【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖如圖 24所示。 圖 24光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖 LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器， 除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 24 所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反 。Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324 的引腳排列見(jiàn)圖 26。 U0U+UU iU i+(反相輸入端）(同相輸入端） 圖 25 放大器圖 圖 26 引腳圖 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 計(jì)數(shù)脈沖 傳感器 整形驅(qū)動(dòng) LM324 AT89C52 數(shù)碼顯示譯碼器 LED 數(shù)碼管 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 9 頁(yè) 共 30 頁(yè) 9 本設(shè)計(jì)計(jì)劃采用高性能集成四運(yùn)放 LM324 來(lái)進(jìn)行光電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。電路采用兩級(jí)放大電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，防止信號(hào)脈沖太小以至對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不產(chǎn)生影響。此外，還設(shè)計(jì)了 有源帶 通濾波器。 為了達(dá)到預(yù)定效果，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用 MULTISIM 8 進(jìn)行模擬仿真，并利用模擬仿真結(jié)果對(duì)有關(guān)元器件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，以使電路滿足要求。如圖 27 所示是MULTISIM 進(jìn)行電路模擬仿真示意圖及其模擬仿真結(jié)果。 圖 27 電路模擬仿真示意圖及其模擬仿真結(jié)果 硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由信號(hào)預(yù)處理電路、單片機(jī) AT89C5系統(tǒng)化 LED 顯示模塊、串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的目的是降低 待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來(lái)將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī) 匹配 的 TTL 信號(hào)；通過(guò) 對(duì) 單片機(jī)的 編程 設(shè)置可使內(nèi)部定時(shí)器 T0 對(duì)輸入脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù) ，這樣 就 能精確地算出加到南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 10 頁(yè) 共 30 頁(yè) 10 T0 引腳的單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)；設(shè)計(jì)中 轉(zhuǎn)速顯示部分 采用 價(jià)格低廉且使用方便的 LED 模塊，通過(guò) 相關(guān)計(jì)算方法計(jì)算 得 到 的 轉(zhuǎn)速通過(guò) I2C 總線 放到 E2PROM存儲(chǔ)，既節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程。系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖 28 所示。 圖 28 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 晶振電路部分 晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱(chēng)晶振。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱(chēng)的諧振頻率。 晶體振蕩電路如圖： 29： 信 號(hào) 放大器 LED 顯 示 數(shù)字存儲(chǔ)電路 波形變換 波形整形 單片機(jī) 鍵盤(pán)模塊 RS232 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 11 頁(yè) 共 30 頁(yè) 11 P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1023P 2. 3/ A 1124P 2. 4/ A 1225P 2. 5/ A 1326P 2. 6/ A 1427P 2. 7/ A 1528P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 4/ T 014P 3. 3/ I N T 113P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 119X T A L 218R S T9P S E N29A L E30EA31P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 2/ I N T 057A T 89C 52U1C130pFC230pFX1C R Y S T A LV C C 29 晶體振蕩電路 部分 復(fù)位電路部分 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 復(fù)位電路如圖 210： P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 2 .7 /A 1 528P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .4 /T 014P 3 .3 /I N T 113P 3 .5 /T 115P 3 .6 /W R16P 3 .7 /R D17X T A L 119X T A L 218R S T9P S E N29A L E30EA31P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .2 /I N T 057A T 8 9 C 5 2U1C31 0 u FR 1 16KV C CG N D 210 復(fù)位電路部分 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 12 頁(yè) 共 30 頁(yè) 12 轉(zhuǎn)速顯示電路 顯示電路采用 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示， LED（ LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而渡過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。 LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。 LED有單個(gè) LED和八段 LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。 顯示器結(jié)構(gòu) ： 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 211 所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱(chēng)為共陽(yáng)極顯示器 ,陰極連在一起的稱(chēng)為共陰極顯示器。 1 位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管 a~g 控制七個(gè)筆畫(huà)（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫(huà)式的 七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開(kāi)頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。 此外，要畫(huà)出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來(lái)，如圖 212所示，為七 段數(shù)碼管的管腳圖。 abcdefgV C C 公共陽(yáng)極 C O MabcdefgG N D 公共陰極 C O M 圖 211七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu) abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpc om9 圖 212七段發(fā)光顯示器管腳的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)方式 ： 采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)為 7407，它的全名為 7407 TTL 集電極開(kāi)路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，圖 213為 7407的圖以 及各個(gè)引腳的分布功能介紹。 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 13 頁(yè) 共 30 頁(yè) 13 11A21Y32A42Y53A63Y7G N D84Y94A105Y115A126Y136A14V C C7047 圖 213 7407管腳的結(jié)構(gòu) 顯示方式 ： 為了節(jié)省 I/O口線，我們采用的動(dòng)態(tài)顯示方式。 所謂動(dòng)態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需 8 位口（稱(chēng)為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè) 8 位口（稱(chēng)為段數(shù)據(jù)口）。本次設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍 正常 ，所以只需要 4 位數(shù)碼 管即可 。 4 位共陰極顯示器和 AT89C52的接口邏輯如圖 214 所示。 AT89C52 的 P0 口作為段數(shù)據(jù)口，接上拉電阻到顯示器的各個(gè)段； P2 口作為掃描口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407 接顯示器公共極。 對(duì)于圖 214 中的 4 位顯示器，在 AT89C52RAM 存貯器中設(shè)置 4 個(gè)顯示緩沖器單元 30H－ 34H，分別存放 4 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)，AT89C52 的 P2 口掃描輸出總是只在一位為低電平，即 4 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平， AT89C52 的 P0 口相應(yīng)位（陰極為低）的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其它們 為暗，依次地改變 P2 口輸出為高的位， P0 口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)， 4 位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 顯示電路部分 如 圖 214： 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 14 頁(yè) 共 30 頁(yè) 14 P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1023P 2. 3/ A 1124P 2. 4/ A 1225P 2. 5/ A 1326P 2. 6/ A 1427P 2. 7/ A 1528P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 4/ T 014P 3. 3/ I N T 113P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 119X T A L 218R S T9P S E N29A L E30EA31P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 2/ I N T 057A T 89C 52U1A B C D E F DP 1 2 3 410k10k 圖 214顯示電路部分 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 15 頁(yè) 共 30 頁(yè) 15 第 3 章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 程序 流程圖 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先要分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對(duì)程序的模塊化設(shè)計(jì)。按整體功能分為多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的 任務(wù)是：內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度后顯示。軟件編程用 C 語(yǔ)言完成的。 以下 便是各程序流程圖以及單片機(jī)程序