【文章內容簡介】 電壓比較器 LM324?？筛鶕嶋H光耦輸出信號大小，整比較器的參考電壓，從而實現(xiàn)將不規(guī)則光耦信號轉化為電源電壓的電平轉換。 電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系 )： 當 ” ＋ ” 輸入端電壓高于 ” － ” 輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當 ” ＋ ” 輸入端電 壓低于 ” － ” 輸入端時，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 和數字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。簡單的電壓比較器結構簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 11 運放需要 通過反饋回路和輸入回路的確定 “ 運算參數 ” ，比如放大倍數，直接比較兩個輸入端的量，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，而輸出是開關（高低電平）量。 可用作電壓比較器的芯片：所有的運算放大器。常見的有 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，這里我們選用 LM324來構成相應的電壓比較器， LM324 芯片如下 21 所 示： 圖 21 LM324管腳及實物圖 555 去抖電路 因藥丸穿過檢測通道時是一個運動過程，在此過程中，紅外光被藥丸阻擋的強度會發(fā)生變化，而引起信號的抖動，這可能會造成錯誤記數。因此使用了時基集成電路 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，可以使經過 電壓比較器的信號更規(guī)則，更重要的是有去抖避免錯誤計數的功能。 總體 硬件設計方案 按照系統(tǒng)設計功能的要求 以及檢測過程中信號的變化 ，確定系統(tǒng)由 以下 模塊組成：主控制器AT89C5 藥丸檢測電路 、 信號處理電路 和 顯示電路 。 其中信號處理電路由電壓比較電路和 555 濾波去抖電路組成。藥丸檢測和計數電路 總體電路結構框圖如圖 22所示。 傳感器檢測 電路 電壓比較電路 555 去抖整形電路 AT89C51控制單元 數碼管顯示 系統(tǒng) 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 12 圖 22 硬件 總體電路結構框圖 本章小結 本章主要介紹了紅外傳感器的分類、各種紅外傳感器的結構、選用、各種分析等。同時在傳感器的選擇方面，進行了多種方案的提出、選擇、與比較，最終確定 了在本次設計中使用由光敏器件構成的傳感器。與此同時提出了的硬件和軟件的相應的設計方案，以及各個步驟的方案選取。 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 13 第 3 章 硬件電路 的 分析 時鐘和復位電路 一、時鐘電路 AT89C51單片機內部設有一個反向放大器所構成的振蕩器， XTAL1和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可以由內部或外部產生。內部時鐘電路是在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內部振蕩電路就產 生自激振蕩。定時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的作用。外部時鐘電路需要 XTAL1接地， XTAL2接外部振蕩器，對外部振蕩器信號無特殊要求，只需保證脈沖寬度，一般頻率為低于 12MHz 的方波信號。 二、復位電路 通過某種方式，使單片機內各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復位。復位方式有上電復位和開關復位兩種， 在這里 選用的是上電復位電路，如圖 31所示。 圖 31復位電路圖 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 14 藥丸的檢測 電路 一、測溫電路 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稱設置并分別位于藥丸進入瓶通道末端兩側，并且分別與通道下垂線呈 90。夾角，以保證藥丸通過時，紅外光耦接收管被部分遮光，光電檢測電路能準確地檢測到藥丸通過而導致的信號瞬間變化。 連接電路 圖及傳感器外觀 如圖 32 所示。 圖 32 溫度檢測電路連接圖 其光電參數如下 表 31 表 31光電參數 信號的處理電路 電壓比較電路 這里由 LM324 和滑動變阻器組成可調的電壓比較電路，從而實現(xiàn)將不規(guī)則光耦信號轉化為電源電壓的電平轉換，其 protel 中電路圖如下 33所示： 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 15 圖 33 電壓比較電路 555 去抖電路 因藥丸穿過檢測通道時是一個運動過程，在此過程中，紅外光被藥丸阻擋的強度會發(fā)生變化，而引起信號的抖動，這可能會造成錯誤記數。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，可以使經過電壓比較器的信號更規(guī)則，起到去抖避 免錯誤計數的功能。其電路圖如下 34所示： 圖 34 555 去抖電路 在這里其濾波常數由滑動變阻器 R電阻 R5和電容 C2決定，其濾波時間常數為 S=*（ R4+R5）C2：在這里約為 110ms。其輸出信號接單片機的 接口進行計數和現(xiàn)顯示處理。 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 16 計數和 顯示電路 顯 示器常用作單片機最簡單的輸出設備，用以顯示單片機的運行結果和運行狀態(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、線路簡單、壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于單片機顯示數字量的場合。 設計中采用 LED顯示器。 對 LED 管的顯示可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。本文采用動態(tài)顯示，其優(yōu)點為： 1. 能降低顯示器的功耗； 2. 能大大減少顯示器的外部接線，給安裝調試帶來方便。 LED動態(tài)顯示原理：由于各個數碼管的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對各個數碼管都是相同。因此同一時刻如果各個數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 顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時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閉狀態(tài) .同時段選線上輸出相應位要顯示字符的 代碼這樣同一時刻 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碼管顯示出將要顯示的字符。顯然，這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而且同一時刻只 有一位顯示其它各位熄滅，但由于各位數碼管的通斷時間是非常短的， 且人眼有視 覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短則可造成多位同時亮的假象達到顯示的目的。 為了顯示相應的字符，必須將該字符轉換成相應的段選碼。這種轉換也稱為譯碼。譯碼可以采用硬件的方法，也可以采用軟件的方法。設計中采用軟件的方法進行譯碼。 在總體電路中，顯示電路是設計的主要 部分，通過單片機的 P1口，控制四位七段數碼管的段碼，而數碼管的位碼由 、 、 、 、個位、十位和百位 /符號位。在位碼控制端通過單片機 P3 口輸出的高低電平來選通數碼管的顯示位。 本章小結 本章主要詳細介紹了基于 紅外傳感器的 的硬件電路設計 、 包括時鐘 和 復位電路 、藥丸 檢測電路 、信號處理電路、計數顯示電路 各個模塊的具體電路設計和整體電路連接，總體電路 和 PCB 電路 見附錄 一 。 長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 17 第 4 章 軟件設計 軟件設計概述 良好 的設計方案可以減少軟件設計的工作量，提高軟件的通用性，擴展性和可讀性。本系統(tǒng)的設計方案和步驟如下 : （ 1）根據需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級劃分模塊。 （ 2）明確各模塊之間的數據流傳遞關系，力求數據傳遞少，以增強各模塊的獨立性，便于軟件調試。 （ 3）確定軟件開發(fā)環(huán)境，選擇設計語言，完成模塊功能設計，并分別調試通過。 (4)按照開發(fā)式軟件設計結構，將各模塊有機的結合起來，即成一個較完善的系統(tǒng)。 計算機是按照程序一條條依次執(zhí)行指令而工作的，根據具體的需要選擇合適的設計語言，對完成設計任務，設計質量，設計速度至關 重要。程序設計語言有三種 :機器語言，匯編語言和高級語言。機器語言是計算機唯一能“懂”的語言，用匯編和高級語言編寫的程序 (稱為源程序 )最終都必須翻譯成機器語言的程序 (稱為目標程序 )計算機才能看“懂”然后逐一執(zhí)行。但是機器語言是一種用二進制數 0、 1組成的代碼，人們不容易辨識、記憶、而且很容易出錯，出錯后查錯任務更加艱巨，所以很難用它來進行程序設計。 在此次設計中，選用的是匯編語言，相比高級語言，匯編語言存在諸多弊端，比如沒有關鍵字及運算函數的功能、程序過于冗長等。盡管相比高級語言如 C語言等，較匯編語言相比有許 多的優(yōu)點，但匯編有其自身的特點和長處，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算機系統(tǒng)的情況下，使用匯編語言也十分的方便，而且高級語言源程序要通過預存于計算機存儲器內的編譯程序或解釋程序才能翻譯成機器語言，而存儲器較小的計算機系統(tǒng)容納不下，因此無法配用這些工具程序，但是匯編語言可以直接翻譯成機器語言，然后再由計算機去識別和執(zhí)行。因此運用用匯編語言編程是很方便的了。 匯編語言中由于使用了助記符號，用匯編語言編制的程序輸入計算機，計算機不能象用機器語言編寫的程序一樣直接識別和執(zhí)行，必須通過預先放入 計算機的 匯編程序 的加工和翻譯，才能變成能夠被計算機識別和處理的二進制代碼程序。用匯編語言等非機器語言書寫好的符號程序稱為源程序，運行時匯編程序要將源程序翻譯成目標程序。目標程序是機器語言程序，它一經被長春工業(yè)大學人文信息 學院畢業(yè)設計 (論文 ) 信息工程系 18 安置在內存的預定位置上，就能被計算機的 CPU處理和執(zhí)行。 匯編語言像機器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機器的語言，使用起來還是比較繁瑣費時，通用性也差。但是，匯編語言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件，其目標程序占用內存空間少，運行速度快，有著高級語言不可替代的用途。 匯編語言主要用在設備控 制、加密破解、開發(fā)單片機產品 .對計算機性能的優(yōu)化等。一般用于開發(fā)單片機產品，計算機系統(tǒng)的啟動引導就必須使用匯編語言來編輯，否則不能用的。可以很好的實現(xiàn)微電子控制。 用匯編語言編制程序時，程序的每一條語句都與計算機的某一條具體的指令相對應，因此必須熟悉機器的指令系統(tǒng)。另外，根據統(tǒng)計，編譯成機器語言后，高級語言較匯編語言的長度增加15%200%，占用的內存空間隨之擴大，執(zhí)行的時間也相應增長 50%300%。因此對于要求反映靈敏與控制及時、檢測等實時控制系統(tǒng)，采用匯編語言編程的優(yōu)越性也很明顯。 液體點滴實時檢測 系統(tǒng)的軟件全部采用匯編語言編寫，以提高系統(tǒng)的靈敏性和實時性。其設計方法和硬件設計相對應，采用模塊化的設計思想，將該部分設計劃分為相應的程序模塊，便于設計、調試。此次設計中程序的編寫與仿真環(huán)境應用的是 WAVE仿真環(huán)境 。 WAVE 仿真環(huán)境 的硬件特點 偉福仿真品種多、功能強，和國內外同類高檔仿真器功能相比，軟、硬件方面具有多種先進特點。 硬件方面先進的特點如下： 通用仿真器：主機 +POD組合，通過更換 POD，可以對各種 CPU進行仿真。對不同的應用場合，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 +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噪聲，而無須縮短您的仿真電纜。 強大