基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

器和单片机。 传感器是获取自然或生产领域中信息的关键器件，是现代信息系统和各种设备不可缺少的信息采集工具。 磁传感器是一种将磁学量信号转变为电信号的器件或装置。 随着信息产业、工业自动化、医疗仪器等的飞速发展和计算机应用的普及，需要大量的传感器将被测或被控的非电信号转换成可与计 算机兼容的电信号。 作为输入信号，这就给磁传感器的快速发展提供了机遇，形成了磁传感器的产业。 其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器，在自动检测系统中，利用霍尔传感器测转数是一种最基本的测量工作。 单片机是本次设计的核心部件，它是信号从采集到输出的桥梁，而且 包括 计算、定时、信息处理等功能。 传感器及其测量系统 本次设计信号的捕获采用的是霍尔传感器。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高（可达 1MHz）、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。 霍尔线 性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无 11 磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。 取用各种补偿和保护措施的霍尔器件工作温度范围宽，可达－ 55℃ ～ 150℃。 按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件，前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。 前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体。 通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、位置、位移、速度、加速度、 角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 霍尔传感器的测量原理 霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁敏传感器。 在置于磁场中的导体或半导体通入电流 I，若电流垂直磁场 B，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差 Uh，这种现象称为霍尔效应。 利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。 因为它具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强以及体积小、使用寿命长等一系列特点，因此被广泛应用于测量、自动控制及信息处理等领域。 霍尔效应原理图如图 31所示。 12 XYZBILU hbd 图 31 霍尔效应原理图 集成开关型霍尔传感器 A44E 集成霍尔开关由稳压器 A、霍尔电势发生器 (即硅霍尔片 )B、差分放大器 C、施密特触发器 D 和 OC 门输出 E 五个基本部分组成，如图（ a）所示。 (1)、 (2)、 (3)代表集成霍尔开关的三个引出端点。 在电源端加电压 Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差 VH 输出，该 VH 信 号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到 OC 门输出。 当施加的磁场达到工作点时，触发器输出高电压 (相对于地电位 )，使三极管导通，此时 OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。 当施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截止，使 OC 门输出高电压，这种状态为关。 这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。 工作点与释放点的差值一定，此差值称为磁滞，在此差值内， V0 保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍尔开关传感器优良特性之一。 传感器主要特性是它的输出特性，即输入磁感 13 应强度 B与输出电压 V0 之间的关系。 A44E 集成霍尔开关是单稳态型，由测量数据作出的输出特性曲线如图 32(b)所示。 测量时 ， 在 2 两端加 5V 直流电压 ,在输出端 3 与 1 之间接一个 2k 的负载电阻，如图33 所示。 DABCEVC C( 1 )( 2 )G N DO U T( 3 )( a )0 5 1 01 5 2 03691 2VO/ VB / m T释 放 点( O F F )工 作 点( O N )( V )( b ) 图 32 集成开关型霍尔传感器 图 33 集成霍尔开关接线图 单片机的原理及应用 单片机原理简介 单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算 14 机的各种功能部件，包括 CPU(Central Processing Unit)、随机存储器 RAM(Random Access Memory)、只读存储器 ROM(Readonly Memory)、基本输入 /输出 (Input/Output)接口电路。 定时器 /计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能。 单片机内部结构示意图如图 34 所示。 图 34 单片机内部结构示意图 （ CPU） 中央处理器是单片机最 核心的部分，主要完成运算和控制 能。 内部存储器包括内部数据存储器（内部 RAM）和内部程序存储器。 存储器是由大量的寄存器所组成，其中每一个寄存器就称为一个存储单元。 /计数器 单片机的定时器和计数器是同一结构，只是计数器记录的是单片机外 定时 /计数器 中断系统 CPU 存储器 并行I/O口 串口I/O口 TXD TXD RXD T INT P0P3 15 部发生的事件，由单片机的外部电路提供计数信号；而定时器是由单片机内部提供一个非常稳定的计数信号。 中断系统在计算机中起着十分重要的作用，是现代计算机系统中广泛采用的一种实时控制技术，能对突发事件进行及时处理，从而大大提高系统的实时性能。 I/O 接口 串行 I/O 口的数据各位按顺序传输，其特点是需要一对传输线，成本低；但速度慢，效率低，适合静态显示。 I/O 接口 并行 I/O 接口的数据所有位同时传送。 其特点是传输速度快，效率高；但传送多少位就需要多少根传输线，因此传送成本高，适合动态显示。 单片机的引脚功能介绍 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8K Bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ EPROM）和 256字节的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度 、非易失性存储技术生产，与标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大，AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控 制场合应用。 16 图 35 AT89C52 引脚图 AT89C52 提供以下标准功能： 8K 字节 Flash 闪速存储器， 256 字节内部 RAM， 32 个 I/O 口线， 3 个 16 位定时 /计数器， 5个中断源， 一个全双工串行通信口，片内具有振荡器及时钟电路。 AT89C52 管脚图如图 所示。 AT89C52 的主要管脚功能如下： ～ ： P0 口是一组 8位漏极开路型双向 I/O 口，也是地址 /数据总线复用口。 ～ ： P1 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口。 ～ ： P2 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口。 ～ ： P3 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口。 ALE：地址锁存控制信号。 在系统扩展时， ALE 用于控制把 P0 口输出的低 8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的 分时传送。 此外，由于 ALE 是以晶振 1／ 6 的固定频率输出的正脉冲，因此，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 17 PSEN ：外部程序存储器读选通信号。 在读外部 ROM 时， PSEN 有效 (低电平 )，以实现外部 ROM 单元的读操作。 EA ：访问程序存储控制信号。 当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 RST：复位信号。 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 XTALl 和 XTAL2：外接晶体引线端。 当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VSS：地线。 VCC： +5V 电源。 如果把前述的信号定义为引脚第一功能的话，则根据需要再定义的信号就是它的第二功能。 P3 的 8 条口线都定义有第二功能，如表 31 所示 对于有内部 EPROM 的单片机芯片 (例如 87C51)，为写入程序须提供专门的编程脉冲和编程电源。 它们也由引脚以第二功能的形式提供的，即： 编程脉冲： 30 脚 ( /ALE PROG ) 编程电压 (25V)： 31 脚 ( /EAVPP ) 18 表 31 P3 口引脚与第二功能 引脚 第二功能 信号名称 RXD 串行数据接收 TXD 串行数据接收 0INT 外部中断 0 申请 1INT 外部中断 1 申请 T0 定时 /计数器 0 的外部输入 T1 定时 /计数器 1 的外部输入 WR 外部 RAM 写选通 RD 外部 RAM 读选通 单片机中断系统介绍 中断是 指 当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的事件， CPU 暂时中止当前的程序，转去执行服务程序，以对发生的更紧迫的事件进行处理，待处理结束后， CPU 自动返回原来的 程序执行 AT89C52系列单片机的系统有 5个中断源， 2个优先级，可实现二级中断服务嵌套。 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求； 由 中断优先级寄存器 IP 安排各优中断源的优先级；同一优先级内各终端同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。 采用的外部中断方式包括外部中断 0和外部中断 1，它们的中断请求信号分别由单片机引脚 0INT / 和 1INT / 输入。 19 外部中断请求有两种信号方式：电平触发方式和脉冲触发方式。 电平触发方式的中断请求是低电平有效。 只要在 0INT 和 1INT 引脚上出现有效低电平时，就激活外部中断方式。 脉冲触发方式的中断请求则是脉冲的负跳变有效。 在这种方式下，在两个相邻机器周期内， 0INT 和 1INT引脚电平发生变化，即在第一个机器周期内为高电平，第二个机器周期内为低电平，就激活外部中断。 由此可见， 在脉冲方式下，中断请求信号的高电平和低电平状态都应至少维持一个机器周期，以使 CPU 采样到电平状态的变化，本次设计所采用的触发方式为脉冲触发方式。 CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器 IE 控制的。 IE 的状态可通过程序由软件设定，某位设定为 1，相应的中断源中断允许；某位设定为 0，相应的中断源中断屏蔽。 CPU复位时， IE 各位为 0，禁止所有中断。 IE 寄存器各位的定义如下。 EX0（ ）外部 0INT 中断允许位； ET0（ ）定时 /计数器 T0 中断允许位； EX1（ ）外部 1INT 中断允许位； ET1（ ）定时 /计数器 T1 中断允许位； ES（ ）串行口中断允许位； EA（ ） CPU 中断允许位。 AT89C52 单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。 每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器 IP 中的相应的状态来规定的。 IP 的状态由软件设定，某位设定为 1，则相应的中断源为高优先级中断；某位设定为。 单片机复 20 位时 ， IP 各位清 0，各中断源同为低优先级中断。 IP 寄存器各位的定义如下。 PX0（ ）外部中断 0INT 优先级设定位； PT0（ ）定时 /计数器 T0 中断优先级设定位； PX1（ ）外部中断 1INT 中断优先级设定位； PT1（ ）定时 /计数器 T1 中断优先级设定位； PS（ ）串行口中断优先级设定位。 单片机定时 /计数功能介绍 AT89C52单片机定时 /计数 器的工作由两个特殊功能寄存器控制。 TMOD用于设置 其工作方式； TCON 用于控。