【文章內容簡介】 極性相反，導致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓 Vod Vod2 大小相等、極性相反，此時雙端輸出電壓 Vo=Vod1－ Vod2=2Vod1=Vod,可見，差放能有效地放大差模輸入信號。要注意的是：差放公共射極的動態(tài)電阻 Rw 對差模信號不起 (負反饋 )作用。 圖 差分放大電路 (2)對共模輸入信號的抑制作用 當共模信號 Vic 輸入 (差模信號 Vid=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相同，即Vi1=－ Vi2=Vic,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相同，導致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓 Voc Voc2 大小相等、極性相同，此時雙端輸出電壓 Vo=Voc1－Voc2=0,可見，差放對共模輸入信號具有很強的抑制能力。 此外，在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力 。 因為現(xiàn)實設計中電路是否真能做的如此的對稱式個問題，如果不對稱那么誤差就會更大，而且三極管本身的誤差也有很大的誤差。 方法二：采用集成塊作為放大器如圖 所示。 李錢波：基于 ARM 的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計 12 圖 集成放大電路 假設輸入電壓 U = V，輸出電壓 Uo = 10 V， 假設 R1=10 ?k ， R3=100 ?k 。 ∵ 虛斷 UA = UB = 0 V ，虛短 I1=I2 ∴ U/R1 = Uo/R2 （ ） /R2 R2 = 490 ?k P = U2/ R = () 2/ 490 = mW ∴ Rc 我采用 精度為 1％的金屬膜電阻，額定功率為 1/16W 的電阻 487 ?k 加一個電位器的型號為 3266W 方形多圈預調玻璃釉，電阻標準值為 10 ?k ，功率為 1/4W。這樣誤差就小，可調范圍大。 所以 集成塊我 采用 LM324 型號。 我兩者比較，前者由于是差動放大電路失真很大，使得誤差變大了，這樣系統(tǒng)的性價比就降低了，后者失真就很小，所以我選擇后者集成塊作為放大器來與采樣電阻連接。 模數(shù)轉換的設計 A/D 轉換器的分類：積分型、逐次逼近型、并行比較型 /串并行型、 ΣΔ 調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。 A/D 轉換器的主要技術指標： （ 1）分辯率： 指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與 2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。 （ 2）轉換速率：是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字 的 A/D 轉換所需的時間的倒數(shù)。積分型 A/D 的轉換時間是毫秒級屬低速 A/D，逐次比較型 A/D 是微秒級屬中速 A/D，全并行/串并行型 A/D 可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計 13 數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是 ksps 和 Msps，表示每秒采樣千 /百萬次。 （ 3）量化誤差： 由于 A/D 的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率 A/D 的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率 A/D（理想 A/D）的轉移特性曲線（直線 ）之間的最大偏差。通常是 1 個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為 1LSB、 1/2LSB。 （ 4）偏移誤差：輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。 （ 5）滿刻度誤差：滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。 （ 6）線性度：實際轉換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。 其他指標還有：絕對精度，相對精度，微分非線性，單調性和無錯碼，總諧波失真和積分非線性。 方法一： ADC0809 的接口電路 這樣的電路由于輸出端有八個端口，這樣與 PLC 輸入端相連，是使得 PLC 輸入端端口不 夠，要用擴展來多加端口，這樣的話，電路復雜，出現(xiàn)問題后不易檢修，雖然 ADC0809接口電路便宜，但是 PLC 擴展模塊貴，總價錢不劃算。因此我不選擇方法一。 方法二：臺達內置 A/D 模塊，這與方法一相比較，這個容易，它內置 A/D 轉換，使得放大器輸出信號能通過內置 A/D 自動轉換成 PLC 所需要的信號。電路簡單，易懂，易檢修，價錢與方法一相比較便宜。 方法三：三菱它沒有內置模塊，因此要加一個特殊模塊，我選擇的三菱的是選用了三菱 FX2N4AD 的型號，雖然與臺達相比價格貴，但是臺達的寄存器不夠，因此我選擇三菱。如圖 所示。 圖 FX2N4AD 模塊的外部接線圖 顯示電路設計 由于我所選擇的 PLC 為三菱的型號，因此我選擇的觸摸屏與三菱有連接口的，這樣更好的讓人觀賞。 李錢波：基于 ARM 的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計 14 顯示單元一般有三種顯示方式，指示燈顯示，數(shù)碼管顯示和觸摸屏顯示。因為此設計需要單獨信息顯示，所以選用觸摸屏顯示。觸摸屏作為一種特殊的計算機設備，它是目前最簡單，方便，自然的一種人機交互方式。觸摸屏在我國的應用范圍十分廣泛。 觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié) 省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，我們用戶只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上 的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。 方法一：數(shù)碼管與發(fā)光二極管作為顯示電路如圖 所示。 圖 帶鎖存七段顯示器與 PLC 的連接 由于數(shù)碼管腳很多，所以 這樣與 PLC 輸入端相連，使得 PLC 輸入端端口不夠，要用擴展來多加端口，這樣的話，電路復雜，出現(xiàn)問題后不易檢修，而且沒有觸摸屏的直觀，不容易發(fā)現(xiàn)車燈的問題。因此我不選擇數(shù)碼管作為顯示電路。 方法二：觸摸屏 作為顯示電路 觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié) 省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，我們用戶只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。 江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計 15 現(xiàn)在使用的 三菱 型號的觸摸屏， 三菱觸摸屏易于使用、堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使得系統(tǒng)設計師們越來越多的感到使用三菱觸摸屏的確具有相當大的優(yōu)越性。 因此我選擇這個方法：三菱型號的觸摸屏， 設 計采用與 三菱 FX2N16MR001 配套的三菱 GT1265VNBAC 觸摸屏，顏色質量 256位。 PLC 控制電路的設計 （ 1） I/O 分配 輸入點有 8 個，輸出點有 7 個，如表 所示。 表 I/O 分配表 輸入點 作用 輸出點 作用 X20 光敏三極管 S1 Y20 中間繼電器 K1 X21 光敏三極管 S2 Y21 中間繼電器 K2 X22 光敏三極管 S3 Y22 中間繼電器 K3 X23 光敏三極管 S4 Y23 中間繼電器 K4 X24 光敏三極管 S5 Y24 中間繼電器 K5 X25 復 位按鈕 SB1 Y25 啟動發(fā)光二極管 X26 停止按鈕 SB2 Y26 啟動 蜂鳴器 X27 啟動按鈕 SB3 （ 2） PLC 外部接線圖 接線說明：在 PLC 接線圖中， X25， X26， X27 分別連接復位按鈕，開始停止按鈕，啟動按鈕， X20—X24 接光敏三極管； Y20—Y24 分別連 5 個車燈的中間繼電器的線圈，Y25 連發(fā)光二極管作光信號， Y26 連蜂鳴器，作警報信號。如圖 所示。 李錢波：基于 ARM 的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計 16 圖 PLC 外部接線圖 （ 3） PLC 型號選擇 可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可遍程序控制器極其相關外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。臺達與三菱的 PLC 的特點有所不同，前者的特點是： 1. 可靠性高，抗干擾能力強； 2 .通用性強，控制程序可變，使用方便； 能強，適應面廣； ，容易掌握； ；、重量輕、功耗低、維護方便。 后者的特點是： 1. 結構靈活； 高、速度快、帶寬穩(wěn)定； ； 4. 低成本； 。 所以兩者比較臺達的性價比較好，因此我選擇臺達的 PLC，同時它有配套的觸摸屏 可編程控制器的選擇： 在本設計中，采用臺達 FX2N系列的可編程控制器，其輸入點數(shù)為 8 點，輸出點數(shù)為8，型號為 FX2N16MR001。本設計需要外接一個特殊模塊 FX2N4AD。 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計 軟件設計 本測試儀的軟件設計主要圍繞實現(xiàn)自動、手動、燈號輸入、燈號刪除、燈號及參數(shù)調用、條件設定、新燈號的自學習、檢 測數(shù)據(jù)上傳等功能進行 PLC 的程序設計。 江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計 17 （ 1） 主程序與自學習模塊程序的設計：當輸入到測試儀的車燈型號存在，則從 PLC內存調出標準測試參數(shù) (包括檢查的燈數(shù)、各燈測試的切換時間、各燈電流值及允許誤差 )，供自動或手動測試。如輸入到測試儀的車燈型號不存在時，測試儀的顯示屏上將提示用戶是否要進行自學習，所謂自學習就是對輸入的新型號的車燈進行自動的測試，并能手動修正所測試的電流參數(shù)值，在修改后連同車燈型號一起存入 PLC內存，以作為該型號車燈標準測試參數(shù)，為今后測試提供指導。自學習時需要同時按下自動和手動按鈕，并在復位 按鈕為 ON時結束一次測試。 主程序編程框圖如圖 。 圖 主程序編程框圖 （ 2） 自動／手動測試模塊程序的設計：自動測試模塊、手動測試模塊的任務是在調出所測車燈型號及其參數(shù)檢查燈數(shù)、切換時間、電流值和誤差值后，通過自動／手動按鈕操作完成對一組車燈的測試。并對所測車燈的電流或照度 (可選項 )值進行比較，當超出誤差范圍時，聲光指示，并在觸摸屏上顯示該組車燈中哪一個燈超出誤差范圍了。自動測試模塊、手動測試模塊程序的區(qū)別在于前者是一次自動測完一組車燈，而后者是每次只測該組車燈的一個燈。自動測試模塊程序框圖 如圖 412。手動測試模塊程序框圖略。 在自動／手動測試模塊程序的設計中，讀取電流參數(shù)程序是程序設計中非常重要的一個環(huán)節(jié)，我們知道臺達系列可編程控制器的 X0~X17可通過 REFF指令調整濾波時間常數(shù)為0~60ms，我們在觸摸屏上就不會看到閃爍的現(xiàn)象，這一點臺達系列可編程控制器完全可以做到。因為臺達可編程控制器每執(zhí)行一步程序只需要 ，而 SFTR指令為 9步，即執(zhí)行一條 SFTR指令需要 usus ?? ，連續(xù)執(zhí)行三次 SFTR指令需要 usus ?? ；每測一盞燈的時間為 2～ 5s，故本測試儀完全滿足測試要求。 李錢波：基于 ARM 的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計 18 圖 自動測試模塊程序框圖 （ 3） 添加和刪除車燈型號程序的設計：在設計 PLC 程序時還要考慮車燈型號、參數(shù)的添加和刪除。通過設置指針，使指針總是指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)的最后一個型號 (或最后一組參數(shù) ) 的最后一個字母 ( 或最后一個數(shù)據(jù) )， 在添加一個型號時指針自動加 3；為便于維護，在刪除一個型號后，自動將后面的型號或數(shù)據(jù)前移， 以使數(shù)據(jù)存儲區(qū)排列整齊，不出現(xiàn)斷點。如圖 江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計 19 圖 添加和刪除車燈型號程序框圖 （ 4） 部分程序說明 。定義車燈型號是用六個字符 ASCII 碼來表示，一個 ASCII 碼占七位二進制數(shù)，一個數(shù)里放兩個 ASCII 碼，因此完整的車燈要放三個寄存器，所以 100個型號的車燈，而且一個車燈有五個數(shù)據(jù)，因此占 500 個數(shù)據(jù)寄存器，所以 D1000~D1299為存放型號， D2021~D2499 為存放參數(shù)。 開機時需要顯示型號的方法有兩種： ① 從庫中第一個型號調出型號，它使用的指令為RST 清零。 ② 再上次工作時指針位上調出型號的地址，它使用的指令為 D4000→ 型號指針， D4001→ 參考數(shù)，此方法的特 點是如果開機或斷電時，它仍然會記住型號的地址，不會丟失。因此我所選擇的是第一種方法。如圖 所示。 圖 開機初始化程序 2．確定燈數(shù)程序。先調用五組車燈的型號參數(shù)比較，它使用的指令為 CMP， D10~D14與 3 比較（原因是：也許 D10~D14 由于外界環(huán)境的影響會有一定的偏差值，如果與 0 比較，那么 D10~D14 中總是有參數(shù)，因此與 3 比較），測量燈數(shù)是通過比較結果來確定燈數(shù)（指一個型號中的燈的數(shù)量），然后有值就 D100+1。 D100 是檢測燈有多少個（最多不大于 5），它使用的指令為 INCP 即加 1 指令。 如圖 所示。 李錢波：基于 ARM 的嵌入式車燈檢測系統(tǒng)設計 20 圖 確定燈數(shù)程序圖 3．新型號存入程序。新型號的地址指針指向已有型號地址的下一個地址，這地址就是新型號儲存內容的地址。如圖 ， 所示。