【文章內(nèi)容簡介】 23 所示，主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示三部分組成。首先，被測工件內(nèi)放置數(shù)據(jù)采集裝置實現(xiàn)對被測工件的信號獲取，信號從傳感器元件傳送到數(shù)據(jù)控制器，控制器對原始的數(shù)據(jù)信號進行預(yù)處理?？刂破鬏敵龅臄?shù)字信號輸計算機數(shù)據(jù)采集卡，完成數(shù)據(jù)采集。然后，計算機通過測量軟件實現(xiàn)對曲軸孔圓度計算、圖形顯示及測量結(jié)果統(tǒng)計等操作。 圖 23 曲軸測量原理圖 數(shù)字顯示電路設(shè)計 有上述工作原理，我畫出來該系統(tǒng)的框圖 。設(shè)計總體框圖如圖 24 所示。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 6 圖 24 總體設(shè)計框圖 顯示部分 對于 LED 顯示有以下兩種方案： 靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用 0 和 1 表示 ,若為 0 ,則表示 LED 無電流 ,即暗狀態(tài) 。若為 1 則表示二極管被點亮。若給每一個發(fā)光二極管一個驅(qū)動電路 ,一幅畫面輸入以后 ,所有 L ED 的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于靜態(tài)顯示方式 ,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多 ,引線多而復(fù)雜 ,成本高 ,且可靠性也較低。 動態(tài)顯示，對一幅畫面進行分割 ,對組成畫面的各部分分別顯示 ,是動態(tài) 顯示方式。動態(tài)顯示方式 ,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當(dāng) ,易造成亮度低 ,閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn) ,又要保證顯示穩(wěn)定 ,無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式 , 復(fù)用的程度不是無限增加的 , 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短 , 發(fā)光的亮度等因素。通過實驗發(fā)現(xiàn) , 當(dāng)掃描刷新頻率 (發(fā)光二極管的停閃頻率 ) 為 50Hz, 發(fā)光二極管導(dǎo)通時間≥ 1m s 時 , 顯示亮度較好 , 無閃爍感。相敏檢波 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機 CH452 芯片 數(shù)碼管 鍵盤 時鐘 /復(fù)位電路 軸瓦的圓度測量儀 7 電源模塊選擇 采用干電池作為 LED 顯示 系統(tǒng)的電源，由于 LED 系統(tǒng)耗電量較大，使用干電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。 顯示 系統(tǒng) 有時 要懸掛在墻上，電池總量大，使用會有較大安全隱患。 采用一片 LM7805 三端穩(wěn)壓器，耗電電流為 100Ma 左右的電源作為系統(tǒng)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我決定采用采用 LM7805 三端穩(wěn)壓器電源作為系統(tǒng)電源。 工作原理 當(dāng)檢測后的信號輸出 到數(shù)字顯示電路后，先經(jīng)相敏檢波電路進行檢波，檢波后，再進行 AD 轉(zhuǎn)換，然后再輸入到單片機進行數(shù)據(jù)處理。之后經(jīng)單片機對 CH452進行控制。 經(jīng) CH452 對鍵盤和數(shù)碼管進行驅(qū)動。 本實驗設(shè)計了 3 位數(shù)碼管的顯示電路 ，只要接地址輸出相應(yīng)的的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對顯示器的控制。顯示共 3 位，采用動態(tài)顯示 。 由于靜態(tài)顯示方式 ,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多 ,引線多而復(fù)雜 ,成本高 ,且可靠性也較低。而動態(tài)顯示可以避免靜態(tài)顯 示的問題，只是在設(shè)計時應(yīng)注意合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn) ,又要保證圖像穩(wěn)定 ,無閃爍。且動態(tài)顯示易于制作和理解，又能鞏固所學(xué)知識，達到畢業(yè)設(shè)計的目標(biāo)。我采用動態(tài)顯示。 驅(qū)動電路的選擇 驅(qū)動電路的選擇采取并口輸入，占用大量 I/O 口資源。選取串口輸入， I/O口資源使用較少。所以我選用串口輸入。 電路中行方向由 AT89C51 的 p0 口和 p2 口完成掃描，由于 p0 口沒有上拉電阻，因此接一個 *8 的排阻上拉。為提供負載能力，接 16 個 2N5551 的NPN 三極管驅(qū)動。列方向則由 4— 16 譯碼器 74LS154 完成 掃描，它由 89C51的 控制。同樣，驅(qū)動部分則是 16 個 2N5401 的三極管完成的。 采用干電池作為 LED 顯示系統(tǒng)的電源，由于 LED 系統(tǒng)耗電量較大，使用干電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。顯示系統(tǒng)有時要懸掛在墻上，電池總量大，使用會有較大安全隱患。 采用一片 LM7805 三端穩(wěn)壓器，耗電電流為 100Ma 左右的電源作為系統(tǒng)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我決定采用采用 LM7805 三端穩(wěn)壓器電源作為系統(tǒng)電源。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 二級管相敏檢波電路 二級管相敏檢波電路（如圖 31 所示）容易做到輸出平衡，便于阻抗匹配。 圖 31 二極管相敏檢波電路 通過多次移動銜鐵可以總結(jié)出以下結(jié)論： １．銜鐵在中間位置時，無論參考 電壓是正半周還是負半周，在負載 RL 上的輸出電壓始終為 0。 ２．銜鐵在零位以上移動時，無論參考電壓是正半周還是負半周，在負載RL上得到的輸出電壓始終為正。 ３．銜鐵在零位以下移動時，無論參考電壓是正半周還是負半周，在負載RL上得到的輸出電壓始終為負。 經(jīng)過相敏檢波電路后，正位移輸出正電壓， 負位移輸出負電壓。差動變壓器的輸出經(jīng)過相敏檢波以后，特性曲線由圖 32 的（ a）變成（ b），殘存電壓自動消失。 （ a） (b) 圖 32 相敏檢波前后的輸出特性曲線 軸瓦的圓度測量儀 9 AD574A 轉(zhuǎn)換器 AD574A 是美國模擬數(shù)字公司（ Analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 33 所示。 其主要功能特性如下： （ 1） 分辨率： 12 位 （ 2） 非線性誤差：小于 177。1/2LBS 或 177。1LBS （ 3） 轉(zhuǎn)換速率： 25us （ 4） 模擬電壓輸入范圍： 0—10V 和 0—20V， 0—177。5V 和 0—177。10V 兩檔四種 （ 5） 電源電壓： 177。15V和 5V數(shù)據(jù)輸出格式： 12 位 /8 位芯片 （ 6） 工作模式：全速工作模式和單一工作模式 圖 33 A/D 轉(zhuǎn)換內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 AD574A 的引腳說明及接口電路 1. AD574A 的引腳說明 （如圖 34 所示） ： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 10 圖 34 AD574 的引腳圖 [1]. Pin1(+V)——+5V電源輸入端。 [2]. Pin2——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是 12 位或 8 位輸出。 [3]. Pin3——片選端。 [4]. Pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。與 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是， 端 TTL電平不能直接 +5V或 0V連接。 [5]. Pin5——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 [6]. Pin6(CE)——使能端。 [7]. Pin7(V+)——正電源輸入端，輸入 +15V電源。 [8]. Pin8(REF OUT)——10V基準電源電壓輸出端。 [9]. Pin9(AGND)——模擬地端。 [10]. Pin10(REF IN)——基準電源電壓輸入端。 [11]. Pin(V)——負電源輸入端，輸入 15V電源。 [12]. Pin1(V+)——正電源輸入端，輸入 +15V電源。 [13]. Pin13(10V IN)——10V量程模擬電壓輸入端。 [14]. Pin14(20V IN)——20V量程模擬電壓輸入端。 [15]. Pin15(DGND)——數(shù)字地端。 [16]. Pin16—Pin27(DB0—DB11)——12 條數(shù)據(jù)總線。通過這 12 條數(shù)據(jù)總線向外輸出 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 軸瓦的圓度測量儀 11 [17]. Pin28(STS)——工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) STS=1 時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時，聲明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機的中斷或查詢信號之用。 2. AD574A 的接口電路 圖 35 是 AT89C51 單片機與 AD574A 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號由 ( 、和 A0) 有 AT89C51 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2 上，用于控制 AD574A 的工作過程。 AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過 P0 數(shù)據(jù)總線連至 AT89C51，由于我們只使用了 8 位數(shù)據(jù)口， 12 位數(shù)據(jù)分兩次讀進AT89C51，所以接地。當(dāng) AT89C51 的 查詢到 STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 A/D 數(shù)據(jù)的高 8 位讀進 AT89C51，然后再將低 4 位讀進AT89C51。這里不管 AD574A 是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端 CE 都必須為 1，因此將 AT89C51 的寫控制線和讀控制線通過與非門 74LS00 與 AD574A 的使能端 CE 相連。 圖 35 AD574A的接口電路 AT89C51 芯片介紹 AT89C51 是一種帶 4 kB 閃爍可編程可擦除只讀存儲器 (Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory， FPEROM)的低電壓、高性能 CMOS 型 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 公司 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 12 存儲器組合在單個芯片中，能夠進行 1 000 次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為 10 年。他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此，在 智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到 AT89C51 芯片。 其主要參數(shù)及引腳圖及其功能如圖 36 所示。 主要性能參數(shù)： 1．與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 2． 4k字節(jié)可重擦寫 Flash閃速存儲器 3． 1000 次擦寫周期 4．全靜態(tài)操作： 0Hz—24MHz 5．三級加密程序存儲器 6． 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 7． 32 個可編程 I /O 口線 8．低功耗空閑和掉電模式 9． 6 個中斷源 圖 36 AT89C51 單片機引腳圖 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4Kbytes 的可反復(fù)擦 寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲器單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案。 軸瓦的圓度測量儀 13 AT89C51 是一個低功耗高性能單片機， 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 管腳說明： VCC:供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏極開路雙向 1/0 口，每腳可吸收 8TTL門流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 Flash 編程時 ,P0 口作為原碼輸入口 ,當(dāng)FLASH 進行校驗時 ,P0 輸出原碼 ,此時 P0 外部必須被拉高 . P1 口 :P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P1 口緩沖器能接出4TTTL門電流 .P1口管腳寫入 1后 ,被內(nèi)部上拉為高 ,可用作輸入 ,P1口被外部下拉為低電平時 ,將輸出電流 ,這是由于內(nèi)部上拉的緣故 .在 FLASH 編程和校驗時 ,P1 口作為第八位地址接收。 P2 口 :P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P2 口緩沖器可接收 ,輸出 4個 TTL 門電流 ,當(dāng) P2 口被寫 “1”時 ,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 ,且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口管腳被外部拉底，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 Flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向