脱粒滚筒转速计量控制系统设计

脱粒滚筒转速计量控制系统设计摘要 脱粒装置是联合收割机上的重要组成部分，它的工作状况严重影响着农民收获量的多少。脱粒滚筒是脱粒装置的主要组成部分，应用自动化监测脱粒滚筒的转速是现代应用最广泛的技术。自动化监测系统包括单片机、传感器和显示器。单片机选用ATMEL公司生产的89C51，其具有100万次可擦除只读存储器，满足电路可多次设置转速的特点，并且与MCS-51系列单片机完全兼容，程序写入方便，硬件电路体积小。传感器采用霍尔传感器，它是利用霍尔效应原理制成的一种磁敏传感器，是近年来为适应信息采集的需要而迅速发展起来的一种新型传感器。这类传感器具有工作频带宽、响应快、体积小、灵敏度高、无触点、便于集成化、多功能化等优点，且易于计算机和其他数字仪表接口，所以被广泛应用。显示器采用4个LED“8”字形显示。其显示方法为动态显示，这种方法应用最广泛。与其他监测转速控制器相比，本设置器实现了对滚筒转速的实时监测，硬件电路采用无接触式传感器，共阴极显示屏等零件，使电路图简化，成本降低。关键字 脱粒滚筒 霍尔转速传感器 监测系统 显示器Abstract Threshing combine harvester on the device is an important component of the working conditions of its serious impact on the number of farmers harvest. Threshing cylinder is the main component of the device, the application of automation to monitor the speed of threshing cylinder is the most widely used modern technologies. Automated monitoring system including the microcontroller, sensors and displays. Single-chip manufactured by ATMEL optional 89C51, its 100 million EEPROM, multiple settings to meet the circuit characteristics of speed, and with the MCS-51 series single-chip fully compatible, easy to write procedures, hardware small circuit. Sensors using Hall sensor, which is made use of Hall-effect principle of a magnetic sensor, in recent years to adapt to the needs of information collection with the rapid development of a new type of sensor. With the work of this type of sensor frequency bandwidth, fast response, small size, high sensitivity, non-contact, ease of integration, of the advantages of multi-functional and easy to use computers and other digital dashboard interface, which is widely used. Display using 4 LED 8-shaped display. Display method for dynamic display, the method most widely used. Speed controller and compared to other monitoring, the setting of the roller device to achieve real-time monitoring of speed, hardware circuits using non-contact sensor, a total of cathode displays, such as spare parts, so that circuit simplification, and lower the cost.Keywords 目录1 前言- 12.选题背景和研究的问题- 1-2.1脱粒装置的工作原理-2-2.2转速监测国内外研究现状- 22.3测速指标- 3-2.4 测量方法比较- 4-2.5 研究内容- 6-3 脱粒滚筒的转速监测控制系统设计- 7-3.1总体方案设计- 7-3.2传感器的选择- 83.2.1霍尔转速传感器的基本结构原理- 8 -3.2.2霍尔元件的原理- 11 -323霍尔传感器的安装位置- 12-3.3 CPU的选择- 13 -3.4 LED显示器的结构及原理- 14 -4 电路原理设计- 15-41主机电路- 16 -4.2 电源电路- 17 -4.3 显示电路- 18 -5 软件系统设计- 19 -5.1测量子程序- 20-5.2 显示子程序- 21 -结论- 22 -参考文献- 23-致谢- 24 -附录- 25 -脱粒滚筒转速计量控制系统设计1 前言人类社会发展到今天,人口、粮食、资源、环境等问题以成为困扰人类的全球性问题.以消耗资源、破坏生态、牺牲环境为代价发展农业,逐渐成为过去；如何实现可持续发展的“高产、优质、高效”农业以成为国际社会关注的热点。我国是一个农业大国，随着农村城市化进程的加快越来越多的耕地被占用，粮食的总产量在逐年减少。一些农学家为了解决我国粮食问题正在研究高产水稻、小麦、玉米等粮食作物，在收获这些高产作物时现有推广的联合收割机已不适应，脱粒分离装置处理容量与高产大流量不匹配，秆青叶茂的作物在大流量的条件下分离更加困难。因此，有必要对联合收割机的脱粒分离装置的转速进行探讨和研究。2.选题背景和研究的问题2.1脱粒装置的工作原理1脱粒装置是脱粒机的核心部分。它不仅在很大程度上决定了机器的脱粒质量和生产率，而且对分离清选等也有很大影响。对脱粒装置的技术要求主要是：脱得干净；谷粒破碎、暗伤尽可能少；分离性能好，这一点是联合收获机向大生产率方向发展所特别提出的要求；通用性好，能适应多种作物及多种条件；功率耗用低；在某些情况下要求保持茎稿完整或尽可能减少破碎。这就对脱粒滚筒的转速性能要求很高。为了使谷粒脱离穗轴，可以有多种原理来实现，但主要有下述几种：1)打击脱粒由工作部件（如钉齿或纹杆）打击穗头（或反过来由穗头碰击台面，如南方水稻的拌桶脱粒）使谷粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴的连接。它取决于打击速度的大小和打击机会的多少。2)梳刷脱粒 当工作部件很窄，在谷穗之间通过时，就形成了梳刷脱粒。实际上它也是打击。通常在梳刷中茎秆不动或少量的纵向运动。3)揉搓或搓擦脱粒它是指谷层在挤压状态下在层内出现挫动而使谷粒脱落，发生在钉齿或纹杆滚筒的脱粒间隙中。它取决于揉搓的松紧度（强度），也就是间隙的大小和谷层的疏密。4)碾压脱粒脱粒元件对谷穗的挤压造成脱粒，在碾压过程中会使谷粒与穗柄之间产生横向相对位移，而通常谷粒与穗轴的抗剪能力是较弱的，上述相对位移就形成了剪切破坏其连结。在此同时碾压会造成相邻谷层之间的移动，这也能破坏谷粒的连结力。因此，用辊子碾压铺在场院的谷层进行脱粒是有效方法之一。5).振动脱粒。利用脱粒元件对谷物施加高频振动进行脱粒。以上几种原理相互组合都可以达到脱粒的目的，其效果有所不同，常用的有以下几种组合：用高的打击速度和紧搓，经较短的脱粒过程，如单滚筒脱粒装置；用由低到高的打击速度，揉搓强度由小到大，用较长的脱粒过程，如双滚筒脱粒装置；用较低的打击速度和松搓，用长而又长的脱粒过程，如轴流滚筒脱粒装置。2.2转速监测国内外研究现状美国著名未来学家尼葛洛庞帝1999年1月访华时预言, 4-5年后嵌入式智能电脑工具将是和因特网之后最伟大的发明事实正如尼葛洛庞帝先生所预料的那样, 嵌入式系统及其应用已成为当前研究和应用的热点, 国际上大牌公司如、Intel、Microsoft(微软)等纷纷投入巨资, 分别推出了具有技术优势的基于Xsale框架结构的嵌入式硬件平台和软件平台, 为嵌入式系统的发展注入了强大的活力，今天嵌入式系统已渗透到日常生活的方方面面,带来的工业年产值已超过1万亿美元, 在工业控制、消费电子等领域的应用范围不断扩大, 而机电控制是嵌入式系统技术的一个典型应用,因为在工业控制领域中,经常会对发电机、电动机、汽轮机等旋转设备的主轴转速进行测量,并对这些高速旋转设备进行监控11。由于高速旋转设备要求具有很高的可靠性和安全性,转速是该类设备运行的一个重要参数,相应地要求转速检测系统不仅能精确的测量转速,而且应保证测量的实时性以及具有在线显示和数据传输的功能。转速测量方法一般分为机械式、模拟式和数字式三种2。机械式利用转速与离心力的关系来测量转速,模拟式采用测速发电机得到电压信号,而数字式采用旋转编码盘、接近开关等得到脉冲信号。随着计算机技术的发展,机械式和模拟式逐步被数字脉冲式所取代。 我们这个小型单片机检测系统可以十分方便检侧发动机的转速, 可为经济又方便。2.3测速指标1) 分辨率每改变一个数字脉冲所对应的转速变化量,以Q 表示,定义为分辨率。Q 值愈小愈好。Q 值愈小, 说明测速装置对转速变化愈灵敏,即测速分辨率愈高。设在某一定时间内, 转速从n1 变为n2 ,所发出的光电测速脉冲数为m ,则分辨率Q 的定义为 (2-1)即每一个光电测速脉冲所对应的电动机转速。2) 测速精度测速精度用测速误差的相对值的百分数表示,记以 %。当实际转速为n ,转速实际值与测量值之差为n 时,则测速精度为 (2-2)测速精度决定于测速部件的机械制造精度, 并与测速方法有关。用光电码盘测速总会有1 个脉冲所对应的转速误差。%愈小,测量误差愈小,即测速精度愈高。3) 检测时间连续两次采样转速的间隔时间,以T0 表示。T0愈短,愈有利于快速响应。2.4 测量方法比较1) M 法M 法的测速原理是在设定的一定时间内,用计数器计取光电脉冲发生器产生的脉冲数来表示滚筒转速。滚筒的转速可表示为 (2-3)式中, T0为设定的采样周期,是固定时间, s ; m1为在T0时间内计取的光电脉冲数; P 为滚筒每转一周信号盘所发出的脉冲数。M 法测速的指标:分辨率由式(2-1) , m 取1 ,又由式(2-3) 有, ,则根据定义分辨率为 (2-4)可见, Q 值与转速无关, 即计数值m1 变化一个数,在任何转速下所对应的转动位置增值均相同。欲提高Q 值,可改用P 值大的信号盘或增加检测时间T0 。测量精度由于每一个光电脉冲对应的转动位置都相同,并在测速过程中总会有1 个脉冲的测量误差,所以根据定义测速精度为 (2-5)可见,随着转速的增加, m1 增大时,相对误差减小。高速时测量精度高,低速时误差大,这表明M 法适合用于测量高速时的转速。检测时间由式(2-4) , 可见在保持一定分辨率的情况下, 缩短检测时间的唯一办法是更换P 值大的光电码盘。2) T 法T 法的测速原理是计取两个光电脉冲之间的时基脉冲数,其倒数即反映转速的测量值。设时基脉冲的频率为fc ,测得两个光电脉冲间隔时间内的时基脉冲数为m2 ,则滚筒的转速为 (2-6)T 法测速的指标:分辨率根据式(2-1) ,取m = 1 并由(2-6) 式令 , 则分辨率可表示为 (2-7)可见,转速n 愈高, Q 值愈大; n 愈低, Q 值愈小,因此T 法在低速时有较高的分辨率。测速精度用时基脉冲数m2 , 总会有一个时基脉冲的测量误差, 由此造成的相对转速误差为1/ m2 。转速增高,测速脉冲频率fp 也将随之升高,两个测速脉冲的间隔时间变短,而时基脉冲频率fc 一定, 随着转速n 的增高, 必将使计数值m2 减小,转速测量误差增大;反之,转速n 降低, m2 增大,转速测量误差便随之减小。可见T 法适合于低速的转速测量。检测时间T0 T0 确定原则是当滚筒运行在最高转速时,在保证计算机有足够时间对数据进行处理的条件下,应使检测时间尽可能短。时基脉冲频率fc 的确定根据最低转速nmin和计算机字长选取的最大计数值m2max ,由式(6) 来确定fc ,即 (2-8)3) M/ T 法M/ T 测速法的基本原理是:其检测时间由两部分组成 ,其中T0为设定的固定不变时间;T 为从T0 时间结束到此后出现的第一个光电脉冲为止的时间。设在T0时间内计取的测速脉冲数为m1 , 在 时间内计取的时基脉冲数取补即为m2 , 则转速为式中, 为角位移, ( fc 为时基频率) ,将其代入上式后得M/ T 法转速的计算式为 (2-9)M/ T 法测速指标:在高速时T0 T ,检测时间 。将 代入式(2-9) 得:这就是M 法的转速计算式,所以高速时M/ T 法与M 法基本相同;在低速时,测速脉冲间隔大于固定时间T0 ,即 , m1 = 1 ,代入式(2-9) ,得 （2-10）这就是T 法的转速计算式,所以低速时M/ T 法与T 法基本相同。M/ T 法的指标,高速时与M 法接近,低速时M/ T 法与T 法接近,因此M/ T 法是在很宽的速度范围内都有很好指标的一种测速方法。4) 其他数字测速法KT法KT 法是T 法的改进。KT 法的检测时间是取T 法检测时间的整倍数K ,且K 值随转速的增高而增大。设在K 个测速脉冲间隔时间内计取的时基脉冲数为m2 ,则转速为 (2-11)K 为正整数。2.5 研究内容自动化无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便和巨大的经济效益是不可否定的，其中转速的自动检测就能给工作者带来很大的方便。现在人们对它的要求越来越高，对其性价比提出了更高的要求。研究的主要问题是设计出性能较好而价格便宜的监视系统。3 脱粒滚筒的转速监测控制系统设计3.1总体方案设计4位LED显示器电路单片机时钟电路数字采集电路复位电路图3.1 控制器系统框图3.2传感器的选择 人类正在进入信息社会，信息技术的基础是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别相当于人的“感官”、“神经”和“大脑”。在现代社会的发展程中，传感器技术的发展起着举足轻重的作用。传感器不仅用于科学研究、航空航天、机器人等尖端技术领域，而且被广泛用于工业、农业、国防、交通运输以及人们的日常生活中。在机电一体化产品中，无论是机械电子化产品，还是机电相互融合的高级产品，都离不开检测与传感器这个重要的环节3。如果没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的自动检测，那么信号转换、信息处理、正确显示、控制器的最佳控制等，都是无法进行和实现的。因此，国内、外都将传感器列为尖端技术。随着技术的进步，新原理不断被提示，新材料不断被开发和应用，传感器所能测量的量越来越多，传感器的量程和灵敏度不断扩大。微电子技术的进步使得复杂变换电路(甚至微处理器)可以和传感器作成一体，构成所谓“灵巧”传感器(smart sensor)和智能传感器。传感器产业在国民经济中己占有十分重要的地位，受到各国政府的高度重视。一般地，传感器即感受被测信号，并将信号传递出去。传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路部分组成。测速传感器就是将被测轴的转速信号转换为电脉冲信号的一种变换装置。常用的转速测量传感器有磁电式测速传感器、霍尔元件测速传感器和光电式测速传感器。本文选用的是霍尔转速传感器。3.2.1霍尔转速传感器的基本结构原理霍尔转速传感器的结构原理如图所示，该传感器主要有霍尔开关集成电路和小磁钢两部分组成，原理是利用霍尔开关测转速。待测物上粘贴一对或多对小磁钢，霍尔开关固定在小磁钢附近，小磁钢越多，分辨率越高。待测物以角速度旋转时，每当一个小磁钢转过霍尔开关集成电路，霍尔开关就产生一个相应的脉冲。检测出单位时间的脉冲数，即可确定待测物的转速。霍尔传感器分线性型和开关型，线性型的输出电压与外加磁场强度呈线性关系，开关型的输出电压仅为高低变化的电平。本设计应用的是开关型霍尔传感器（1） 霍尔开关集成电路的结构1. 霍尔集成电路的结构稳压源霍尔元件放大器触发器输出驱动器温度补偿电路地输出图3.2 霍尔集成电路的结构霍尔开关是以硅为材料，利用硅平面工艺制造的。上面已经说到硅作为分主的霍尔元件，硅不是主要材料，但是作为集成化的霍尔电路，硅就是可以大显身手这是因为: 霍尔元件是在N型硅外延层上制作的，所以霍尔材料的性质决定于外延层的性质，元件薄片的厚度决定于外延层的厚度，故单晶性好、可以做得很薄，元件的几何尺寸可以控制的很精密; 能够原封不动的利用集成电路的制造工艺，故便于批量生产; 由于能集成放大电路，故灵敏度可以大大提高; 能集成放大线路，故有多种功能型号的产品; 能获得集成电路大容量输出;2. 霍尔开关集成电路线路原理5图3.3 霍尔开关集成电路线路原理图霍尔开关集成电路线路分为四个部分: 第一部分霍尔元件。在霍尔元件的上方有两只二极管DID2，它一方面起电平平移的作用，使霍尔输出电平能与后面的放大线路相匹配，另一方面也可以起到温度补偿的作用【5】。 第二部分是差分放大器。 第三部分是施密特触发器。它把经差分电路放大的霍尔输出信号整形为矩形脉冲。 第四部分是输出器。采用双集电极开路输出，可同时输出两个信号，功能相同，电平一致。集电极开路可以跟很多类型电路直接接口，增加了使用的方便性。3.霍尔开关集成电路的应用1 霍尔开关集成电路的应用:霍尔开关集成电路作为磁电转化元件，用作直接变换时，可测量磁感应强度和电流强度，检测磁场和磁体的移动等;用间接变换时，可以以磁为媒介，不用接触点，把位置、速度、旋转之类的非电量信息转换为电信号是所以霍尔电路的应用十分广泛，可以用在以磁为媒介的各种各样的传感器中。具体应用领域: 位置传感: 旋转传感， 自动检测; 自动控制;4 霍尔开关集成电路特点:从应用角度来看，霍尔开关集霍尔开关集成电路成电路有如下特点: 无触点这是主要的优点;寿命长 ，无磨损部分，寿命是半永久的; 高可靠，可以与TTL等电路相比; 无火花，不产生干扰噪声; 无自激振荡抗干扰能力强: 作频率范围宽; 温度性能好; 抗污染能力强，除了磁体以外，任何物体的存在都不会影响正常的工作; 输出可直接驱动TTL和MOS电路、输出信号数字化，可以直接与计算机接口，实现了传感器技术的数字化、是理想的数字传感器; 构造简单、坚固、体积小、耐冲击。3.2.2霍尔元件的原理霍尔传感器是一种磁敏传感器,它由霍尔元件构成,霍尔元件是利用霍尔效应制成的磁敏元件。在金属或半导体薄片两端面通以控制电流I，在垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势U，这种现象称为霍尔效应【6】。霍尔效应的产生是由于运行电荷受磁场中洛伦慈力作用的结果。UH可用下式表示： （3-1）式中：RH为霍尔常数；I为控制电流；B为磁感应强度；为霍尔元件的厚度。令，称为霍尔元件的灵敏度，则得： （3-2） 由（3-2）可知，霍尔电势的大小正比于控制电流和磁感应强度，一般采用RH大的N型半导体材料做霍尔元件，并且用溅射薄膜工艺使作的很小【6】。323霍尔传感器的安装位置专门设计一个不导磁的圆形塑料信号盘，在信号盘一侧的周边均匀的密布很多小磁钢，将信号盘放在皮带轮内侧，将霍尔传感器集成电路封装后，放在与小磁钢对应的位置，用螺栓固定在机体上，这样安装的优点是：信号盘可以单独加工，加工工艺性较好，磁钢个数的设置不受转轴直径影响，传感器分辨率有保证。图3.4 传感器安装位置示意图3.3 CPU的选择AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压12，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案8。AT89C51 系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。它以较小的体积、良好的性价比备受青眯，在家电产品、工业控制、计算机产品、医疗机械、汽车工业等方面成为降低成本的首选产品。该芯片的功能与MCS-51系列单片机完全兼容，物美价廉，经济适用。其引脚图如下所示。图3.5 AT89C51引脚图（引自 方圆电子，）1）主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表3.1 P3口的特殊功能口管脚备选功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3/INT1外部中断1P3.4T0记时器0外部输入P3.5T1记时器1外部输入P3.6/WR外部数据存储器写选通P3.7/RD外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3）振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4）芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.4 LED显示器的结构及原理7LED是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器。当二极管导通时相应的一个点或一个笔画发光,利用这一特性就能设计出显示各种字符的显示器。常用的七段LED显示器由7个发光二极管组成，排列成8字形状，因此也称之为七段LED显示器，其排列形状如下图：表3.2 数码管管脚图显示字符共阴极段码显示字符共阴极段码03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管用于显示小数点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法-共阳极接法和共阴极接法。在共阳极接法中，发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V，这样阴极端输入低电平的段对应的发光二极管就被点亮，而输入高电平的则不亮。每段所需电流一般为5-15ma,实际电流视具体的LED数码显示器而定。在共阴极接法中，发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段对应的发光二极管就被导通点亮，而输入低电平的则不亮。LED显示器的七段发光二级管，加上一个小数点位，共计8段，其字形代码位与显示段的对应关系如下表：表3.3 代码位与显示段的关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段 dpgfedcba4 电路原理设计本设计采用AT89C5芯片来作为主控制芯片，由霍尔传感器经过光电耦合器隔离整形，反相器驱动，送到AT89C51中断计数输入端，单片机计算出中断间隔周期T，根据T可计算出每分钟转速。其公式为：S=60/NT 。 N为小磁钢的数目。通过LED显示器把测到的转速显示出来，具体电路原理图见附录141主机电路主机电路包括CPU、时钟电路及复位电路【4】，其原理如图，主机采用上电复位方案由R1及C1构成，当通电瞬间，由于C1通过R1在RST端出正脉冲，主机自动复位。主机时钟电路由一个晶体振荡器和两个电容器组成的自激振荡电路接于XTAL1和XTAL2之间，把振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频后，成为单片机的时钟脉冲电路。由于所采用传感器对时序要求较高，采用这种方式可在样机调试时对工作频率进行调整。图4.1 主机电路4.2 电源电路此电路将220V交流电经变压整流后转换为13-15V直流电压，再通过一块三端稳压集成电路7805转换为5V稳压直流输出，供单片机、传感器等供电。图4.2 电源电路4.3 显示电路本设计使用此显示电路，是为了在传感器传出的信号，由芯片处理的情况下显示出滚筒的实际转速。采用四位LED“8”字显示12。由程序中标度变换出的代表相应转速的8位数字信号由P1口经8只三极管驱动同时送给4个8段LED数码管a-h段。至于哪位显示出相应的数字，对于共阴极LED管来说，其阴极要加一低电位，这个低电位是通过分时扫描方式加给4只数码管，而这个分时扫描方低电平是由89C51的P3口输出L1-L4低电平，由四只三极管T1-T4的发射极加到数码管的阴极来完成的。图4.3 显示电路5 软件系统设计5.1测