 七段發光顯示器管腳的結構 驅動方式 ： 采用的數碼管驅動為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅動器，其結構簡單，使用方便，圖 46為 7407的圖以及各個引腳的分布功能介紹。 基于單片機 的電機轉速測量系統設計 14 圖 46 7407 管腳的結構 顯示方式 ： 為了節省 I/O口線，我們采用的動態顯示方式。 所謂動態顯示，就一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調整電流和時間參數，可實現亮度較高較穩定的顯示。若顯示器的位 數不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需 8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個 8 位口 （稱 為段 數據 口）。本 次 設計 要求 的轉 速測 量范 圍60r/min36000r/min，所以只需要 5 位數碼管即可 。 5 位共陰極顯示器和AT89C51 的接口邏輯如圖 47 所示。 AT89C51 的 P0 口作為段數據口，接上拉電阻到顯示器的各個段； P2 口作為掃描口，經同相驅動器 7407 接顯示器公共極。 對于圖 47中的 5位顯示器，在 AT89C51RAM 存貯器中設置五個顯示緩沖器單元 30H－ 35H，分別存放 5 位顯示器的顯示數據 ， AT89C51 的 P2基于單片機 的電機轉速測量系統設計 15 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i onS i z eAD a t e : 7 O c t 20 13 S he e t o f F i l e : D : \畢業論文 \基于單片機的電動機轉速測量系統電路 .dd bD r a w n B y:P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728R S T / V pd9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P S E N29A L E / P30E A / V P P31V C C40U1A T 89 C 5 1Y112MC130 p FC230 p FX T 1X T 2R8220R910kC310 u FS1 V C CRST晶振、復位電路R S TX T 1X T 2R 1 11kR 1 21kR 1 31kR 1 41kV C CP 20P 21P 22P 23P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06轉速顯示電路V C CP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 20P 21P 22P 23V C CD1LEDR 1 0360Q1P N PQ2P N PQ3P N PQ4P N P123J1C O N 3V C CoutP 33P 32P 33紅外發射和接收R1 1kR2 1kR3 1kR4 1kR5 1kR6 1kR7 1k117421105abcdefg3dp12G N Dabfcgdedp9G N Dabfcgdedp8G N Dabfcgdedp6G N DabfcgdedpU2R E S 2整形電路1 2U 3 A74 L S 14out P 32 3 4U 3 B7 4 L S 1 4單片機外圍接口電路基于單片機的轉速測量口掃描輸出總是只在一位為低電平，即 5 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平， AT89C51 的 P0 口相應位（陰極為低）的顯示數據的段數據，使該位顯示出一個字符，其它們為暗，依次地改變 P2 口輸出為高的位， P0 口輸出對應的段數據， 5 位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數據所確定的字符。 圖 47 五位動態顯示電路 霍爾傳感器簡介 霍爾器件概述 霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器，已發展成一個品種多樣的基于單片機 的電機轉速測量系統設計 16 磁傳感器產品族，并已得到廣泛應用。霍爾元件是一種磁傳感器。要他們可以檢測磁場及其變化，可以在各種與磁場有關的場合中。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。 霍爾期間具有許多優點，他們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、水汽及 煙霧等污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回調、位置重復精度高（可達 um 級）。采用了各種補償措施的霍爾器件的工作 溫度范圍廣，可達 55150 度。 按照霍爾器件的功能可將他們分為：霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸出模擬量，后者輸出數字量。 按被檢測的對象的性質可將它們分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出被測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢測對象上人為設置的磁場，用這個磁場作為被檢測信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、加速度、角度、角速度、轉速、轉數以及工作狀態發生變化的時間等，轉換成電量來進行檢測和控制。 集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路 集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優點，正越來越愛到眾的重視。 集成霍爾傳感器的輸出是經過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以分為開關型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。 開關型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經過處理后輸出一個高電平或低電平的數字信號。 霍爾開關電路又稱霍爾數字電路，由穩壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發器和輸 出級組成 。 基于單片機 的電機轉速測量系統設計 17 霍爾傳感器的應用 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應強度。若不垂直，則應求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數據處理，可以得到場的分布狀態，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產生工作磁場。例如， 用一個 5 4 （ mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約 2300 高斯的磁感應強度。在空氣隙中，磁感應強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關器件的可靠工作，在應用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產品手冊中會給出。 因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結果中提取被檢信息。 AH41 霍爾開關 AH41 霍爾開關電路最適于響應變化斜率陡峭的磁場并在磁通密度較弱的場合使用，適用于單極或多對磁環工作，它由反向電壓保護器、電壓調整器、霍爾電壓發生器、信號放大器、史密特觸發器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度范圍為 40 ～ 150℃（存儲溫度為 150℃），可適用于各種機及機電一體化領域。 電參數： 參數 符號 測試條件 量值 單位 最小 典型 最大 電源電壓 VCC 輸出低電平電壓 Vout Iout=20mA BBOP 200400mV 輸出高電平電流 IOFF Vout=24V B 電源電流 ICC VCC=24V 基于單片機 的電機轉速測量系統設計 18 輸出端開路 10 mA 輸出上升時間 tr Vcc=12V RL= CL= μ S 輸出下降時間 tf Vcc=12V RL= CL= μ S 產品特點 : . 電源電壓范圍寬 . 可用市售的小磁環來驅動 . 無可動部件、可靠性高 . 尺寸小 . 抗環境應力 . 可直接同雙極和 MOS 邏輯電路接口 應用 : . 高靈敏的無觸點開關 . 直流無刷電機 . 直流無刷風機 . 霍爾開關元件的電路圖： 圖 48 霍爾傳感器的電路圖 發送模塊 根據系統功能要求，要使單片機測量的轉速能夠向上位機發送數據，硬件電路中必須要考慮到單片機的發送部分，由于單片機通過串口發送出基于單片機 的電機轉速測量系統設計 19 來的是 TTL 邏輯電平（ 0V 和 5V），而計算機 RS232 總線上輸入、輸出數據和控制信號為 +12V 左右的電壓，單片機要和 PC 的上位機通信就必須是電平一致，所以發送部分關鍵的部分是電平轉換和串口發送，電平轉換可以用模擬器件進行轉換，但是為了方便起見，本次設計采用的是集成芯片，一個芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉 換的工作。結構簡單、方便容易，精確度高。本次所采用的是 HIN232CP，我們要對其外圍電路進行設計，下面我們將詳細的敘述。 數據的傳輸 ： 當電路工作于發送數據狀態時， PC 機的 RTS 端輸出高電平，經 IC1電平轉換打開 IC3（ 74LS08）的與門 B1，使 PC 機 TXD 端輸出的數據經紅外發射電路發射出去； RTS 信號 IC1 反相后作為 CTS 信號送入計算機，同時還關閉與門 B2；使計算機不接收其它數據