【文章內容簡介】 的轉換位數。模數轉換器最 重要的參數是轉換的精度 ,通常用這個位數無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 18 的多少表示。轉換器能夠準確輸出的數字信號的位數越多 ,表示轉換器能夠分辨輸入信號的能力越強 ,轉換器的性能也就越好。 為將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉換為時間離散、幅值也離散的數字信號， A/D 轉換一般要經過采樣、保持、量化及編碼 4 個過程。在實際電路中 ,有些過程是合并進行的 ,如采樣和保持 ,量化和編碼在轉換過程中是同時實現的。 本次設計主要以 ADC0831 控制的 A/D 轉換電路，其中電位器作為ADC0831 的模擬量輸入，最大輸入電壓及參考電壓均為 5V，數字量輸出范圍為 0Dout255。首先，單片機的 PWM 端輸出高電平，再延時一段時間，延時常數為 255Dout。在輸出低電平，延時常數為 Dout，這樣，通過改變模擬量輸出電壓的大小，就可以改變單片機 PWM 輸出的占空比，改變輸入電流的大小，從而達到調節(jié)電動機轉速的目的。單片機的 口接一單刀雙擲開關，當開關輸入高電平時，單片機的 DIR 端輸出高電平，控制電動機正轉；開關輸入低電平時，單片機的 DIR 端輸出低電平，控制電動機反轉。 測速模塊 方案選擇 方案一：紅外傳感器， 紅外輻射的物理本質是熱輻射。一個熾 熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線就越多，輻射的能量就越強。而且，紅外線被物體吸收?？梢燥@著的轉變?yōu)闊崮堋? 紅外輻射和所有的電磁波一樣，是一波的形式在空間直線傳播的。紅外線傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉換電路。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應用最多無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 19 的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻 雜等材料制成。本設計的紅外傳感器是光電檢測元件，主要 通過兩個紅外探測器的圓弧距離和通過這段圓弧所需的時間相除就可得出速度。通過圓弧所需的則正好是連續(xù)兩個脈沖的時間間隔，也就是連續(xù)兩次中斷的時間間隔。 方案二：霍爾開關元器件來測量小車的 速度， 霍爾效應是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時，產生橫向電位差的物理現象。當電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側面會出現橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現極強的霍爾效 應。由于通電導線周圍存 在磁可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。若把霍爾元件置于電場強度為 E、磁場強度為 H 的電磁場中，則在該元件中將產生電流 I，元件上同時產生的霍爾電位差與電場強度 E 成正比，如果再測出該電磁場的磁場強度，則電磁場的功率密度瞬時值 P 可由 P=EH 確定。本設計具體實現方法：把霍爾器件 A44E 安裝在固定軸上，在輪子上裝小磁鐵；小車輪子運動就會帶動小磁鐵轉；當霍爾器件 A44E 感應到小磁鐵時，就會輸出一個脈沖；單片機通過檢測脈沖的個數，再 根據小車車輪的半徑算出小車的速度。 結論：方案一與方案二相比，霍爾開關對路況要求較高，而且是機械元器件，容易損壞， 而紅外傳感相紅外線敏感的光敏電阻和 PN 結型光生伏無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 20 特效應器件，它們能在低溫下工作，靈敏度高，響應速度快，故而選擇方案一。 測速電路論證 圖 5 測速電路 如圖 5， 紅外傳感器是用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化，將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平； R11 限制發(fā)射二極管的電流。發(fā)射管的電流大則發(fā)射功率大，但不能超過它的極限電流，它的極限輸入正向電流為 50mA。從圖中可以看出，若被檢測物表面為白色，發(fā)射光全部反射，光電三極管導通，經反相后輸出高電平“ 1”；反之，則輸出為低電平“ 0”。 LM339 集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：失調電壓小，典型值為 2mV；電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。 1V177。 18V；對比較信號源的內阻限制較寬；共模范圍很大，為Ucc（ ） Vo；差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓 ；輸出端電位可靈活方便地選用。本次設計就是利用了其中一個電壓比較器，本無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 21 電路組成的是一個基本單限比較器，輸入信號是引腳 6，即待比較電壓，它加到反相輸入端，在同相輸入端接一個參考電壓（門限電平）是引腳 7。當輸入電壓 U7U6 時，輸出為高電平 UOH。 經過 LM339 的處理將其轉變?yōu)槊}沖，然后將脈沖數據交單片機處理，單片機計算一定時間內脈沖的個數，由計數值轉變?yōu)樗俣戎挡⑺蛿荡a管顯示速度。當紅外發(fā)射、接收管都正常工作時， LM339 的負輸入端 6 為低電平，輸出端 1 為高電平；當紅外接收管被外物擋住是，紅外接收管不工作， LM339的負輸入端 6 為高電平，輸出端 1 為低電平，單片機程序設置為外部中斷下降沿觸發(fā)有效，實現了中斷觸發(fā)功能。 顯示模塊 模塊選擇 方案一： LED 顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用 LED 數碼管是一種較好的選擇。 LED 數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。 LED 數碼管作為顯示字段的數碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組 合的二極管導通，就能顯示出各種字符，常用的 LED 數碼管有 7 段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 22 的段被顯示。 采用三個 8 段共陽極的 LED 數碼管，顯示方式為動態(tài)（掃描）顯示的方式。其中 A、 B、 C、 D 分別連接 、 、 、 。 動態(tài)掃描有以下特點：第一，能顯著降低顯示器的功耗，這對于采用電池供電的便攜式數字儀表尤為重要；第二，能大大減少顯示器的外部引線，給印制板的設計和安裝帶來方便；第三，能采用 BCD 碼多路輸出的方式，不僅使譯碼、驅動電路大為簡化，還可以與微機相連；第四，只要位掃描信號頻率足夠高，由于人眼的“視覺暫留”現象，就觀察不到閃爍現象。 方案二：顯示部分采用是 1602 字符液晶模塊 ，字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式 LCD，液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有 電就有顯示，這樣即可以 顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點， 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內置 8192個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 8 4行 16 16點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點 。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。它能同時顯示 16*2（ 16 字 2 行）即 32個字符， 1602 液晶模塊的控制器采用的是 HD44780。 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 23 結論：方案一與方案二相比，方案二的顯示雖功能強大，但外圍電路較多，本設計要求不高，而且方案一比較的經濟，實用，控制簡單，故而選擇方案一。 顯示電路論證 圖 6 顯示電路 電路圖 6 所示，利用單片機的 P0、 P1 口， P0 口分別控制數碼管的位選碼，而 P1 口則控制段選碼，采用的是動態(tài)掃描的方法， 動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器（稱為掃描），即每個數碼管的位選被輪流選中，多個數碼管公用一組段選，段選數據僅對位選選中的數碼管有效。 對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。通過調整電流和時間參無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 24 數，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數不大于 8 位，則顯示器的公共端只需一個 8 位 I/O 口進行動態(tài)掃描（稱為掃描口），控制 每位顯示器所顯示的字形也需一個 8 位口（稱為段碼輸出）。 實現動態(tài)掃描的方案很多，在數字電路中大致可分成兩種： 第一種方案是間接控制法，即把位選通信號加至譯碼驅動器的消隱控制端，間接地控制 LED 顯示器的亮滅。該方案是對靜態(tài)顯示的改進，主要起到降低顯示功耗的作用，而且對電路的要求比較的復雜。 第二種方案是直接驅動法，它是利用位選通信號直接驅動各位 LED 顯示器，起到簡化電路的方法，但功耗相對提高。 由于本設計中的電路是簡單電路，整體功耗并不高，為了簡化電 路，簡單操作，所以設計中運用的直接驅動的方法，這樣能使編程更加的簡單，有利于程序的編寫。 4 軟件設計 系統(tǒng)主程序流程圖 主程序首先判斷輸入電壓的狀態(tài)，實際也是電動機啟動的一個開關，隨著輸入電壓的改變，轉速改變。一旦有電壓的輸入，就立即判斷電動機的正反轉，通過開關也可以改變狀態(tài)，與此同時，測速系統(tǒng)啟動，輸出相應速度值。 開始 中斷初始化 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 25 1 0 正轉 反轉 測速 SW? 開啟中斷 ADC 輸入數據 調用正轉函數 調用反轉函數 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 26 小于 2 標志位清零 等于 2 各子程序流程圖 電動機控制流程圖 顯示 結束 開始 中斷標志位 計算、輸出速度 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)設計說明書（論文） 27 初始化，設置常量 啟動 A/D 轉換器，讀取轉換數據，存入 開關位置 1？ DIR 位置 0，反轉 DIR 位置 1，正轉 PWM 位置 0 PWM 位置 1 以 AD_TMP 為延時常數，調用延時程序 以 AD_TMP 為延時常數，調用延時程序 無 錫 職 業(yè)