基于单片机的电机转速测量仪表设计

基于单片机的电机转速测量仪表设计内容摘要：

为主控制器，使用霍尔传感器测量电机的转速，最终在 LED 上显示测试结果。 此外，还可以根据需要调整制电机的转速，硬件组成由图 所示。 单片机 (Micro Controller Unit)，又称为微控制器 ,是指在一块芯片上集成了中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时器 /计数器、中断控制器以及串行和并行 I/0 接口等部件，构成一个完整的微型计算机。 目前，新型单片机内还有 A/D(D/A)转换器、高速输入输出部件、 DMA 通道 、浮点运算等特殊功能部件。 由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适用于工 业控制及其数据处理场合。 STC89C52RC 是拥有 256 字节的 RAM， 8K的片内 ROM， 3个 16 位定时器， 6个中断源的微处理器 ,也就是俗称的单片机。 89系列单片机的内核是 8031，所以其指令与 Intel 8051 系列单片机完全兼容并且具有以下优点： （ 1）内部含有 Flash 存储器（ STC89C52RC 有 8k）。 因此在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。 同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。 （ 2）插座与 80C51兼容。 89系列单片机的引脚和 80C51是一样的，当用 89系列单片机取代 80C51时，可以直接进行代换。 （ 3）静态时钟方式。 89系列单片机采用静态时钟方式，可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。 （ 4）错误编程亦无废品产生。 因为 89系列单片机内部采用了 Flash 存储器，所以，错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。 （ 5）可反复进行系统试验。 用 89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统试验，每次试验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优。 而且随着用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断能追随用户的最新要求。 （ 6） 具有看门狗功能 ； STC89C52RC 单片机的工作模式 ： 掉电模式：典型功耗 , 可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序 空闲模式：典型功耗 2mA 典型功耗 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 典型功耗 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。 常州大学本科生毕业设计 第 9 页 共 34 页 图 STC89C52RC 单片机引脚图 STC89C52RC 引脚图如图 所示 ，此 芯片共 40 引脚 ，每个引脚的功能如下： 18脚 : 通用 I/O 接口 ~ 9脚 : rst 复位键 脚 :RXD 串口输入 TXD 串口输出 1219:I/O p3 接口 (12,13 脚 INT0 中断 0； INT1 中断 1； 14,15 : 计数脉冲 T0 T1； 16,17: WR 写控制 RD 读控制输出端 ) 18,19: 晶振谐振器 20： 地线 2128： p2 接口 高 8 位地址总线 29: psen 片外 rom 选通端 ， 单片机对片外 rom 操作时 29脚 (psen)输出低电平 30:ALE/PROG 地址锁存器 31:EA rom 取指令控制器 高电平片内取 低电平片外取 3239:~(注意此接口的顺序与其他 I/O 接口不同 与引脚号的排列顺序相反 ) 40:电源 ： +5V 时钟电路 STC89C52 单片机芯片内部设有一个由反向放大器所构成的振荡器。 19 脚 (XTAL1)为振荡器。 常州大学本科生毕业设计 第 10 页 共 34 页 反相放大器和内部时钟发生电路的输入端， 18脚 (XTAL2)为振荡器反相放大器的输出端。 在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元器件，内部振荡电路就会产生自激振荡。 本系统采用的定时元器件为石英晶体（晶振）和电容组成的并联谐振回路。 晶振频率为6MHz，电容大小为 15~30pF，电容的大小可以起到频率微调的作用，时钟电路如图 所示。 图 时钟电路（晶振） 复位电路 STC89C52 的复位是由外部的复位电路来实现的 ,复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式 ,本设计采用的是最简单的上电自动复位电路 ,其电路图如图 所示。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电实现的，当电源接通时只要 VCC 的上升时间不超过 1毫秒 ,就可以实现自动上电复位。 本设计时钟频率选用 6MHZ,电容取 22 微法 ,电阻取 1千欧。 图 复位电路 常州大学本科生毕业设计 第 11 页 共 34 页 键盘按键模块 本设计使用的 单片机按键板，可以与单片机系统核心板进行连接，板子小巧，做工优良，按键齐全，同时带有外扩展插针。 使用 6*4 的按键键盘，可以对系统输入各种定义好的指令。 其元件图如图 所示。 图 键盘元件电路图 显示模块 LCD1602 特征及应用 微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖 珍式仪表和低功耗应用系统中。 LCD1602 的特性 +5V 电压，对比度可调 ； 内含复位电路 ； 提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 ； 有 80 字节显示数据存储器 DDRAM； 内建有 192 个 5X7 点阵的字型的字符发生器 CGROM； 8 个可由用户自定义的 5X7的字符发生器 CGRAM。 LCD1602 管脚功能 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为电源地 第 2 脚： VDD 接 5V 电源正极 第 3 脚： V0 为液晶显示器对比度 调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源K 100S W P BK 101S W P BK 102S W P BK 103S W P BR 160R 159R 158R 157+5K E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4 常州大学本科生毕业设计 第 12 页 共 34 页 时对比度最高（对比度过高时会 产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K的电位器调整对比度）。 第 4脚： RS为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0时选择指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 第 6 脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 第 15～ 16 脚：空脚或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。 图 为 LCD1602 引脚图。 图 LCD1602 引脚图 LCD1602 显示码 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 因为 1602 识别的是 ASCII 码，试验可以用 ASCII 码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值。 图 为 1602 的 16进制 ASCII 码表地址。 读的时候，先读左边那列，再读上面那行。 LCD1602 的具体电路图如 图 所示。 常州大学本科生毕业设计 第 13 页 共 34 页 图 1602 的 16 进制 ASCII 码表地址 图 LCD 显示器电路图 通 信 模块 根据系统功能要求，要使单片机测量的转速能够向上位机发送数据，硬件电路中必须要考虑到单片机的发送部分，由 于单片机通过串口发送出来的是 TTL 逻辑电平（ 0V和 5V），而计算机 RS232 总线上输入、输出数据和控制信号为 +12V 左右的电压，单片机要和 PC 的上位机通信就必须是电平一致，所以发送部分关键的部分是电平转换和串口发送，电平转换可以用模拟器件进行转换。 为了方便起见，本设计采用的是 MAX232 芯片，一个芯片加上它的外围电路即可完成电平的转换的工作。 结构简单、方便容易，精确度高。 我们要对其外围电路进行设计，下面我们将详细的叙述。 数据的传输： A15 A14 A13 常州大学本科生毕业设计 第 14 页 共 34 页 当电路工作于发送数据状态时， PC 机的 RTS 端输出高电平，经 IC1 电平转换打开IC3（ 74LS08）的与门 B1，使 PC 机 TXD 端输出的数据经红外发射电路发射出去； RTS信号 IC1 反相后作为 CTS 信号送入计算机，同 时还关闭与门 B2；使计算机不接收其它数据信号。 该必发器的数据传输速率最好设在 9600b/s 为宜，以确保数据传输的可靠性。 器件的介绍： RS232C 是美国电气工业协会推广使用的一种串行通信总路线标准，是 DCE(数据通信设备，如微机 )和 DTE(数据终端设备，如 CRT)间传 输串行数据的接口总线。 RS232C最大传输距离为 15m，最高传输速率约 20kbps，信号的逻辑 0 电平为 +3V～ +15V。 逻辑1 电平为 3V～ 15V。 其 特性 为 ： EIARS232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定； 在 TxD 和 RxD 上：逻辑 1(MARK) =3V～ 15V 逻辑 0(SPACE)=+3～＋ 15V 在 RTS、 CTS、 DSR、 DTR 和 DCD 等控制线上： 信号有效（接通， ON 状态，正电压）＝ +3V～ +15V 信号无效（断开， OFF 状态，负电压）＝ 3V～ 15V 连接器 DB9 DB9是 RS232 信号线的连接器，其连接器的机械特性见图 ，表 所示 RS232信号线名称、符号以及对应在 DB9 上的针脚号。 表 RS232 信号线和 DB9 引脚关系 符 号 名 称 引 脚 DCD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI 接收信号载波检测 数据接收线 数据发送线 DTE 装置数据就绪 公共地 DCE 装置就绪 请求发送 清除发送 振铃指示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 常州大学本科生毕业设计 第 15 页 共 34 页 图 连接器的机械特性 3. MAX232 芯片 MAX232 芯片是美信（ MAXIM）公司专为 RS232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用 +5v 单电源供电。 其特点是 符合所有的 RS232C 技术标准 ； 只需要单一 +5V 电源供电 ； 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生 +10V 和 10V 电压 V+、 V； 功耗低，典型供电电流 5mA； 内部集成 2 个 RS232C 驱动器 ； 高集成度，片外最低只需 4个电容即可工作。 其电路图如图 所示。 图 通讯模块电路图 数据存储模块 存储存储器 AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256 个 8 位字节， CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。 AT24C02 有一个 16 字节页写缓冲器。 该器件通过 IIC 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。 其引脚图如图 所示。 RxD TxD 常州大学本科生毕业设计 第 16 页 共 34 页 图 AT24C02 引脚图 其电路图如图 所示。 图 存储模块电路图 表 AT24C02 管脚功能表 管脚名称 功能 A0、 A A2 SDL SCL WP VCC VSS 器件地址选择 串行数据、地址 串行时钟 写保护 +~ 工作电压 地 AT24C02 的存储容量为 2Kb，内容分成 32 页，每页 8B，共 256B，操作时 采用 芯片寻址 的方式 ： AT24C02 的芯片地 址为 1010，其地址控制字格式为 1010A2A1A0R/W。 其中 A2， A1， A0 可编程地址选择位。 A2， A1， A0 引脚接高、低电平后得到确定的三位。