【正文】 來的問題主要有電壓過高且不穩(wěn)定，市電是交流電，沒辦法直接使用，所以本文 設(shè)計(jì)了專用的電源電路，原理如圖 ： 交 流 電 源 變 壓 器 整 流 電 路 濾 波 電 路 穩(wěn) 壓 電 源 負(fù) 載Ut tttUUU 圖 電源設(shè)計(jì)原理圖 為了給系統(tǒng)提供可靠的電流，變壓器選用 220V12V2A 的變壓器，整流采用二極管全橋整流方式，將負(fù)向電流整合成正向，為了整流安全，二極管中流過的最大電流應(yīng)大于流過的平均電流，二極管的反向電壓峰值應(yīng)比二極管在電路中承受的最高反向電壓大一倍左右，因此可以選用 2C12D二極管。 為了給電路提供一個穩(wěn)定的 電流這里選用國家半導(dǎo)體開發(fā)出來的比較成熟的一種線性半導(dǎo)體器件7805，該芯片為正穩(wěn)壓電路 ,TO220封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過熱，過流 ,過載保護(hù)電路。 7805主要特點(diǎn)： （ 1）輸出電流可達(dá) 1A （ 2）輸出電壓 :+ 5V （ 3）過熱保護(hù) （ 4）短路保護(hù) 電源電路如圖 ： 11 T R A N S220V12V1234B R I D G E1 32V VGNDIN OUT7 8 0 51 U F 1 U F5V+1 0 0 U F 圖 電源電路圖 風(fēng)速測量的設(shè)計(jì) 風(fēng)速傳感器 由于風(fēng)的壓力是小于 2KP的，所以要選用一個微壓傳感器，這 里選用美國的 SMI系列硅微壓傳感器SM5551001D。 能敏感微小被測量，可制成血壓壓力傳感器。其以硅為材料制成，具有獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，采用輕細(xì)微機(jī)械加工和多次蝕刻制成惠斯通電橋于硅膜片上，當(dāng)硅片上方受力時產(chǎn)生變形，電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡，輸 出與壓力成比例的電信號。此壓力傳感器的量程是 2KP，輸入電壓是 5V，最大電壓時 10V，最大輸出電流是 3mA。 SM5551001D特性： 1）無需校準(zhǔn)即能提供線性度優(yōu)于 1%的傳感信號，因此是一種性能優(yōu)越、集成化的單片硅器件。在生產(chǎn)方面，官方采用 雙板、 CMOS或 EPROM等成功的工藝，從而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。 LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。它有5 個引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個信 號輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負(fù)電源端， “Vo” 為輸出端。 LM324 的引腳排 12 列見圖 。C to +70176。C 工作溫度最高 :70176。 。由于它體積小，兼容性 強(qiáng)，性價比高而深受 單片機(jī) 愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 串行 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 的使用單片機(jī)控制系統(tǒng)中通常要用到 AD 轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸出格式，常用的 AD轉(zhuǎn)換方式可分為并行 AD 和串行 AD。可是單片機(jī) I/O引腳本來就不多，使用串行器件可以節(jié)省 I/O資源。相同功能的器件還有 ADC0834，ADC0838， ADC0831。它們的通道選擇和配置都是通過軟件設(shè)置。 8 位分辨率； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS ； 8P 、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； C to +70176。C to +85176。 CS_ 片選使能，低電平芯片使能 ； CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 ； DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制 ； CLK 芯片時鐘輸入 ； 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 單片機(jī)對 ADC0832的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。當(dāng) ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 3 個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功 能，其功能項(xiàng)見圖 ： 圖 選擇通道功能 當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 0”時，只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 0”時，將 CH0 作為正輸入端 IN+， CH1 作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。隨后輸出 8位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。 15 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為。但值得注意的是，在進(jìn)行 IN+與 IN的輸入時，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。這里我們選用的芯片是 LM016L。 風(fēng)向測量的設(shè)計(jì) 測風(fēng)向采用風(fēng)帶動風(fēng)向標(biāo)旋轉(zhuǎn)并帶動主軸，傳感器測量采用各種方向傳感器進(jìn)行方向測量的一種方法，按其信號輸出方式可以分為光電式，電阻式等，本文選用絕對式光電編碼器，其輸出的信號可以是 BCD碼，可以直接被單片機(jī)接受，靈敏度也很高較之電阻式傳感器使用更方 便。內(nèi)，所以可以用零位參考點(diǎn)對每圈的測量結(jié)果進(jìn)行復(fù)位，輸出復(fù)位信號到單片機(jī)，即使斷電或者其他原因引起測量滯后也沒有影響，因?yàn)樗臏y量結(jié)果只與前后的位置有關(guān)。/2*（其中 *為位數(shù)），本文選用四位輸出。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號， 前者成為碼盤 ，后者稱碼尺．按照讀出方式編 碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是 “ 1” 還是 “ 0” ；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是 “ 1” 還是 “ 0” ，通過 “ 1” 和 “ 0”的二進(jìn)制 編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存 。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。由于光電碼盤與 電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖 所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。編碼盤有光電式、接觸式和電磁式三種。四位二進(jìn)制的碼盤各圈圓環(huán)分 別代表一位二進(jìn)制的數(shù)字碼道，在同一個碼道上印制黑白等間隔圖案，形成一套編碼。在一個四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，每一個碼道表示二進(jìn)制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位，在 360176。工作時，碼盤的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個碼道都對應(yīng)有一個光電管及放大、整形電路。但由于制造和安裝精度的影響，當(dāng)碼盤回轉(zhuǎn)在兩碼段交替過程中， 會產(chǎn)生讀數(shù)誤差。為了消除非單值性誤差，可采用以下的方法 : （ 1）循環(huán)碼盤（格雷碼盤）： 循環(huán)碼習(xí)慣上又稱格雷碼，它也是一種二進(jìn)制編碼，只有“ 0”和“ 1”兩個數(shù)。因此，在兩數(shù)變換過程中，所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差最多不超過“ 1”，只可能讀成相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)。 （ 2）帶判位光電裝置的二進(jìn)制循環(huán)碼盤： 這種碼盤是在四位二進(jìn)制循環(huán)碼盤的最外圈再增加一圈信號位。該碼盤最外圈上的信號位的位置正好與狀態(tài)交線錯開，只有當(dāng)信號位處的光電元件 有信號時才讀數(shù)，這樣就不會產(chǎn)生非單值性誤差。 LED 是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管來顯示文字、圖形、圖像等各種信息的顯示屏幕 ，在智能儀表中應(yīng)用較多。 LED數(shù)碼管是由七段發(fā)光線段組成，每條線段可以是一個或幾個發(fā)光二極管。只要使不同段的發(fā)光二極管或小數(shù)點(diǎn)發(fā)光，可改 變所顯示的數(shù)字或字母。由于發(fā)光二極管通常需要幾個或幾十個毫安培的驅(qū)動電流才能發(fā)光，因此每個顯示模塊必須用一個七位的驅(qū)動器才能正常工作。此外，由于要顯示的數(shù)字為 BCD碼，而七段數(shù)碼管的顯示模型為七段代碼，所以在顯示之前必須把 BCD碼轉(zhuǎn)換成七段代碼。顯示原理見圖 ： 單 片 機(jī)位 驅(qū) 動段 驅(qū) 動L E D 顯 示 圖 數(shù)碼管顯示原理 20 第 3 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是基于硬件基礎(chǔ)上的，首先必須對系統(tǒng)有充分的了解，熟悉各種所用的芯片的時序以及各管腳的具體功能，還有硬件要實(shí)現(xiàn)的具體功能。然后給出程序的流程圖，并通過他進(jìn)行軟 件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。同時軟件設(shè)計(jì)要盡可能實(shí)現(xiàn)功能模塊化，這樣既方便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改。軟件的開發(fā)工具我們用 KEIL C。再利用 KEIL C 進(jìn)行編程時，先 建立一個工程項(xiàng)目，然后在項(xiàng)目中新建空白文檔，在空白文檔處輸入程序并保存，保存時后綴名為 .C。將 HEX文件導(dǎo)入到單片機(jī)里，用 PROTEUS與 KEIL C聯(lián)調(diào)，就完成了。 uchar j。 uchar ndat=0。 if(channel==1)channel=3。 _nop_()。 開始 使能芯片 產(chǎn)生時鐘信號 輸入通道控制字 讀取 2 字節(jié)數(shù)據(jù) 字節(jié)數(shù)據(jù)校驗(yàn) 將值送入指示寄存器 結(jié)束 23 ADCS=0。 _nop_()。 _nop_()。 ADCLK=0。 _nop_()。 ADDI=channelamp。 _nop_()。 ADCLK=0。 _nop_()。 ADDI=(channel1)amp。 _nop_()。 ADCLK=0。 _nop_()。 dat=0。i8。 ADCLK=1。 _nop_()。 _nop_()。 dat=1。 } for(i=0。i++) { j=0。 ADCLK=1。 _nop_()。 _nop_()。 j=j7。 if(i7)ndat=1。 ADCLK=0。 dat=8。 return(dat)。 Unsigned int Wind_Gray=0。 if (KBA2==1) Wind_Gray+=0x0002。 if (KBA4==1) Wind_Gray+=0x0008。0x4F。 while (Wind_Gray1) Wind_Drct^=Wind_Gray。//查表 求出風(fēng)向值 開始 四位引腳輸入 計(jì)算格雷碼 只取四位格雷碼 轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼 查表求方位 根據(jù)方位查風(fēng)向 26 第 4 章 硬件電路圖與仿真設(shè)計(jì) 硬件電路圖設(shè)計(jì)工具與仿真工具 硬件電路圖原理圖設(shè)計(jì)工具 Protel99se是應(yīng)用于 Windows9x/2020/NT操作系統(tǒng)下的 EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D模擬功能，是一個 32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖的設(shè)計(jì)。這是一個易于使用的具有大量元件庫的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設(shè)計(jì)。該編輯器除了具有強(qiáng)大的原理圖編輯功能以外，其分層組織設(shè)計(jì)功能、設(shè)計(jì)同步器、豐富的電氣設(shè)計(jì)檢驗(yàn)功能及強(qiáng)大而完善的打印輸出功能，使用戶可以輕松完成所需的設(shè)計(jì)任務(wù)。它運(yùn)行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。③提供軟件調(diào)試功能。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。 Proteus仿真實(shí)驗(yàn)可以直觀的看到設(shè)計(jì)的效果，利用仿真可以節(jié)約設(shè)計(jì)的時間和成本。由于傳感器在仿真 軟件庫中沒有原型 ， 由于傳感器輸出的信號是以電壓的大小來輸出信號的，所以在仿真時按原理對其進(jìn)行替換，通過改變電阻的阻值改變電壓的大小 。 系統(tǒng)電路仿真圖如圖 。由于傳感器在仿真 軟件庫中沒有原型 ， 由于四位盤輸出的信號是以并行四位輸入的形式輸出的，所以在仿真時按原理對其進(jìn)行替換，通過四個開關(guān)控制電源的閉合代替格雷碼的輸入 。 系統(tǒng)電路仿真圖如圖 : 30 圖 風(fēng)向電路仿真圖 仿真分析 Proteus軟件的仿真是依靠單片機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)的，因此先將程序通過第三方 Keil C51軟件編譯，連接，執(zhí)行后產(chǎn)生一個 HEX文件，再與 Proteus仿真軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)仿 真。 風(fēng)向仿真電路利用開關(guān)控制電源的閉合模擬 P1口四位格雷碼輸入，通過單片機(jī)處理顯示出對應(yīng)風(fēng)向。確認(rèn)電源電壓是否正常。接下來就是檢查復(fù)位引腳電壓是否正常。然后再檢查晶振 電路是否起振了，此，現(xiàn)在已經(jīng)很少有用外部擴(kuò) ROM的了），一定要將 EA引腳拉高，否則會出現(xiàn)程序亂