基于单片机测速仪的设计说明.doc
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1、目录摘要2第一章 引言21.1课题研究的目的31.2课题研究的主要容31.2.1设计要求31.2.2难点3第二章 硬件电路具体设计方案42.1方案论证42.1.1系统组成42.2系统的工作过程42.2.1转速的测量52.3主控制器52.3.1 SCT89C52 引脚功能介绍5第三章 传感器的选择73.1霍尔传感器介绍73.2霍尔传感器测速原理7第四章 测量磁场与工作设置84.1 测量磁场84.2 工作磁体的设置9第五章 霍尔电路设计105.1工作方法105.2 齿轮、感应距离和角精度115.3 电路图设计11第六章 报警126.1蜂鸣器的作用126.2蜂鸣器的分类126.3报警电路13第七章
2、LCD显示137.1液晶显示模块概述137.2模块引脚说明147.3接口时序147.4串行连接时序图157.5用户指令集167.6 备注197.6.1具体指令介绍197.7显示坐标关系217.8显示RAM22第八章 软件设计238.1程序流程图23结束语23致24参考文献24附录一 硬件原理图25附录二 程序代码25基于单片机测速仪的设计 作 者:香坤 指导教师:晓祥摘要测速装置在机车控制系统中占有非常重要的地位,对测速装置的要分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。现介绍了应用霍尔传感器通过测量磁场强度,来得到稳定的脉冲方波信号,实现机车转速的测量。给出了以STC89C52为核心,利用单片机
3、的运算和控制功能,并采用系统化LCD显示模块实时显示所测速度的设计方案,以与串口数据存储电路和系统软件。该方案由于使用了系统化LCD显示模块,以与高效快速算法,因而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性。关键词:测速装置;霍尔传感器;速度测量;LCD显示模块;串行数据存储电路;实时数据处理AbstractDetecting speed equipment is one of great importance in engine control system. The requirement ofspeed - detecting equipment is high re
4、solution ability,high precision and as short detecting time as possible .This paper mainly introduces how to get steady pulse square wave signal by detecting the intensity of magneticfieldthrough Hall sensor and achieve detecting the rotating speed of locomotiveThis paper presents a STC89C52 as the
5、core, using SCM computing and control functions, and using systematic LCD display real-time display module measured by the speed design programmes, as well as serial data storage circuit and system software . The programme because of the systematic use of LCD display modules, rapid and highly effici
6、ent algorithms, which can save system resources and simplify procedures on the basis of design guarantee the accuracy and real-time systems.Key words:measuring speed device;Hall sensor;speed measurement; LCD display modules, serial data storage circuit; real-time data processing第一章 引言随着超大规模集成电路技术提高,
7、尤其是单片机应用技术以其功能强大,价格低廉的显著特点,使全数字化测量转速系统得以广泛应用。本文在此基础上对全数字测量转速系统的硬件和编程作一探讨。单片机突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集 ,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码性好。外围电路更少,因而得到了广泛的应用。另外其较少的指令与较强的实用功能更为许多单片机初学者之首选品牌.单片机指令少,PIC中低档系列单片机共有35条指令,非常有利于易记忆和掌握,指令为单字节,占用程序存储器的空间小,而且中档系列单片机每一条指令为14位,前6位存操作指令,后8位存操作数. 大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片,支持低电压擦写,擦写
8、速度快,允许多次擦写,程序修改方便。基于单片机以上特点使其在现代工业占据了举足轻重的位置。其中利用单片机设计测速系统就是特例之一。 本设计以STC89C52为核心,通过霍尔传感器来检测低速物体的运转情况进而实现物体转速的测量 ,最后用LED能直观的将速度显示给用户,并且在速度高于一定的值时可自动向用户报警,实现速度的实时测量。1.1课题研究的目的 转速是工程中应用非常广泛的一个参数,其测量方法较多,而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法,目前这中测量方法已不能适应现代科技发展的要求。随着大规模与超大规模集成电路的发展,使得全数字测量仪器越来越普与,其转速测量仪器也可以用全数字化处理。
9、在测量围和测量精度方面都有很大提高。因此,本次设计的目的是:对各种测量转速的方法加以分析,针对不同的应用环境,利用STC89C52系列单片机设计一种全数字化测速仪器,并从提高测量精度的角度出发,分析讨论其产生误差的可能原因,为今后的实际使用提供参考。本设计以单片机为中心,设计全数字化测速仪器,这在工业控制和民用电器中都有较高的使用价值。其次该转速测量仪器由于采用全数字化结构,因而可以很方便的和工业控制计算机进行连接,实行远程管理和控制,进一步提高现代化水平,而且,几乎不需要做较大的改变就能作为单独的产品使用。总之,转速测量仪器的研究是一个非常有意义的课题。1.2课题研究的主要容系统以单片机ST
10、C89C52为控制核心,用霍尔传感器作为测量转速的检测元件,经过单片机数据处理,用RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块显示速度和运行时间。1.2.1设计要求 1)可以对低速物体的转动速度、运行时间进行测量。 2)当物体运行速度超出一定限制时蜂鸣器会发出报警信号。1.2.2难点 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件,由于本仪表在日常应用中很有可能处于较强电磁干扰的环境中,因此必须采取抗干扰措施,否则系统难以稳定、可靠运行。第二章 硬件电路具体设计方案2.1方案论证要测速,首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时,常用测速发电机的方法,即将测速发电机的转轴与待测轴相连,测速发电机的电压高低
11、反映了转速的高低。使用单片机进行测速,可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周,产生一个或固定的多个脉冲,并将脉冲送入单片机中进行计数,即可获得转速的信息。在本方案中,测量转速的霍尔传感器和被测物体同轴连接,机轴每转一周,产生一定量的脉冲个数,由霍尔器件电路部分输出。经光电耦合器后,成为转数计数器的计数脉冲。同时传感器电路输出幅度为12V的脉冲经光电耦合后降为5V,保持89C52逻辑电平相一致。控制计数时间,即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。CPU将该值数据处理后,在LED显示屏上显示出来。一旦超速,CPU通过喇叭发出报警信号。2.1.1系统组成 单片机转速测量系统由传感器、处理器、
12、计算器和显示器四个部分组成。传感器采用霍尔器件将低速物体的转速转化为脉冲信号,处理器采用89C52单片机,计数器采用单片机片计数器完成脉冲信号的计数,显示器采用2864M汉字图形点阵液晶显示模块进行显示。系统组成框图被 测 物 体传 感 器单 片 机LCD 显 示2.2系统的工作过程 测量转速的霍尔传感器与物体的机轴相连,机轴每转一周,产生一定的脉冲个数,由霍尔器件电路部分输出,成为转速计数器的计数脉冲,控制计数时间,即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值,单片机CPU将该数据处理后,通过显示屏显示出来。2.2.1转速的测量 转速传感器由磁钢、霍尔元件组成,将一非磁性圆盘固定装在物体的转轴上,
13、圆盘边缘等距离用环氧树脂粘贴块状磁钢,磁钢采用永久磁铁分割成的小磁块,其磁力较强,霍尔元件固定在距磁块平面1-3mm处,当磁块与霍尔元件位置相对发生变化时,通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化,圆盘转动,磁块靠近霍尔元件,穿过霍尔元件的磁场较强,当圆盘转到使霍尔元件处于磁块之间时,磁力线分散,霍尔元件输出低电平,当磁场减弱时,输出高电平,从而使得在物体转动过程中霍尔开关集成电路输出连续脉冲信号。2.3主控制器 使用单片机,对于单片机的选择,可以考虑使用8031与8051系列,由于8031没有部RAM,系统又需要大量存存储数据,因而不适用。SCT89C52 是美国 ATMEL公司生产的低功耗
14、,高性能 CMOS8 位单片机,片含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器和部集成了看门狗系统,兼容标准 8051 指令系统与引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程,所以低价位SCT89C52单片机可为提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域,对于简单的测温系统已经足够。单片机SCT89C52 具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。主要特性如下与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全
15、静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式片振荡器和时钟电路 2.3.1 SCT89C52 引脚功能介绍SCT89C52 单片机为40 引脚双列直插式封装。 其引脚排列和逻辑符号如上图 所示。 各引脚功能简单介绍如下: VCC:供电电压GND:接地P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时,P0口作为原码输入口,当FLASH
16、进行校验时,P0输出原码,此时P0外部电位必须被拉高。P1口:P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后,电位被部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚电位被部上拉电阻拉高,且作为输入。作为输入时,P2口的管脚电位被外部拉低,将输出电流,这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存
17、取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用部上拉的优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被部上拉为高电平,并用作输入。作为输入时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL),也是由于上拉的缘故。P3口也可作为SCT89C52的一些特殊功能口:P3.0 RXD(串行输入口)l P3.1 TXD(串行输出口)l P3.2 INT0(外部中断0)l P3.3 INT1(外部中断1
18、)l P3.4 T0(记时器0外部输入)l P3.5 T1(记时器1外部输入)l P3.6 WR (外部数据存储器写选通)l P3.7 RD (外部数据存储器读选通)同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE / PROG :当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过
19、一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令时ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间,每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP:当EA保持低电平时,访问外部ROM;注意加密方式1时,EA将部锁定为RESET;当EA端保持高电平时,访问部ROM。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输
20、入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。2片机SCT89C52具有低电压供电和小体积等特点,两个端口刚好满足电路系统的设计需要,很合适携手特式产品的使用。第三章 传感器的选择3.1霍尔传感器介绍霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器,我国从70 年代开始研究霍尔器件,经过20 余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,它具有灵敏度高,线性度好,稳定性高、体积小和耐高温等特点,在机车控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。发电机转速的检测方案可分成两类:用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号,它
21、运行可靠,但体积大,精度低,且由于测量值是模拟量,必须经过A/D转换后读入计算机。脉冲发生器的工作原理是按发电机转速高低,每转发出相应数目的脉冲信号。按要求选择或设计脉冲发生器,能够实现高性能检测。 所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低,构造简单,性能好。在机车电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境,因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低,构造简单,性能好。在机车电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境,因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。3.2霍尔传感器测速原理 霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如下图所示。磁场由磁钢提供,所以霍尔传感器和磁钢需
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