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XXXXXX学院毕业设计(论文)原创性声明
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目 录
摘 要.............................................................................................................3
ABSTRACT...................................................................................................4
前言................................................................................................................8
1 绪论....................................................................................................9
1.1 直流电机调速的背景及意义............................................................................9
1.2直流电机调速的方案论证及实现目标功能......................................................9
2.系统方案设计与论证...........................................................................10
2.1 控制器模块.......................................................................................................0
2.2 电源方案的选...................................................................................................0
2.3键盘的选择........................................................................................................0
2.4 显示模块的选择.............................................................................................2
2.5 驱动模块设计.................................................................................................6
2.6 PWM 控制.....................................................................................................9
2.7 模块的最终方案.............................................................................................9
3 硬件电路设计..................................................................................20
3.1 AT89S52单片机介绍.....................................................................................20
3.2复位电路设计...................................................................................................20
3.3外部晶振时钟电路设计...................................................................................23
3.4 霍尔传感器原理介..........................................................................................24
4 电机调速系统的软件设计..............................................................27
4.1 电机调速系统流程图........................................................................................27
4.2 系统主程序........................................................................................................27
4.3 中断子程序........................................................................................................27
4.4 程序....................................................................................................................28
5 实物制作..........................................................................................29
5.1 PCB板的制作....................................................................................................29
5.2 钻孔和焊接........................................................................................................29
5.3 焊接电路的检测................................................................................................30
6总结....................................................................................................31
致 谢.......................................................................32
参考文献....................................................................33
附 录 34
附录1 电机调速系统原理图 35
附录2电机调速系统PCB图 35
附录3 程序 37
附录5 实物照片
前言 在生产生活中,特别是设备、仪器的调速控制中广泛采用直流电机。以往的调速多通过调节稳压电源、调节可控硅等来实现,这样的调速方式常常存在有调速不均匀、线路可靠性差、功耗大、调节范围小、调试困难等诸多问题。本文采用基于单片机的PWM控制技术对直流电机进行控制,取得了高精度、调速范围宽、功耗小等优良性能。所采用的AT89S52是ATMEL公司推出的一款8051增强型单片机,具有优良的控制性能。文中给出了以单片机ATAT89S52为核心的直流电机控制系统和控制策略。1.PWM技术原理PWM(Pulse-Width Modulation,脉宽调制)控制是对脉冲的占空比进行调制的技术,以往调节占空比的方式大致有三种:固定脉冲宽度而调节频率、同时调节脉冲宽度与频率、固定脉冲频率而调节脉冲宽度。三种方式中的前两种在调速过程中都需要改变脉冲的周期,这往往会导致整个系统出现共振的错误。因此常采用固定脉冲频率而调节脉冲宽度的方法来获得所需要的驱动电压。并且脉冲由于脉冲不仅幅值相同、宽度也相同,所需要改变的只是脉冲的占空比,这样最大限度的提高系统的稳定性。
1.1 直流电机调速的背景及意义
在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、 两相低电压交流电机 直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。
1.2直流电机调速的方案论证及实现目标功能
本设计采用AT89S52单片机为主控制器设计出一种基于PWM波控制直流电机调速系统，通过微机和驱动电路可以实现电机的正反转，正反转调速，为清晰的了解电机的转速。本设计在基本功能的基础之上增加了测速的功能，并通过数码管显示，采用先进的霍尔传感器检测电机的转速，既精确价位又低廉，具有良好的效益和市场潜力，
2.系统方案设计与论证
2.1 控制器模块
控制器主要用于各模块控制显示、抢答、音乐等。控制器的选择有以下两钟方案。
方案1：采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，
减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。
方案2：采用ATMEL公司的AT89S52作为系统控制器的CPU方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
基于以上分析拟订方案二。
2.2 电源方案的选择
系统需要多个电源，AT89S52使用5V稳压电源，四联数码管供电电压为5V。给出以下两个方案。
方案1：采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流崭波调压，得到5V稳压输出。只需使用两节电池，既节省了电池，又减小系统体积重量但该电路供电电流小，供电时间短，无法使相对庞大的系统稳定运作。
方案2：由于所做的设计不需要很高的精度要求，结合这个电源分析只要给系统5V的电压基本能输出显示和运用抢答，故只需利用一节5V的手机充电器便可使整个电路工作。该方法方便简单，节省材料。
综上所述，选择方案二。
2.3键盘的选择键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。
方案1：独立式键盘
键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了8根I/O口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘
中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。如图2-1。
最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。
独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。
方案2：行列式键盘
行列式键盘是用N条I/O线作为行线，M条I/O线作为列线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键中按键的个数是M*N个。这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机系统中I/O的利用率，列线接P1.0~P1.3行线接P1.4~P1.7，行列适用于按键输入多的情况。
CPU对键盘的扫描可以采用取程序控制的随机方式，即只有在CPU空闲是时才去扫描键盘，响应操作人员的键盘输入，但CPU在执行应用程序的过程中，不能响应键盘输入，对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次，这样控制方式，不管键盘上有无键闭合，CPU总是定时的关心键盘状态。
在大多数情况下，CPU对键盘可能进行空扫描。为了提高CPU的效率而又能及时响应键盘输入，可以采用中断方式，既CPU平时不必扫描键盘，只要当键盘上有键盘闭合时就产生中断请求，向CPU申请中断后，立即对键盘上有键盘进性扫描，识别闭合键，并做相应的处理。如图2-2所示。
根据以上的论述，采用方案一，在本系统中采用了独立式键盘，其按键比较少，且键盘中各个按键的工作互不干扰。
2.4 显示模块的选择
2.4.1 数码管显示模块 LED显示电路设计LED数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字。可以显示：时间、日期、温度等可以用数字代替的参数。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳极数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，通过由各自独立的I/O线控制，当单片机的P0口输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对P2.0-P2.3位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在本设计中采用了四位八段数码管，用动态驱动来显示温度的值，如图2-3所示。
图2-3显示电路图
2.4.2 显示器LCD1602特点与简介
一、液晶显示器的有以下特点：
1.液晶显示屏是以若干个5X8或5X11点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。
2.主控制驱动电路为HD44780(HITACHI)及其他公司全兼容电路，如SED1278(SEIKOEPSON),KS0066(SAMSUNG),NJU6408(NERJAPANRADIO)。
3.具有字符发生器ROM可显示192种字符（160个5X7点阵字符和32个5X10点阵字符，见附录3。
4.具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5X8点阵字符或4个5X11点阵字符。
5.具有80个字节的RAM。
7.模块结构紧凑，轻巧，装配容易。
8.单+5V 电源供电（宽温型需要一个-7V的电源供电）。
9.低功耗，长寿命，高可靠性。
LCD1602的引脚功能说明如表2-8。
二、 显示电路与单片机的连接
就时钟而言，通常采用LCD或LED显示，对LED来说AT89C52本身设有专门的液晶驱动电路，LED结构简单，体积小，功耗低，响应速度快，寿命长，可靠性也高，等优点，而且亮度也高，价格也便宜，但是本时钟设计要一个很直观的显示效果，LED就会除了8段的显示，位选也要占用大量的资源，不易控制。如果选用LCD的 话，显示就比较直观，占用的硬件资源就相对少些。而且对我们研究学习，不在于便宜，是我们要学到更多的知识，若采用1602显示，其与单片机的连接如图2-4。
图2-4单片机与LCD1602的连接图
表2-5 LCD1602的引脚功能说明
2.4.3 显示电路的设计
显示电路的主要部分就是显示器件，所以显示电路的设计第一步就是显示器件的选择，对我们一般的设计，首选当然是数码管，它具有显示亮度高，编程易的特点，虽然它的单独显示使得每一位都要有自己的为选端，也就是说每一位就要占用一个I/O口，本设计要求最多4位的数字显示，再加上8段的8位，也就就占用12个I/O口，所以我们选用更节省资源的四位共阳作为理想的显示器件。
2.5 驱动模块设计
2.5.1 H型桥式驱动电路
直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图1所示。
全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。
在小车动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、S4关断，到S1、S2关断且S3、S4导通，这两种状态之间转换。在这种情况下，理论上要求两组控制信号完全互补，但是，由于实际的开关器件都存在
开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比如在上桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。这个过程可用图2说明。因此，为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性，两组控制信号在理论上要求互为倒相的逻辑关系，而实际上却必
须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可以通过软件实现（具体方法参看后文）。
驱动电流不仅可以通过主开关管流通，而且还可以通过续流二极管流通。当电机处于制动状态时，电机便工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流通，否则电机就会发热，严重时烧毁。
开关管的选择对驱动电路的影响很大，开关管的选择宜遵循以下原则：
(1)由于驱动电路是功率输出，要求开关管输出功率较大；
(2)开关管的开通和关断时间应尽可能小；
(3)小车使用的电源电压不高，因此，开关管的饱和压降应该尽量低。
在实际制作中，我们选用大功率达林顿管TIP122或场效应管IRF530，效果都还不错，为了使电路简化，建议使用集成有桥式电路的电机专用驱动芯片，如L298、LMD18200，性能比较稳定可靠。
由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源时会影响单片机的正常工作，所以我们选用双电源供电。一组5V给单片机和控制电路供电，另外一组9V给电机供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质，并在达林顿管的基极加三极管驱动，可以给达林顿管提供足够大的基极电流。图3所示为采用TIP122的驱动电机电路，IOB8口为“0”，IOB9口输入PWM波时，电机正转，通过改变PWM 的占空比可以调节电机的速度。而当IOB9口为“0”，IOB8口输入PWM波时，电机反转，同样通过改变PWM的
占空比来调节电机的速度。
2.5.2 驱动芯片L298N
采用电机驱动芯片L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。
表1 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系
EN A（B） | IN1（IN3） | IN2（IN4） | 电机运行情况 |
H | H | L | 正转 |
H | L | H | 反转 |
H | 同IN2（IN4） | 同IN2（IN4） | 快速停止 |
L | X | X | 停止 |
2.5.3驱动模块的抉择
由上述讨论可知对于小功率直流电机驱动有H桥驱动和L298驱动两种方法，L298驱动芯片虽然简单，驱动能力也较强，但由于其价格昂贵，且本设计的电机属于小功率直流电机，H桥式驱动电路就足以驱动，且价格便宜，故而本设计采用H桥作为小功率直流电机的驱动模块。
2.6 PWM 控制
PWM（脉冲宽度调制）控制，通常配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大，它的原理就是直流斩波原理。
由于电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快，当占空比α＝1时，电机转速最大。PWM控制波形的实现可以通过模拟电路或数字电路实现，例如用555搭成的触发电路，但是，这种电路的占空比不能自动调节，不能用于自动控制小车的调速。而目前使用的大多数单片机都可以直接输出这种PWM波形，或通过时序模拟输出，最适合小车的调速。我们使用的是AT89S52 单片机，它是8位单片机，频率最高达到24Hz，可提供2 路PWM 直接输出，频率可调，占空比8级可调，控制电机的调速范围大，使用方便。AT89S52单片机有32个I/O口，内部设有2个独立的计数器，完全可以模拟任意频率、占空比随意调节的PWM信号输出，用以控制电机调速。在实际制作过程中，我们认为控制信号的频率不需要太高，一般在400Hz以下为宜，占空比8级调节也完全可以满足调速要求，并且在小车行进的过程中，占空比不应该太高，在直线前进和转弯的时候应该区别对待。若车速太快，则在转弯的时候，方向不易控制；而车速太慢，则很浪费时间。这时可以根据具体情况慢慢调节。所以本设计采用PWM波调整电机的速度。
2.7 模块的最终方案
主控制器模块：采用AT89S52单片机控制。
显示模块：数码管显示。
电源方案的选择：采用5V手机充电器供电。
键盘模块：独立式键盘。
驱动模块：采用H桥式驱动
速度调节：PWM波调速
3 硬件电路设计3.1 AT89S52单片机介绍AT89S52单片机是一款低功耗、低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEL公司的高密度，非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储编程器来编程。因此，AT89C52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域。
AT89S52具有以下主要性能：
1.8KB可改编程序FLASH存储器；
2.全表态工作 ：0～24HZ；
3.256X8字节内部RAM；
4.32个外部双向输入，输出（I、O）口；
如图3-1。
图3-1 单片机芯片管脚图
引脚功能说明如下：
VCC：电源电压。
GND：地。
P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据线复用口。作为输出口时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端。
在访问外部数据储存器或程序储存器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序储存器或16位地址的外部数据储存器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据储存器（例如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。
P3口：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
P3除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，具体功能说明如表2-1。
P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校的控制信号。
RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
表3-2 P3口的第二功能表
即使不访问外部存储器，ALE仍以是时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此他可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT80C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。
EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序储存器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（Vcc端），CPU则执行内部程序储存器中的指令。
FLASH储存器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压。
XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端
3.2复位电路设计MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作，只要RST保持高电平，则MCS-51循环复位，只有单RET由高电平变成低电平以后，MCS-51才从0000H地址开始执行程序，本系统采用按键复位方式的复位电路。
图3-2复位电路
3.3外部晶振时钟电路设计AT89S52的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路；另外一种为外部方式，本论文根据实际需要和简便，采用内部振荡方式，MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器。
AT89S52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件，所以实际构成的振荡时钟电路，外接晶振以及电容C1和C2构成了并联谐振电路接在放大器的反馈回路中，对接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性。晶振的频率可在1.2MHZ~12MHZ之间任选，电容C1和C2的典型值在20pf~100pf之间选择，由于本系统用到定时器，为了方便计算，采用了12MHZ的晶振，采用电容选择30pf。
图3-3 晶振电路的设计
3.4 霍尔传感器原理介]。
A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.5～18V），其输出的信号符合TTL 电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。
3.4.1 霍耳传感器简介
霍尔效应指的是：
在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。其原理图如图3-4所示。
图3-4霍尔效应原理图
当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就被称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为
U=K•I•B/d (3-1)
其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。
霍尔开关的输入端是以磁感应强度B 来表征的，当B 值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。
作为一种新型的电器配件，具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等[8]。
3.4.2 集成开关型霍耳传感器原理
如图4-7，A44E 集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)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。在输入端输入电压CC V，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，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耳电势差H V输出，该H V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.(即OPB)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(即rP B)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，使霍耳开关完成了一次
开关动作。其原理图如图3-5所示。
图3-5集成开关型霍耳传感器原理图
3.4.3 霍耳开关外形及接线图
其集成霍耳开关外形及接线如图3-6 所示。
（a）霍尔开关外形 (b) 霍尔开关接线图
图3-6 集成霍耳开关外形及接线图
在此选择P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈，霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到1000次时，得出计数达到1000次时是所用的时间，通过公式：
速度=距离/时间
得到速度，然后通过微机控制数码管显示速度。
4 电机调速系统的软件设计
4.1 电机调速系统流程图
该系统软件采用C语言编制，模块化设计，分为主程序，转速计算程序，键盘程序，时钟中断程序，显示程序。在速度计数中断程序中完成计量工作；时钟程序每秒钟向AT89S52发出中断请求，在中断程序中完成计时工作或者时钟显示工作。键盘中断程序用于完成各次营运数据的查寻工作；显示程序完成显示工作。软件设计框图如下图4-1所示。
图4-1 软件设计框图
4.2 系统主程序
在主程序模块中，需要完成对各参量和接口的初始化、速度计算初始化以及中断、计算、循环等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计算和显示等不同的操作。
4.3 中断子程序
4.3.1 中断计数程序
当计数器对脉冲计满一定数值时，就由计数中断电路向微机发出中断请求，使微机进入计数中断服务程序中。每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当计数器对脉冲计满1000次时，进入计数中断服务程序中，变量加一。主函数中总金额也相应地变化。
。
4.3.2 显示程序
程序利用定时器每1ms产生一次中断，相应变量置位，点亮一个数码管，显示一位数据，利用主函数内的循环，实现动态扫描显示，同时根据数码管余辉和人眼暂留现象，即可实现显示。
4.3.3 键盘程序
键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。
4.4 程序设计
本设计的程序采用C语言编写。详见附录3。
5 实物制作
5.1 PCB板的制作
用转印纸打印出附录所示的PCB图，截取大小适中的印刷电路板。把打印出来的PCB图附着在电路板上，经过高温压制（150°左右），再经腐蚀后晾干即可。需要注意的是实物焊接制作的硬件电路图和理论硬件电路图的设计存在着差异。两者在原理上是一致的，由于理论硬件电路图是在软件中设计完成，硬件的排版、布线不需要考虑在实物焊接时布线产生的信号干扰、寄生耦合、焊接方便等问题。而在实物电路板电路的设计中，要考虑这些问题。
5.2 钻孔和焊接
在钻孔时，根据电子元件引脚和布线，钻取大小适中的孔，以利于方便焊接。目前电子元器件的焊接主要采用焊锡技术。要做到良好的焊接，在焊接过程中每一个环节都要重视锡良好的焊接的条件是：焊件表面应该是清洁的，油垢和锈斑都会影响到焊接；能被锡焊料浸润的材料才具有可焊性，对于黄铜等表面易于生成氧化膜的材料，可以借助于助焊剂，可以先对焊件表面进行镀锡浸润后在进行焊接；要有适当的加热温度，使焊锡料具有一定的流动性，才可以焊接牢固，温度过高容易形成氧化膜，影响焊接质量。
5.3 焊接电路的检测
由于计价器的设计相对电路复杂，采用芯片多，焊接的工作量也大，因此，在焊接过程中可能会出现各种问题导致线路不通，各个功能单元不能正常工作。所以在每个功能单元焊接完成之后都要对其进行检测，出现问题要及时调试，以保证各个单元正常工作。
检测时首先在不加电源进行检查，主要是对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等；用万用表电阻档检查焊接和接插是否导通良好；元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确；电源供电包括极性、信号源连线是否正确；电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。
经过上述检查确认无误后，就进行检测。检测是把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障。
5.4 输入程序并调试运行
当各个模块都焊接结束，检测焊接良好后，就需要将各个模块彼此连接起来，通过单片机的控制，完成计价器的功能。在向单片机输入程序之前，必须确认输入的程序合理、正确，一旦程序出现问题，不容易检测，计价器不能够正常工作，就会前功尽弃。
在单片机中会有Flash存储器，用于存储用户代码。本设计采用的是可在系统编程的单片机。输入程序一般利用单片机串行口，将PC机上的程序传入单片机，再通过单片机内部专门的固件程序将输入的程序烧写到单片机内部（或者外扩）的Flash存储器中。在本设计中采用程序编程器将程序写入单片机Flash存储器中。
6 总结
经过这些天对电机调速系统的毕业设计，让我对单片机的应用有了更深入的了解，对所学的知识进行了增强和巩固。在毕业设计的过程中，碰到了许多的问题。比如，对于一些相关的应用软件没能熟练掌握，在电机系统的硬件设计上，尤其是在显示电路和信号采集模块掌握的不好；对于程序的编写和调试经验不足。经过老师的精心指导和同学的帮助，以及参考相关的资料，最终还是把问题解决了。
通过这次毕业设计，我最大的收获就是自己的动手能力和独立解决问题的能力得到了很大的提高，明白了理论和实际存在差距，很多知识光靠书本上的学习是学不到其中的精髓的，必须亲自去试着实践，亲自去经历、总结，才能对它们真正的掌握。遇到困难，永远不要沮丧气馁，首先想到的是如何想办法解决问题。在动手的过程中，不仅能增强实践能力，而且在理论上可以有更深的认识。这次设计给了我极大的鼓舞和信心，激励我在以后的学习中可以通过不断的摸索和实践来提高其他方面的知识。
致 谢
时光荏苒，再回首，四年的大学生涯已悄然接近尾声。回顾大学生活，往事历历在目，难以忘怀。在此，对所有关心、帮助和指导我的老师、同学和朋友们致以诚挚的感谢。
首先要感谢我的论文指导老师xxx和四年来为我的成长学习而默默无闻、无私奉献的老师们。四年来，老师们时刻关心我的生活、学习，对我的生活和学习给予了终生受益的指导和建议，对毕业论文的构思和完成给予了无微不至的关怀和指导。同时，老师也以严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的科学洞察力和忘我的工作精神为我树立楷模，时刻熏陶着我。学为人知，行为世范，在这里得到最真、最完美的诠释，对我将来的人生有着重大的指导意义。
还要感谢相处了四年的同学和朋友，他们对我的生活和学习给予了关心和帮助，在我的论文遇到问题时给我提供了许多帮助，在同学和朋友的帮助下，我的毕业设计得以顺利完成。同时，我们一起度过的象牙塔里的生活给我留下了最真，最美好的回忆。
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附 录
附录1 电机调速系统的原理图
附录2 电机调速系统PCB图
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