【文章內(nèi)容簡介】 保護(hù)輸出； 2 真差動輸入及； 3 低輸入 偏置電流：最大為 100納安； 4 單電源工作： 32伏； 5 每一封裝四個(gè)放大器； 6 內(nèi)部補(bǔ)償； 7 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源； 8 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出； 9 在輸入端的靜電嵌位增加可靠性而不影響器件的工作。 第四章 硬件設(shè)計(jì)方案 數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)該課題時(shí)，首先想到的是通過課題的設(shè)計(jì)能夠顯示出吊物的高度和吊物的重量，從而有效的設(shè)計(jì)可以從數(shù)碼管上顯 示出塔吊所運(yùn)行的狀況。在應(yīng)用數(shù)碼管進(jìn)行顯示時(shí)，首先需要考慮的問題是驅(qū)動電流，與發(fā)光二極管相同，數(shù)碼管的發(fā)光段也需要串聯(lián)限流電阻，以共陽極為例，串聯(lián)的限流電阻阻值越大，電流越小，亮度越低；電阻值越小，電流越大，亮度越高。在使用限流電阻時(shí)需要在每一段線上都串聯(lián)限流電阻，而不要在公共端上串聯(lián)電阻，如果在公共端上串聯(lián)一個(gè)限流電阻，則在顯示不同數(shù)字時(shí)，將會造成數(shù)碼管的亮度不同。 用三極管控制共陽極數(shù)碼管是利用三極管的開關(guān)特性，比如用 pnp三極管的話，集電極接地，然后通過基極控制三極管的通斷，當(dāng)通過單片機(jī)給基極一個(gè)低電平 時(shí)，發(fā)射極導(dǎo)通，集電極與發(fā)射極也之間也導(dǎo)通了，一般都是用三極管控制數(shù)碼管的位選引腳。簡單地說就集電極和發(fā)射極相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，基極是控制端，基極給高電平是，開關(guān)是斷開基極給低電平時(shí)，開關(guān)合上 。 設(shè)計(jì)圖如圖 ： 680R2680R3680R4680R5680R6680R7680R8680R91KR101KR11K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS2Q18550abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpQ28550+5V+5V 圖 數(shù)碼管顯示電路 壓力傳感器電路設(shè)計(jì) 由于力的大小無法直接讀出觀測到，需要通過一定的轉(zhuǎn)換條件可以顯示出要測得數(shù)據(jù)大小，通過壓力傳感器形變量的改變，通過電壓的輸出可以有效地轉(zhuǎn)換所得力的大小。壓力傳感器是將輸入的機(jī)械應(yīng)變 ε 轉(zhuǎn)換為變化的變換元件。電阻變換器的輸入應(yīng)變 ε =Δ L/L，即材料的長度相對變化量，它是一個(gè)無量綱的相對值。通常 ε =106 為一個(gè)微應(yīng)變。電阻變 換器的輸出量為電阻值的相對變化量Δ R/R。電阻變換器有金屬電阻變換器和半導(dǎo)體電阻變換器兩種類型。根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)：Δρ /ρ =? π 且ρ =Eε 其中：?是應(yīng)力（ F/S)。π 是壓阻系數(shù)， π =(40~80)*1011m2/N,E是彈性變量， E=*1011N/m2,所以電阻的相對變化為（Δ R/R）≈ π Eε 要測量其他物理量，如壓力、力、加速等，就要先將應(yīng)變片貼在相應(yīng)的彈性元件上，這些物理量被轉(zhuǎn)換為彈 性元件的應(yīng)變，再經(jīng)應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻輸出量。 壓阻式傳感器的滿量程輸出信號為 70~350mV不等，其輸出阻抗很高，這就要求放大電路也有很高的輸入阻抗，不從傳感器輸出端吸收電流，以免破壞傳感器的工作狀態(tài)，這里介紹的是有芯片 LM324組成的運(yùn)放電路。 LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到 32伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用 場合中采 用外部偏置元件的必要性 其工作特點(diǎn) 作： 3V~32V ：最大 100nA 。 的功能。 經(jīng)過 LM324 放大的約 0~5V 之間的電壓信號經(jīng)常 adc0832 的處理，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供單片機(jī)軟件處理操作。 作為單通道模擬信號輸入時(shí) ADC0832 的輸入電壓是 0~5V且 8 位分辨率時(shí)的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入 的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行 IN+與 IN的輸入時(shí)，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。通過前一級輸出的電壓信號，通過 ADC0832 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并且轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32uS，所以 A/D 轉(zhuǎn)換頻率可以很快，數(shù)據(jù)的讀取以程序子程序的調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。經(jīng)過單片機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)，把數(shù)據(jù)存儲下來，為塔吊高度顯示提供必要的數(shù)據(jù)。 其設(shè)計(jì)圖如圖 所示： RdRaRcRbR110CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U3ADC0832680R16680R1720KR18+5V+5V2311411U8LM324+5V 圖 壓力傳感器電路 驅(qū)動直流電機(jī)電路 設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動電路首先要從編碼器著手，本設(shè)計(jì)采用 對方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出分辨率選用 360個(gè)脈沖 /圈，考慮到 電機(jī) 轉(zhuǎn)動是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對編碼器的輸出信號鑒相后才能計(jì)數(shù)。 常用的光電編碼器有 3相輸出， A相、 B相和 Z相， AB兩相一圈輸出 N的脈沖， z相一圈輸出一個(gè)脈沖， AB兩相相位差 90， A超前則正轉(zhuǎn)， B超前則反轉(zhuǎn)。鑒相電路用來分辨 A相超前還是 B相超前，即實(shí)現(xiàn)判斷當(dāng)前編碼 器的旋轉(zhuǎn)方向，我使用的方案是參考網(wǎng)絡(luò)上的經(jīng)典電路， 74LS00與非門， 74LS86異或門， 74LS379D觸發(fā)器搭出來的電路。 當(dāng) 編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí) ,A相信號在相位上超前 B 1/4周期。經(jīng)過 D觸發(fā)器后， Q1為高電平， Q2為低電平， C1保持低電平。 相反之，當(dāng)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)， C1將保持低電平， C2形成的計(jì)數(shù)脈沖可作為雙向計(jì)數(shù)器“ ”端的輸入信號，從而完成對編碼器輸出脈沖的計(jì)數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)編碼器每圈輸出脈沖數(shù)來增減可逆計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)，如編碼器分度為 1024脈沖 /轉(zhuǎn)，另外，利用 A、 B信號相位相差 90度的特點(diǎn)在計(jì)數(shù)電路的前端增加倍頻電路，可以提高編碼器的測 量精度。 經(jīng)過 單片機(jī)的軟件控制 ， 經(jīng)過單片機(jī)芯片輸出不同的高低電壓信號來驅(qū)動 從而確定電機(jī)的運(yùn)行狀況。通過 DJ1+和 DJ1電平高低情況來進(jìn)行控制電機(jī)。下面介紹一下有關(guān)電機(jī)驅(qū)動芯片 AE2501B管腳功能的介紹：其中 1腳控制電機(jī)正轉(zhuǎn)輸入信號， 8腳控制電機(jī)反轉(zhuǎn)輸入信號， 3腳控制電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出， 6腳控制電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出， 4和 5腳接地端， 2和7腳接電源端。邏輯功能如下： (1)當(dāng) 1腳（ INA）為高電平， 8腳（ INB）為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。 (2)當(dāng) 1腳（ INA）為低電平， 8腳（ INB）為高電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 (3)當(dāng) 1腳（ INA）為低電平， 8腳（ INB）為低電平時(shí)，電機(jī)停止。（ 4）禁止是 1和 8腳同為高電平。通過輸入高低電平的不同，從而有效地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到所預(yù)期的效果。 其設(shè)計(jì)總結(jié)電路圖如圖 ： 12P1bianmaqiCLR1CLK91D41Q21Q32D52Q72Q63D123Q103Q114D134Q154Q14U6SN74LS175123U7A74LS00456U7B74LS00CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U974LS193CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U1074LS193+5VD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1122334488776655U5AE2501bMG2MOTOR AC+5V30KR2330KR2247uFC7C6DJ1+ DJ1 圖 電機(jī)驅(qū)動電路 閃光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 閃光報(bào)警是最簡單，也是最常用的一種報(bào)警方式。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的閃光報(bào)警就是在控制指示燈的程序中加入定時(shí)程序，按一定的時(shí)間間隔來交替點(diǎn)亮與熄滅指示燈。閃光報(bào)警在硬件連接上非常簡單，通?？衫?AT89C5 1的 I／ 0口直接驅(qū)動發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，如圖 1所示。該電路中發(fā) 光二極管一般反向連接，其正端接 +5V，負(fù)端通過限流電阻與 YO口線相連。限流電阻阻值的選擇要同時(shí)考慮發(fā)光二極管的驅(qū)動電流及 I／O口線的負(fù)載能力，一般可 選擇 330n或 ，則只需向相應(yīng)的輸出口輸出低電平。 設(shè)計(jì)電路如圖 ： R1D1U1AT89C51+5V 圖 閃光報(bào)警電路 若 P1． 0 控制塔吊系統(tǒng)吊鉤重量的超載報(bào)警。 結(jié)論 先說明程序設(shè)計(jì)，然后再總結(jié)一下設(shè)計(jì)心得。 塔吊監(jiān)控的設(shè)計(jì)是否成功，關(guān)鍵貫徹兩個(gè)方面。軟件和硬件的設(shè)計(jì)，軟件是執(zhí)行硬件的驅(qū)動著，某 些功能的實(shí)現(xiàn)，通過硬件的觀測來達(dá)到某種目的。而軟件的設(shè)計(jì)也相當(dāng)重要，不僅要考慮的元件的某些參數(shù)，還要考慮到其之間的轉(zhuǎn)換順序不可混亂。 電路圖繪制完成后，下一步就要設(shè)計(jì)軟件的程序內(nèi)容，而我們學(xué)過的編程主要包括單片機(jī)匯編語言和 C語言的編程。單片機(jī)雖然上過兩個(gè)學(xué)期，可對其學(xué)得不是很深，只是表面的了解，看懂某些簡單的程序。而如果讓自己用單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)某種功能，恐怕是力不能及，只能勉強(qiáng)應(yīng)付一下 簡單的小程序。然而對于設(shè)計(jì)本課題的塔吊監(jiān)控來說的確是一件很難辦到的事情。所以，再三決定，選擇用 C語言來進(jìn)行編程該電路的軟件設(shè)計(jì) ， C語言相對單片機(jī)匯編語言來說會好的很多，簡單明了，況且對 C語言的了解或許應(yīng)該比單片機(jī)更為深刻，所以決定用 C語言來編寫程序完成軟件操作。 剛開始，可以說沒有頭緒，于是去圖書館找資料，經(jīng)過自己的查找也未曾查到有關(guān)塔吊監(jiān)控的軟件設(shè)計(jì)資料， 后來經(jīng)過仔細(xì)查看電路圖，決定分單元設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊。比如說測物重量模塊通過壓力傳感器的大小轉(zhuǎn)換顯示出塔吊的吊物重量，通過程序的時(shí)間把這一量的轉(zhuǎn)換單元模塊做出來，然后逐一設(shè)計(jì)編碼器脈沖輸出計(jì)數(shù)軟件設(shè)計(jì)，逐一把報(bào)警電路、塔吊小車位移等軟件的程序分單元模塊組合起來。然后通過程序的調(diào)用， 按順序輸出各個(gè)量的信號轉(zhuǎn)換。最后簡單的程序設(shè)計(jì)算是給做出來了，但是可惜的是硬件的設(shè)計(jì)沒有完成，無法得到更加完美的理想結(jié)果，不過程序設(shè)計(jì)完全是按 照電路原理圖的設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)，或許是對的。 軟件的設(shè)計(jì)完成并非完全是自己的能力所能達(dá)到的，而是通過查找網(wǎng)絡(luò)上的一些資源，同學(xué)的幫忙，才使