【文章內(nèi)容簡介】 55和CMOS定時器CC7555等，下面介紹CB555定時器，（a）所示。CB555定時器含有兩個電壓比較器C1和C一個由與非門組成的基本RS觸發(fā)器、一個與門、一個非門、一個放電晶體管T以及由三個5的電阻組成的分壓器。比較器C1的參考電壓，加在同相輸入端；C2的參考電壓，加在反相輸入端。如果5端外接固定電壓，則，；如果5端不用時，以防干擾引入。是置0輸入端，低電平有效，加上低電平，輸出電壓=0不受其他輸入狀態(tài)的影響。正常工作時，=1。和分別為6端和2端的輸入電壓。 和分別與和比較，得出C1和C2的輸出狀態(tài)，由此得出基本RS觸發(fā)器Q端的狀態(tài)，而后得出的狀態(tài)。 CB555的工作原理說明表0*****0導(dǎo)通10100導(dǎo)通11011截止111保持保持保持電源電壓范圍為5—18V。輸出電流可達(dá)200mA，因此可以直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚聲器及指示燈等，輸出高壓約低于電源電壓1—3V。（b）所示為74HC14的部分電路圖。 （a） （b） （a）CB555定時器芯片圖 （b）74HC14電路圖 光電脈沖編碼器⑴ 脈沖編碼器分類和結(jié)構(gòu) 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。它把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。脈沖編碼器分光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種。光電式的精度與可靠性都優(yōu)于其他兩種，因此數(shù)控機(jī)床上只使用光電式脈沖編碼器 。 增量式光電脈沖編碼器最初的結(jié)構(gòu)就是光電盤。在一個圓盤的圓周上分成相等的透明與不透明部分，圓盤與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。此外還有一個固定不動的扇形薄片與圓盤平行放置，并制作有辨向狹縫(或狹縫群)，當(dāng)光線通過這兩個作相對運動的透光與不透光部分時，使光電元件接受到的光通量也時明時暗地連續(xù)變化 (近似于正弦信號)，經(jīng)放大、整形電路的變換后變成脈沖信號。通過計量脈沖的數(shù)目和頻率即可測出工作軸的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。高精度脈沖編碼器要求提高光電盤圓周的等分狹縫的密度，實際上變成了圓光柵線紋。它的制作工藝是在一塊具有一定直徑的玻璃圓盤上，用真空鍍膜的方法鍍上一層不透光的金屬薄膜，再涂上一層均勻的感光材料，然后用精密照相腐蝕工藝，制成沿圓周等距的透光和不透光部分相間的輻射狀線紋，相鄰的透光與不透光線紋構(gòu)成一個節(jié)距 P。在圓盤的里圈不透光圓環(huán)上還刻有一條透光條紋，用來產(chǎn)生一轉(zhuǎn)脈沖信號z。辨向指示光柵上有兩段線紋組A和B，每一組的線紋間的節(jié)距與圓光柵相同，而A組與B組的線紋彼此錯開 1／4節(jié)距。指示光柵固定在底座上，與圓光柵的線紋平行放置，兩者間保一個小的間距。當(dāng)圓光柵旋轉(zhuǎn)時，光線透過這兩個光柵的線紋部分，形成明暗相間的條紋，被光電元件接收，產(chǎn)生近似于正弦波的電信號，經(jīng)變換電路，變換成測量脈沖，其分辨率取決于圓光柵的一圈線紋數(shù)和測量線路的細(xì)分倍數(shù)。該編碼器通過十字連接頭與伺服電動機(jī)連接，它的法蘭盤固定在電動機(jī)端面上，罩上防護(hù)罩，構(gòu)成完整的驅(qū)動部件。 SZLF l02．4BM CO5L光電脈沖編碼器電路圖⑵ 脈沖編碼器的工作原理該脈沖編碼器是采用圓光柵的光電脈沖編碼器。每轉(zhuǎn)產(chǎn)生1024個脈沖，光線由光源 G發(fā)出，當(dāng)光線透過圓光柵和指示光柵的線紋后，在光電元件上形成明暗相間按正弦規(guī)律分布的莫爾條紋，當(dāng)圓光柵隨電機(jī)轉(zhuǎn)動時，莫爾條紋也相應(yīng)的移動，則光電元件上的光線強(qiáng)弱發(fā)生變化，光電元件將變化的光信號轉(zhuǎn)換成近似正弦波的電信號。Dl、D3為A組，DD4為 B組，每組的兩個光電元件在莫爾條紋光線上的對應(yīng)位置相位相差180度，兩組所對應(yīng)的元件D1與D2 (D3與 D4)在相位上相差 9O度。兩組光電元件產(chǎn)生相位相差90度正弦波的信號，兩組信號分別加到電壓比較器 Al、A2。，在正弦波正半周時，A1同相端 IC1(LM339N 9腳)為高電平，反相端IC1(8腳)為低電平 (電位差只有零點幾伏)，經(jīng)比較器A1， ICl(14腳)輸出高電平 (+5V)。相反，在正弦波的負(fù)半周，A1同相端 IC1(9腳)為低電平，反相端 ICl(8腳)為高電平，(14腳)輸出低電平 (OV)。Al的輸出 IC1(14腳)，直接送到 IC2(KS74HCTLS12N)的 5腳 (為三輸入端的與非門，三個輸入端接到一起作為非門電路使用)，IC2的6腳輸出經(jīng)R13，送到 IC3(MC3487N)的腳，經(jīng)功放處理，由IC3的 6腳輸出，6腳輸出信號與輸入信號相位相同，腳輸出信號與輸入信號相位相反。電路中A、B相各主要對應(yīng)點的波形如圖所示 。 Z相是一轉(zhuǎn)脈沖，由光電元件D5產(chǎn)生，它是用來產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點的。通常，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械參考點與各軸的脈沖編碼器發(fā)z相脈沖的位置是一致的。當(dāng)數(shù)控車床主軸電機(jī)轉(zhuǎn)到機(jī)械參考點時，光電元件D5獲得光信號，電壓比較器A3反相端IC1(4腳)為低電平，A3的同相端 IC1(5腳)經(jīng)R9和 R10分壓后為定值電壓，此時A3輸出 IC1(2腳)為高電平。IC1(2腳) 轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)時電路中各點對應(yīng)波的輸出經(jīng) R15送到 IC3(腳)，此時，IC3 l0腳輸出高電平，11腳輸出低電平。當(dāng)主軸電機(jī)離開參考點后，A3輸出IC1(2腳)為低電平，IC1(2腳)的輸出經(jīng)R15送到 IC3(9腳)，此時IC3 10腳輸出低電平，1l腳輸出高電平。在應(yīng)用時，從脈沖編碼器輸出的A和B和四個方波被引入位置控制電路經(jīng)辨向和乘以倍率后，變成代表位移的測量脈沖。經(jīng)頻率變換器變成正比于頻率的電壓，作為速度反饋信號，供給速度控制單元，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。另外。. 反光式光電轉(zhuǎn)速測量 該測量系統(tǒng)也是由紅外線光電傳感器、信號處理電路、單片機(jī)以及數(shù)字顯示部分。和另外兩種方案不同的是，其感光檢測元件接收的是通過矩形泊片反射的紅外光，下面對其光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行介紹。 紅外光電傳感器發(fā)出的光，聚焦到被測的旋轉(zhuǎn)軸上，光由轉(zhuǎn)軸反射后，再聚焦到傳感器光電探測器的光敏面上。聚焦在旋轉(zhuǎn)軸上的光斑的大小直接影響到測量的靈敏度，在旋轉(zhuǎn)速度一定時如果光斑比較小，那么光斑渡越矩形反射區(qū)的時間很快，反應(yīng)到脈沖波形上，上升沿將會比較陡峭。如果光斑比較大，那么光斑渡越矩形反射區(qū)的時間相對比較慢一些，因而其輸出的脈沖信號的上升沿將會有一定的坡度。對頻率測量來說，脈沖信號的上升沿越陡，頻率測量分辨率越高。 因此，在進(jìn)行反光式轉(zhuǎn)速測量時，反光泊片和光電探測器的光敏面的安裝、校對是比較復(fù)雜的。 綜上所述，光電傳感器進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量較另外兩種方法制造成本低，且測量精度滿足本設(shè)計的測量要求，硬件電路簡單，對于接觸式測量首選。反光式轉(zhuǎn)速測量，雖然測量前的校對復(fù)雜，但相對光電脈沖編碼器廉價，且測量精度高，線性度好，安裝方便，測量轉(zhuǎn)速范圍較寬，對低速的測量也有相當(dāng)高的精度，可用于各行業(yè)轉(zhuǎn)速的非接觸式的檢測和控制。根據(jù)被測設(shè)備的不同情況，選擇合適的光電傳感器，進(jìn)行測量。 單片機(jī)芯片的選擇ATMEL公司的89C51系列產(chǎn)品是近年來在我國非常流行的單片機(jī)，符合本設(shè)計的單片機(jī)要求。 AT89C51的介紹 AT89C51單片機(jī)⑴ 本控制系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)，其主要性能如下：l 片內(nèi)有4KB閃速存儲器；l 128B的內(nèi)部RAM單元；l 兩個16位定時/計數(shù)器；l 中斷系統(tǒng)仍為5個中斷源，二級優(yōu)先結(jié)構(gòu)；l 4個8位I/O口，即32位可編程口線；l 可編程全雙工串行口；l 寬范圍的工作電壓，；l 可設(shè)置為待機(jī)狀態(tài)和掉電狀態(tài)；l 振蕩器及時鐘電路，全靜態(tài)工作方式，時鐘頻率可為0Hz24MHz。⑵ 工作方式及控制字設(shè)置① 定時/計數(shù)器本系統(tǒng)設(shè)計中，用于計數(shù)，選定為工作方式1（16位的計數(shù)方式），設(shè)計中，輸入外部脈沖，預(yù)置初值由公式（）得：（計數(shù)初值）*晶振周期*12=定時時間 （）本系統(tǒng)設(shè)計中，被用于數(shù)碼管顯示及形成閘門信號，由于系統(tǒng)中用到六位數(shù)碼管，動態(tài)顯示時，一組數(shù)碼管顯示的總時間以不超過20ms為宜，但是為了方便，這里選擇的定時時間4ms，這里選用的工作狀態(tài)1（即M1M0=01時，定時器所選擇的狀態(tài)）。確定了定時/計數(shù)器的定時時間以后，就要計算定時初值，本系統(tǒng)用12MHz的晶振，恰好是一個機(jī)器周期為1，因此，4ms定時時間意味著只要計數(shù)4000次即可，由于定時/計數(shù)器是向上計數(shù)，因此，要化為16進(jìn)制，并分別送入的高8位和低8位。定時/計數(shù)器每4ms中斷一次，用以進(jìn)行數(shù)碼管的顯示和每1秒讀取一次計數(shù)器中的數(shù)值。② 定時/計數(shù)器的工作方式及控制定時/計數(shù)器的方式控制字TMOD，其地址為89H，復(fù)位值00H，不可位尋址，用于控制和的工作方式。： 定時/計數(shù)器的8位控制內(nèi)容說明：GATE：門空位。由GATE、軟件控制位TR0/1和INT0/1共同決定定時/計數(shù)器T0/1的打開或關(guān)閉。當(dāng)GATE=0，只要TR0/1=1即可啟動定時/計數(shù)器T0/1工作。GATE=1，只有INT0/1引腳為高電平且用指令置TR0/1=1時，才能啟動定時/計數(shù)器T0/1的工作。：定時/計數(shù)器選擇位。=1，工作于計數(shù)器方式；=0工作于定時器方式。MM0：定時/計數(shù)器工作模式選擇位。M1M0=00,方式,0，13位計數(shù)；M1M0=01，方式1，16位計數(shù)；M1M0=10，方式2，常數(shù)自動重新裝入8位定時/計數(shù)器；M1M0=11，方式3，分為兩個8位計數(shù)器，僅適用于T0。③ 定時/計數(shù)器控制寄存器TCONTCON的地址88H，可進(jìn)行位尋址，復(fù)位值00H。TCON用于控制定時器的啟動、停止以及表明定時器的溢出和中斷情況，定時/。 定時/計數(shù)器控制寄存器TCONTF1：定時器1溢出標(biāo)志，T1溢出時由硬件置1，并申請中斷，CPU相應(yīng)中斷后，又由硬件清0。TF1也可由軟件清0。TF0：定時器0溢出標(biāo)志，功能與TF1相同；TR1 ：定時器1運行控制位，可由軟件置1或清0來啟動或停止T1；TR0：定時器0運行控制位，功能與TR1相同；IE0：外部中斷0請求標(biāo)志；IE1：外部中斷1請求標(biāo)志；IT1：外部中斷1觸發(fā)方式選擇位；IT0：外部中斷0觸發(fā)方式選擇位；當(dāng)整機(jī)復(fù)位后，TCON中的各位均為0。⑶ 四個8位并行接口P0、PPP3四個端口的應(yīng)用有以下兩個特點：l 可以用來進(jìn)行8位并行數(shù)據(jù)的輸入或輸出操作。每個端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)都包括一個輸出鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。輸入時，數(shù)據(jù)可以緩存；輸出時，數(shù)據(jù)可以鎖存。而且，這四個端口的每一條I/O先都可以獨立地用來進(jìn)行輸入或輸出，即可以進(jìn)行位操作。需要說明的是，這四個端口都是8位的準(zhǔn)雙向口。所謂的準(zhǔn)雙向口，是指該端口可以用來輸入，也可以用來輸出，但是，當(dāng)輸入時，讀取引腳狀態(tài)前，應(yīng)先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入“1”，用于輸入時，先向鎖存器寫“1”，使得并聯(lián)在引腳上的場效應(yīng)管FET截止，使引腳浮空，可作為高阻抗輸入。l 當(dāng)P0、PP3不用做輸入/輸出端口時，他們分別有第二功能可以應(yīng)用。在89C51片外擴(kuò)展存儲器或I/O接口時，P0端口分時作為低8位地址輸出和8位數(shù)據(jù)的輸入/輸出，P2端口送出高8位的地址，（）、寫（）控制信號，這樣就構(gòu)成了控制片外存儲器或I/O接口的系統(tǒng)總線。⑷ AT89C51部分結(jié)構(gòu)的介紹① 時鐘電路單片機(jī)的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容組成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。 AT89C51單片機(jī)的時鐘電路框圖② 振蕩