基于51单片机的智能节水型水表的设计

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1、 基于51单片机的数显节水型水表的设计摘要：本设计是基于51单片机的一种数显节水型水表。该水表是采用霍尔传感器采集水流信号,通过对现有水表的改进,并结合电子传感技术，设计出一种体积小,重量轻,全数显的节水型水表。该数显水表的叶轮处安装上小磁柱,水表外壳上装有霍尔元件AH44E，霍尔元件接收到的信号被传入单片机，信号通过处理，传送到显示板上，显示板上分别带有可显示瞬时流量、累计流量的视窗、报警灯和报警器，显示板上盖有透明密封板。本设计有如下的优点：一、准确反应瞬时流量和累计流量,读数准确,使用效果好；二、能够在超过用户设定值时提醒用户，起到了时时提醒用户节水的目的。关键字：数显，霍尔传感器，小磁

2、柱，显示板，报警The design of digital showed water-meter based on 51 MicrocontrollerAbstract: This design is a saving meter which based on a digital display 51 microcontroller. The water meter is collected using Hall sensor signal flow through the improvement of the existing water meter, combined with elect

3、ronic sensing technology,Design a small size, light weight, all figures show the water-meter. The figures show that the impeller to install water meters on the small cylinder. The water meter is equipped with a Hall element AH44E shell. Hall element received signal is passed to SCM. The signal is pr

4、ocessed, sent to the display board. Display board can be displayed with the instantaneous flow, respectively, the cumulative flow window, alarm lights and alarm, the display board covered with a transparent sealing plate. This design has the following advantages: 1, accurately reflect the instantane

5、ous flow and total flow rate, reading accuracy, and efficiency is good; 2, the user can set the value in more than remind the user, playing the purpose of saving time to time to remind the user.Keyword: Figures show, Hall sensors, small cylinders, display board, alarm目 录1设计来源及设计意义32设计方案32.1总体设计32.1.

6、1智能水表的硬件组成部分32.1.2智能水表应具有以下功能：32.1.3智能水表实现方式42.2 理论基础42.2.1 AT89S51单片机42.2.2 AH44E霍尔传感器52.2.3 1602LCD液晶显示屏62.2.4 水流计73 硬件设计83.1 设计方案83.2电路图的设计93.2.1信号采集电路93.2.2数据显示电路103.2.3复位电路103.2.4 报警灯电路114 软件设计124.1主流程框图124.2按键扫描子程序框图144.3 流水量计数程序框图154.4报警子程序框图155 系统调试176总结17致谢17附录：18附录一：1602LCD简介18附录二：霍尔元件简介及应

7、用22附录三：按键扫描子程序301设计来源及设计意义近年来，全球缺水问题已引起人们普遍关注。我国是淡水资源严重紧缺的国家之一，城市缺水特别是我国北方城市缺水已经到了相当严重的地步。人们虽然有很好的节水意识，但是在生活中一般难以控制好用水量，如果每月没有限定好用水量，那将造成淡水资源的严重浪费。传统的水表就只有计数功能，而且安装在户外，不具有提醒用户节水的功能，基于这一现象，我设计了一款能够提醒用户主动节水的智能数显节水型水表。同时推动我国智能水表产业的发展，中国智能水表网特地推出智能水表技术推广工程，限量扶持部分个人或企业，投入智能水表生产，成为创业级合作伙伴。2设计方案2.1总体设计2.1.

8、1智能水表的硬件组成部分 水流计，小磁柱，霍尔元件AH44E, 液晶屏1602LCD，矩阵键盘，单片机AT89S51，12MHZ晶振，无极电容104，复位开关，5V稳压电源等，报警灯，蜂鸣器。2.1.2智能水表应具有以下功能：1） 用户可以设定两个用水量值，当这个月的流水量达到这两个值时，数显式节水水表进行报警，提醒用户设定的值已经达到，用户应该进行节水措施，不要无意识的浪费水资源；2） 当一个月的时间到时，数显式节水型水表将把用户一个月的用水量显示在液晶屏上，提示用户这个月的用水情况。;3） 液晶屏时钟显示时间功能4） 液晶屏上时刻显示用水量信息，以便用户及时了解用水信息。2.1.3智能水表

9、实现方式叶轮转动霍尔元件检测报警器报警灯AT89S51驱动电路LED显示屏图1 数显式节水水表工作原理图数据采集：在普通水表叶片处安装上小磁柱，外壳处安装上霍尔元件以检测叶片转过的圈数，再根据水表内部的体积，计算出用户的用水量。 数据处理：通过单片机将采集的数据，经过单片机处理计算出每一段时间的用水量，同时，将用水量同用户设定的用水预期用水量进行比较。 数据显示：一个月内，用户的实时用水量超过设定的预期用水量时，智能水表上的报警灯亮起，同时LCD液晶屏上显示报警信息，提醒用户节约用水。一个月到时，单片机将把这一个月的用水量显示在液晶屏上，好让用户对当月的用水情况有个大概的了解。2.2 理论基础

10、2.2.1 AT89S51单片机AT89S51是一种带4K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1000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AT89S51是一种高效微控制器，AT89S51是它的一种精简版本。AT89S51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。外形及引脚排列如图2-1所示图2 AT89S51芯片引脚图AT89S51共有40个引脚，大致可分为4类：电源引脚、时钟电路引脚、I/O引脚、控制线引脚

11、。根据开发的需要和单片机的结构，我们就可以实现单片机的自动工作，即实现自动化！2.2.2 AH44E霍尔传感器图3 AH44E 霍尔传感器电路开关型霍尔传感器（简称霍尔开关）是一种新型的集成电路无触点开关，其外形尺寸和内部结构如图25所示。其中A是恒压源；B是霍尔电势发生器(霍尔片)；C是差分放大器；D是施密特触发器；E是集电极开路（OC门）输出。图中1、2、3表示霍尔开关的三个引出端，分别为电源U+，接地GND和输出OUT。其工作原理为：在(1)、(2)端输入电压Uc，经稳压器稳压后加在霍尔片的两端。由霍尔效应原理知：当霍尔片处在磁场中时，霍尔电势发生器就会有一个霍尔电压UH输出，该UH经放

12、大器放大后，送至施密特触发器整形，当施加的磁场达到该器件的工作点时，施密特电路翻转，使OC门开关。表一、AH44E开关型霍尔集成元件主要参数：型号电源电压Vcc（V）动作磁场B（mT）内部电流Icc（mA）输出电流Iout（mA）输出形式工作温区44E4.52445920单OC门4085简要说明： 用于无触点开关,汽车点火器,刹车电路,位置,转速检测与控制报警装置,纺织控制系统 电压范围:4.5-24V 耐温范围: AH44E -40-85度 AH44L -40-150度特点：结构简单，塑料外壳，体积小，需要一个小磁铁配合使用；开关型元件，集电极开路输出； 无触点，寿命长； 开关速度快，工作频

13、带宽（DC100KHz）；2.2.3 1602LCD液晶显示屏在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点：一、显示质量高，由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。二、数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。三、体积小、重量轻，液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。四、功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示

14、器要少得多。本系统选用的字符型LCD是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。本次设计选用的是长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-1： 图4 1602字符型液晶显示器实物图2.2.4 水流计水流计采用透明状的的小型直管水流计为一。内部尺寸规格为 ,根据圆柱体积计算公式和物体重量计算公式得叶轮转一圈流过的水量约为12g.图 5 水流计实物图3 硬件设计3.1 设计方案按键电路晶振电路复位电路采集电路电源电路AT89S51驱动电路LED显示电路报警电路 图6 设计总体图3.2电路

15、图的设计单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。系统电路原理图如图3-2所示。本系统主要硬件设计包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路、复位电路、LCD显示电路、矩阵键盘电路以及霍尔元件传感器电路。12MZH30PF30PF10uFS?SW-PB10KRSTVCC123VCC1K12345678910111213141516LCD1602GNDVCCV0RSR/WED0D1D2D3D4D5D6D7BLABLKVCC10KVCCD0D1D2D3D4D

16、5D6D7P3.7P3.6VCCP3.5P3.4VCCP0.7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P2.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P3.0/RXDP3.1/TXDRSTP3.7/RDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0GNDXTAL1XTAL2P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7EA/VppALE/PROGPSENP3.6/WRP3.5/T1AT89S51WELADUBLEVCCVCC12345678J301234567123J5123J51K12345678J41K1KVCCREDYELLOWGRE

17、EN10kVCC图7 电路原理图3.2.1信号采集电路图8 信号采集电路(1)、(2)、(3)代表集成霍耳传感器的三个引出端点。在输入端输入电压VCC，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BOP)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BrP)时，触发器输出低电压，三极管截止，使O

18、C门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，霍耳元件完成了一次开关动作。使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳传感器优良特性之一。3.2.2数据显示电路图9液晶屏显示电路滑动变阻器用以调节背光灯与字符显示度的对比度，读写选择端接地，设置成写状态。采集的数据经过单片机处理后，通过P2口将所得到的数据显示在液晶屏上。使用户能够即使知道用水量的信息。3.2.3复位电路图10 复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是PC初始化为0000H，是单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行错误获操作错误使系统处在死锁状态，为了摆脱困境，也需按复位键以重新启动。

19、我采用按键复位电路，按键电平复位是通过使复位端经电阻与VCC电源接通而实现的3.2.4 报警灯电路图11 报警灯电路 P0口外接上拉电阻，以便更好的驱动P0口的电路，报警灯由黄色和红色二极管组成，黄色二极管亮起表示第一个设定的用水量已经达到，红色二极管亮起表示第二个设定的用水量已经达到，再次提醒用户节约用水。报警器采用蜂鸣器进行报警，报警器可以更好的提醒用户及时知道用水量超标的情况。4 软件设计4.1主流程框图主程序流程图如图2，所示。主程序包括六个判断。第一次判断在设定完报警值后，判断按键K1是否按下，是则进入检测流水量阶段，否则继续判断；第二次判断是在进入流水计数状态时，检测第一个报警值是

20、否大于水流量的值，是则进入第一次报警状态，此时报警灯黄灯亮，提醒用户节水，否则继续判断；第三个判断是检测按键K2是否按下，是则停止报警，否则继续报警；第四次判断是检测第二个报警值是否大于水流量的值，是就进入第二次报警，否则继续报警；第五次判断是检测按键K2是否按下，是则停止报警，否则继续报警；第六次判断是检测是否进入下个月，是则重新开始计数。第二次报警开始按键设报警值A1和报警值A2K1按下？显示水流量YN系统初始化第一次报警水流量A1?按键K2按下？按？下？YNNY继续显示按键1按下？Y水流量A2？按？下？YNN下个月到？NY停止报警停止报警图12 主程序流程图框图 4.2按键扫描子程序框图

21、按键扫描程序是有四个功能和动作相同的步骤组成。整个程序顺序扫描P1.0P1.3口，扫描每个口，先判断是否有按键按下，有则对按键消抖，然后根据当前状态识别按键，进而继续读取下一个；否则直接读取下一个。P1=FEH跟据当前状态识别按键有键按下？延时10ms真的有键按下？P1=FDH有键按下？延时10ms真的有键按下？跟据当前状态识别按键P1=FBH有键按下？延时10ms真的有键按下？P1=F7H有键按下？延时10ms真的有键按下？跟据当前状态识别按键跟据当前状态识别按键图13 按键扫描子程序框图4.3 流水量计数程序框图流水量计数时，先对计数量进行初始化，利用外部中断进行加一设置。当叶轮上的磁铁接

22、近霍尔元件时，霍尔元件输出一个脉冲，中断0口每来一个低电平，每中断一次，计数值每加一次，将流水计的容乘以计数量就得到了水流量。开始计数变量num初始化水流量 n初始化num自加1有外部中断？NY返回n=num X 12图14 流水量计数程序框图4.4报警子程序框图P0.0控制黄灯亮灭，用来发出第一次提醒，P0.1控制红灯亮灭，用来发出第二次提醒，P0.5用来控制蜂鸣器的工作。进入流水计数状态时，首先检测第一个报警值是否大于水流量的值，是则进入第一次报警状态，此时报警灯黄灯亮，提醒用户节水，否则继续判断；再次，检测第二个报警值是否大于水流量的值，是就进入第二次报警，否则继续报警。 直到有按键按下

23、就解除报警状态！Y绿灯亮，黄灯和红灯灭，蜂鸣器不响水流量A1?N黄灯灯亮，蜂鸣器响红灯灯亮，蜂鸣器响水流量A1? 图15 报警子程序框图5 系统调试设计好电路原理图后，按照原理图，根据电子元件认真焊接好电路，保证电路的稳定性，焊接好电路图后用电流表检测好电路的正确性，防止电路的短路现象的发生。利用WV仿真器进行软件仿真和硬件仿真。根据硬件电路的设计，编译好相应的汇编程序，先利用WV软件进行软件调试，确保程序大体正确。然后利用WV仿真器进行硬件仿真调试，并按顺序检查错误进行修改，尽快完成系统的调试。最终将程序的HEX文件烧录进入单片机进行实测。在调试过程中出现的主要问题分析：一） 发现电路的稳定

24、性不好。原因分析：在多次检查电路后，发现为了 达到较好的稳定性，我们应该防止漏焊，而且尽可能的少用焊锡丝作为导线。二） P0口不能很好得驱动显示电路或报警电路部分。原因分析：由于P0口输出电流比较小，用上拉电阻提供电流分量，可以把电平“拉高”。三） 排线用的多会之间影响电路接触问题，因此尽可能避免外接排线的使用。四）液晶屏会出现乱码。原因分析：在程序中没有将数据指针确定好，同时没有控制好液晶屏的时序问题。经过认真的调试分析，最终完成了数显节水型水表的制作，达到了一开始设计的效果。6总结回顾此次单片机培训论文设计从理论到实践，不仅巩固了以前所学的知识，而且学到了很多书本上学不到的东西。通过论文设

25、计使我懂得了理论与实践相结合非常重要，光有理论知识是远远不够的，从理论和实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。当看到LCD显示屏上显示出事先设定的字符时，内心的喜悦真的是无法形容，辛苦了这么长时间总算没有白费。不过在完成此次单片机论文设计后,我们发现我还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些功能不能顺利完成。但通过学习这一次实践,增强了我们的动手能力,提高和巩固了单片机方面的知识,特别是软件方面。从中我认识到把理论应用到实践中去是多么重要。致谢论文设计过程中需要特别感谢的是我的指导老师，贺新民老师和王玉芝老师，没有他们的指导和帮助我不可能如

26、此顺利的完成本次设计。实验室实验设备非常齐全，室内环境良好，有专业的教师辅导监督我们的论文设计。焊接电路板时老师耐心讲解和示范，写论文时老师细心指导和更正，调试电路时老师仔细检查并修改错误。我们不仅感受到实验时良好的学术氛围，还感受到老师们渊博的学识和平易近人的学者风范。附录：附录一：1602LCD简介引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示:表1：引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D

27、6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当

28、E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。表2：控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读

29、数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的

30、文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。1602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就

31、是告诉模块在哪里显示字符，图3-5是1602的内部显示地址。图3-5 1602LCD内部显示地址例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这

32、些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。其中字符代码与字符图形对应关系如图3-6所示：1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15Ms写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光

33、标设置液晶显示模块的设计本设计液晶显示模块的设计如下图3-7所示,该电路实现的功能是：通过AT89S51的P00P07八个口输出控制信号，控制液晶的8位双向数据线，通过单片机的P24、P25、P26向液晶模块发送命令，控制液晶执行各种命令，其中P24控制液晶的使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，P25控制液晶模块的读写，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当P25和P26共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当P26为低电平P25为高电平时可以读忙信号，当P26为高电平P25为低电平时可以写入数据,P26控制寄存器的选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器

34、。液晶部分引脚说明：第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第15脚：背光源正极第16脚：背光源负极附录二：霍尔元件简介及应用霍尔元件之作用原理也就是霍尔元件，所谓霍耳效应如图1所示，系指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B 时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方

35、向弯曲的力量：(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。电位差V 之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I 乘以磁场B 之积成比例。比例常数为决定于物质之霍耳常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。 图1 霍尔组件之原理在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁的作用（有磁场） ，而改变电子进的方向。电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电） ，将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔电压（霍尔电压） 在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电

36、子的N 型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论：(1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。(2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。图2系表示35 端子之霍尔组件的使用方法，在三端子霍尔元件之输出可以产生输入端子电压之大致一半与输出信号电压之和的电压，而在四端子及五端子霍尔组件中，在原理上虽然可以免除输入端子电压的影响，但实际上即使在无磁场时，也有起因于组件形状之不平衡等因素之不平衡电压存在。(a)3脚组件 (b)4脚组件

37、(c)5脚组件 图2 霍尔组件使用方法种类及接法:构造：无铁心型，铁心型，测试用探针霍尔集成电路接法：三端子组件，四端子组件，五端子组件用途:霍尔组件有下列三种用法：(A) 事先使一定电流流过霍尔组件，用以检出磁场或变换成磁场的其它物理量的方法。(B) 利用组件的电流、磁场及作为其变量的该两种量的乘法作用的方法。(C) 利用非相反性(即在一定磁场中，使与输入端子通以电流时所得的输出同方向的电流流过输出端子时，在输入端子会产生与最初的电压反方向的霍尔电压的现象)的方法。上述各种使用方法的具体例参照前述磁电变换组件的用途的项所述。在这些具体例中，有不少在组件的灵敏度及温度特性上，霍尔组件形成1 匝

38、(Turn)的线圈有妨碍而难以符合实用。但利用霍尔探针测定磁场因属于比较简便的用法，已经定型，另外例如无电刷马达(霍尔马达)开关等也逐渐进入实用的阶段，磁头的制造也有人尝试过。霍尔元件供电 图3 定电压驱动之一 图4 定电压驱动之二 图5 定电流驱动之一图6 定电流驱动之二 图7 霍尔传感器不平衡调整方法在一个结晶片中形成有霍尔组件及放大并控制其输出电压的电路而具有磁场 电气变换机能的固态组件称为霍尔集成电路。外观构造如图2-19 所示，具有与树脂封闭型晶体管、集成电路等相同的构造，即多半呈现在大小5mm 见方、厚3mm 以下的角形或长方形板状组件上附设四根导线的构造。导线系由金属薄片所形成，

39、各个金属薄片上均附有半导体结晶片(通常为硅芯片)，而在结晶体中利用集成电路技术形成有霍尔组件及信号处理电路。为防止整个组件性能的劣化，通常利用树脂加以封闭，另外为了使磁场的施加容易起见，其厚度也尽量减薄。图8 霍尔集成电路的构造作用原理磁场强度可利用形成在结晶片的一部份的霍尔组件变换成电气信号(参照前述霍尔组件的作用原理)。结晶通常使用半导体硅，霍尔组件的磁场灵敏度为1020mV/K.Oe。此信号经形成在同一结晶中的信号处理电路放大后，作为适合所定目的的信号电压被取出。通常四根导线中的两根连接于一方接地的电源，而从剩下的两根的一根取出正极性的信号电压，并从另一根取出负极性的信号电压。霍尔组件的

40、输入电阻通常需符合信号处理电路的电源，以便可利用定电压使用霍尔组件。此时组件的输出电压不管在N 型或P 型均无大差异。又因输出电压与电子或正孔的移动度成正比，故温度特性也应该尽量保持一定，这是与单体霍尔组件不同的地方。种类:依输出信号的性质加以分类时如表1所示。如图9所示，线性型(Linear type)霍尔集成电路可以获得与磁场强度成正比的输出电压。磁场灵敏度虽然可利用电路的放大度加以调节，但在高灵敏度时，比例范围会变窄(虽电源5V 使灵敏度达到10mV/Oe，但比例范围在500Oe以下)。表1 依输出电压分类时的种类 (a)线性型 (b) 图9 霍尔集成电路的输出特性开关型霍尔集成电路可在

41、一定范围的磁场中获得ON-OFF的电压，此开关型对磁场的磁滞(Hysteresis)现象，乃是为使开关动作更为霍尔集成路线性型确实起见而故意如此设计的。 依照制造方法加以分类时如表2 所示，但任何一种制造方法虽然均可获得同样的特性，在现阶段中，双极性型霍尔集成电路已开始进入商品化的阶段。表2依制造方法分类时的种类用途霍尔集成电路通常使用于前述磁电变换组件的项所述的(A-1)、(A-2)范围的用途，在这些用途的中，特别像开关那样，以磁气为媒介将位置的变化、速度、回转等的物理量变换为电气量时，使用起来非常简单。使用霍尔集成电路的开关系如图2-21 所示，这种开关具有：(1)无震动(Chatteri

42、ng)，(2)不生杂音，(3)使用寿命长，可靠度高，(4)响应速度快等特征，已经实际被使用作为高级的键盘用开关。 图10 使用霍尔集成电路的开关图11是A44E集成霍耳开关,A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)(mT)、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，如图12(a)所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍耳开关的三个引出端点。在输入端输入电压VCC，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

43、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BrP)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。BOP与BrP 的差值一定，此差值BH = BOP - BrP称为磁滞，在此差值内，V 0保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳开关传感器优良特性之一。 图11 A44E集成开关型霍耳传感器原理图 图12 A44E集成开关型霍耳传感器引脚图 霍尔元件外观图

44、片附录三：按键扫描子程序PROC KEYCHKKEYNAME DATA 40H;按键名称存储单元;KEYRTIME DATA 43H ;重复按键时间间隔SIGNAL DATA 50H ;提示信号时间存储单元KEY EQU P3 ;键盘接口(必须完整I/O口)KEYPL EQU P0.6 ;指示灯接口RTIME EQU 30 ;重复按键输入等待时间KEYCHK:/=按键检测程序=MOV KEY,#0FH ;送扫描信号MOV A,KEY ;读按键状态CJNE A,#0FH,NEXT1 ;ACC=0FHCLR C;Acc等于0FH，则CY为0，无须置0NEXT1: SETB C;Acc不等于0FH，

45、则ACC必小于0FH.;CY为1，无须置1MOV A,KEYNAMEANL KEYNAME,#1FH ;按键名称屏蔽高三位RRC A ;ACC带CY右移一位，纪录当前按键状态ANL A,#0E0H ;屏蔽低五位ORL KEYNAME,A ;保留按键状态;/=判别按键状态，决定是否执行按键扫描=CJNE A,#0C0H,NEXT2 ;110按键稳定闭合，调用按键检测子程序SJMP KEYSCANNEXT2:CJNE A,#0E0H,NEXT3 ;111按键长闭合，重复输入允许判断SJMP WAITNEXT3:CJNE A,#0A0H,EXIT ;101干扰，当111长闭合处理ORL KEYNAM

46、E,#0E0HWAIT:MOV A,KEYRTIMEJNZ EXIT ;时间没到，退出;/=键盘扫描程序=KEYSCAN:MOV R1,#0 ;初始化列地址MOV R3,#11110111B ;初始化扫描码LOOP:MOV A,R3RL AMOV R3,A ;保留扫描码 MOV KEY,A ;送扫描码MOV A,KEY ;读键盘ORL A,#0F0H ;屏蔽高四位CJNE A,#0FFH,NEXT31;A不等于FFH，说明该列有按键动作INC R1 ;列地址加1,准备扫描下一列CJNE R1,#4,LOOP;列地址不等于4，扫描下一列SJMP EXIT ;没有按键，退出;/=按键判断对应位等于

47、零，说明该行有按键按下=NEXT31:JB ACC.0,NEXT32MOV R2,#0 ;第0行有按键SJMP NEXT5NEXT32:JB ACC.1,NEXT33MOV R2,#1 ;第1行有按键SJMP NEXT5NEXT33:JB ACC.2,NEXT34MOV R2,#2 ;第2行有按键SJMP NEXT5NEXT34:MOV R2,#3 ;第3行有按键NEXT5: ;计算按键地址MOV A,R1RL ARL A ;列地址乘4(每列对应4行)ADD A,R2 ;加行地址MOV DPTR,#KEYTABMOVC A,A+DPTRANL KEYNAME,#0E0HORL KEYNAME,

48、A ;送按键(送值的时候已经置按键有效)MOV KEYRTIME,#RTIME ;送重复按键等待时间CLR KEYPL ;打开指示灯MOV SIGNAL,#10 ;送信号提示时间(每次按键闪100ms)EXIT:MOV KEY,#0FFH ;置键盘接口高电平RET;退出;/=按键名称表=KEYTAB:DB 1AH ;扫描码0，对应ADB 1BH ;扫描码1，对应BBDB 1CH ;扫描码2，对应CDB 1DH ;扫描码3，对应DDB 11H ; PX.0 A(0) 1(4) 2(8) 3(C) DB 14H ;扫描码5，对应4DB 17H ;扫描码6，对应7 DB 1EH ;扫描码7，对应DB

49、 12H ;扫描码8，对应2DB 15H ;扫描码9，对应5DB 18H ;扫描码A，对应8DB 10H ;扫描码B，对应0DB 13H ; DB 16H ;扫描码D，对应6DB 19H ;扫描码E，对应9DB 1FH ;扫描码F，对应FEND参考文献【1】单片机原理及应用 张毅刚，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.【2】MCS-51单片机应用系统设计何立民 北京：北京航天航空大学出版社， 1990.【3】单片机器件应用手册 王毅，北京：人民邮电出版社，1995【4】系列单片机设计实例 李光飞，楼然苗，北京航空航天大学出版社，2003. 【5】单片机原理及接口技术 朱定华，电子工业出版社，2001. 【6】利用单片机89C52的一个并行IO口实现多个LED显示的一种简单方法刘东红，国外电子元器件，2002年第8期.【7】www.QWRAVR.com网站【8】www.21IC.com网站【9】网站【10】网站【11】网站