【文章內(nèi)容簡介】 集成接收芯片進行采集。這樣一來不僅大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強了抗干擾能力，而且降低了發(fā)射功率。 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。 電源部分方案論證 方案一：采用線性電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??； 工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低 (現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問題而出現(xiàn)的 )；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。 方案二：采用開關(guān)電源。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。以功率晶體管（ GTR）為例，當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零，在開關(guān)管截止時，其集電極電流為零，所以其功耗小，效率可高達(dá) 70%~95%。而功耗小，散熱器也隨之減小，同時開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進行整流濾波調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器；此外 ，開關(guān)工作頻率在幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此開關(guān)電源具有重量輕，體積小等特點。 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。 8 第三章 數(shù)字紅外測速系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)工作原理 本數(shù)字紅外測速系統(tǒng)主要由系統(tǒng)電源電路、 AT89S52 單片機、紅外發(fā)射調(diào)制電路、紅外接收電路和顯示電路等部分組成。如圖 31 所示。 圖 31 數(shù)字紅外測速系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)工作原理 : 開關(guān)電源部分 由 220V 整流、濾波后輸出 300V 直流電壓，通過在 控制極 （可控硅）上加上脈沖信號來完成 功率極 導(dǎo)通和截止，通過開關(guān)變壓器傳到次級，再通過變壓比將電壓升高或降低，供各個電路工作。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數(shù)字式紅外測速系統(tǒng) 設(shè)計 9 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。待到下一個脈沖的周期正半周信號到來時，重復(fù)上一個過程。 紅外測速部分由 NE555 連續(xù)發(fā)射調(diào)制信號， 紅外光電傳感器的發(fā)射電路發(fā)出信號驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光，通過葉輪轉(zhuǎn)盤小孔，紅外接收管接收到發(fā)射信號后，將紅外光電傳感器測得的脈沖信號送入 AT89S52 的計數(shù)器進行計數(shù)。再經(jīng)過 MCU 進行一定的計算便可以得出所測的速率 。 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。 AT89S52 單片機簡介 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。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。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦 適于常規(guī)編程器。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。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口 、中斷繼續(xù)工作。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。 AT89S52 主要性能 ★ 與 MCS★ 51 單片機產(chǎn)品兼容； ★ 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； ★ 1000 次擦寫周期； ★ 全靜態(tài)操作： 0Hz★ 33MHz； 10 ★ 三級加密程序存儲器； ★ 32 個可編程 I/O 口線； ★ 三個 16 位定時器 /計數(shù)器； ★ 八個中斷源； ★ 全雙工 UART 串行通道； ★ 低功耗空閑和掉電模式 ； ★ 掉電后中斷可喚醒； ★ 看門狗定時器； ★ 雙數(shù)據(jù)指針； ★ 掉電標(biāo)識符。 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 數(shù)字式紅外測速系統(tǒng) 設(shè)計 11 P0 口： P0 口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個 TTL 邏 輯電平。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。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。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 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。對 P2 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。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 12 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。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。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 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。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。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。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù) 據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 數(shù)字式紅外測速系統(tǒng) 設(shè)計 13 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù) 據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。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)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 MCU 部分接口電路 其數(shù)字紅外測速系統(tǒng)主控 MCU部分與外圍部分接口電路如圖 33 所示： 圖 33 主控 MCU 接口電路 14 為了能夠充分利用單片機資源，又能使系統(tǒng)工作更加可靠。頻率顯示采用靜態(tài)數(shù)碼管顯示方案。這樣既充分利用了單片機的 I/O 口，又使得顯示不至于閃爍。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。頻率輸入就單片機定時器 /計數(shù)器 T1,即 15腳。 紅外調(diào)制發(fā)射電路 集成電路 NE555 簡介 NE555 (Timer IC)大約在 1971 年由 Sigics Corporation 發(fā)布，在當(dāng)時是唯一非?？烨疑虡I(yè)化的 Timer IC，在往后的 30 年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路。 NE555 是屬于 555 系列的計時 IC的其中的一種型號， 555系列 IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555 是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時 IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。 NE555 的特點有： 、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。 其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 ，可與 TTL， CMOS 等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 ，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。 、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 NE555 引腳位配置及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 34 所示： 數(shù)字式紅外測速系統(tǒng) 設(shè)計 15 圖 34 NE555引腳及結(jié)構(gòu)圖 Pin 1 (接地 ) 地線 (或共同接地 ) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點 ) 這個腳位是觸發(fā) NE555 使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于 2/3 VCC，下緣須低于 1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出 ) 當(dāng)時間周期開始 555 的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少 伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到 O 伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約 200 mA 。 Pin 4 (重置 ) 一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制 ) 這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下 ,這輸入能用來改 變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定 ) Pin 6 重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。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。 Pin 7 (放電 ) 這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為 ON 時為 LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為 OFF時為 HIGH，對地為高阻抗。 Pin 8 (V +) 這是 555 個計時器 IC 的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是 +伏特 (最小值 )至 +16 伏特 (最大值 )。 16 參數(shù)功能特性： ＊ 供應(yīng)電壓 ＊ 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。這種電路不僅降低了太陽光、外界燈光等干擾源的影響，而且降低了系統(tǒng)功耗。接收部分采用專用接收集成電路，其工作中心頻率與發(fā)射部分紅外光頻率相同。其紅外發(fā)