华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）
在自行车行驶及机车控制系统中对测速装置的要求是分辨能力强、高精度、尽可能短的检测时间以及抗干扰能力强等。本文介绍了一种应用霍尔传感器 A44E获得稳定的脉冲信号，从而实现对转速进行智能测量的方案。
3.3.1 霍尔传感器 A44E
A44E芯片属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽(4．5～18 V)，其输出的信号符合 1vrL电平标准，可以直接接到单片机的I／O端口上，而且其最高检测频率可达到 1MHz。A44E霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理，采用半导体集成技术制造的磁敏电路，它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路， 其输人为磁感应强度，输出是一个数字电压信号[6]。
3.3.2 A44E的测试特性
霍尔开关电路的输出特性见图3-4所示。在输入端输入电压 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(即Bop )时，触发器输出高电压(相对于低电位)，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BRP即)时，触发器输出低电压，三极管截止， OC门输出高电压，这种状态为关 。
图3-4 霍尔传感器A44E的输出特性
在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值 Bop时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称 Bop为工作点，BRP为释放点Bop 一BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。一般规定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。
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3.3.3 A44E芯片的引脚及功能
霍尔传感器A44E芯片的引脚接线图见图3-5所示。典型应用于无触点开关、汽车点火器、刹车电路、位置转速检测与控制、安全报警装置和纺织控制系统。霍尔传感器是个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路(OC)门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。
图3-5 A44E芯片引脚接线图
引脚1是电源Vcc，引脚2是地GND，引脚3是输出OUT。霍尔器件的工作电压不得超过规定的Vcc，大部分霍尔开关均为OC输出。因此，输出应接负载电阻，其数值取决于负载电流的大小，不得超负载使用。
3.3.4 A44E的磁输入检测
把一块小永久磁铁固定在车轮的辐条上，A44E在车轮辐条附近，如图3-6所示。 经过实验得知，当磁铁和霍尔开关 A44E移近到一定距离(设此距离为r)时，A44E芯片的OUT引脚有脉冲信号输出，当二者的距离大于r时，OUT引脚没有脉冲信号输出。反复实验得出霍尔开关A44E导通的距离r为 4mm或5mm。
车轮 霍尔传感器 小磁铁 单 片 机
图3-6 A44E导通距离测量
3.4 LED显示器
根据本设计需要，需要选择一个四位的显示器，第一位显示小数部分，第二位显示的是个位，第三位显示十位，第四位显示百位。因此，本设计选择7SEG-MPX4-CA 4位二极
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数码管显示器，是共阳极，如图3-7所示。共阳极数码管的公共阳极接＋5V，当各段阴极上的电平为“0”时，该段点亮，电平为“1”时，该段熄灭。
图3-7 7SEG-MPX4-CA显示器
3.4.1 LED的显示方法
在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮。
LED显示器有两种显示方式：动态显示驱动和静态显示驱动。 1）静态显示驱动：
静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。
2)动态显示驱动：
数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，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，取决于单片机对位元选通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，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
透过分时轮流控制各个LED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。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。
要显示某字符，首先要把这个字符转换成相应的字形码，然后再通过串行口发送到芯片。芯片把串行口收到的数变为并行输出加到数码管上。 共阴极共阳极字形码表如表3-2所示。
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表3-2 共阴极共阳极字形码表
字 型 共阳极代码 0 1 2 3 4 5 6 7 8 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 共阴极代码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 字 型 共阳极代码 共阴极代码 9 A b C d E F 灭 90H 88H 83H C6H A1H 86H 8EH FFH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 00H 在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。
3.5 单片机外围电路的设计
3.5.1 时钟电路与复位电路
时钟电路是单片机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CUP的速度。目前51系列单片机都采用CMOS工艺，允许的最高频率是随型号而变化的（器件上表明）。最高频率达60MHz。
89C52单片机的内部有一个可控的反向放大器，引脚XTAL1、XTAL2为反向放大器的输入端和输出端，在XTAL1、XTAL2上外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容便组成振荡器。如图3-8 AT89C52的时钟电路框图与复位电路
图3-8 AT89C52的时钟电路框图与复位电路
图中，电容C1、C2的典型值是30pF±10pF(晶振)或40pF±10pF（陶瓷谐振器）。振荡器频率主要取决于晶振（或陶瓷谐振器）的频率，但必须小于器件所允许的最高频率。振荡器的工作受PD（PCON.1）控制，复位后以后PD=0，振荡器工作，可由软件置“1”PD，使振荡器停止振荡，从而使整个单片机停止工作，以达到节电目的。
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计算机在启动运行时都需要复位，使CPU和其他部件都置一个确定的初始状态，并从这个状态开××始工作。AT89C52复位以后，内部寄存器初态如表3-3所示。
表3-3 AT89C52复位以后内部寄存器初态
寄存器 PC ACC B PSW SP DPTR P0～P3 IP IE TL2 TH2 T2CON 内容 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H 0FFH (××000000B) (0×000000B) 00H 00H 00H 寄存器 TMOD TCON TH0 TL0 TH1 TL1 SCON SBUF PCON RCAP2L RCAP2H T2MOD 内容 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 不定 (0×××0000B) 00H 00H (××××××00B) AT89C52单片机的复位引脚RST是史密特触发输入脚，内部有一个拉低电阻（值为80K～300K）。当振荡器起振以后，在RST引脚上输入2个机器周期以上的高电平，器件便进入复位状态，此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3输出高电平，RST上输入返回低电平以后，便退出复位状态开始工作。利用RST的这个特性便可以设计复位电路。
在加电的瞬间，电容通过内部电阻充电，在RST端出现充电正脉冲，只要正脉冲宽度足够宽，就能使AT89C52有效复位。RST在加电时应保持高电平时间包括Vcc上升时间和振荡器起振时间，振荡器起振时间和频率有关，若Vcc的上升时间为10ms，振荡器的频率取12MHz，则复位电容C的典型值为1uF。
3.5.3 报警电路的设计
本次设计的报警采用蜂鸣报警，报警的控制由单片机的P2.5端口控制，系统初始化数，由软件清0P2.5口。当实时速度超过预定值时蜂鸣器响，指示灯闪烁，提示应该减速，当速度减到小于预定值时，报警停止。本设计中自行车的周长值是由单片机的P1.2到P1.5输入的，每个端口代表一个固定的周长值。系统运行时，如果P1.2到P1.5没有输入，则报警，指示灯闪烁提示；当有一个输入时，则关闭闪烁提示。报警电路如图3-9所示。
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