- 1 - 目 錄 1 引言 .- 1 - 2 總體方案設(shè)計(jì) .- 1 - 2.1 總體方案一 .- 2 - 2.2 總體方案二 .- 2 - 3 分電路設(shè)計(jì)和論證 .- 2 - 3.1 電源電路 .- 2 - 3.2 數(shù)據(jù)的采集及處理 .- 3 - 3.3 最小系統(tǒng) .- 8 - 3.4 報(bào)警系統(tǒng) . - 11 - 3.5 顯示系統(tǒng) . - 12 - 4 軟件設(shè)計(jì) . - 14 - 4.1 程序流程圖 . - 14 - 4.2 程序 . - 17 - 5 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 . - 17 - 6 附錄 . - 19 - 7 參考文獻(xiàn) . - 24 - - 1 - 電動(dòng)車?yán)锍趟俣葴y(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要： 本文給出一種電動(dòng)車?yán)锍趟俣葴y(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)采用了 8051 單片機(jī)，紅外線傳感器， LED 數(shù)碼管顯示。通過(guò)紅外線傳感器采集數(shù)據(jù)，達(dá)到測(cè)量與顯示電動(dòng)車的里程和速度。 關(guān)鍵詞： 8051 單片機(jī)；紅外線傳感器；速度及里程測(cè)量 1 引言 隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也日益增加，尤其是對(duì)健身的要求。電動(dòng)車在中國(guó)普遍作為代步工具。而在國(guó)外，電動(dòng)車卻是一項(xiàng)十分受歡迎的健身運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗鼰o(wú)污染，價(jià)位低廉，老少皆宜 。而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以充分享受到大自然，對(duì)于忙碌的現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種較好的放松方法。在中國(guó)這種情況也在慢慢發(fā)生變化。因此愛(ài)好電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)的人十分需要一款裝置，以知道自己的運(yùn)動(dòng)情況。并根據(jù)外界條件，如溫度等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，已達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)的效果。 隨著電動(dòng)車?yán)锍瘫淼陌l(fā)展 ,其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時(shí)間顯示，甚至有的還具有測(cè)量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能，讓人能清楚地知道當(dāng)前的速度、時(shí)間、里程等物理量。如佛山高明華勁電子公司的電動(dòng)車?yán)锍瘫?MS-601,能動(dòng)態(tài)顯示行駛里程、騎車時(shí)間、實(shí)時(shí)車 速等。 本設(shè)計(jì)中，我們以 8051 單片機(jī)為控制核心，采用霍爾傳感器檢測(cè)電動(dòng)車輪胎的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過(guò)一定的抗干擾處理和計(jì)算后，由 LED 顯示電動(dòng)車的里程。本設(shè)計(jì)中，計(jì)數(shù)的正確性決定了本裝置的精度，如何在復(fù)雜的環(huán)境中得到正確的計(jì)數(shù)脈沖，是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，初步的解決辦法是在硬件上進(jìn)行合理的濾波，軟件上進(jìn)行一定的算法處理。其原理很簡(jiǎn)單，因?yàn)檐囕喌闹睆揭阎?，車輪的圓周長(zhǎng)便是恒定不變的。由此可以計(jì)算出每走一里路車輪要轉(zhuǎn)多少圈，這個(gè)數(shù)也是恒定不變的。因此只要能夠自動(dòng)把車輪的轉(zhuǎn)數(shù)積累下來(lái)，然后除以每一里路對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)就可以得到行駛的 里程了。 本里程表的設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，顯示清晰，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。并且可進(jìn)行擴(kuò)充，加入時(shí)速表的功能，更加方便的了解你現(xiàn)在所處的情況。 設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)車車輪半徑可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，用霍爾傳感器測(cè)定出電動(dòng)車的里程和平均速度，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)的電動(dòng)車?yán)锍瘫硐到y(tǒng)。 可測(cè)定電動(dòng)車?yán)锍獭?可測(cè)定電動(dòng)車的平均速度，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。 要實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)，就應(yīng)把整個(gè)電路分為幾大模塊。分別是單片機(jī)控制模塊，顯示模塊，鍵盤輸入模塊，報(bào)警模塊和串口下載模塊。先通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試之后再將其組合起來(lái)進(jìn)行整機(jī) 調(diào)試。 首先就是要理清實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的框圖，在總體框圖的指導(dǎo)下，作出具體的電路圖，由要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能，計(jì)算出各個(gè)電路元件的值，并逐一對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行選擇。最后用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真操作，調(diào)試軟件，并對(duì)照出設(shè)計(jì)有誤的地方進(jìn)行必要的修正，確保設(shè)計(jì)的正確。 要實(shí)現(xiàn)該電路的設(shè)計(jì)，首要的就是要制定出設(shè)計(jì)的原理框圖，并在老師的指導(dǎo)和參照資料的條件下作出具體電路圖，選定實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的各種元器件。另外，還應(yīng)由必要的軟件幫助設(shè)計(jì)的完成。 2 總體方案設(shè)計(jì) 對(duì)同一種目的的實(shí)現(xiàn)，可以用不同的方案，下面就著重介紹以下各種不同方案對(duì)同一目 的的實(shí)現(xiàn)方法。并比較他們的優(yōu)劣，最終確定本次設(shè)計(jì)要采用的方案。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 2 - 2.1 總體方案一 這種方案采用 LCD 顯示模塊、供電模塊、信號(hào)采集模塊、報(bào)警模塊組成。通過(guò)霍爾傳感器將采集到的信號(hào)送到 52單片機(jī)，通過(guò)軟件編程對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制后，再通過(guò) LCD 液晶顯示模塊顯示出電動(dòng)車?yán)锍毯推骄俣?。系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 圖 1 方案一原理框圖 2.2 總體方案二 本速度里程表系統(tǒng)由信號(hào)預(yù)處理電路、單片機(jī)、顯示電路、串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。信號(hào)預(yù)處理電路中的放大器用于對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大以降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求波形變換和波形整形電路則用來(lái)將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)接口的信號(hào)通過(guò)單機(jī)的設(shè)置可使引腳能夠?qū)?nèi)部定時(shí)器的工作進(jìn)行控制這樣能精確地測(cè)出加引腳的正脈沖寬度即測(cè)出脈沖信號(hào)的周期速度。顯示部分采用數(shù)碼管顯示。所得的數(shù)據(jù)采用總線并通過(guò)來(lái)存儲(chǔ)因 而節(jié)省了所需單片機(jī)的接口線和外圍器件同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程。如圖 2所示。 8051數(shù)碼管顯示 報(bào)警 電源供電 信號(hào)輸入 圖 2 方案二原理框圖 對(duì)比兩個(gè)方案，方案一用 LCD 液晶顯示器來(lái)作為顯示模塊，而方案二采用八段數(shù)碼管。液晶顯示器比數(shù)碼管更貴，且對(duì)其進(jìn)行編程控制也更難。數(shù)碼管顯示更加直觀，控制也更容易。這樣即降低了成本同時(shí)也更方便對(duì)先好進(jìn)行采集。綜合以上所述，我們決定選擇方案二作為本次課程設(shè)計(jì)的方案。 3 分電路設(shè)計(jì)和論證 3.1 電源電路 （ 1） USB供電 由于從 USB的 4號(hào)引腳出 來(lái)的是 5V的直流電，故可以直接作為單片機(jī)供電電路無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 3 - 用，為了防止電流的反灌，加了一個(gè)二極管。 （ 2）用 7805 實(shí)現(xiàn)的全橋整流電路 電源總是電路設(shè)計(jì)不可缺少的部分。這次電源電路主要由電源變壓器 T、整流橋、濾波電容器 C1、 C2、 C3、 C4、 CW7805和二極管 D1 等組成。如圖 3所示。 1234T V in1GND2V o u t 3U3C20 . 1 u fC1C3C40 . 1 u f12J1C O N 212J2C O N 2圖 3 電源電路 因?yàn)槿珮蛘麟娐冯娫吹睦寐矢?,本次采用全橋整流電路。 3.2 數(shù)據(jù)的采集及處理 傳感器的設(shè)計(jì) 紅外傳感器 紅外技術(shù) 發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代科技、國(guó)防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的 測(cè)量系統(tǒng) ，按照功能能夠分成五類：（ 1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；（ 2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（ 3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（ 4）紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；（ 5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或 者多個(gè)的組合。 紅外傳感器工作原理 （ 1）待測(cè)目標(biāo) 根據(jù)待側(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行 紅外系統(tǒng) 的設(shè)定。 （ 2）大氣衰減 待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。 （ 3）光學(xué)接收器 它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。 （ 4）輻射調(diào)制器。對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的 干擾信號(hào) 。又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。 （ 5）紅外探測(cè)器 這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來(lái)的 物理效應(yīng) 探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。此類探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和熱敏感探測(cè)器兩大類型。 （ 6）探測(cè)器制 冷器 由于某些探測(cè)器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過(guò)制冷，設(shè)備可以縮短 響應(yīng)時(shí)間 ，提高探測(cè)靈敏度。 （ 7） 信號(hào) 處理系統(tǒng)。將探測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號(hào)中提取出信息。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 4 - （ 8）顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。 常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。 依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測(cè)量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類。下面以熱探測(cè)器為例子來(lái)分析探測(cè)器的 原理 。 熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通 過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。 圖上所示為歐姆龍公司生產(chǎn)的漫反射式和對(duì)射式 光電傳感器 ，這兩種傳感器主要用于事件檢測(cè)和物體定位。圖中的紅燈和綠燈表示傳感器的狀態(tài)。 紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。 傳感器市場(chǎng)發(fā)展前景 咨詢公司 INTECHNOCONSULTING的 傳感器 市場(chǎng)報(bào)告顯示， 2008年全球 傳感器 市場(chǎng)容量為 506億美元，預(yù)計(jì) 2010年全球 傳感器 市場(chǎng)可達(dá) 600億美元以上。調(diào)查顯示， 東歐 、亞太區(qū)和加拿大成為 傳感器 市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，而 美國(guó) 、德國(guó)、日本依舊是 傳感器 市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言， 傳感器 市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。 一些 傳感器 市場(chǎng)比如壓力 傳感器 、溫度 傳感 器 、流量 傳感器 、水平 傳感器 已表現(xiàn)出成熟市場(chǎng)的特征。流量 傳感器 、壓力 傳感器 、溫度 傳感器 的市場(chǎng)規(guī)模最大，分別占到整個(gè) 傳感器 市場(chǎng)的 21%、 19%和 14%。 傳感器 市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)線傳感器 、 MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng) )傳感器 、生物 傳感器 等新興 傳感器 。其中，無(wú)線 傳感器 在 2007-2010年 復(fù)合年增長(zhǎng)率 預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò) 25%。 目前，全球的 傳感器 市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專家指出， 傳感器 領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基 礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代 傳感器 的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的 傳感器 市場(chǎng)，比如無(wú)線 傳感器 、 光纖 傳感器 、智能 傳感器 和金屬氧化傳感器 等新型 傳感器 的出現(xiàn)與 市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。 紅外傳感器的類型 紅外線傳感器依動(dòng)作可分為： (1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型。 (2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因 PN 接合之光電動(dòng)勢(shì)效果的量子型。 熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測(cè)輻射熱器 (Thermal Bolometer)，熱電堆 (Thermopile)及熱電 (Pyroelectric)元件。 熱型的優(yōu)點(diǎn)有：可常溫動(dòng)作下操作，波長(zhǎng)依存性 (波長(zhǎng)不同感度有很大之變化者 )并不存在，造假便宜； 缺點(diǎn)：感度低、響應(yīng) 慢 (mS之譜 )。 量子型 的優(yōu)點(diǎn)：感度高、響應(yīng)快速 (S 之譜 )； 缺點(diǎn)：必須冷卻 (液體氮?dú)?) 、有波長(zhǎng)依存性、價(jià)格偏高； 紅外線傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用，紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺(jué)得只由熱的物體放射出來(lái)，可是事實(shí)上無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 5 - 不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線，只是其波長(zhǎng)因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為 36 37C，所放射出峰值為 9 10m的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至 400 700C的物體，可放射出峰值為 35m 的中間紅外線 。 壓力傳感器 壓力 傳感器 是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通 壓力傳感器 的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任 意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用 壓電效應(yīng) 制造這樣的傳感器也稱為壓力傳感器。壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量輕，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著 MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展 ，而且其功耗小、可靠性高。 工作原理 半導(dǎo)體壓電阻型 半導(dǎo)體壓 電阻抗 擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過(guò)外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電 信號(hào) 。 靜電容量型 靜 電容 量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動(dòng)極相對(duì)而形成電容，將通過(guò)外力（壓力）使可動(dòng)極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。 （ E8Y的動(dòng)作 原理 便是靜電容量方式，其他機(jī)種采用半導(dǎo)體方式）。 霍爾 傳感器 霍爾 傳感器 是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（ A.H.Hall， 18551938）于 1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo) 電流 體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種 霍爾元件 ，廣泛地應(yīng)用于 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù) 及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的 霍爾系數(shù) ，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率 等重要參數(shù)。 由霍爾 效應(yīng)的原理知，霍爾電勢(shì)的大小取決于： Rh為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān)； IC為霍爾元件的偏置電流； B為磁場(chǎng)強(qiáng)度； d為半導(dǎo)體材料的厚度。 對(duì)于一個(gè)給定的霍爾器件， Vh將完全取決于被測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度 B。 一個(gè) 霍爾元件 一般有四個(gè)引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流 IC的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路，就會(huì)產(chǎn)生霍爾電流。一般地說(shuō)，偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準(zhǔn)電壓源給出；若精度要求高，則 基準(zhǔn)電壓源均用恒流源取代。為了達(dá)到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導(dǎo)磁系數(shù)的坡莫合金；這類傳感器的霍爾電勢(shì)較大，但在 0.05T左右出現(xiàn)飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。 近年來(lái)，由于半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的新型集成霍爾元件。這類元件可以分為兩大類，一類是線性元件，另一類是開關(guān)類元件。 霍爾傳感器包括以下幾個(gè)系列： szxrdt霍爾傳感器， szxrdt霍爾電流變送器，szxrdt霍爾電流傳感器。 工作原理 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 6 - 霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾原理制成的。它有兩種工作方式，即磁平衡式和直式?；魻栯娏鱾?感器一般由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、（次級(jí)線圈）和放大電路等組成。 1 直放式電流傳感器 眾所周知，當(dāng)電流通過(guò)一根長(zhǎng) 導(dǎo)線 時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，它可以通過(guò)磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號(hào)輸出。這一信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后直接輸出，一般的額定輸出標(biāo)定為4V。 2 磁平衡式電流傳感器（閉環(huán)式） 磁平衡式電流傳感器也叫霍爾閉環(huán)電流傳感器，也稱補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測(cè)電流 Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈，電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償， 從而使霍爾器件處于檢測(cè)零 磁通 的工作狀態(tài)。 磁平衡式電流傳感器的具體工作過(guò)程為：當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上， 所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流 Is。 這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng) ，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng)， 使霍爾器件的輸 出逐漸減小。當(dāng)與 Ip與匝數(shù)相乘 所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)， Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起指示零磁通的作用 ，此時(shí)可以通過(guò) Is來(lái)平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。 一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到 1s，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。 理論基礎(chǔ) 流體中的霍爾效應(yīng)是研究 “磁流體發(fā)電 ”的理論基礎(chǔ)。 1） 電流傳感器 必須根據(jù)被測(cè)電流的額定有效值適當(dāng)選用不同的規(guī)格的產(chǎn)品。被測(cè)電流長(zhǎng)時(shí)間超額，會(huì)損壞末極功放管（指磁補(bǔ)償式），一般情況下， 2倍的過(guò)載電流持續(xù)時(shí)間不得超過(guò) 1分鐘。 （ 2） 電壓傳感器 必須按產(chǎn)品說(shuō)明在原邊串入一個(gè)限流電阻 R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下， 2倍的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間不得超過(guò) 1分鐘。 （ 3）電流電壓 傳感器 的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當(dāng)被測(cè)電流高于電流傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)大的傳感器；當(dāng)被測(cè)電壓高于電壓傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整限流電阻。當(dāng)被測(cè)電流低于額定值 1/2以下時(shí)，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數(shù)的辦法。 （ 4）絕緣耐壓為 3KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在 1KV及以下交流系統(tǒng)和1.5KV及以下 直流系統(tǒng) 中， 6KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在 2KV及以下交流系統(tǒng)和 2.5KV及以下直流系統(tǒng)中，注意不要超壓使用。 （ 5）在要求得到良好 動(dòng)態(tài)特性 的裝置上使用時(shí)，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數(shù)，均會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性。 （ 6）大電流 直流系統(tǒng) 中使用時(shí)，因某種原因造成工作電源開路或故障，則鐵心產(chǎn)生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減 小其值。 （ 7）傳感器抗外磁場(chǎng)能力為： 距離傳感器 5 10cm一個(gè)超過(guò)傳感器原邊電流值 2倍的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾可以抵抗。三相大電流布線時(shí)，相間距離應(yīng)大于5 10cm。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 7 - （ 8）為了使傳感器工作在最佳測(cè)量狀態(tài)，應(yīng)使用圖介紹的簡(jiǎn)易典型穩(wěn)壓電源。 （ 9）傳感器的磁飽和點(diǎn)和 電路 飽和點(diǎn)，使其有很強(qiáng)的過(guò)載能力 ，但過(guò)載能力是有時(shí)間限制的，試驗(yàn)過(guò)載能力時(shí)， 2倍以上的過(guò)載電流不得超過(guò) 1分鐘。 （ 10）原邊電流母線溫度不得超過(guò) 85 ，這是 ABS工程塑料的特性決定的，用戶有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。 霍爾器件 具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小， 頻率 高（可達(dá) 1MHZ），耐震動(dòng)， 不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好； 霍爾開關(guān) 器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá) m級(jí)）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的 工作溫度范圍 寬，可達(dá) 55 150 。 按照 霍爾器件 的功能可將它們分為 : 霍爾線性器件 和 霍爾開關(guān) 器件 。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為 :直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、 加速度、 角度 、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。 因紅外傳感器更為快捷且對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響，且小型化、數(shù)字通信、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)故選擇紅外傳感器。 脈沖發(fā)生源 本設(shè)計(jì)采用了 ST1101紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)沒(méi)有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)脈沖。 該系統(tǒng)在自行車后輪的軸處保持著與輪子旋轉(zhuǎn)切面平行的方向延伸附加一個(gè)鋁盤，在這個(gè)鋁盤的邊沿處挖出若干個(gè)圓形過(guò)孔，把傳感器的檢測(cè)部分放在圓孔的圓心位置。每當(dāng)鋁盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)脈沖。把這些脈沖通過(guò)一系列的波形整形成單片機(jī)可以識(shí)別的 TTL電平，即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。 系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理電路由二級(jí)電路構(gòu)成，第一級(jí)是有開關(guān)三極管組成的零偏置放大器 ,采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng)輸入信號(hào)為 零或者是負(fù)電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號(hào)為正電壓時(shí)，三極管導(dǎo) 通，電路輸出低電平。預(yù)處理電路的第二級(jí)采用帶施密特觸發(fā)器的反相器來(lái)把放大器生成的單脈沖轉(zhuǎn)換成與 COMS電平相兼容的方波信號(hào)，同時(shí)將輸入信號(hào)加到單片機(jī)的 P3.4口上。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于 VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容 較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞，當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，而且接受端的阻抗與傳輸?shù)淖杩共黄ヅ鋾r(shí)，在波形 的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過(guò) 導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無(wú)論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過(guò)用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的 VT+和 VT-設(shè)置得合適，均能受到滿 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 8 - 意的整形效果。 待測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路后加至單片機(jī)的 P3.4 T0引腳可為單片機(jī)測(cè)量信號(hào)頻率提供有效的輸入信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè) P3.4 引腳電平來(lái)決定是否啟動(dòng)測(cè)量頻率程序。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)系統(tǒng)處于等待狀態(tài)要一直到該引腳出現(xiàn)低電平時(shí)才開始測(cè) 頻率。 我們可從硬件的鋁盤上知道兩個(gè)過(guò)孔之間在圓周上的距離。而這個(gè)距離 M正好為計(jì)算速度和距離起到了基本的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備作用。同時(shí)可以從 TL0 寄存器知道在兩秒內(nèi)單片機(jī)檢測(cè)到的 N 個(gè)脈沖。而 MN 所得到的正是這兩秒內(nèi)鋁盤在圓周上所走得距離 S。此時(shí)假設(shè)在這個(gè)兩秒內(nèi)車子是勻速前進(jìn)的距離 S除以 2s的時(shí)間就可以大概的算出這 2s 內(nèi)鋁盤的線速度。再根據(jù)鋁盤與電動(dòng)車的輪子保持著一樣的角速度得到鋁盤的線速度與輪子線速度的關(guān)系從而算出電動(dòng)車在這 2s 的平均速度。 至于里程的計(jì)算根據(jù)速度計(jì)算的分析在得到 2s 內(nèi)鋁盤在其圓周上走過(guò)的 距離后。根據(jù)它與電動(dòng)車輪子的圓周走過(guò)的距離有一定比例關(guān)系通過(guò)兩者角速度一樣的算法可以通過(guò)單片機(jī)的算出電動(dòng)車在這兩秒內(nèi)走過(guò)的路程 S1。把這個(gè)路程 S1 與存儲(chǔ)器原來(lái)的里程數(shù)相加即可得到目前的總里程數(shù)。信號(hào)采集電路如圖 4所示。 R55KR12kU2O P T O I S O 1Q1N P N1 2U 1A4584R210KV C CV C CT0圖 4 信號(hào)采集處理電路 3.3 最小系統(tǒng) 8051單片微型計(jì)算機(jī) 簡(jiǎn)稱為 單片 機(jī) ，又稱為微型控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。 單片機(jī) 是 70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種 大規(guī)模集成電路 芯片，是 CPU、RAM、 ROM、 I/O接口和 中斷系統(tǒng) 于同一硅片的器件。 80年代以來(lái)， 單片機(jī) 發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。如圖 3.4 引腳介紹 單片機(jī)的 40個(gè)引腳大致可分為 4類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O引腳。 電源 : （ 1） VCC-芯片電源，接 +5V； （ 2） VSS - 接地端； 2 時(shí)鐘 : XTAL1、 XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3 控制線 : 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 9 - 控制線共有 4根， （ 1） ALE/PROG:地址鎖存允 許 /片內(nèi) EPROM編程脈沖 ALE功能：用來(lái)鎖存 P0口送出的低 8位地址 PROG功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，在 EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 （ 2） PSEN:外 ROM讀選通信號(hào)。 （ 3） RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。 RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在 Vcc掉電情況下，接備用電源。 （ 4） EA/Vpp:內(nèi)外 ROM選擇 /片內(nèi) EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外 ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有 EPROM的 芯片，在 EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。 4 I/O線 80C51共有 4個(gè) 8位并行 I/O端口： P0、 P1、 P2、 P3口，共 32個(gè)引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。 各引腳如圖 5所示。 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1 8051圖 5 8051 單片機(jī) 單片機(jī)最小系統(tǒng) ， RST 端保持高電平時(shí)間的長(zhǎng)短與振蕩器起振時(shí)間有關(guān)而振蕩器起振時(shí)間與頻率有關(guān)。 10MHz時(shí)約 1ms； 1MHz 時(shí)約 10ms。因此只要保持 RST 端高電平的時(shí)間不小于 20ms,單片機(jī)便能可靠的復(fù)位。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由組 成單片機(jī)系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機(jī)之外，還需要包括電源供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 1） 復(fù)位電路 無(wú)論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 10 - 復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 上電復(fù)位電路中，利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬間， RST 引腳上的電位是高電平（ Vcc），電源接通后對(duì)電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行，RST引腳上的電位也會(huì)逐漸下降為低電平。只要保證 RST引腳上高電平出現(xiàn)的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便可以實(shí)現(xiàn)正常 復(fù)位。 按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，按下 RESET鍵，已經(jīng)充好電的電容會(huì)快速通過(guò) 200電阻的回路放電，從而使得 RST引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平?huì)維持到按鍵釋放，從而滿足單片機(jī)復(fù)位的條件實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位。如圖 6 所示 . R4100R34. 7KS1+ C310uR E SE TVC C圖 6 復(fù)位電路 2） 時(shí)鐘電路 單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 內(nèi)部 時(shí)鐘方式的原理電路如圖 2-8所示。在單片機(jī) XTAL1和 XTAL2引腳上跨接上一個(gè)晶振和兩個(gè)穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為 024MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 11.0592 MHz、 24 MHz等。一些新型的單片機(jī)還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對(duì)振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用 2030pF的瓷片電容。 外部時(shí)鐘方式則是在單片機(jī) XTAL1引腳上外接一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源，它一般適用于多片 單片機(jī)同時(shí)工作的情況，使用同一時(shí)鐘信號(hào)可以保證單片機(jī)的工作同步。 時(shí)序是單片機(jī)在執(zhí)行指令時(shí) CPU發(fā)出的控制信號(hào)在時(shí)間上的先后順序。 8051單片機(jī)的時(shí)序概念有 4個(gè)，可用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明，包括振蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。 振蕩周期：是片內(nèi)振蕩電路或片外為單片機(jī)提供的脈沖信號(hào)的周期。時(shí)序中 1個(gè)振蕩周期定義為 1個(gè)節(jié)拍，用 P表示。 時(shí)鐘周期：振蕩脈沖送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，由時(shí)鐘電路對(duì)其二分頻后輸出的時(shí)鐘脈沖周期稱為時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期為振蕩周期的 2倍。時(shí)序中 1個(gè)時(shí)鐘周期定義為 1個(gè)狀態(tài)，用 S表示。每個(gè)狀態(tài)包括 2個(gè)節(jié) 拍，用 P1、 P2表示。 機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。一條指令的無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 11 - 執(zhí)行需要一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期。一個(gè)機(jī)器周期固定的由 6個(gè)狀態(tài) S1S6組成。 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。一般用指令執(zhí)行所需機(jī)器周期數(shù)表示。 8051單片機(jī)多數(shù)指令的執(zhí)行需要 1個(gè)或 2個(gè)機(jī)器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需要 4個(gè)機(jī)器周期。 了解了以上幾個(gè)時(shí)序的概念后，我們就可以很快的計(jì)算出執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。例如：若單片機(jī)使用 12MHz的晶振頻率，則振蕩周期 =1/（ 12MHz）=1/12us，時(shí)鐘周期 =1/6us，機(jī)器周期 =1us，執(zhí)行一條單周期指令只需要 1us，執(zhí)行一條雙周期指令則需要 2us。如圖 7所示。 Y12MC1104C2104X1X2GND圖 7 時(shí)鐘電路 3.4 報(bào)警系統(tǒng) 本次報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)即時(shí)速度超過(guò)預(yù)定值是蜂鳴器響，指示燈閃爍，提示應(yīng)該減速。 報(bào)警電路主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警。如圖 8所示。 L E DL S 1S P E A K E R+ 5 VQ2P N PR7220V C CR 1 71kR 1 810KR X DP 2 0圖 8 報(bào)警電路 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 12 - 3.5 顯示系統(tǒng) （ 1） LED液晶顯示器 通過(guò)發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)?？蓸?gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管、 矩陣 管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器。 結(jié)構(gòu) 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片按圖 12排列而成的?？蓪?shí)現(xiàn) 0 9的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有 “反射罩式 ”、 “條形七段式 ”及 “單片集成式多位數(shù)字式 ”等 （ 1）反射罩式數(shù)碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個(gè)LED貼在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對(duì)位的印刷電 路板上，每個(gè)反射腔底部的中心位置就是 LED芯片。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應(yīng)金屬條之間連好 30m的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內(nèi)滴入環(huán)氧樹脂，再把帶有芯片的印刷電路板與反射罩對(duì)位粘合，然后固化。 反射罩式數(shù)碼管的封裝方式有空封和實(shí)封兩種。實(shí)封方式采用散射劑和染料的環(huán)氧樹脂，較多地用于一位或雙位器件?？辗夥绞绞窃谏戏缴w上濾波片和勻光膜，為提高器件的可靠性，必須在芯片和底板上涂以透明絕緣膠，這還可以提高光效率。這種方式一般用于四位以上的數(shù)字顯示（或符號(hào)顯示）。 （ 2）條形七段式數(shù)碼管屬于 混合封裝形式。它是把做好管芯的磷化鎵或磷化鎵圓片，劃成內(nèi)含一只或數(shù)只 LED發(fā)光條，然后把同樣的七條粘在日字形 “可伐 ”框上，用壓焊工藝連好內(nèi)引線，再用環(huán)氧樹脂包封起來(lái)。 （ 3）單片集成式多位數(shù)字顯示器是在發(fā)光材料基片上（大圓片），利用 集成電路工藝 制作出大量七段數(shù)字顯示圖形，通過(guò)劃片把合格芯片選出，對(duì)位貼在印刷電路板上，用壓焊工藝引出引線，再在上面蓋上 “魚眼透鏡 ”外殼。它們適用 于小型數(shù)字儀表中。 （ 4）符號(hào)管、米字管的制作方式與數(shù)碼管類似。 （ 5）矩陣管（發(fā)光二極管 點(diǎn)陣 ）也可采用類似于單片集成式多位數(shù)字顯示器工藝方法制作。 分類 （ 1）按字高分：筆畫顯示器字高最小有 1mm（單片集成式多位數(shù)碼管字高一般在 2 3mm）。其他類型筆畫顯示器最高可達(dá) 12.7mm（ 0.5英寸）甚至達(dá)數(shù)百 mm。 （ 2）按顏色分有紅、橙、黃、綠等數(shù)種。 （ 3）按結(jié)構(gòu)分， 有反射罩式、單條七段式及單片集成式。 （ 4）從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽(yáng)極和共陰極兩種。 參數(shù) 由于 LED顯示器是以 LED為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于 LED顯示器內(nèi)含多個(gè)發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數(shù)： 1發(fā)光強(qiáng)度比 由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強(qiáng)度不同。所有段的發(fā)光強(qiáng)度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強(qiáng)度比。比值可以在 1.5 2.3間，最大不能超過(guò) 2.5。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 13 - 2脈沖正向電流 若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電 流為 IF，則在脈沖下，正向電流可以遠(yuǎn)大于 IF。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。 （ 2）數(shù)碼管 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅(qū)動(dòng)電路 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅(qū)動(dòng)方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ， 靜態(tài) 驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè) 單片機(jī) 的 I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD碼二 -十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多，如驅(qū)動(dòng) 5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40根 I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51單片機(jī)可用的 I/O端口才 32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ， 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是 單片機(jī) 中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形 碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1 2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的 余輝 效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非 同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗 更低。 數(shù)碼顯示是一個(gè)占用 IO資源較多、程序設(shè)計(jì)較復(fù)雜的模塊。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從IO占用與軟件復(fù)雜程度兩方面考慮。數(shù)碼管顯示器的 8個(gè)筆劃段 a-hp同名端連在一起，而每一位數(shù)碼管顯示器的公共端（ 1， 2， 3， 4）各自獨(dú)立地受三極管控制。CPU向字段輸出口送出字形碼 時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于數(shù)碼管的公共端，而這一端是由 74LS164控制的，所以我們只要控制 164的輸出數(shù)據(jù)就可以決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的公共端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。 在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。圖中 100歐電阻起限流作用 ，保護(hù)發(fā)光二極管。電阻值越小，發(fā)光二極管越亮。 2K電阻是位選端限流電阻，保護(hù)位選三極管。 這里的數(shù)碼管是共陽(yáng)極型。數(shù)碼管上顯示一些符號(hào)，必須給數(shù)碼管的筆形口接低電平信號(hào)，給要顯示的位公共端送高電平，相應(yīng)位的數(shù)碼管就可以顯示所要的符號(hào)。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序包含顯示數(shù)字、部分字母符號(hào)、小數(shù)點(diǎn)、數(shù)碼管閃爍、數(shù)碼管消隱等。其它程序輸出到顯示程序的數(shù)據(jù)既可以是 BCD碼、二進(jìn)制碼、 ASCII碼、自定義顯示碼等。假設(shè)顯示的符號(hào)與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 表 1。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） - 14 - 顯示符號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 數(shù)據(jù) 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 顯示符號(hào) A B C D E F H 全亮 全暗 - 數(shù)據(jù) 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 13H 表 1 數(shù)碼管顯示符號(hào)與數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系 由 硬件電路工作原理可知，為了顯示穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，每秒必須顯示數(shù)據(jù) 50次以上，才能達(dá)到預(yù)期目的。 首先設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示一位數(shù)的程序，然后重復(fù)執(zhí)行這段程序，并改變所顯示的內(nèi)容。由上一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可知，可把位選數(shù)據(jù)的輸出用兩種方法實(shí)現(xiàn)：位選數(shù)據(jù)每顯示一位送一字節(jié)；位選數(shù)據(jù)每 顯示一位送一位二進(jìn)制數(shù)。 因?yàn)閿?shù)碼管消耗電力比液晶多一點(diǎn)，但是數(shù)碼管顯示更加清晰，更加適合在白天等強(qiáng)光條件下顯示。液晶極其省電，但是使用有溫度范圍限制，且因是反光式的，在外界光線很明亮的情況下很容易看不清楚。 本次設(shè)計(jì)采用的是數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。如圖 9所示。 4 7 0com1com1com2com2com3com3com4com4dpdpggffeeddccbbaaR?C O M P O N E N T _ 1V C CP 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 1 3P 1 2P 1 1P 1 0圖 9 顯示系統(tǒng) 4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序流程圖 在主程序模塊中，需要完成對(duì)各接口芯片的初始化、自行車?yán)锍毯退俣鹊某跏蓟?、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設(shè)置啟動(dòng) /清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器、速度寄存器，并對(duì)它 們進(jìn)行初始化。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)速等不同的操作。 P1.0和 P1.1口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。 P1.2、 P