【正文】 系統(tǒng)硬件設計 8 系統(tǒng)工作原理 8 AT89S52單片機簡介 9 MCU部分接口電路 13 紅外調制發(fā)射電路 14 集成電路NE555簡介 14 紅外調制發(fā)射電路設計 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 電源電路設計 20 20 開關電源原理 21 VIPerX2A芯片簡介 22 分流基準源TL431簡介 25 開關電源電路設計 26第四章 系統(tǒng)軟件設計 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 定時器相關控制函數(shù)設計 34第五章 軟件調試與系統(tǒng)仿真 36結束語 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)代科學技術的不斷發(fā)展極大地推動了不同學科間的交叉與滲透 ，導致了工程領域的技術革命與改造。 Speed measures； timer； Infrared Technique； Viper22A目本文設計的系統(tǒng)實現(xiàn)轉速的非接觸測量，運用紅外測速技術，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，當被測物轉過一圈后，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)設計數(shù)字式紅外測速系統(tǒng)設計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計方案切實可行。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(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)的產品機構、功能與構成、技術結構、生產方式及管理體系都發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。因此，光電檢測技術是光電技術的核心及重要組成部分。隨著科學技術的“信息時代”和不斷發(fā)展的到來，傳感器技術得到了廣泛的應用，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，它來自于各個應用領域，每個領域都為了改革生產力和提高工效，各自都在開發(fā)研制適合自己應用的傳感器，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，主軸轉動帶動齒盤旋轉，齒牙通過傳感器時引起電路磁阻變化，經過放大整形后形成脈沖，通過脈沖得到轉速值。激光測速技術(LDV)是一種正在發(fā)展中的測速技術，通過激光多普勒效應獲得轉動體的瞬時角速度，理論上具有很高的瞬時轉速測量精度，但目前實際產品精度不夠高，并且價格昂貴，在實際使用上受到限制?，F(xiàn)在常用的測速技術有超聲波測速、霍爾元件測速、紅外測速和激光測速。人們已經越來越習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速測量儀，所采用的元件是集成電路元件。這使得這種轉速測量儀的硬件設計變得更加簡單，功能的實現(xiàn)變得更加靈活?，F(xiàn)有的相當一部分數(shù)字式轉速測量儀的微處理器是單片機。如國產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型轉速表就是這種類型。如國產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系列轉速測量儀就屬于這種類型。光電盤隨轉軸一同轉動,光敏二極管將光電盤透射來的光信號轉換為電信號,然后通過計數(shù)脈沖的頻率,即可在數(shù)顯裝置上讀出旋轉軸的轉速。同樣由于機械式轉速測量儀的精度上和測量方式上遠遠比不上光電式轉速測量儀，所以采用紅外數(shù)字轉速測量儀是轉速測量儀器發(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 易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完 全兼容。不必用MSP43016位單片機或PLD邏輯器件來完成，采用51單片機既能夠實現(xiàn)既定功能，而且性價比高。經過綜合考慮，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。經過綜合考慮，我采用方案二將紅外信號進行調制后再發(fā)射，再用集成芯片進行接收。開關型穩(wěn)壓電源采用功率半導體器件作為開關，通過控制開關的占空比調整輸出電壓。經過綜合考慮，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，我采用開關電源為系統(tǒng)供電。振蕩脈沖的負半周到來，電源調整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來的設置電壓，電源調整管截止，300V電源被關斷，開關變壓器次級沒電壓，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內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。內部結構和引腳說明AT89S52外形結構如圖32所示：圖32 AT89S52外形結構圖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不具有內部上拉電阻。對P1 端口寫“1”時，內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 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。對P3 端口寫“1”時，內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，復位時內部會鎖存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：＊ ＊ 供應電流36 mA ＊ 輸出電流225mA (max) ＊ 上升/下降時間100 ns 紅外調制發(fā)射電路設計紅外發(fā)光二極管采用脈沖直流驅動；由NE555定時器構成多諧振蕩器，提供頻率f為38KHz、占空比為1/3的矩形波，驅動紅外二極管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位邏輯，它將微控制器初始化某個確定狀態(tài)，這個復位邏輯需要一個復位信號才能工作，一些微控制器在上電時刻會自動產生復位信號，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 復位電路時鐘電路如圖311所示。如采用外部時鐘源驅動器件，XOUT應不接。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。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，可以設計成與線性調節(jié)器相同。開關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，這個產品家族廣泛用于離線開關式電源。圖313 MO3 技術示意圖VIPerX2A 產品有以下一般特性:◇ 自動熱關斷◇ 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◇ 防止輸出短路導致?lián)舸┕收系拇蜞茫℉ICCUP）模式◇ 保證低負載條件下低功耗的突發(fā)模式 VIPer M03 技術還可用于開發(fā)最小擊穿電壓為730V 的功率場效應MOS 晶體管。只需一個外部振蕩器，即可將開關頻率固定在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置到從Vref（）到36V范圍內的任何值。TL431的具體功能可以用如圖316的功能模塊示意。但如果在設計、分析應用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開關電源原理圖如圖318所示：圖318 DCDC開關電源原理圖第四章 系統(tǒng)軟件設計控制程序采用C語言模塊化結構。當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)因為要實時顯示當前轉速，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。當有外部中斷請求時，IE自動為1，單片機CPU響應此中斷后，IE自動清零。而當允許中斷時，TF可以申請中斷進而在中斷服務程序中作相應的操作；TF也可用程序判斷定時到或計數(shù)滿的標志位。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試，結果如圖51所示。發(fā)射采用NE555芯片進行調制后連續(xù)