【正文】 我明白，正是在他那溫潤寬厚的胸懷上，我成長起來的，我心我思永系長大。 我也要感謝學(xué) 校 所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在此，向 仇 老師致以最誠摯的謝意。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 致謝 感謝我的指導(dǎo)老師 仇建 老師，夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，離不開他的悉心指導(dǎo)，他對我的設(shè)計(jì)從確定題目、修改直到完成，給予了我許多的指點(diǎn)和幫助。通過實(shí)際工程的設(shè)計(jì)也使我了解到書本知識和實(shí)際應(yīng)用的差別。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對于我來說，既是一次機(jī)遇，又是一次挑戰(zhàn)。 由于時(shí)間、水平和經(jīng)驗(yàn)有限，在信號的放大、編碼及抗干擾等方面仍有不足之處，有改進(jìn)的余地，比如電路規(guī)模的精簡，其他的光干擾處理。在該設(shè)計(jì)中采用較為簡便的軟消顫，具體的方案見第五章。通常的消顫方法有兩種：硬消顫和軟消顫。編寫單片機(jī)程序時(shí)，編寫了一個(gè)延時(shí) 2ms 的子程序，可以調(diào)用進(jìn)行一定的延時(shí)，通過延時(shí)時(shí)間不同的程序進(jìn)行多次燒錄并進(jìn)行調(diào)試，然后比較所得的不同結(jié)果，這樣便可以大概知道要采集正確的數(shù)所需的延時(shí)時(shí)間（最后程序采用的延時(shí)時(shí)間為 2ms）。不過發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，對硬件電路無需修改，只要修改編碼標(biāo)準(zhǔn)為取大號有效，便可以解決問題。這樣便可大大節(jié)省時(shí)間，也可降低出錯(cuò)率。 電路劃分 為方便焊接與調(diào)試，把電路劃分為兩大塊： （ 1）探測器接收，放大電路和整形電路為一塊電路板； （ 2）編碼器、 2051 單片機(jī)和控制開關(guān)為一塊電路板； 焊接 焊接前應(yīng)熟悉各芯片 的引腳，焊接時(shí)參照電路圖，仔細(xì)地連接引腳。 （ 2）由于路數(shù)較多（ 38 路），電路的規(guī)模較大，因此在制作中只做了 8路。 SETB EX0 ；開中斷 RETI （ 5） 串行發(fā)送字節(jié) UART_SEND: ；串行發(fā)送一個(gè)字節(jié) MOV SBUF,A JNB TI,$ ；等待發(fā) 送完畢 CLR TI ； RET （ 6） 定時(shí)程序： DELAY_2MS: ；用定時(shí)器延時(shí) 2ms MOV R7,21。 程序流圖 圖 51 串行發(fā)送流程圖 中斷服務(wù)程序 讀取 P1 口值 發(fā)送數(shù)據(jù)幀 清中斷標(biāo)志 延時(shí) 200ms 初始參數(shù)設(shè)置 中斷返回 等待中斷 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 模塊說明 （ 1）主程序： MAIN: MOV SP,0X60 ；堆棧初始化 CALL INIT ；各寄存器參數(shù)設(shè)置 MOV 40H,0x01 ；打靶次數(shù)置 1 AJMP $ ；等待中斷 （ 2）初始化程序： INIT: MOV TMOD,0X21；波特率發(fā)生器 MOV TL1,0XFD ；波特率 9600bps MOV TH1,0XFD CLR ET1 ；禁止 timer1 SETB PT1 ；時(shí)鐘 1 優(yōu)先級 :高 MOV SCON,0x40；串口工作模式 1,SM2=0,REN=0 MOV PCON,0 ；波特率 9600bps SETB EA ；中斷允許 CLR PS ；關(guān)閉串口中斷 CLR ES ；串口優(yōu)先級 :低 SETB EX0 ；開外部中斷 INT0 SETB IT0 ；下降沿有效 CLR PX0 ； INT0 優(yōu)先級 :低 SETB TR1 ；時(shí)鐘 1 開始計(jì)數(shù) RET （ 3）中斷服務(wù)程序： _INT0: ； ISR 中斷服務(wù)程序 NOP CALL DELAY_2MS ；同步延時(shí) MOV P1,0xff ；讀 P1 口前先置 1 MOV A,P1 ；讀 P1 口 CALL INT0_SEND RET （ 4）數(shù)據(jù)幀傳送子程序： 表 51 數(shù)據(jù)幀格式 標(biāo)志位 SYNC 打靶次數(shù) 打靶成績 校驗(yàn)位 CHECKSUM ＃ 0x30 TIMES RESULT TIMES＋ RESULT 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 例： 30 02 15 17 (十六進(jìn)制 ) 表示第二次打靶，擊中第 21 號（對應(yīng)環(huán)數(shù)： 7 環(huán) 偏移方向：右上）。該編譯器是 51 系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的常用工具，既可用匯編，也支持 C 語言編譯。 對于 2051 的程序設(shè)計(jì) [12]，由于所需實(shí)現(xiàn)的功能較簡單，采用匯編的形式。 圖 410 MAX232CPE芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 5 軟件設(shè)計(jì) 總體方案 該系統(tǒng)的信號檢測與數(shù)據(jù)傳送部分，涉及的軟件部分較少。實(shí)際電 路中只有一路單片機(jī)的 TXD 串口輸出，不進(jìn)行 RXD 串口輸入。該系統(tǒng)采用使用簡單的 MAX232CPE 芯片。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 49 2051信號引腳圖 電平轉(zhuǎn)換 在不同的數(shù)字系統(tǒng)中，其電平標(biāo)準(zhǔn)是不同的。AT89C2051單片機(jī)主要適用于較為簡單的微控制系統(tǒng)。 AT89C2051 單片機(jī) [12] AT89C2051單片機(jī)是 AT89C51的簡化型號，其指令系統(tǒng)和內(nèi)部 RAM均與 AT89C51相同。因此開關(guān)又接激光頭 的負(fù)端，從而控制激光頭負(fù)端的接地，只有當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，激光頭兩端才有工作電壓。使能開關(guān)（激光槍的開關(guān)）一端接地，另一端接 0INT ，又經(jīng)上拉電阻接到電源，這樣當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，便有下降沿的跳變信號輸入 0INT ，產(chǎn)生中斷。 （ 4）實(shí)現(xiàn)打靶和信號采集傳送的同步化。 （ 2）選用 MHz 的晶振構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘，這樣在串口工作方式 1 下可得到準(zhǔn)確的 9600bps 的串行波特率，方便計(jì)算機(jī)的接收。采用 89C2051 單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)要求。 406 線優(yōu)先編碼器 的六個(gè)輸出均為邏輯 1 有效，可以接到后續(xù)的 2051 單片機(jī)進(jìn)行串行傳輸。同時(shí)輸出取反，輸出為邏輯 1 有效。 由于 74HC148 的輸出端不是三態(tài)門，不能直接連接在一起。這樣第六片 74HC148 的三位輸出便表示整個(gè) 406 線優(yōu)先編碼器的高三位 5A 、4A 、 3A 。這樣，當(dāng)總使能 EI＝ 0時(shí)，允許電路進(jìn)行編碼工作，若高位片的諸輸入中有一個(gè)為 0 時(shí)，該片的 Eo＝ 1，Gs＝ 0，這樣就禁止了低位片的編碼，以此類推， 5 片 74HC148 的輸入端編碼便具有了優(yōu)先性。 根據(jù)真值表，寫出編碼器的邏輯表達(dá)式如下： 45675676772 IIIIEIIIIEIIIEIIEIA ?????????????? )( 4567567677 IIIIIIIIIIEI ???? )( 4567 IIIIEI ???? (43) 故： )( 45672 IIIIEIA ???? (44) 同理： )( 245345671 IIIIIIIIEIA ???? (45) )( 1246346670 IIIIIIIIIIEIA ???? (46) 而允許輸出為： Eo 012345670 IIIIIIIIEIE ?? (47) 允許擴(kuò)展端是： EoEIIIIIIIIIEIEIGs ????? 01234567 (48) 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 47 83 線優(yōu)先編碼器真值表（ 74HC148） （ 2） 83 線優(yōu)先編碼器擴(kuò)展為 406線優(yōu)先編碼器（ 圖 46） 5 片 74HC148 并排用作輸入，其輸入從低位片到高位片排列為 0I ～ 39I ?？梢钥闯?，編碼器是以輸入為 0 的最高優(yōu)先編碼的，而低位若同時(shí)輸入 0，則是無意義的。 編碼電路圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 46 406優(yōu)先編碼器電路圖 電路原理 （ 1）優(yōu)先編碼器（ 74HC148） 8－ 3 線優(yōu)先編碼器的功能表如圖 37。 對多個(gè)探測器同時(shí)接收到信號的情況，對應(yīng)于探測器的碼號就是取碼號大的探測器為有效，采用優(yōu)先編碼器便可實(shí)現(xiàn)編碼的優(yōu)先選擇。 圖 44 施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性 （ a） 同相輸出； （ b） 反相輸出 圖 45 利用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)有效脈沖的識別 編碼電路 [11] 對于 38路信號通道， 必須對其進(jìn)行編碼以便于信號識別和傳輸。施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，對于緩慢變化的信號仍然適用，當(dāng)輸入信號達(dá)到閾值電壓時(shí)，電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使得輸出電壓的波形的邊沿變得很陡峭。采用常用的 CD4093 施密特觸發(fā)器便可實(shí)現(xiàn)整形功能，改善脈沖波形，確保后續(xù)編碼器的正常編碼。 電路參數(shù) （ 1） 輸入脈沖幅度： mvUi 5~3? （ 2） 輸入電阻： ?? kRi 10 （ 3） 輸出電阻： ?? kRo 1 （ 4） 放大倍數(shù)： 10001001021 ????? AAA （ 5） 放大器級數(shù)： 兩級，前級 1001 ?A ；后級 102?A （ 6） 耦合方法： 電容耦合 整形電路 [11] 光 電池的輸出脈沖并不是規(guī)則的矩形脈沖信號，而是類似升余弦信號。 第一級放大器輸入端和地之間接 R3；第二級放大器輸入端和地之間接 R7。由于背景光線是持續(xù)信號，其響應(yīng)主要是直流量，在第一級放大器輸入端的前面設(shè)計(jì)接入一個(gè) 1uf電容 C1 起到隔離直流作用，能起到很好的效果。根據(jù) 0?i （虛斷），?v 又是 0v 在 1R 上的分壓值，即 : 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 fo RRRvv ???11 (41) 因而，放大器的增益： 111 1 RRR RRvvA ffSoVf ????? (42) 0?VfA? ，所以 ov 與 Sv 同相。 由集成運(yùn)放構(gòu)成的同相放大器，其特點(diǎn)是輸入信號加在同相輸入端，而反饋信號加在反相端。 電路原理 （ 1）同相放大器 [10]（圖 43） 集成運(yùn)放是一種十分理想的增益器件 ，性能好，使用方便。信號經(jīng)隔直流電容 C1 從第一級放大器的正端“＋”輸入，經(jīng)過放大后輸出，再經(jīng)過級間耦合電容 C2 輸入第二級放大器的正端。 LM324 是四通道的低功耗運(yùn)算放大器，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，其性能參數(shù)有以下幾個(gè)方面： （ 1）單電源工作方式，工作電平 3V～ 30V （ 2）低消耗電流：約 mA （ 3）低輸入偏移：輸入電壓偏移： 3 mv（ Typ） ；輸入電流偏移： 2 nA（ Typ） （ 4）開環(huán)增益： 100V/mv ＝ 100 dB（ Typ） （ 5）寬響應(yīng)頻帶 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)