霍尔测速设计原理.doc-资料库

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课程设计说明书第 II页目录 1 绪论........................................................................................................................................1 1.1 课题描述........................................................................................................................ 1 1.2 基本工作原理及框图.................................................................................................... 1 2 相关芯片及硬件电路设计....................................................................................................1 2.1 STC89C52 单片机简介....................................................................... 错误！未定义书签。 STC89C52 的功能特性.......................................................................................... 2 2.1.1 STC89C52 的主要性能参数.................................................................................. 2 2.1.2 2.1.3 STC89C52 最小系统电路………………………………………………….……………..3 2.2 转数采集电路......................................................................................错误！未定义书签。 2.2.1 CS3020 的功能特性.................................................................................................3 2.2.2 采集电路图.................................................................................. 错误！未定义书签。 2.3 处理计数电路图...................................................................................................................................5 2.3.1 电路原理………………………………………………………………………………………..5 2.3.2 光耦 PC817……………………………………………………………………………………..5 2.4 总体硬件电路图…………………………………………………………....……….....6 2.4.1 总体电路分析………………………………………………………………………………...6 3 系统软件设计........................................................................................................................7 3.1 程序流程……………………………………………………………....…………...…7 3.2 程序设计………………………………………………………………………………………….8 3.3 源程序…………………………………………………………………………...…………………….8 总结.................................................................................................................................... 11 致谢....................................................................................................................................13 参考文献..................................................................................................................................14

课程设计说明书第 1页 1 绪论 1. 课题描述随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，通过霍尔传感器 DS3020，PC817 光电隔离器，实现对转数的测量，并通过发光二级管直接显示所测温度。 1.2 基本工作原理及框图本课程设计的速度测量系统由前级测量系统、模拟信号处理系统、数字信号处理系统、显示系统构成。其基本工作原理：转盘转动过中，使前级的传感器产生单位脉冲，再通过光耦（提高抗干扰能力）与单片机最小系统连接，，单片机对脉冲进行软件计数，该系统通过 I/O 口计数功能，再直接送给数码管送显示数据。基本工作原理如图 1。前级测量系统模拟信号处理系统数字信号处理系统显示系统图 1 基本工作原理框图前级测量系统是有霍尔传感器组成来完成采集部分，模拟信号处理系统是有一个单通道光耦组成，而后面的数字信号处理系统是由单片机构成的，主要完成对脉冲的计数与处理的任务。最后的显示是由四位共阴极数码管组成最后的显示系统。 2 相关芯片及硬件电路设计 2.1 STC89C52 单片机简介

课程设计说明书第 2页 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。图 2 STC89S52RC 引脚图 2.1.1 STC89S52RC 的功能特性具有以下标准功能：8k 字节 Flash，512 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz。但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.1.2 STC89S52RC 的主要性能参数 STC89S52RC 主要性能参数如下：  与 MC－51 产品指令系统完全兼容  32 个双向 I/O

课程设计说明书第 3页  2 个串行中断，2 个外部中断，2 个读写中断，  可编程 UART 串行通道  低功耗空闲掉电模式  软件设置睡眠和唤醒功能 2.1.3 STC89C52 最小系统外围电路一．时钟电路单片机时钟电路有内外两种接法（图 2）本设计用的是内部时钟接法。其中晶振选取标准的 11.509M，接地电容 30PF。图 2 （a）内部方式时钟电路（b）外部方式时钟电路二．复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。常用的以下三种电路接法。（a）上电复位（b）按键电平复位图 3 复位电路（c）按键脉冲复位本设计采用的是按键电平复位电路 2.2 转数采集电路

课程设计说明书 2.2.1 CS3020 的功能特性第 4页本机电路功能原理是利用霍尔效应来实现的。在转盘的外边缘固定一磁性物体，当磁性物质与霍尔传感器相对位置最近时，传感器会产生响应脉冲。供后级电路的信号处理。 CS3020 是一个 3 端元件，外形与三极管相似，只要接上电源，地，即可工作。输入通常是集电极开门输出，工作电压范围宽，使用方便。电源电压范围宽、无可动部件可靠性高、抗环境应力，可直接同双极和 MOS 逻辑电路相连接。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做的很简单，只要在转轴的圆周上黏上一粒磁钢，让霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转是，就会不断的产生脉冲信号输出，霍尔元件对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试，这种传感器不怕灰尘，油污，在工业现场应用广泛。 CS3020 的结构如：图 4 引脚说明： 1——VCC 2——地 3——输出 2.2.2 采集电路图图 4 CS3020 前级电路是用电机模拟转数，转轴上固定一转盘，且转盘的边缘沾有磁钢点，坐标位。转盘与传感器相近既满足实验要求。

课程设计说明书第 5页图 5 采集电路原理图 2.3 处理计数电路。 2.3.1 电路原理本设计采用光耦 PC817 作为隔离元件，也对前级传感器的输出信号整形作用，减少了在单片机计数时的噪声干扰。光耦隔离单片机 I/O 口图 6 计数原理图 2.3.2 光耦 PC817 光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

课程设计说明书第 6页本设计采用但输入光耦 PC817 工作如图 7 图 7 光耦结构引脚说明： 4——VCC 3——输出端 VCC 接 5V 既可转化为和单片机匹配的 TTL 电平。 . 2.4 总体硬件电路图图 8 总体电路图 2.4.1 总体电路图分析对用采用霍尔传感器测速电路中，一般采用传感器输出接电压比较器对脉冲整形

课程设计说明书第 7页再输出，这样电路比较复杂，而且一些电阻的参数不控制。所以本设计没有采用一般的模拟电路作为处理电路。采用了光耦来完成级间的匹配问题，而且也相应的增加了抗干扰能力，电路实现简单，易控制执行。处理芯片采用单片机处理，对于转换速度完全满足要求，对于单片机程序，不复杂，容易编写。而显示电路用四位数码管来实现。因为显示电路不复杂，所以数码管显示用动态显示切用直接接法。对于计数电路的处理还可以采用计数器和移位寄存器来输出显示，但是计数量程不是很大，所以本设计用单片机来完成任务。 3 系统软件设计 3.1 程序流程图程序设计流程图如：图 9

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