【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電壓比較器 LM324。可根據(jù)實(shí)際光耦輸出信號(hào)大小，整比較器的參考電壓，從而實(shí)現(xiàn)將不規(guī)則光耦信號(hào)轉(zhuǎn)化為電源電壓的電平轉(zhuǎn)換。 電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系 )： 當(dāng) ” ＋ ” 輸入端電壓高于 ” － ” 輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng) ” ＋ ” 輸入端電 壓低于 ” － ” 輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平； 壓比較器的作用：它可用作 模擬電路 和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 11 運(yùn)放需要 通過(guò)反饋回路和輸入回路的確定 “ 運(yùn)算參數(shù) ” ，比如放大倍數(shù)，直接比較兩個(gè)輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開(kāi)關(guān)（高低電平）量。 可用作電壓比較器的芯片：所有的運(yùn)算放大器。常見(jiàn)的有 LM324 LM358 uA741 TL081\2\3\4 OP07 OP27， 由于 LM324 性能穩(wěn)定、便宜易于操作等特點(diǎn)，這里我們選用 LM324來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的電壓比較器， LM324 芯片如下 21 所 示： 圖 21 LM324管腳及實(shí)物圖 555 去抖電路 因藥丸穿過(guò)檢測(cè)通道時(shí)是一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在此過(guò)程中，紅外光被藥丸阻擋的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，而引起信號(hào)的抖動(dòng)，這可能會(huì)造成錯(cuò)誤記數(shù)。因此使用了時(shí)基集成電路 555 作為濾波去抖電路。在這里用 555 接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其具有整形處理功能，可以使經(jīng)過(guò) 電壓比較器的信號(hào)更規(guī)則，更重要的是有去抖避免錯(cuò)誤計(jì)數(shù)的功能。 總體 硬件設(shè)計(jì)方案 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求 以及檢測(cè)過(guò)程中信號(hào)的變化 ，確定系統(tǒng)由 以下 模塊組成：主控制器AT89C5 藥丸檢測(cè)電路 、 信號(hào)處理電路 和 顯示電路 。 其中信號(hào)處理電路由電壓比較電路和 555 濾波去抖電路組成。藥丸檢測(cè)和計(jì)數(shù)電路 總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 22所示。 傳感器檢測(cè) 電路 電壓比較電路 555 去抖整形電路 AT89C51控制單元 數(shù)碼管顯示 系統(tǒng) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 12 圖 22 硬件 總體電路結(jié)構(gòu)框圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了紅外傳感器的分類、各種紅外傳感器的結(jié)構(gòu)、選用、各種分析等。同時(shí)在傳感器的選擇方面，進(jìn)行了多種方案的提出、選擇、與比較，最終確定 了在本次設(shè)計(jì)中使用由光敏器件構(gòu)成的傳感器。與此同時(shí)提出了的硬件和軟件的相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，以及各個(gè)步驟的方案選取。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 13 第 3 章 硬件電路 的 分析 時(shí)鐘和復(fù)位電路 一、時(shí)鐘電路 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)反向放大器所構(gòu)成的振蕩器， XTAL1和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部或外部產(chǎn)生。內(nèi)部時(shí)鐘電路是在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn) 生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率可以在 12MHz之間選擇。電容值取 5pF~30pF，電容的大小可起頻率微調(diào)的作用。外部時(shí)鐘電路需要 XTAL1接地， XTAL2接外部振蕩器，對(duì)外部振蕩器信號(hào)無(wú)特殊要求，只需保證脈沖寬度，一般頻率為低于 12MHz 的方波信號(hào)。 二、復(fù)位電路 通過(guò)某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式有上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位兩種， 在這里 選用的是上電復(fù)位電路，如圖 31所示。 圖 31復(fù)位電路圖 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 14 藥丸的檢測(cè) 電路 一、測(cè)溫電路 在這里我們選用紅外光電傳感器由封裝在同一模塊內(nèi)的 U 型紅外光耦發(fā)射管和 U 型紅外光耦接收管組成的 TP806紅外光電傳感器， U型紅外光耦發(fā)射管與 U型紅外光耦接收管對(duì)稱設(shè)置并分別位于藥丸進(jìn)入瓶通道末端兩側(cè)，并且分別與通道下垂線呈 90。夾角，以保證藥丸通過(guò)時(shí)，紅外光耦接收管被部分遮光，光電檢測(cè)電路能準(zhǔn)確地檢測(cè)到藥丸通過(guò)而導(dǎo)致的信號(hào)瞬間變化。 連接電路 圖及傳感器外觀 如圖 32 所示。 圖 32 溫度檢測(cè)電路連接圖 其光電參數(shù)如下 表 31 表 31光電參數(shù) 信號(hào)的處理電路 電壓比較電路 這里由 LM324 和滑動(dòng)變阻器組成可調(diào)的電壓比較電路，從而實(shí)現(xiàn)將不規(guī)則光耦信號(hào)轉(zhuǎn)化為電源電壓的電平轉(zhuǎn)換，其 protel 中電路圖如下 33所示： 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 15 圖 33 電壓比較電路 555 去抖電路 因藥丸穿過(guò)檢測(cè)通道時(shí)是一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在此過(guò)程中，紅外光被藥丸阻擋的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，而引起信號(hào)的抖動(dòng)，這可能會(huì)造成錯(cuò)誤記數(shù)。在這里用 555 接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其具有整形處理功能，可以使經(jīng)過(guò)電壓比較器的信號(hào)更規(guī)則，起到去抖避 免錯(cuò)誤計(jì)數(shù)的功能。其電路圖如下 34所示： 圖 34 555 去抖電路 在這里其濾波常數(shù)由滑動(dòng)變阻器 R電阻 R5和電容 C2決定，其濾波時(shí)間常數(shù)為 S=*（ R4+R5）C2：在這里約為 110ms。其輸出信號(hào)接單片機(jī)的 接口進(jìn)行計(jì)數(shù)和現(xiàn)顯示處理。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 16 計(jì)數(shù)和 顯示電路 顯 示器常用作單片機(jī)最簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備，用以顯示單片機(jī)的運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行狀態(tài)等。常用的顯示器主要有 LED和 LCD，它們都具有耗電少、成本低、線路簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)顯示數(shù)字量的場(chǎng)合。 設(shè)計(jì)中采用 LED顯示器。 對(duì) LED 管的顯示可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。本文采用動(dòng)態(tài)顯示，其優(yōu)點(diǎn)為： 1. 能降低顯示器的功耗； 2. 能大大減少顯示器的外部接線，給安裝調(diào)試帶來(lái)方便。 LED動(dòng)態(tài)顯示原理：由于各個(gè)數(shù)碼管的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各個(gè)數(shù)碼管都是相同。因此同一時(shí)刻如果各個(gè)數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話， 4 位 LED 將顯示相同字符。若要各位LED 顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時(shí)刻只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài) .同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的 代碼這樣同一時(shí)刻 4 位 LED 中只有選通的那一位顯示出字符，而其它位則是熄滅的。此循環(huán)下去就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。顯然，這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻只 有一位顯示其它各位熄滅，但由于各位數(shù)碼管的通斷時(shí)間是非常短的， 且人眼有視 覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短則可造成多位同時(shí)亮的假象達(dá)到顯示的目的。 為了顯示相應(yīng)的字符，必須將該字符轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼。這種轉(zhuǎn)換也稱為譯碼。譯碼可以采用硬件的方法，也可以采用軟件的方法。設(shè)計(jì)中采用軟件的方法進(jìn)行譯碼。 在總體電路中，顯示電路是設(shè)計(jì)的主要 部分，通過(guò)單片機(jī)的 P1口，控制四位七段數(shù)碼管的段碼，而數(shù)碼管的位碼由 、 、 、 、個(gè)位、十位和百位 /符號(hào)位。在位碼控制端通過(guò)單片機(jī) P3 口輸出的高低電平來(lái)選通數(shù)碼管的顯示位。 本章小結(jié) 本章主要詳細(xì)介紹了基于 紅外傳感器的 的硬件電路設(shè)計(jì) 、 包括時(shí)鐘 和 復(fù)位電路 、藥丸 檢測(cè)電路 、信號(hào)處理電路、計(jì)數(shù)顯示電路 各個(gè)模塊的具體電路設(shè)計(jì)和整體電路連接，總體電路 和 PCB 電路 見(jiàn)附錄 一 。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 17 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)概述 良好 的設(shè)計(jì)方案可以減少軟件設(shè)計(jì)的工作量，提高軟件的通用性，擴(kuò)展性和可讀性。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和步驟如下 : （ 1）根據(jù)需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級(jí)劃分模塊。 （ 2）明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性，便于軟件調(diào)試。 （ 3）確定軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語(yǔ)言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過(guò)。 (4)按照開(kāi)發(fā)式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，即成一個(gè)較完善的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)是按照程序一條條依次執(zhí)行指令而工作的，根據(jù)具體的需要選擇合適的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)速度至關(guān) 重要。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種 :機(jī)器語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編和高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序 (稱為源程序 )最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序 (稱為目標(biāo)程序 )計(jì)算機(jī)才能看“懂”然后逐一執(zhí)行。但是機(jī)器語(yǔ)言是一種用二進(jìn)制數(shù) 0、 1組成的代碼，人們不容易辨識(shí)、記憶、而且很容易出錯(cuò)，出錯(cuò)后查錯(cuò)任務(wù)更加艱巨，所以很難用它來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 在此次設(shè)計(jì)中，選用的是匯編語(yǔ)言，相比高級(jí)語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言存在諸多弊端，比如沒(méi)有關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)的功能、程序過(guò)于冗長(zhǎng)等。盡管相比高級(jí)語(yǔ)言如 C語(yǔ)言等，較匯編語(yǔ)言相比有許 多的優(yōu)點(diǎn)，但匯編有其自身的特點(diǎn)和長(zhǎng)處，在編制程序的工作量不大、規(guī)模較小，一般不需要移植的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情況下，使用匯編語(yǔ)言也十分的方便，而且高級(jí)語(yǔ)言源程序要通過(guò)預(yù)存于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的編譯程序或解釋程序才能翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，而存儲(chǔ)器較小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)容納不下，因此無(wú)法配用這些工具程序，但是匯編語(yǔ)言可以直接翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，然后再由計(jì)算機(jī)去識(shí)別和執(zhí)行。因此運(yùn)用用匯編語(yǔ)言編程是很方便的了。 匯編語(yǔ)言中由于使用了助記符號(hào)，用匯編語(yǔ)言編制的程序輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)不能象用機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序一樣直接識(shí)別和執(zhí)行，必須通過(guò)預(yù)先放入 計(jì)算機(jī)的 匯編程序 的加工和翻譯，才能變成能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理的二進(jìn)制代碼程序。用匯編語(yǔ)言等非機(jī)器語(yǔ)言書寫好的符號(hào)程序稱為源程序，運(yùn)行時(shí)匯編程序要將源程序翻譯成目標(biāo)程序。目標(biāo)程序是機(jī)器語(yǔ)言程序，它一經(jīng)被長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 18 安置在內(nèi)存的預(yù)定位置上，就能被計(jì)算機(jī)的 CPU處理和執(zhí)行。 匯編語(yǔ)言像機(jī)器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機(jī)器的語(yǔ)言，使用起來(lái)還是比較繁瑣費(fèi)時(shí)，通用性也差。但是，匯編語(yǔ)言用來(lái)編制系統(tǒng)軟件和過(guò)程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快，有著高級(jí)語(yǔ)言不可替代的用途。 匯編語(yǔ)言主要用在設(shè)備控 制、加密破解、開(kāi)發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品 .對(duì)計(jì)算機(jī)性能的優(yōu)化等。一般用于開(kāi)發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)就必須使用匯編語(yǔ)言來(lái)編輯，否則不能用的?？梢院芎玫膶?shí)現(xiàn)微電子控制。 用匯編語(yǔ)言編制程序時(shí)，程序的每一條語(yǔ)句都與計(jì)算機(jī)的某一條具體的指令相對(duì)應(yīng)，因此必須熟悉機(jī)器的指令系統(tǒng)。另外，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，編譯成機(jī)器語(yǔ)言后，高級(jí)語(yǔ)言較匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)度增加15%200%，占用的內(nèi)存空間隨之?dāng)U大，執(zhí)行的時(shí)間也相應(yīng)增長(zhǎng) 50%300%。因此對(duì)于要求反映靈敏與控制及時(shí)、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，采用匯編語(yǔ)言編程的優(yōu)越性也很明顯。 液體點(diǎn)滴實(shí)時(shí)檢測(cè) 系統(tǒng)的軟件全部采用匯編語(yǔ)言編寫，以提高系統(tǒng)的靈敏性和實(shí)時(shí)性。其設(shè)計(jì)方法和硬件設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將該部分設(shè)計(jì)劃分為相應(yīng)的程序模塊，便于設(shè)計(jì)、調(diào)試。此次設(shè)計(jì)中程序的編寫與仿真環(huán)境應(yīng)用的是 WAVE仿真環(huán)境 。 WAVE 仿真環(huán)境 的硬件特點(diǎn) 偉福仿真品種多、功能強(qiáng)，和國(guó)內(nèi)外同類高檔仿真器功能相比，軟、硬件方面具有多種先進(jìn)特點(diǎn)。 硬件方面先進(jìn)的特點(diǎn)如下： 通用仿真器：主機(jī) +POD組合，通過(guò)更換 POD，可以對(duì)各種 CPU進(jìn)行仿真。對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，用戶如果選擇不同的 CPU，通常就要更換仿 真器，而偉福仿真器則采用主機(jī) +POD組合，支持多類 CPU仿真。 仿真 CPU外置：直接位于用戶板的上方，提高仿真頻率以及降低信號(hào)噪聲，而無(wú)須縮短您的仿真電纜。 強(qiáng)大