基于单片机的霍尔转速表设计

无锡职业技术学院

毕业设计（论文）

题目基于单片机的霍尔转速表设计

英文并列题目Design of Hall Tachometer Based on Single Chip Microcomputer

院系物联网技术学院班级

学生姓名学号

指导老师（1）职称

指导老师（2）职称

答辩委员会主任钱晓忠主答辩人

二零一八年四月

基于单片机的霍尔转速表设计

摘要：时代在进步，科技在发展，单片机技术的应用也得到广泛运用。本文中我采用了AT89C51单片机和霍尔传感器来测量转速，随着单片机应用的发展，对脉冲信号的处理能力越来越强。数字化系统的增强，旋转测量系统已经可以全数字化。这个系统通过各个方案的对比，我决定采用霍尔传感器，AT89C51单片机和LED显示。画出了各个部分的电路图，最后对系统做了程序设计并进行了分析。该项目完成了软件和硬件系统的设计，实现了旋转测量系统的测量、转速的计算与显示、键盘的启动和停止功能，并完成了程序的要求设计。

关键词：51单片机；转速测量；霍尔传感器

Speed measurement of Holzer sensor based on single chip

microcomputer

Abstract：With the progress of the times and the development of science and technology, the application of single chip technology has also been widely used. In this paper, I used AT89C51 microcontroller and Holzer sensor to measure the speed. With the development of MCU application, the processing ability of pulse signal is becoming stronger and stronger. With the enhancement of digital system, the rotation measuring system has been digitalized. Through comparison of various schemes, the system decided to use Holzer sensor, A T89C51 microcontroller and LED display. The circuit diagram of each part is drawn. Finally, the system is programmed and analyzed.The project completed the design of the software and hardware system, realized the measurement of the rotating measuring system, the calculation and display of the speed, the starting and stopping functions of the keyboard, and completed the requirements of the program. Design。

Keywords :monolithic integrated circuits; speeds measure; Hall element

目录

第一章绪论 (1)

1.1本课题研究意义 (1)

1.2转速测量在国内外的研究 (1)

1.3课题研究的内容 (2)

第二章转速测量系统的总体方案 (3)

2.1转速测量的一般方法 (3)

2.2硬件的总体思路 (3)

2.3软件设计思路 (4)

第三章系统硬件设计 (5)

3.1转速测量原理 (5)

3.1.1测频法"M法" (5)

3.1.2测周期法"T法" (6)

3.1.3测频测周法M/T法 (6)

3.1.4误差和精度分析 (7)

3.1.5"T法"测量误差分析 (8)

3.2 转速测量传感器的比较和选用 (8)

3.2.1开关型霍尔传感器用于测转速 (8)

3.2.2对射式红外传感器用于测转速 (9)

3.2.3开关型霍尔元件 (10)

3.2.4霍尔传感器的应用 (11)

3.2.5 UGN3144霍尔开关元件 (11)

3.3反射式转速测量系统的硬件设计 (13)

3.3.1 AT89C51单片机的性能和特点 (13)

3.3.2 Arduino微处理器的性能和特点 (14)

3.3.3 控制电路处理器的比较和选用 (16)

3.3.4复位电路 (16)

3.3.5 时钟电路 (17)

3.3.6显示电路系统方案的选择 (18)

3.3.7 HD7279接口 (21)

3.3.8键盘电路 (24)

第四章系统软件设计 (25)

4.1单片机的总体设计思路 (25)

4.2单片机转速设计思路过程 (26)

4.2.1单片机速度计算程序 (27)

4.2.2 2—10进制的程序 (28)

4.2.3 显示程序 (28)

第五章硬件调试 (31)

5.1硬件调试 (31)

第六章总结与致谢 (32)

参考文献 (34)

附录 (35)

第一章绪论

1.1本课题研究意义

随着科学技术的改进,尤其是单片机技术的应用,全数字测量速度系统因其功能强大、成本低而得到了广泛的应用。使用传统的接触式测量器、时钟旋转速度等已被忽略;并利用已知的频闪和测量方法测量轴速同步闪速测量仪,接触式的仪容还是一如既往的。应用程序降到下一个地位。以下是非接触电子或数字测量器。这种速度大多具备体积小,轻分量,能精确地读,便利,容易完成电脑的画面显示和印刷输入。能够反映延续变速均匀速度测定发动机稳固形态,也可以用来测量刹时转速在这个特定的工夫距离足够小的情况下。利用速度测定的运用,科学技术的教育,民间产品普遍往往成为产品和系统的核心区域,集中在各种参数的集中运用中但作为一个一般的速度测量系统应用在国民经济的有重要的意义。

1.2转速测量在国内外的研究

速度是能量设备和动态力学性能测试的重要特征参数,因为功率机的许多特性参数都基于其功能和速度来确定,如置换压缩机、轴功率而发动机输入功率等,与振动、能源机械、管路气体脉动的部件磨损、速度有很重要关联。

测量速度有多种方法,测量仪器种类繁多,传统的测量发动机转速的措施,用电光测量仪测定引擎的转速。这样测量时,光标纸必须贴在引擎轴上。同时要求测量员在很短的范围内控制测速器和游标纸之间的距离,所以测量是非常不方便的,以往使用的接触式测量仪,如离心转速计、磁转速计、微型发电机转速计和时钟定时转速计等,已被忽视;而利用已知的频率闪光和测量方法测量轴速同步闪速仪,非接触式仪器仍然存在。应用,而且降级为二级状态。以下是非接触式电子和数字测量仪器。该速度具有小型、轻量、读数准确、方便、计算机屏幕显示和印刷输出等优点。能反映连续转速变化,可表示发动机稳定状态的速度确定,它也可以用来测量在一个足够小的时间间隔的瞬时速度。

测速应用系统普遍运用于工业生产、科学技术教育、百姓用电等各个领域。所有的参数都集中在不同的应用程序中。不仅方便了人们的生活而且提高了经济的水平。

1.3课题研究的内容

1.对速度测量理论进行了详细的分析。对三种方法("T"法、频率测量法"m"法、周期性频率"m/T"测量方法)的速度特性进行了定性比较,并在高、中、低速条件下对其适用性进行了分析。在结合了相关计算和准确度的情况下我才用了"m"法来阐述转速测量的原理。

2.用所学对单片机的了解和原理的分析,决定采用电机的方法测量完成了硬件系统的构成。

3.依据设计办法,建立了单片机定时器/计数器,设计并解释了"M "方法中定时/计数器的性能和用法,

4.通过计算来显示程序,画出主程序的步骤,对系统的控制进行设计,写出源程序的代码。

第二章 转速测量系统的总体方案

2.1转速测量的一般方法

转速测量方法有很多主要如下图，图1显示测量图。

图1转速测量框图

2.2硬件的总体思路

通过对设计整体要求,按照所学知识结构,运用相关的器材零件,在原理图上进行操作,速度是过程中使用的参数。这种方法在现代科学技术发展的准确性和范围上并不适用。数字测量系统广泛被使用着,在测量范围内,测量精度大幅提高。

测速系统主要由霍尔传感器、单片机和显示器、键盘电路组成。传感器UGN 3144霍尔传感器将速度转换为脉冲数。利用集成的霍尔元件,脉冲信号可以直接放置在单片机、STC89C 51单片机中,利用动态LED 显示的7段数码管显示,用该系统进行，如下框图2。采用电源作为双电源,将继电器驱动器及其外围电路与电源完全分开。光耦合器被用于传输信号。这个方法虽然不能如单电源的电源方便,但是可以消除继电器作业的干扰,进一步提高了系统的稳定性。

转

速

信

号

拾

取 整形 倍频 单 片机 显示 接口 芯片 显示

键盘

驱动电路

图2 转速测量系统的总体框图

2.3软件设计思路

软件需要解决的设置定时器0的数量和外部中断0,因为测量的速度范围很大,所以低速和高速都考虑进去,关键在于实现四个字节的程序除了三个字节。显示部分。一个二进制到十进制转换程序是必需的。一个程序转换成一个未压缩的BCD 可以通过调用一个查找程序来发送到显示。

软件工作流:霍尔传感器利用磁电效应产生周期性脉冲。中断信号被发送到微控制器的外部中断0(P3.2)端口。计时器在内部计时。Th0和TL0的初始值为0。除数的下两个字节。软件记录器的中断和定时器0的数目作为除数。字节。中断之后。内部存储器值被读取为除数。调用除法程序计算速度。然后,使用一系列二进制数变换来调用表显示程序。该程序显示在LED 上。速度部分软件设计概念:STC89C51微控制器P3.2端口接收传感器信号。一个外部中断服务程序INT0被写入读取数字值的3个字节。0计数的初始值被重置为下一个计数和计算。2字节的二进制-3字节(bcd)转换器bcd 被启动。然后,将10进转换成非压缩的bcd 程序。最后的呼叫启动程序被发送到显示器。该软件的详细设计将在接下来的章节中详细介绍。

传感器电路

显示 驱动电路

STC89C51

单片机 时钟电路

键盘电路 复位电路

第三章 系统硬件设计

3.1转速测量原理

3.1.1测频法"M 法"

在必要的测量时间t 内,测量由脉冲发生器产生的脉冲数,以测量M1的速度。如图3所示

:

图3“M ”法测量转速脉冲 在时间t 中,转向轴的弧度为Y,速度S 可以从底部反射。

T X n πτ

260= (3-1) 转轴转过的弧度数X,可用下式所示

p m X 1

2πτ= (3-2)

由上得出,S 的表达式如下:

pT m n 1

60= (3-3)

-转速单位:(转/分)

-定时时间单位:(秒)

3.1.2测周期法"T 法"

两脉冲产生的距离宽度来确定转速。如图4所示:

m

2

输入脉冲

图4 "T"法脉宽测量

Tp 通过定时器测得。定时器对时基脉冲(频率为fc)进行计数定时,在TP 内计数值若为m2,则计算公式为:

p pT n 60=

(3-4)

即: 260pm f n c

= (3-5)

3.1.3测频测周法M/T 法

所谓的测量方法分别是"T"法和"M"法的组合,对于差异的高精度和低速度精度,以及使用各自长处的措施,精度介于两者之间。如图5所示。

m 2

图5 "M/T"法定时/计数测量

速度计算如下:高频率脉冲的频率为vc,脉冲发生器每次发出P 脉冲,通过公

式(3-4)和(3-5)求出M/T 速度公式。

2160pm m f n c =

（3-6）

-转速值。单位:(转/分)。

-晶体震荡频率。单位Hz 。

-输入脉冲数,反映转角。

-时基脉冲数。

3.1.4误差和精度分析

"M 法"测量误差分析

由转速公 式:

pT m n 1

60=

给出定时的时间和输入脉冲不可以保障严格的同步,而且在T 内是否精确地测量完全周期的外部脉冲数,因此M1可能发生脉冲量化误差,因此速度变化

n n ?+= ( 3-7 )

其相对误差为:

11m n n =?=ε （3-8）

601npT

m = （3-9）

n pT 160?=

ε (3-10)

其相对误差为:

ε-相对误差。

-加入一个脉冲后的转速值。 pT pT m pT m n 6060)1(6011±=±='

-误差。

根据(3-10)公式,N 随转速的增加而减小。因此,该方法适用于高速测量。速度越慢,误差越大。

3.1.5"T 法"测量误差分析

因m1的量化误差也是1个脉冲,所以速度的变化也可以给出如下形式:

n n m pm f pm f m p f n c c c ?±=±±=+=')

1(6060)1(602222 (3-11)

其相对误差为:

所以由(3-11)式可知,ε减小旋转速度也会减小。该方法适用于低速测量,速度快,误差大。

根据上述分析,M 法适用于高速测量。当速度较低时,误差会更大。这个方法可以用于低速度测量,可以把误差缩小。M/T 速度测量的相对误差与速度没有关系。它只与由晶体振荡产生的脉冲有关。因此适用于各种速度的测量。确保测量精度的方法是增加时间T 或提高基本频率脉冲FC 的频率。因此,在实际操作中,M/T 的测量方法经常发生变化。所谓的M/T 方法,基于M/T 方法,总是等于输入脉冲信号的周期和测量的时间Tc 。根据第一次测量的速度,及时调整Tc 时间。基于M 方法,测量速度、电路和程序相对简单,满足一定条件下的精度要求,采用M 方法。

3.2 转速测量传感器的比较和选用

3.2.1开关型霍尔传感器用于测转速

实际上是一种磁传感器,很多都是利用霍尔效应原理,在轴上安装一个小磁铁,轴转动时,当磁铁经过霍尔装置时,该装置将产生低电平的脉冲,没有磁铁,是一个高电平。这样,低水平的人数就知道了。如果你事先知道车轮的半径,你可以计算周长,然后根据匝数计算里程。再把里程除以时间，就可以知道速度。

图6 霍尔效应原理图

3.2.2对射式红外传感器用于测转速

光电式:采用光电射门原理。也就是说,在轴上的光栅,这是一个像自行车轮(非常小)的循环,上面有许多辐条。然后安装光电(红外)发射管、接收管。如果接收到发送信号,则产生高电平,并且如果辐条被阻塞,则产生低电平。轮辐的数目是已知的,例如,根据测量的低电平的数目,然后除以百分之一百,这是匝数。背面的速度与电磁波的速度相同。

一般来说,光电式的精度较高。

霍尔器件具有许多优点:

(1)精度高:精度小于1%,设计精度适用于任意波形测量。

(2)良好的线性度:优于0.1%;

(3)宽带宽:高带宽电流传感器的上升幅度小于1。

(4)测量范围:霍尔泽传感器是目前测量值为50的系列产品。。

(5)频率很高(最高可达到1MHZ);

(6)耐震动;

(7)寿命长,安装方便;

本次我们选择霍尔传感器来进行测量。

3.2.3开关型霍尔元件

霍尔效果的磁传感器所用的霍尔组件。随着各种磁传感器产品系列的开展,得到了普遍的运用。霍尔元件是磁性传感器。对它们来说,检测磁场和其变化是必要的,可以在各种磁场上使用。霍尔是基于霍尔效果的。

该装置具有紧凑、小型、轻、寿命长、易安装、消耗功率低、频率高(1mhZ)、不动、尘土、水气、烟尘等污染和腐蚀的优点。

这个装置具有高精度和良好的线性度。霍尔开关装置没有接触,也没有磨损,输出波形清楚,不抖动,恢复,高位置的重振(蔓延)。受到各种补偿措施的甲酸装置的操作温度范围为55～150度。

根据霍尔装置的功能,可以分为霍尔型装置和霍尔开关装置。前者的输出模拟输出,后者输出数字。

根据被摄体的性质,可以直接应用于应用和间接的用途。前者是测量对象的磁场或磁场的直接检测。后者是从检测到的物体中检测出的磁场,磁场被作为检测到的信息的载人使用。因此,使用了许多非电和非磁性物理量,使用了力量、扭矩、应力、应力、位置、变位、加速度、角度和角度。将工作状态的角速度、速度、旋转数、变化时间转换为电能并控制。

合并霍尔传感器是利用si集成电路技术的一个霍尔,是使用霍尔、组件和测量电路的传感器。除去传感器和测量电路之间的边界,实现了材料、元件、电路的第三位。与分离相比,集成的霍尔传感器提高了焊接点的可靠性。另外,小型轻量,消费电力低这样的优点,越来越受欢迎。合并的霍尔传感器的输出是处理完毕的霍尔输出信号。根据输出信号,可以分为开关集成传感器和线性集成霍尔的两种。

在开关上集成的霍尔传感器输出高输出和低水平的数字信号处理后,输出霍尔的输出。被称为霍尔开关电路、霍尔的数字电路由一电压调节器、一个霍尔芯片、差分放大器、每一个schmidt传感器和输出阶段构成。

3.2.4霍尔传感器的应用

利用霍尔的磁场检测装置的方法很简单。在测量的磁场中,将霍尔装置寻找多种形式。因为霍尔装置对在霍尔表面垂直感知的磁导强度很敏感,所以磁力线

和装置表面必须垂直地配置在磁场。通过磁场输出电压可以得到反应力。这必须是垂直的,它的垂直量的磁场测量计算的磁性的强度。另外,能检测出霍尔元件尺寸的小、心。通过在比赛的分布状态下,将数据处理和槽的磁气和小洞探知的磁体感知到卡里的运动和位置,将对象的信息用于永久磁铁磁场通常工作生产。比如,5毫米×4×2.5(3)第2磁钢中,约有2300高斯的强度被磁极表面能得到的。间隙,人气在距离强度急速增加,被称为小。霍尔的装置,为了保证靠得住的运行,特别是霍尔开关必须考虑，应用有效长度的人气间隙。总有效计算的时候,工作的间隙呼吸霍尔从滋芯片的表面的计算。包装的霍尔电路,霍尔的膜的深度,给了产品的手册。霍尔装置需要工作输出,运动和位置传感器,通常磁铁和探索的物体被移动，霍尔固定装置工作系统的适当位置使用磁场检测工作,并且被抽出的检测信息。

3.2.5 UGN3144霍尔开关元件

UGN3144霍尔开关元件属于开关型霍尔传感器（集成霍尔开关），它是把霍尔片产生的霍尔电压VH放大后驱动触发电路，输出电压是能反映B的变化的方脉冲。集成霍尔开关由稳压器、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）、差分放大器、施密特触发器和OC门输出五个基本部分组成。在输入端（1、2之间）输入电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔发生器的两电流端。根据霍尔效应原理，当霍尔片处于磁场中时，霍尔发生器的两电压端将会有一个霍尔电势差VH 输出。VH 经放大器放大以后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。

图7 开关型霍尔传感器的原理

当外磁场B 达到“工作点”Bop 时，触发器输出高电平（相对于地电位），三极管导通，此时，OC 门输出端输出低电平，通常称这种状态为“开”；当外磁场B 达到“释放点”Brp 时，触发器输出低电平，三极管截止，OC 门输出高电平，这时称其为“关”状态。Bop 与Brp 是有一定差值的，此差值BH=Bop-Brp 称为霍尔开关的磁滞。B 的变化不超过BH ，霍尔开关不翻转，这就使得开关输出稳定可靠。集成霍尔开关传感器的输出特性如图8。

/mT

图8 开关型霍尔传感器的输出特性 UGN3144主要技术性能与特点

Allegro MicroSystems 公司生产的UGN 3144 器件是双极性磁场即N,S 交变场磁启动的霍尔开关电路，它的主要性能特点如下：

（1）电源电压为4.5—24V ；

（2）连续输出电流为25MA;

（3）磁通密度不受限制，输出关断电压为25V ；

（4）具有反向电压保护（反向电压为35V ）和极好的温度稳定性；

（5）工作温度为-20到85摄氏度或者是-40到25℃。

UGN3144 采用SOT89或者TO-243封装。其中，引脚端1为电源正端，引脚端2为接地，引脚端3为输出（OC 形式）。

图9 UGN3144的封装结构

UGN3144霍尔开关元件芯片内部包含有稳压电路，霍尔效应电压产生电路，信号放大器，施密特触发器和一个集电极开路输出电路。集电极开路输出电路可连续输出25MA电流，可直接控制继电器，双向可控硅，可控硅，LED和灯负载。其具有输出自举电路，也可直接与双极型和MOS逻辑电路连接。

转速测量是开关型霍尔元件的典型应用，UGN3144霍尔开关元件感应被测量量的转速，当被测量量每转动一周，霍尔传感器便输出一个脉冲，因为该器件为集电极开路输出，故输出端加接一上拉电阻，其电压电压范围宽达4.5 V到24 V，对磁感应强度B要求不严，其输出电压经9012后可提高其负载能力。其具体电路图如图10所示：

图10 UGN3144霍尔开关元件与单片机的连接电路

3.3反射式转速测量系统的硬件设计

3.3.1 AT89C51单片机的性能和特点

AT89C51简介

AT89c51是一个4 k字节中的一个可编程的专用存储器(fpurm falsh)。低电压、高性能cms 8位微处理器可以具有读取专用低电压、高性能CMS 8位微处理器。它被称为单片机。该装置采用ATMEL公司生产的高密度存储器制造技术,通过工业标准制造。8位CPU和闪存的结合。

图11 AT89C51单片机

图11是一种常用单片机,其型号为AT89C51,将计算机的功能与此核心相结合。

在芯片内部,这样一个小芯片可以组成一个小型计算机,所以它被称为单片机。

它一共有40个引脚,分为两排,每一个有20英尺,左下角用第一个箭头标出。

然后逆时针转向第二脚,第三脚40英尺。

在40个引脚中,32个可以用于各种控制,例如控制小灯的光和控制电机, 这32个脚被称为"端口"的单片机。

在操作中,每个端口都有一个特定的名称,例如,第一个端口上的端口被称为"P1.0"。

AT89C51单片机的功能:

主要特点:

它与MCS-51兼容。

一个4K字节的可编程闪存。

寿命:1000写入/擦除循环。

数据保存时间:10年。

所有静态工作:0HZ-24Hz。

第三级程序存储器锁。

它是128×8位的RAM。

32可编程I/O线。

两个16位定时器/计数器。

3.3.2 Arduino微处理器的性能和特点

Arduino是一个开源计算机以及软件公司，用户可以通过Arduino单片机以及相应的微控制器工具包构建数字设备以及能与外界交换的设备。可以通过传感器和控制器感知和控制物理世界中的对象，Arduino符合GNU或者GPL，允许任意一方制造和销售Arduino，可以以商业的形式封装与商品中，也可以共客户自行DIY使用。

Arduino使用了各种微处理器和控制器，这些电路板配有数字和模拟量输入输出（I/O）引脚，可以被连接到各种扩展板或者其他电路中，因为由Arduino 电路板的存在，从而使得这些电路有了串口通信功能，可以通过各类的串行总线，电脑中常用USB连接的方式连接这个电路，也可以通过自己设定程序以别的方式让Arduino电路板与电脑进行通讯。Ardino所使用的语言具有C和C++的语言特征，除了自身的Arduino自身的Arduino编译器，还提供了Processing语言项目的开发环境。

大多数的Arduino 板包含了一枚Atmel 公司生产的8位AVR微处理器，后来又于2012年推出了一款基于Atmel SAM3X8E的32位Arduino Due，这些电路板通常都具有单排或者双排排插，可以通过排插方便的与外界的电路板进行连接，可以使用IIC串行总线单独寻址的方式访问多个外部设备。Arduino电路板大多数都包含了5V稳压芯片和16MHz的晶体或者陶瓷晶振，Arduino预先存储了一个引导加载程序，简化了程序上传到片上闪存的过程。Arduino板暴露了大多数微控制器的I/O引脚供其他电路使用。Arduino Uno提供了14个数字I/O引脚，其中6个可以产生脉冲宽度调制信号，还有6个模拟输入，也可以用作6个数字

I/O引脚。这些引脚位于电路板的顶部，通过0.1英寸（2.54毫米）的插座。几个简单的插件也可以在市场上买到。Arduino Nano和Arduino兼容的扩展版板可以在板的下面提供插头插头，用于插入无焊面包板。

图12 Arduino单片机

3.3.3 控制电路处理器的比较和选用

Arduino开发板相对来说硬件设计和软件设计都比较容易，但是它的成本较高，对于转速计这类在市场上大量使用到的产品，成本是必须要首先考虑的，而51单片机在市场上已经非常普遍，性价比很高，用51单片机来开发设计转速计在硬件和软件设计上难度也不大，所以我选用了AT89C51单片机来作为控制芯片。

计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

3.3.4复位电路

MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入(对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。单片机采用的复位方式是采用芯片TCM812进行复位。

TCM812是高性价比的系统监控电路，用于对数字系统的电源电压VDD 进行监控，并在必要时向主处理器提供复位信号。提供的手动复位输入可以替代复位监该器件由SOT-143方式封装，工作温度范围为-40℃至+85℃。其引脚如下：

图13 RST引脚

TCM812芯片的引脚功能：

（1）GND 地

（2）RESET 当VDD 低于复位电压门限值和VDD恢复上升到高于复位电压门限值之后的140 ms（最小值）内，RESET推挽输出保持高电平。

（3）MR 手动复位输入，当MR 低于VIL 时产生复位。

（4）VDD 电源电压

由于TCM812芯片的特点，本设计中采用该芯片进行复位，其电路图如下：

图14 复位电路

3.3.5 时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ 。MCS-51内部都有一个反相放大器， XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pf左右。对外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器的频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHZ-12MHZ之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，即要求线简的寄生电容要小；晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作。综合考虑，本设计采用30pf的电容，因为晶振的频率无法精确达到12MHZ，所以一般情况采用11.0592MHZ,其电路图如下所示：