时制数字时钟实验研究报告

1、自动检测技术及应用转速测量仪的设计专 业：电子信息工程学生姓名: 李智明学 号:101100007 完成时间:2020年6月13日0一、实验目的 二、所用实验仪器设备、耗材 .三、电路总体结构 四、整形电路单元工作原理 五、 STC12C5A60S2 单片机原理六、复位和时钟电路的设计 七、显示电路设计 八、程序与工作流程 910九、实验结果分析 十、总结 、实验目的能用数字显示转速，测量范围0 2000转二、所用实验仪器设备、耗材霍尔或光电传感器、传感器信号处理电路、单片机自动检测系统、LED数码管显示、计算机、keil开发软件、STC下载工具软件、ISP下载线。数字示波器。、电路总体结构系

2、统工作原理：霍尔传感器>信号廉大、整 形电路单片机处 理数码菅显 示由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此 系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。 其 机械结构也可以做得较为简单，圆盘上有几个磁钢，机轴每转一周，产生几个脉 冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成 为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的 转速值。单片机将该数据处理后，通过七段数码管显示出来。1）霍尔传感器测速原理：霍尔器件是由半

3、导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为l、b、d。若在垂直于薄片平面（沿厚度 d）方向施加外磁场B，在沿1方向的两个 端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一 个洛仑磁力，其大小为：f qVB式中：f洛仑磁力，q载流子电荷， V载流子运动速度， B磁感 应强度。这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电 子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差Uh称为霍尔电压。rh I B/d霍尔电压大小为：Uh Rh i B/d （mV）式中：Rh 霍尔常数，d元件厚度，B磁感应强度，I控制电流设 Kh rh /d，则 Uh

4、= Kh I B/d （mV）为霍尔器件的灵敏系数（mV/mA/T），它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和 单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度B反向时，霍尔电动势也反向。若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化， 根据这一 原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿， 转盘随被测轴旋转， 磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔 元件受到磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号。传感器内置电路对该信号进行 放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳 定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的

5、应用。 其频率和转速成正比， 测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。2）霍尔传感器的特性：半导体磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子和空穴随磁场而改变其 运动方向这一特性制成的，按其结构可分为体型和结型两大类。 体型的主要有霍 尔传感器（材料主要是InSb、InAs、Ge Si、GaAS和磁敏电阻（材料主要有 InSb、InAs ），结型的主要有磁敏二极管（材料主要是Ge Si）和磁敏三极管（材料主要是Si）。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器。霍尔效应自1879年被美国物理学家爱德文-霍尔发现至今已有100多年的历史，但直到20世纪50年代，由 于微电子学的发展，才被重视和开发，现在，已

6、发展成一个品牌多样的传感器产 品族，并得到广泛的应用。霍尔传感器可以检测磁场及其变化， 可在各种与磁场 相关的场合中应用。霍尔传感器具有许多优点，其结构牢固，体积小，质量轻，寿命长，安装方 便，功能消耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘，油污，水汽及盐雾等的污染或腐 蚀。霍尔传感器可直接用于检测磁场或磁特性，也可以通过在被检对象上人为设 置的磁场，来检测许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、压力、应力、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，还可转换成电量来进行检测和控制。四、整形电路单元工作原理V-L*. . - 1r 1V7U 二小4=LK-T-vet再

7、送入单片机进行数据工作原理：对传感器送过来的信号进行放大和整形， 的处理转换。 若输出的电压小于2.5输出0,大于2.5则输出1。五、STC12C5A60S2 单片机原理STC12C5A60S是一种低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有8K在系可编 程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程 器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使STC12C5A60S2 为众多嵌入式控制应用系统提供咼灵活、有效的解决方案。STC12C5A60S具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM 32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个

8、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，片内晶振及时钟电路。另外，STC12C5A60S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，RAM8155、8255、8279要低，所以说 1个专用的键盘/显示接口；16位定时/计数器。这样，1个内容被保存，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。STC12C5A60S的广泛使用使得市面价格较 用它是比较经济的。该芯片具有如下功能：有 有1个全双工异步串行通信接口；有 2个STC12C5A60S2承担了 3

9、个专用接口芯片的工作；不仅使成本大大下降，而且优 化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。STC12C5A60S有 40个引脚，有32个输入端口 (I/O )，有2个读写口线，可以反复插除。所以可以降低成本。其主要工作特性为：内含8KB的Flash存储器，擦写次数达1000次；内含128字节的RAM具有32根可编程I/O线；具有2个16位可编程定时器；具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构;具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有1个数据指针DPTR两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； 具有可编程的3级程序锁定位；工作电源电压为5± 1.2V，典型值为5V;最高

10、工作频率为24MHz 引脚排列如图2-1所示。r rI F-ai'ti rL3SS'-OTl FL 1 性讥用 "1i5l： J'i. 6 丈'l.: -i. 7 a . feUFXI3MT13.L13二IMT I邙小L KIJI 7iP3EUki.Ul Tl13.5TtrPX0rx ；'庖:JIundUULJEELUEEEEWLJ三三二VieiU O.WQ陀 i./.-nire,pa3m1*1. I u 1I乜 5 '：ldJ5r;i. tj .libIV. r "11?也a FT &即匸 兀.F VI声V門JI聖6

11、切4I它 i23/Ankz, 2.-.noi 吃1 Ay 吃ir佔STC12C5A60S引脚排列（PDIP）六、复位和时钟电路的设计本系统中采用上电复位和手动复位键复位相结合的方式。系统时钟电路设计 采用内部方式。STC12C5A60S内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。 这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器构成一个自激振荡器。外接晶体谐2-5所示。振器以及电容构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。本系统电路采用的 晶体振荡器频率为11. 0592MHz采用这种频率的晶体振荡器的原因是可以方便 的获得标准的波特率。复位电路和时钟电路如图3Ot>r复位电路和时钟电路七、显示

12、电路设计显示电路选用7段数码管显示数据，具有亮度高、功耗低的优点，位选 使用三极管进行电流放大。如图所示：lAL HL IT-： 直 IHiv4 7k畤IO 莎I，1 冲已* 1111 t岛u 1*TC '巨4.xCTK '運二¥wU<11八、程序与工作流程1）流程图T结束开始IF计数加1结朿主程序流程图外部中断流程图 n所一 JT临厂hl即JTIl定时器流程图2）程序#in clude<reg52.h> #in clude< intrin s.h> #defi ne uchar un sig ned char#defi ne uintu

13、n sig ned int uint p wm=O;uint zhua nsu=0;uint time=0;uchar qia n,bai,shi,ge;un sig ned char code table=0x14,/*0*/0xD7,/*1*/ 0x4C,/*2*/ 0x45,/*3*/ 0x87,/*4*/ 0x25,/*5*/TL0 = 0X00;/置时间常数，延时 0.05 秒0x57,/*7*/0x04,/*8*/0x05,/*9*/;/*延时函数 */void delay(unsigned int t)unsigned int x,y;for(x=t; x>0; x-)fo

14、r(y=112; y>0; y-);void EX1init(void)IT1 = 1;/指定外部中断 1下降沿触发， INT0 (P3.2)EX1 = 1;/使能外部中断EA = 1;/开总中断void ext1()interrupt 2pwm+;/* if(pwm=6)quan+;pwm=0; */void InitTimer0(void)TMOD =0x01;/T0 工作于方式 1TH0 = 0X4C;/置时间常数，延时 0.05 秒ET0= 1;/ 允许 T0 中断EA = 1;/允许总中断TR0= 1;/ 开启 T0void display()uchar t;for(t=0;t

15、<16;t+)P2=0x07;P0=tableqian;delay(10);P2=0x0b;P0=tablebai;delay(10);P2=0x0d;P0=tableshi;delay(10);P2=0x0e;P0=tablege;delay(10);void Time0Interrupt(void) interrupt 1TH0 = 0X4C;/置时间常数，延时 0.05 秒TL0 = 0X00;time+;if(time=20)zhuansu=pwm/6.0*60;qian=zhuansu/1000;bai=(zhuansu%1000)/100;shi=(zhuansu%100)/

16、10;ge=zhuansu%10;time=0;pwm=0;void main()InitTimer0();EX1init();while(1)display();九、实验结果分析1）实验结果输入电压示波器显示值（Hz）转速表显示值（r/min）实测值（r/min）绝对误差实际相对误差%+4V44.0314404390.310.07+6V84.098408410.90.10+8V134.05134013420.50.03+10V176.125176117640.250.01+12V208.41208020834.10.19转速测试2500200015001000示浹器显示值（r/min ）S；W （r/min） 转逸表显示 r/min 0 .0.5 1 L5 2 2.5 3 王5 4 4.5 5 5.5入电压误差分析表格2）误差分析本设计在试验中存在一些误差。主要是以下几个方面：1、系统误差，即在相同测量条件下多次测量同一物理量，其误差大小和符 号保持恒定或按某一确定规律变化。霍尔传感器元器件本身存在一定的误差。2、随机误差，在同一条件下，多次测量同一温度时，有时会发现测量值时大时小，误差绝对值及正、负以不可预见的方式变化。电子元器件在测量转速时由于感应需要一定的时蚀進间，也