【正文】 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 系統(tǒng)工作原理 8 AT89S52單片機簡介 9 MCU部分接口電路 13 紅外調(diào)制發(fā)射電路 14 集成電路NE555簡介 14 紅外調(diào)制發(fā)射電路設(shè)計 16 紅外接收電路 16 LED數(shù)碼顯示電路 17 LED數(shù)碼管簡介 17 LED數(shù)碼管接口電路 18 19 電源電路設(shè)計 20 20 開關(guān)電源原理 21 VIPerX2A芯片簡介 22 分流基準(zhǔn)源TL431簡介 25 開關(guān)電源電路設(shè)計 26第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 主程序流程圖 28 延時函數(shù) 29 數(shù)碼顯示函數(shù) 30 51單片機的定時器 31 定時器寄存器配置 31 定時器相關(guān)控制函數(shù)設(shè)計 34第五章 軟件調(diào)試與系統(tǒng)仿真 36結(jié)束語 38致謝 39參考文獻 40附錄 41附錄1 AT89S52頭文件 41附錄2 數(shù)字紅外測速系統(tǒng)原理圖 50附錄3 數(shù)字紅外測速系統(tǒng)程序 51第一章 引言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展極大地推動了不同學(xué)科間的交叉與滲透 ，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。 Speed measures； timer； Infrared Technique； Viper22A目本文設(shè)計的系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的非接觸測量，運用紅外測速技術(shù)，采用主動測速方式，紅外發(fā)射管連續(xù)向被測物體發(fā)射紅外光，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)過一圈后，紅外接收管收到通過過孔的紅外光，通過電路形成負(fù)脈沖，觸發(fā)單片機的外部中斷，利用單片機得以實現(xiàn)計數(shù)和速度顯示的功能。數(shù)字式紅外測速系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字式紅外測速系統(tǒng)設(shè)計I 摘在文章的最后給出了系統(tǒng)流程圖和程序，并對程序進行了仿真，通過仿真證明本次設(shè)計方案切實可行。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式及管理體系都發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。因此，光電檢測技術(shù)是光電技術(shù)的核心及重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的“信息時代”和不斷發(fā)展的到來，傳感器技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，需求越來越迫切，對其性能要求越來越高。在另一方面，傳感器的被測信號非常廣泛，它來自于各個應(yīng)用領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力和提高工效，各自都在開發(fā)研制適合自己應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)也就不斷涌現(xiàn)出來。電磁式系統(tǒng)由電磁傳感器和安裝在軸上的齒盤組成，主軸轉(zhuǎn)動帶動齒盤旋轉(zhuǎn)，齒牙通過傳感器時引起電路磁阻變化，經(jīng)過放大整形后形成脈沖，通過脈沖得到轉(zhuǎn)速值。激光測速技術(shù)(LDV)是一種正在發(fā)展中的測速技術(shù)，通過激光多普勒效應(yīng)獲得轉(zhuǎn)動體的瞬時角速度，理論上具有很高的瞬時轉(zhuǎn)速測量精度，但目前實際產(chǎn)品精度不夠高，并且價格昂貴，在實際使用上受到限制。現(xiàn)在常用的測速技術(shù)有超聲波測速、霍爾元件測速、紅外測速和激光測速。人們已經(jīng)越來越習(xí)慣于用單片機來開發(fā)測速系統(tǒng)。顧名思義集成電路式轉(zhuǎn)速測量儀，所采用的元件是集成電路元件。這使得這種轉(zhuǎn)速測量儀的硬件設(shè)計變得更加簡單，功能的實現(xiàn)變得更加靈活?，F(xiàn)有的相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)字式轉(zhuǎn)速測量儀的微處理器是單片機。如國產(chǎn)IZSH一2型、SZS—B型和日本真空公司的DT一105型，DT一205型，EE一1型，EE一2型轉(zhuǎn)速表就是這種類型。如國產(chǎn)SZG一20型，XSZ140型，DSZ8411型，F(xiàn)C一53l型、Z—l1型、IZSH一1，2型和日本小野測器公司的TM2000型，HT系列轉(zhuǎn)速測量儀就屬于這種類型。光電盤隨轉(zhuǎn)軸一同轉(zhuǎn)動,光敏二極管將光電盤透射來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,然后通過計數(shù)脈沖的頻率,即可在數(shù)顯裝置上讀出旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。同樣由于機械式轉(zhuǎn)速測量儀的精度上和測量方式上遠遠比不上光電式轉(zhuǎn)速測量儀，所以采用紅外數(shù)字轉(zhuǎn)速測量儀是轉(zhuǎn)速測量儀器發(fā)展的一種不可避免的趨勢。此脈沖信號送到計數(shù)器/定時器計算個數(shù)，如果輪軸上開有一個小孔一個脈沖信號既說明一個輪軸旋轉(zhuǎn)一周。便通過單片機處理，然后用數(shù)碼管顯示。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。（3）可擴展性和易維護性：為了適應(yīng)用戶要求，必須充分考慮系統(tǒng)的升級能力和擴展能力。其系統(tǒng)總體框圖如圖21所示：主控制器速度顯示紅外發(fā)射紅外接收系統(tǒng)電源圖21 紅外測速系統(tǒng)框圖方案一：可采用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。方案二：采用MSP430系列單片機是一個16位的超低功耗單片機。它能在25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。不必用MSP43016位單片機或PLD邏輯器件來完成，采用51單片機既能夠?qū)崿F(xiàn)既定功能，而且性價比高。經(jīng)過綜合考慮，由于該系統(tǒng)現(xiàn)實要求不高，僅需顯示三位數(shù)字，且單片機也恰有三組I/O口余留，使用數(shù)碼管顯示比液晶顯示更加方便，也更節(jié)約成本，所以最后我們選擇數(shù)碼管顯示方案。經(jīng)過綜合考慮，我采用方案二將紅外信號進行調(diào)制后再發(fā)射，再用集成芯片進行接收。開關(guān)型穩(wěn)壓電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。經(jīng)過綜合考慮，由于本系統(tǒng)對電源要求不高，為了降低功耗，減小電源體積和降低熱噪聲，我采用開關(guān)電源為系統(tǒng)供電。振蕩脈沖的負(fù)半周到來，電源調(diào)整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止，300V電源被關(guān)斷，開關(guān)變壓器次級沒電壓，這時各電路所需的工作電壓，就靠次級本路整流后的濾波電容放電來維持。本數(shù)字紅外測速系統(tǒng)主要由AT89S52單片機、紅外調(diào)制發(fā)射電路、紅外接收電路和顯示電路等部分組成。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明AT89S52外形結(jié)構(gòu)如圖32所示：圖32 AT89S52外形結(jié)構(gòu)圖P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 引腳號第二功能： 　　 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 　　 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） 　　 MOSI（在系統(tǒng)編程用） 　　 MISO（在系統(tǒng)編程用） 　　 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 端口引腳 第二功能： 　　 RXD(串行輸入口) 　　 TXD(串行輸出口) 　　 INTO(外中斷0) 　　 INT1(外中斷1) 　　 TO(定時/計數(shù)器0) 　　 T1(定時/計數(shù)器1) 　　 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。其數(shù)碼管個位接單片機口，十位接單片機P0口，百位接單片機P1口。 NE555的特點有： 　　、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。 　　、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。Pin 3 (輸出) 當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出腳位。它通常被接到正電源或忽略不用。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。參數(shù)功能特性：＊ ＊ 供應(yīng)電流36 mA ＊ 輸出電流225mA (max) ＊ 上升/下降時間100 ns 紅外調(diào)制發(fā)射電路設(shè)計紅外發(fā)光二極管采用脈沖直流驅(qū)動；由NE555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，提供頻率f為38KHz、占空比為1/3的矩形波，驅(qū)動紅外二極管D_FA；R3為二極管限流電阻。 圖36 紅外接收電路 LED數(shù)碼顯示電路 LED數(shù)碼管簡介LED顯示器件是通過發(fā)光二極管顯示字段的器件。共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極共地，如圖38（a）和圖37，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極電壓為高電平時，二極管發(fā)光；而共陽極LED數(shù)碼管是發(fā)光二極管的陽極共接，即將圖37的管腳3和管腳8都接到5V，共陽極數(shù)碼管如圖38（b），當(dāng)某個二極管的陰極電壓為低電平時，二極管發(fā)光。三個數(shù)碼管的8段分別連接單片機P0、PP2口。所有的微控制器都有一個復(fù)位邏輯，它將微控制器初始化某個確定狀態(tài)，這個復(fù)位邏輯需要一個復(fù)位信號才能工作，一些微控制器在上電時刻會自動產(chǎn)生復(fù)位信號，但大多數(shù)微控制器需要外部輸入這個信號，這個信號的穩(wěn)定性和可靠性對系統(tǒng)的影響非常的大。圖310 復(fù)位電路時鐘電路如圖311所示。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XOUT應(yīng)不接。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。變壓器的繞組一般可以分成三種類型，一組是參與振蕩的初級繞組，一組是維持振蕩的反饋繞組，還有一組是負(fù)載繞組。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就便可通過變壓器來升高或降低。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計成與線性調(diào)節(jié)器相同。開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。因此，這個產(chǎn)品家族廣泛用于離線開關(guān)式電源。圖313 MO3 技術(shù)示意圖VIPerX2A 產(chǎn)品有以下一般特性:◇ 自動熱關(guān)斷◇ 高壓啟動電流源◇ 輸入交流電壓范圍85265Vac◇ 輸出112V◇ 輸出25V/400mA( 連接輸出1 的線性穩(wěn)壓器)◇ 紋波電流50mA 連續(xù)電流◇ 輸出電流（12V 和5V） 600mA 峰值電流，小于5 分鐘◇ 待機功耗1W◇ 防止輸出短路導(dǎo)致?lián)舸┕收系拇蜞茫℉ICCUP）模式◇ 保證低負(fù)載條件下低功耗的突發(fā)模式 VIPer M03 技術(shù)還可用于開發(fā)最小擊穿電壓為730V 的功率場效應(yīng)MOS 晶體管。只需一個外部振蕩器，即可將開關(guān)頻率固定在60kHz，從而不再需要其它的外部組件。電阻R2上的電壓取決于這個電流值的大小，然后，這個電壓值與一個內(nèi)部固定的參考電壓 ()比較。事實上，只要VDD 電壓值大于VDDON 的電壓值，比較器就會導(dǎo)通，并給VDD 電容器充電。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。TL431的具體功能可以用如圖316的功能模塊示意。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。開關(guān)變壓器采用El9磁芯，Nl為l35匝(電感值為2mH，漏感為60μH)，N2為23匝，N3為9匝。其DCDC開關(guān)電源原理圖如圖318所示：圖318 DCDC開關(guān)電源原理圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計控制程序采用C語言模塊化結(jié)構(gòu)。當(dāng)定時到一秒時停止計數(shù)，T1寄存器中的值便是被測頻率，通過計算便可得到被測系統(tǒng)運行速度。 TMOD=0x51。 //開總中斷 ET0=1。 //定時器T1啟動 TH1=0。 v=(TH1*256+TL1)*60。其延時函數(shù)編寫如下：void delay(uchar x) { uchar i。} } } 數(shù)碼顯示函數(shù)因為要實時顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，此系統(tǒng)采用靜態(tài)顯示。l=x%10。 //取百位 k=(x%100)/10。 //將百位數(shù)字的字符常量送數(shù)碼管顯示 if(j==0amp。 //將百位數(shù)字的字符常量送數(shù)碼管顯示 P2=shuzu[l]。作定時器時，每一個機器周期定時寄存器自動加l，所以定時器也可看作是計量機器周期的計數(shù)器?？刂萍拇嫫?定時器／計數(shù)器T0和T1有2個控制寄存器TMOD和TCON，它們分別用來設(shè)置各個定時器／計數(shù)器的工作方式，選擇定時或計數(shù)功能，控制啟動運行，以及作為運行狀態(tài)的標(biāo)志等。 圖42定時器方式控制寄存器TMOD由圖可見，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4種符號的含義如下：GATE：門控制位。 M1M0：工作方式選擇位，定時器／計數(shù)器的4種工作方式由M1M0設(shè)定。 MlM0=11：工作方式3(2個8位方式僅對T0)。 圖43定時器控制寄存器 TCONTFl、TRl用于定時器T1；TF0、TR0用于定時器T0。如對TF查詢，定時器回零后，要用指令將TF清零。IT：下跳沿／低電平引起外部中斷請求的選擇位。當(dāng)有外部中斷請求時，IE自動為1，單片機CPU響應(yīng)此中斷后，IE自動清零。而當(dāng)允許中斷時，TF可以申請中斷進而在中斷服務(wù)程序中作相應(yīng)的操作；TF也可用程序判斷定時到或計數(shù)滿的標(biāo)志位。需要指出的是，對于定時器/計數(shù)器的4種不同工作方式，T0或T1的位數(shù)不同，模值也因而不同，求補運算要按相應(yīng)位數(shù)的長度來求。 P1=0X00。 //定時器T0高8位初值，每50ms一次中斷 TL0=(6553646083)%256。 //啟動定時器T0 times=0。 //定時器T1低8位賦初值0 flag1=0。通過keil軟件對程序的編譯調(diào)試，結(jié)果如圖51所示。發(fā)射采用NE555芯片進行調(diào)制后連續(xù)