【文章內容簡介】 用了 DELAY 子程序 僅兩條 NOP 指令 ，這是為了滿足 I2C 總線上數(shù)據傳送速率的要求，只有當 SDA 數(shù)據線上的數(shù)據穩(wěn)定下來之后才能進行讀寫 即 SCL 線發(fā)出正脈沖 。另外，在讀最后一數(shù)據字節(jié)時，置應答信號為“ 1”，表示讀操作即將完成。 74LS139 對單片選通，這樣任何一個時刻，都只有一位 LED 在點亮，也即動態(tài)掃描顯示方式是一個 4 譯碼器，它將單片機輸出的地址信號譯碼后動態(tài)驅動相應的 LED。但 74LS13 電 流驅動能力較小，為此，我使用了未級驅動三極管作為地址驅動。經過翻閱大量的技術資料，對具體要求實現(xiàn)的功能進行完整的系統(tǒng)分析，我認為我的系統(tǒng)設計基本符合實際情況，可以完成設計任務所要求實現(xiàn)的基本功能。 按照光電傳感器中光電元件輸出電信號的形式可以將光電傳感器分為模擬式和脈沖式兩大類。 1 模擬式光電傳感器 這種傳感器中光電元件接受的光通量隨被測量連續(xù)變化，因此，輸出的光電流也是連續(xù)變化的，并與被測量呈確定的函數(shù)關系。 2 脈沖式光電傳感器 在這種傳感器中，光電元件接受的光信號是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常是只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號，多用于光電計數(shù)和光電式轉速測量等場合。 通過兩種形式的光電傳感器比較，我選用了脈沖式光電傳感器，因其多用于光電計數(shù)和光電式轉速測量等場合。 脈沖式光電轉速傳感器從光路系統(tǒng)看，有透射式和反射式兩種。 （ 1）透射式光電傳感器 這種儀表的測量盤裝在被測轉軸上，在它旁邊裝有不動的讀數(shù)盤。測量盤沿外緣圓周刻有等距徑向透明光縫，在讀數(shù)盤上刻有同樣間距的透光縫隙，當測量盤隨被測軸一起轉動時，每轉過一個縫隙，由光源射來的光線就將照射到光敏元件上一次，這個光 脈沖將引起光敏元件的輸出電脈沖，在孔數(shù)一定時，該列電脈沖數(shù)就和轉速成正比。電脈沖經測量電路整形放大后再送入頻率計計數(shù)和顯示，經核算或標定后，就可以得到一個便于測量計數(shù)的信號，此時被測轉速為 n f/N 式中 f――測得的脈沖頻率； N――每轉脈沖數(shù)，它等于圓周上之縫數(shù)。 若在調制盤上開 60 個小孔，則可在 1 秒的記數(shù)值上直接讀出轉速大小。它可以測量 1r/min 的車速。如果開 600 個孔，則它的測量精度為 。 （ 2）反射式光電傳感器 在轉軸上不便于安裝測量轉盤時，還可以采用在測量轉軸上加反射鏡的方法。 在可能時，為了提高分辨率，可以在轉軸圓周方向等距貼數(shù)塊反射鏡。只有光線入射時，轉軸每轉一周就有數(shù)次光反射作用。再用簡單光學系統(tǒng)將反射光投到光敏元件上，就可以輸出相應的電脈沖。其它部分與透射式一樣，通過測脈沖頻率就可以求出轉速。 反射式轉速表使用方便，它不給轉軸帶來附加載荷，可以在距被測物數(shù)十毫米外非接觸地測量其轉速，但要求轉軸不能太細，便于貼反射鏡，它適于測量的轉速范圍為 30～ r/min。 通過比較，可知透射式光電傳感器比反射式光電傳感器的測量精度高，因而本設計中我采用了透射式光電傳感器，并且采用了 60 條縫隙的測量盤。如圖 所示，為透射式光電轉速傳感器的結構原理圖。 圖 透射式光電轉速傳感器的結構原理 測量盤上具有相同間距的縫隙，當測量盤轉動時，轉過一條縫隙，光線便產生一次明暗變化，使光敏元件感光一次，用這種結構可以大大增加轉盤上的縫隙數(shù)，因此使每轉的脈沖數(shù)相應地增加。 感器的脈沖整形電路 施密特觸發(fā)器在脈沖的產生和整形電路中應用很廣。施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強。它可用于波形變換、脈沖整形以及脈沖幅度 鑒別。下圖 為其應用： 圖 施密特觸發(fā)器的應用 根據以上施密特觸發(fā)器的應用特性，因而用施密特觸發(fā)器作為本系統(tǒng)的主要脈沖整 形元件。圖 是本系統(tǒng)所采用的透射式光電測速脈沖整形電路圖。每當旋轉圓盤上的長方孔與光電開關上的透光孔重合，則光敏三極管受光而通過電流，使三極管飽和導通，故施密特觸發(fā)器 CD4093 輸出高電平，當圓盤轉至透光孔被遮時， CD4093 輸出低電平。隨著圓盤不停地轉動， CD4093 便輸出脈沖序列。測出輸出脈沖個數(shù)，結合圓盤每一周的孔數(shù)，使可算出旋轉的轉速及轉角。圖中的CD4093 用于脈 沖整形。 圖 透射式光電測速脈沖整形電路圖 單片機與光電傳感器的接口設計 單片機測量頻率有兩種方法：測頻法和測周期法。測量頻率就是在單位定時時間里對被測信號脈沖進行計數(shù)；測量周期是在被測信號周期時間里對其一基準時鐘脈沖進行計數(shù)。測周期法常用于脈沖頻率較低的場合，所以在本系統(tǒng)中我采用了測頻法。 測量頻率最簡單的方法是將被測信號整形為脈沖，然后連接到單片機的定時器 /記數(shù)器（ T/C）的外部脈沖輸入端，本系統(tǒng)中將被測信號脈沖 AT89S51 的 T1端。可將 AT89S51 的一個 T/C0 用作定時器，另一個 T/C1 用作計數(shù)器。在 T/C0定時時間里，由 T/C1 對頻率脈沖進行計數(shù)。 T/C1 的計數(shù)值是單位定時時間里的脈沖個數(shù)。但應注意如下問題： （ 1）由于 AT895S51 對輸入 T/C 的外部脈沖計數(shù)，是通過在每個機器周期的第 10 個時鐘周期對輸入端 T1 采樣，故需要兩個機器周期（等于 24 個時鐘周期）識別一個脈沖的負跳變，每識別到一個脈沖的負跳變將計數(shù)器加 1。因此被測脈沖的最高頻率必須小于。此外，還要求被測頻率脈沖的寬度應大于一個機器周期T。本系統(tǒng)所采用的時鐘頻率為 12，則被測脈沖的最高頻率不應超過 1224500； 其寬度必須大于。 （ 2）在定時記數(shù)時會出現(xiàn)如圖 所示的丟失脈沖的情況。第一個脈沖的丟失，是 由于開始檢測時脈沖寬度已小于機器周期 T；第二個脈沖丟失是由于脈沖的負跳變在定時之處出現(xiàn)。定時時間里出現(xiàn)脈沖丟失，將引起測量精度降低。脈沖頻率越低，這種誤差越大。 圖 頻率測量法的脈沖丟失 為解決圖 中第一個脈沖的丟失，可用門電路實現(xiàn)記數(shù)開始與脈沖上升沿的同步控制。圖 是用 AT80S51 的 T/C0 作定時器， T/C1 作計數(shù)器，對頻率測量的接口電路。 圖 帶同步控制的頻率測量接口 控制時，首先由 發(fā)一個清 0 負脈沖，使 U U2 兩個 D 觸發(fā)器復位，其輸出封鎖與門 G1 和 G2。接著由 發(fā)一個啟動正脈沖 ,其有效上升沿使 Q1 1，門 G1 被開放，使被測脈沖得以通過門 G1，使 Q2 置為 1，從而將門 G2 打開。之后，被測脈沖上升沿通過 G2 送 T1 計數(shù)；同時 Q2 輸出的高電平使 INT0 1，定時器 0 的門控 GATE 有效，啟動 T/C0 開始定時。直到定時結束時，從 發(fā)出一個負脈沖，將 U2 清零，從而封鎖 G2，使 T/C1 停止計數(shù)，至此一次頻率采樣過程結束。在本系統(tǒng)中，為汽車轉軸上安裝的測量盤縫隙對應的頻率，測量 T/C定時時間為 1S，這樣長時間的定時，先由 T/C0 定時 100ms，之后軟件循環(huán) 10次來完成（ 10 100ms 1s）。 T/C 作頻率脈沖的計數(shù)器，若單片機工作在計數(shù)方式 1，最大計數(shù)值為 65536。若 100ms計數(shù) 65536次， 則脈沖的頻率為 ，這已經超過了 AT89S51 的計數(shù)器的最高頻率 500 kHz，能夠發(fā)揮出 T/C 的最大計數(shù)能力。 T/C0定時 100ms的計數(shù)初值設為 3CB0H，并設定時器 /計數(shù)器方式字 TMOD 59h。計數(shù)器 1 采用計數(shù)值滿后自然清零再計數(shù)的方法。將 T/C0 設為高優(yōu)先級，允許計數(shù)過程中定時中斷，即定時時間到就中止計數(shù)。 單片機與外部存儲器的接口設計 本系統(tǒng)采用的是串行 EEPROM 芯片 24C16， 24C16 的 1－ 3 腳分別為器件編址端 A0、 A A2（用于與系統(tǒng)中的同類器件編碼 4 腳為電源地， 5 腳為 I2C 總線的數(shù)據線 SDA， 6 腳為 I2C 總線的時鐘 SCL， 7 腳為測試輸入端，在系統(tǒng)中接地， 8腳為電源。 5 腳 SDA6 腳 SCL 圖 超速報警電路圖 單片機與鍵盤和 7 段顯示器的接口設計 本系統(tǒng)的鍵盤輸入部分，采用 2 個功能鍵，用這 2 個鍵，既可以選擇顯示是單班里程還是總里程。 本系統(tǒng)采用的是常見的按鈕開關。開關的接入方法是先將按鈕開關的狀態(tài)轉變?yōu)檫壿嬰娖?，然后可直接接到單片機的某一條 I/O 線。但由于機械開關在狀態(tài)轉換時有信號的抖動，故在接入開關的同時，必須考慮防抖動的問題。其圖 如下所示： 圖 鍵盤輸入電路圖 而七段 LED 顯示器一般都是同時使用幾個 LED 顯示器，它有兩種連用方法：一是每一位都用各自的 8 位輸出口控制，在顯示某一字符時，相應的段恒定發(fā)光或不發(fā)光，這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示，它占用較多的 I/O 口線。二是動態(tài)顯示，即將多個 7 段 LED 的段 選端復接在一起，只用一個 8 位輸出控制段選，段選同時加到各個 7 段 LED顯示器上，通過控制各個顯