【文章內容簡介】 小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。 計數(shù)脈沖 傳感器 整 形 驅 動LM324 STC 89C51 數(shù)碼顯示譯碼器 LED 數(shù)碼管 白城職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 5 本設計計劃采用高性能集成四運放 LM324來進行光電信號調理電路設計。電路采用兩級放大電路對脈沖信號進行放大，防止信號脈沖太小以至對實驗結果不產(chǎn)生影響。此外，還設計了 有源帶通濾波器。 為了達到預定效果，對系統(tǒng)運用 MULTISIM 8進行模擬仿真，并利用模擬仿真結果對有關元器件進行參數(shù)設定，以使電路滿足要求。如圖 MULTISIM 進行電路模擬仿真示意圖及其模擬仿真結果。 圖 電路模擬仿真示意圖及其模擬仿真結果 測量系統(tǒng)主機部分設計 單片機 單片機是單片微型計算機（ Single Chip Microputer）的簡稱 ， 是指在一塊芯片上集成了中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、程序存儲器 ROM或 EPROM、定時器 /計數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行 I/O 接口等部件，構成一個完整的微型計算機。目前，新型光電式轉速儀設計 6 單片機內還有 A/D及 D/A轉換器、高速輸入 /輸出等部件。由于它的結構和指令功能都是按工業(yè)控制要求設計的，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 應是微控制器（ Micro controller） . 系統(tǒng)使用的單片機是 STC 89C51 型單片機。 STC 89C51 單片機是基于 MCS51 單片機為內核的，其輸入 /輸出管腳以及指令系統(tǒng)和 MCS51 單片機是完全兼容的。其優(yōu)越的性價比使其成為頗受歡迎的 8 位單片機。如 圖 STC 89C51 結構框圖。 STC 89C51 單片機的特點： ⑴ 它內部有一個 8 位的 CPU，具有 4KB 的 EEPROM。 ⑵ 128 字節(jié)的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器， 21 個特殊功能寄存器 SFR。 ⑶ 4個 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 一個可編程全雙工串行口 ,具有 5 個中斷源。 ⑸ 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器。 計數(shù)脈沖輸入 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 中斷輸入 圖 STC 89C51 結構框圖 圖 STC 89C51 單片機引腳 分布 圖。由圖我們可以看到，單片機的引腳除了電源、復位、時鐘接入 、 用戶 I/O 口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的。這些引腳構成 MCS51單片機片外三總線結構，即： ① 地址總線（ AB）：地址總線寬為 16 位，因此，其外部存儲器直接尋址為 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。 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 /計數(shù)器 T0、 T1 時鐘源 白城職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 7 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根獨立控制線 RESET、 EA、 ALE、 PSEN組成。 圖 STC89C51 管腳圖 鍵盤顯示模塊設計 圖 ， 按鍵功能 通過軟件編程設置： 按 K0為清零、復位； 按 K1顯示計時時間； 按 K2顯示計數(shù)脈沖數(shù)； 此按鍵電路為低電平有效，當無按鍵按下時 ，單片機輸入引腳 、 、 、 端口均為高電平。當其中任一按鍵按下時，其對應的 P1 端口變?yōu)榈碗娖?，在軟件中利用這個低電平設計其功能。軟件中還設置了按鍵防抖動誤觸發(fā)功能，軟件中設置定時器 1 50ms 中斷一次，每次中斷都對按鍵進行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲10ms，再次進行鍵掃描，若仍有按鍵按下，則按鍵為真，并從 P1口讀取數(shù)據(jù)，低電平對應的即為有效按鍵。 圖 按鍵電路圖 光電式轉速儀設計 8 顯示部分采用價廉方便的 LED數(shù)碼管，圖 。測量系統(tǒng)有 8位共陽的 LED數(shù)碼管，表 LED數(shù)碼管的段代碼表， 1代表對應的筆段亮， 0代表對應的筆段不亮。若需要在最右邊（ S0）顯示“ 5”，只要將從表中查得相應的段代碼寫入 P0口，在將 ， 。 圖 數(shù)碼管的引腳接線圖 表 驅動 LED數(shù)碼管的段代碼表 數(shù)字 d p e c g b f a 十六進制 共陰 共陽 0 1 0 1 1 0 1 1 1 B7 48 1 0 0 0 1 0 1 0 0 14 EB 2 1 0 1 0 1 1 0 1 AD 52 3 1 0 0 1 1 1 0 1 9D 62 4 0 0 0 1 1 1 1 0 1E E1 5 1 0 0 1 1 0 1 1 9B 64 6 1 0 1 1 1 0 1 1 BB 44 7 0 0 0 1 0 1 0 1 15 EA 8 1 0 1 1 1 1 1 1 BF 40 9 1 0 0 1 1 1 1 1 9F 60 顯示電路如圖 ，其電路采用動態(tài)顯示方式。電機轉速的測量結果經(jīng)過譯 碼 ， 輸出的 8 位并行數(shù)據(jù)通過 STC89C51 的并行口 (P0 口 )輸出，送至 7 段 LED ，同時 由 P2 口輸出位掃描信號以實現(xiàn) 測量數(shù)據(jù) 的動態(tài)顯示。 P0口 和 P2口都是準雙向口，輸出時需要接上拉電阻。 P0 內部沒有上拉電阻， P2 口內部有弱上拉 。所以 P0 口外圍電路設計為低白城職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 9 電平有效，高電平無效。要使數(shù)碼管 S0S7 的其中一個亮，其對應的 P2 端口要置高， P2的其余端口置低。如： S0 亮： ， 。 系統(tǒng)將定時把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送出，在數(shù)碼管上顯示 。 圖 顯示電路圖 串行通信模塊設計 STC89 C51 單片機的串行通訊接口的輸入 \輸出為 TTL 高電平為 ，低電平為，這對近距離通訊還可以，但當通訊距離遠時，就會因為 TTL 電平低，抗干擾能力弱而影響可靠性。為了提高串行通訊接口的抗干擾能力和增強可靠性，于是就出現(xiàn)了許多通訊標準和規(guī)程。目前， RS232標準就是其中比較常用的一種，這樣，一方面可提高這些設備的通用性，另一方面又增強了數(shù)據(jù)傳送時的可靠性。 光電式轉速儀設計 10 232電平轉換采用 MAX232芯片把 TTL電平轉換成 RS－ 232電平格式，可以 用于單片機與微機通信，以及單片機與單片機之間的通信，測量系統(tǒng)設計了兩個 DB9 的接口，其中一個用于 ISP 下載器模塊的程序下載接口，稱為“ ISP Interface”，另一個接口為單片機與其它具有 RS232接口的通信端口，稱為“ Common Port”。具體的電路原理圖如圖 所示。 圖 電源模塊設計 電源模塊為系統(tǒng)板上其它模塊提供＋ 5V電源以及177。 15V電源。電源的設計有分立元件和 集成穩(wěn)壓器幾種方法，目前較常用的是用集成穩(wěn)壓器來設計穩(wěn)壓電源。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調式三端穩(wěn)壓器。常用可調式集成穩(wěn)壓器有 LM317系列，它們的輸出電壓從 － 37 伏可調，負端則為 LM337 等。最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內有過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流為 。 系統(tǒng)需要設計兩個電源，其中＋ 5V 電源采用 7805，電路原理圖如圖 所示。原理： 9V的交流電壓輸入后經(jīng)橋堆整流，通過 1000μ F 的電解電容進行濾波，再經(jīng)過集成穩(wěn)壓器 7805 穩(wěn)壓， C1 C19 等電容對其進行濾波后，最后輸出 +5V電壓。供系統(tǒng)板上的其它模塊使用。 白城職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 11 圖 5V電源模塊電路圖 177。 15V電源采用 LM317 與 LM337 設計， 其典型電路如圖 。 220V的交流電壓經(jīng)變壓器變?yōu)?77。 15V交流電壓，再經(jīng)橋堆整流器變?yōu)榇笮∽兓闹绷麟妷骸?C1～ C4為濾波電容，濾除電壓中的高頻部分，使電壓趨于穩(wěn)定的直流電壓。其中 LM317 和 LM337 構成177。15V直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓部分，確保在其輸出端的電壓穩(wěn)定在 左右。 D1～ D4對 LM317和 LM337 具有短路保護作用。通過對電位器 R R4的調節(jié)來獲得所需的電壓，即177。 15V穩(wěn)定的直流電壓。 圖 177。 15V 直流穩(wěn)壓電源 光電式轉速儀設計 12 第三章 系統(tǒng)軟件設計 軟件部分由數(shù)據(jù)處理程序、按鍵程序設計、中斷服務子程序、 LED顯示程序等幾個部分組成。 數(shù)據(jù)處理完成對各種測量數(shù)據(jù)的處理，如各種數(shù)據(jù)的計算、數(shù)據(jù)格式的轉換等。 按鍵程序包括按鍵防抖動處理、判鍵及修改項目等。按鍵流程圖如圖 。 定時器 1服務子程序設計，流程圖如圖 。定時器 1完成定時功能，定時 2Oms，并每隔 20ms 進行一次顯示，每隔 1秒讀一次計數(shù)結果。單片機