【文章內(nèi)容簡介】 學(xué)測控系統(tǒng) )輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖 (開關(guān) )式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量 (檢測目標(biāo)物體 )方法可分為透射 (吸收 )式、漫反射式、遮光式 (光束阻檔 )三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的 光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射剄光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。 光源是許多光電傳感器的重要組成部分，要使光電傳感器很好地工作，除了合理選用光電元件外，還必須配備合適的光源。 發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。 鎢絲燈泡是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可 見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。 綜上所述，各種光源各具優(yōu)點(diǎn)，但從經(jīng)濟(jì)與使用便利方面考慮，并考慮到抗干擾性能，我們決定選用紅外光二極管做系統(tǒng)測量的光源。 由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理電路。這些信號(hào)調(diào)理電路負(fù)責(zé)將光電傳感器輸出的微弱的光電信號(hào)進(jìn)行放大、整形，轉(zhuǎn)換成所單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)所需要的脈沖信號(hào)。不同的光電元件，所要求的測量電 路也不相同，為此設(shè)計(jì)時(shí)必須詳加考慮。 光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過 74Ls04反相器整形驅(qū)動(dòng)，送到單片機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，從而測出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖如圖 。 無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖圖 光光 電電 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 部部 分分 與與 單單 片片 機(jī)機(jī) 的的 連連 接接 框框 圖圖 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 所示的符號(hào)來 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的引腳排列見圖 圖圖 大大 器器 圖圖 圖圖 引引 腳腳 圖圖 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。 本設(shè)計(jì)計(jì)劃采用高性能集成四運(yùn)放 LM324 來進(jìn)行光電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。電路采用兩級(jí)放大電路對脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，防止信號(hào)脈沖太小以至對實(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 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。 計(jì)數(shù)脈沖 傳感器 整形驅(qū)動(dòng) 74Ls04 STC 89C52 1602液晶顯示器 無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖圖 電電 路路 模模 擬擬 仿仿 真真 示示 意意 圖圖 及及 其其 模模 擬擬 仿仿 真真 結(jié)結(jié) 果果 測量系統(tǒng)主機(jī)部分設(shè)計(jì) 單片機(jī) 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）的簡稱，是指在一塊芯片上集成了中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器 ROM 或 EPROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行 I/O接口等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。目前，新型單片機(jī)內(nèi)還有 A/D 及 D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入 /輸出等部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場合，因此，確切的稱謂應(yīng)是微控制器（ Microcontroller） . 系統(tǒng)使用的單片機(jī)是 STC 89C52 型單片機(jī)。 STC 89C52 單片機(jī)是基于 MCS52 單片機(jī)為內(nèi)核的，其輸入 /輸出管腳以及指令系統(tǒng)和 MCS52 單片機(jī)是完全兼容的。其優(yōu)越的性價(jià)比使其成為頗受歡迎的 8位單片機(jī)。如圖 STC 89C52 結(jié)構(gòu)框圖。 STC 89C52 單片機(jī)的特點(diǎn)： 無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ⑴ 它內(nèi)部有一個(gè) 8 位的 CPU，具有 4KB 的 EEPROM。 ⑵ 128 字節(jié)的 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 21個(gè)特殊功能寄存器 SFR。 ⑶ 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，其中 P0、 P2 為地址 /數(shù)據(jù)線，可尋址 64KB ROM 和 64KB RAM. ⑷ 一個(gè)可編程全雙工串行口 ,具 有 5個(gè)中斷源。 ⑸ 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)脈沖輸入 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 中斷輸入 圖圖 STC 89C52結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 框框 圖圖 圖 是 STC 89C52 單片機(jī)引腳分布圖。由圖我們可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶 I/O 口外，其余管腳是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成 MCS52單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu) ，即： ①地址總線（ AB）：地址總線寬為 16位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為 64K字節(jié)， 16 位地址總線由 P0口經(jīng)地址鎖存器提供 8位地址（ A0 至 A7）； P2 口直接提供 8 位地址。 ②數(shù)據(jù)總線（ DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為 8 位，由 P0 提供。 ③控制總線（ CB）：由 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨(dú)立控制線 RESET、 EA、 ALE、PSEN 組成。 CPU 串行接口 并行 I/O 接口 中斷系統(tǒng) 特殊功能寄存器SFR128 字節(jié) RAM 4K ROM（ EPROM） （ 8031 無） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 時(shí)鐘源 無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖圖 STC89C52 管管 腳腳 圖圖 1602液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 管腳功能 引引 腳腳 說說 明明 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14腳的 LCD 完全一樣，其中： 無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 引腳 符號(hào) 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 4 RS RS為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器。 5 R/W R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 8 DB1 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位 9 DB2 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位 10 DB3 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位 11 DB4 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位 12 DB5 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位 13 DB6 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是 busy flag） 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光 電源負(fù)極 無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 寄存器選擇控制表 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 注：關(guān)于 E=H 脈沖 —— 開始時(shí)初始化 E 為 0，然后置 E 為 1，再清 0. busy flag（ DB7）：在此位為被清除為 0時(shí)， LCD將無法再處理其他的指令要求。 顯示地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1