數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀的設(shè)計

1、目錄摘 要IAbstractII主 要 符 號 表III1 緒論11.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀背景資料11.2 本次畢業(yè)設(shè)計的目的和意義11.3 本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容12主控芯片ATMEL系統(tǒng)及開發(fā)工具簡介22.1 AT89C52系統(tǒng)概述2系統(tǒng)2的極限參數(shù)3引腳和封裝定義32.2 AT89C52單片機開發(fā)工具簡介3開發(fā)工具概述3開發(fā)工具主要技術(shù)指標(biāo)8軟件運行環(huán)境8開發(fā)工具與 PC 機硬件連接83 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)介紹73.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)組成、主要內(nèi)容和擬采用的方案73.2硬件部分組成及框圖7硬件組成部分7原理框圖74 硬件部分104.1 光電編碼器EPC-755A10光電編碼器原理10編

2、碼器的分類10編碼器的介紹11信號采集部分硬件電路圖124.2 顯示部分14芯片特點14、MGLS-12032A的管腳介紹14、MGLS-12032A的讀寫操作時序15MGLS-12032A電特性164.3 電源部分16電源設(shè)計注意事項和MAX1677的性能16常用外圍參數(shù)設(shè)定174.4 PCB板的制作205 軟件設(shè)計256 總 結(jié)27致 謝28參考文獻(xiàn)28數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀的設(shè)計摘 要本課題介紹一種基于AT89C52 單片機系統(tǒng)的新型數(shù)字測速儀的測量原理、硬件組成和軟件設(shè)計。該儀表采用了一種新的自動測速方法,在寬量程范圍內(nèi)實現(xiàn)了高精度、實時快速測量。數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀采用光電編碼器將采集到的數(shù)據(jù)通過

3、處理之后，送到AT89C52單片機中進(jìn)行轉(zhuǎn)化后在液晶顯示器上顯示測得轉(zhuǎn)速及方向。測速所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)是：測速范圍為02000轉(zhuǎn)/分。重點是適合硬件系統(tǒng)的程序語言選擇，以及編程實現(xiàn)。難點是程序思路的確定，轉(zhuǎn)速方向的硬件電路及軟件實現(xiàn)，系統(tǒng)軟件如何通過計算機編輯，編譯。 此次設(shè)計必須將硬件與軟件將結(jié)合，熟練掌握所用芯片的功能、時序等，以方便對數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀各種功能的實現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：AT89C52；LCD顯示；編碼器；傳感器 Design of Speed digital rotation testerAbstractThis paper introduces a new digital speed

4、meter using a AT89C52 single chip microcomputer on the measurement principle, hardware and software design. The instrument uses a new method of automatic guns: in the wide range of the realization of the high-precision, rapid real-time measurement. Speed digital rotation tester uses photoelectric en

5、coder to collect through the data processing, then convert in the AT89C52 MCU ,at last will be transformed in the LCD display of measured speed and direction.Measured speed to be achieved by the standard is: measured speed range is from 0 to 2000 r / m. The focus is how to suitable for the hardware

6、system of programming language choice and programming. The difficulty is the determination for the programming of ideas, the hardware circuit of speed direction,realize software, and how to edit and compile software system in the computer. The design must combine with the hardware and software, mast

7、e the function of timing of the chip, so as to facilitate the speed of digital test instrument to achieve the various functions.Key Words: AT89C52; LCD display;Encord；Sensor主 要 符 號 表 r 轉(zhuǎn)速C 電容R 電阻U 電壓I 電流T 周期F 頻率D 占空比 時間常數(shù) 1 緒論1.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀背景資料 目前，在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。例如，在發(fā)動機，電動機，卷揚機，機床轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測試，運轉(zhuǎn)

8、和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速或瞬間轉(zhuǎn)速。對于工業(yè)測試，水利，機械等方面，轉(zhuǎn)速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機在工業(yè)測試系統(tǒng)中，大部分旋轉(zhuǎn)儀器無法測定目前的轉(zhuǎn)速，從而無法安全有效地械設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)防，無形中降低了系統(tǒng)的安全性，增加了設(shè)備維護的成本。因此，如何利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和計算機技術(shù)改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，安全性，方便性是當(dāng)前工業(yè)測控系統(tǒng)急需解決的難題。1.2 本次畢業(yè)設(shè)計的目的和意義為了能精確的測量轉(zhuǎn)速外，還要保障測量的事實性，要求測的瞬時轉(zhuǎn)速。隨著微型計算機的廣泛使用，特別是高性能/價格比的單片機的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用了以單片機為核心的數(shù)字法。智能化微電腦式

9、代替了一般機械式或模擬量結(jié)構(gòu)。在工業(yè)測控系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速是最為重要的參數(shù)，因而測轉(zhuǎn)速是個重要而又有意義的課題。1.3 本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分內(nèi)容。在設(shè)計中要了解掌握單片機關(guān)于C語言的編程，數(shù)字電路，模擬電路技術(shù)；熟練掌握ATMEL系列單片機工作原理及應(yīng)用技巧；自主設(shè)計系列軟、硬件. 主要采用光電脈沖編碼傳感器，通過89C52單片機及其他功能芯片實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速測試，通過算法處理后在液晶顯示器上顯示測得轉(zhuǎn)速及方向。 2主控芯片ATMEL系統(tǒng)及開發(fā)工具簡介AT89 系列單片機是ATMEL 公司的8 位Flash 單片機系列，這個系列單片機的最大特點是在

10、片內(nèi)含有Flash 存儲器。因此, 在應(yīng)用中有著十分廣泛的前途, 特別是在便攜式省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用.一. 89 系列單片機特點：AT89 系列單片機和8051 系列單片機是兼容的。這個系列對于以8051 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說, 是十分容易進(jìn)行取代和組成的，故而，對于熟悉8051 的用戶來說, 用ATMEL公司的89 系列單片機進(jìn)行取代8051 的系統(tǒng)設(shè)計是輕而易舉的事.二、89系列單片機的優(yōu)點： 1.內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器 2.和80C51插座兼容 3.靜態(tài)時鐘方式 4.錯誤編程亦無廢品產(chǎn)生 5.可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗 三、89系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： 89系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

11、和80C51相近，它主要含有如下一些部件。 1. 8031CPU 2. 振蕩電路 3. 總線控制部件 4. 中斷控制部件 5. 片內(nèi)Flash存儲器 6. 片內(nèi)RAM 7. 并行I/O接口 8. 定時器 9. 串行I/O接口 鑒于ATMEL公司的產(chǎn)品具有上述優(yōu)點，綜合本次畢業(yè)設(shè)計題目難易程度分析，使用此主控芯片的外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜實惠，易于操作，故選用AT89C52單片機作為本次畢業(yè)設(shè)計的主控芯片。2.1 AT89C52系統(tǒng)概述 AT89C52系統(tǒng)AT89C52單片機與Inter 80C51單片機在多方面方面完全兼容。其主要工作特性是：A、內(nèi)含8KB的flash存貯器，擦除次數(shù)1000

12、次B、內(nèi)含256字節(jié)的RAMC、具有32根可編程I/O線D、具有3個可編程定時器E、具有8個中斷源，6個中斷矢量，2級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)F、具有1個全雙工的可編程串行接口通信G、據(jù)有1個數(shù)據(jù)指針DPTRH、兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式I、具有可編的3級程序鎖定位J、AT89C52的工作電源電壓的典型值為5VK、AT89C52的最高工作頻率為24MHz具有片內(nèi)上電復(fù)位、時鐘振蕩器的AT89C52能獨立完成工作的片上系統(tǒng)。FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程的能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 AT89C52有低電壓編

13、程和高電壓編程兩種模式。低電壓編程可用于在線編程，高電壓編程于一般的EPROM編程器兼容。 AT89C52單片機的芯片封裝頂端有編程電壓標(biāo)志。 AT89C52的極限參數(shù)AT89C52的極限參數(shù)工作溫度-55 to +125儲藏溫度-65 to +150任意引腳對地電壓-1.0V +7.0V最高工作電壓6.6V直流輸出電流15.0mA 引腳和封裝定義每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（-45到+85）內(nèi)用 2.7V-3.6V 的電壓工作。端口 I/O 和/RST 引腳都容許 5V 的輸入信號電壓。AT89C52 采用 42 腳 PDIP,TQFP和PLCC 封裝。 引腳功能 說明P0口8位漏極開路的雙I

14、/O口低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，可驅(qū)動8個TTL負(fù)載P1口8位準(zhǔn)雙I/O口用戶準(zhǔn)備的雙向I/O口，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載P2口8位準(zhǔn)雙I/O口外部擴展作高8位地址，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載P3口8位準(zhǔn)雙I/O口普通I/O口兼替代功能，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載RST復(fù)位輸入信號高電平有效，振蕩器穩(wěn)定工作兩個機器周期器件復(fù)位 EA/Vpp外部ROM訪問允許信號EA=1ROM讀取從內(nèi)部程序存貯器開始；反之外部開始PSEN外部ROM讀選通信號低有效時，程序存貯器的內(nèi)容被送至P0口ALE/PROGG低字節(jié)地址鎖存信號實現(xiàn)低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)的分時復(fù)用Vcc電源電壓輸入無特殊說明GND電源地?zé)o特殊說明XTAL1XTAL2

15、時鐘輸入1時鐘輸入2適用片內(nèi)振蕩器時連接外部石英晶體和微調(diào)電容適用片內(nèi)振蕩器時連接外部石英晶體和微調(diào)電容2.2 AT89C52單片機開發(fā)工具簡介 開發(fā)工具概述TKStudio集成開發(fā)環(huán)境（IDE）從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)過一年多的發(fā)展,已逐漸趨于成熟，功能完善，界面美觀高效，接口靈活豐富，運行穩(wěn)定可靠，是目前最好的51開發(fā)環(huán)境。版本TKStudio V2.5，對我公司新版B系列仿真器高級功能64K深度代碼追蹤、代碼覆蓋、數(shù)據(jù)覆蓋，數(shù)據(jù)訪問（讀寫）斷點等，提供完全支持。 模塊化 軟件在發(fā)展過程中，逐步貫徹結(jié)構(gòu)化、模塊化思想，將程序主體框架與擴展模塊（組件）分開實現(xiàn)，降低了程序之間的耦合性，為軟件的進(jìn)一步

16、發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，具備了小組開發(fā)能力。 為了支持公司越來越多的仿真器型號，定義了通用硬件驅(qū)動接口，并向下兼容KEIL的仿真器驅(qū)動（功能有所加強），從而有效的利用了公司現(xiàn)有的資源，具備了支持硬件無限升級能力。 定義外圍設(shè)備接口，以便輕松加入各種芯片的軟件、硬件仿真支持，實現(xiàn)不同芯片設(shè)備（端口、定時器、串口、I2C、ADC等等）的動態(tài)切換。 定義軟件仿真接口以支持各種芯片的軟件仿真。 編輯器 編輯器自1.0發(fā)布之后不斷改進(jìn)，在突出方便好用的原則下，具備了鮮明的個性風(fēng)格。智能括號匹配加亮，塊注釋，頭文件和實現(xiàn)文件交叉參考，鼠標(biāo)右鍵直接打開包含文件等為C語言的開發(fā)帶來極大的方便。 語法編輯器帶關(guān)鍵字突出

17、顯示、智能縮排、括號匹配并可加粗亮顯，減少復(fù)雜程序的輸入錯誤，體貼人性化設(shè)計。完全中文支持，杜絕半個漢字現(xiàn)象。自動感知文件變化，避免災(zāi)難性后果。支持文件查找、替換，可設(shè)置書簽，并具有文件內(nèi)搜索的強大功能。 編譯調(diào)試 TKStudio具備了完全的編譯器選項，長文件路徑編譯支持，并可直接利用其他編譯工具生成的omf文件，這是優(yōu)于國內(nèi)其他廠商的IDE的關(guān)鍵之一。TKStudio軟件仿真、硬件調(diào)試、反匯編、復(fù)雜變量觀察、內(nèi)存察看、仿真器設(shè)置，功能相當(dāng)完善，是真正意義上的集成開發(fā)環(huán)境。 1. 可導(dǎo)入Keil uV2工程，充分利用已有的資源。 2. 提供在線編輯、修改和編譯錯誤、警告定位。軟件修改除錯一氣

18、呵成！ 3. 項目管理功能強大靈活，工程文件的添加、修改更方便合理。 a) 分Target、Group、File三級結(jié)構(gòu)，可隨心所欲設(shè)置File、Group、Target編譯參數(shù)。 b) 使用keil編譯鏈接工具時，可靈活設(shè)置目標(biāo)模塊和列表文件的輸出路徑，使工程結(jié)構(gòu)更清晰。 c) 支持多模塊、混合語言調(diào)試。 4. 編譯后自動列出工程文件中所有頭文件 5. 強大的程序和數(shù)據(jù)存儲空間定位編輯、觀察和修改（支持?jǐn)?shù)據(jù)填充）功能，圖形化工具。數(shù)據(jù)可按不同數(shù)制，不同類型顯示，紅色指示變化數(shù)據(jù)。 6. 支持鼠標(biāo)獲取顯示變量。 7. 強大的C語言特性支持。變量窗可觀察修改聯(lián)合、結(jié)構(gòu)體、多維數(shù)組及其成員（成員可

19、單獨查看） ，指示數(shù)據(jù)變化。 支持C指針運算符“*”、“&”“-”，可直接觀察變量的地址及指針的內(nèi)容。如“&P2”，查看P2的地址及內(nèi)容。 8. 自動跟蹤收集局部變量。 9. 支持顯示模塊和符號信息，支持函數(shù)（子程序）定位。 10. 各調(diào)試窗口支持多種數(shù)據(jù)格式：十進(jìn)制（85）、十六進(jìn)制（0X55、55H）、二進(jìn)制（01010101B）等格式。 11. SFR寄存器和位窗口，根據(jù)仿真芯片的不同動態(tài)改變，并提示寄存器的主要功能和用法。 12. 增強的硬件調(diào)試功能 a) C程序調(diào)試時可選擇是否執(zhí)行到“main()”函數(shù)，零起始時，單步、步越均一步到位，決無keil的延遲。 b) 智能

20、識別“for(int i=0;i<10000;i+)”等指令，一步完成。 c) 支持不運行跳轉(zhuǎn)，方便子程序（函數(shù)）的調(diào)試。 開發(fā)工具主要技術(shù)指標(biāo)A、支持的目標(biāo)系統(tǒng)：所有89C51系列單片機及其兼容產(chǎn)品；B、系統(tǒng)時鐘：最大可達(dá)24MHz;C、通過RS232（USB）接口與PC機相連；D、支持匯編語言和 C51 源代碼級調(diào)試；E、第三方工具支持（Keil C）。 IDE 軟件運行環(huán)境要求PC機能夠運行開發(fā)工具軟件并能與串行適配器通信。對 PC 機有如下系統(tǒng)要求:A. Pentium Pentium-II 或兼容處理器的PC;B. Windows95 Windows98 Windows NT4

21、.0;C. 至少16MB RAM;D. 至少20MB 硬盤空間。開發(fā)工具與 PC 機硬件連接 所有的Keil 產(chǎn)品都自帶一個安裝程序和安裝說明非常易于安裝根據(jù)您得到的軟件途徑不同軟件的存放格式可能不同.3 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)介紹3.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)組成、主要內(nèi)容和擬采用的方案數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件主要完成轉(zhuǎn)速信號的測量以及LCD顯示等部分。而軟件則完成信號的采集、處理、LCD液晶顯示等功能。本課題擬通過使用光電脈沖編碼器對轉(zhuǎn)速系統(tǒng)進(jìn)行檢測，將傳感器輸出的脈沖信號通過施密特反向器74LS14，一個74LS121和兩個與門構(gòu)成的轉(zhuǎn)向區(qū)別電路輸出的頻率信號輸入至

22、單片機定時/計數(shù)器T0（T0工作在計數(shù)方式）和定時/計數(shù)器T1，最后通過LCD液晶顯示。而在單片機中利用軟件編程實現(xiàn)對信號的處理，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速的測量，轉(zhuǎn)向的判定以及顯示功能。3.2硬件部分組成及框圖3.2.1硬件組成部分其硬件部分采用的芯片主要有:16位微處理器AT89C52,EPC-755A光電脈沖編碼器,LCD液晶顯示芯片MGLS-12032A,電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX1677,74LS00,74LS04,六施密特反向器74LS14,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121,兩節(jié)1.5V電池,電阻電容等常用器件若干.3.2.2原理框圖系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。轉(zhuǎn)速設(shè)備及傳感器信號采集信號調(diào)理電 路CPU控制電路A

23、T89C52為核心LCD顯示圖3.1 數(shù)字轉(zhuǎn)速測試儀系統(tǒng)硬件原理框圖4 硬件部分4.1 光電編碼器EPC-755A4.1.1.光電編碼器原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。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。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(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1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90&#

24、176;。 編碼器的分類根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。1增量式編碼器 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和C相；A、B兩組脈沖相位差90°，C相用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。2絕對式編碼器 絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的

25、二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。3混合式絕對值編碼器 混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈

26、沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。4.1.3 EPC-755A編碼器的介紹 EPC755A是美國ENCODER PRODUCTS公司生產(chǎn)的微型光電編碼器，具有重量輕、體積小、耐碰撞、易安裝等優(yōu)點，其直徑和長度均為1.5英寸，采用能保證多年可靠工作的金屬結(jié)構(gòu)，具有多種靈活的安裝方式，能大大降低安裝成本。該光電編碼器輸出為雙通道正交信號，具有校正基準(zhǔn)信號，可方便地實現(xiàn)雙向計數(shù)。EPC755A光電編碼器的主要性能參數(shù)如下：輸入電壓：528VDC(最小4.75V，最大28.0V)；

27、輸出電流：最大100mA；輸出信號：2路計數(shù)脈沖，1路基準(zhǔn)脈沖；基準(zhǔn)信號：每圈輸出1個脈沖，中心與通道A波形重合；測量范圍：最大可測旋轉(zhuǎn)速率為7500轉(zhuǎn)/分；工作溫度：最高可達(dá)100；頻率響應(yīng)：100kHz,最高200kHz；分辨率：最低1個脈沖/圈，最高6000個脈沖/圈，中間有55種分辨率可 供選擇；安裝方式：柔性方式，伺服方式，法蘭盤方式；使用壽命：平均10萬小時；重量：柔性100克，伺服90克；轉(zhuǎn)軸方向：雙向；工作精度：兩圈間誤差±0.01°。 圖4.2 光電編碼器輸出電路類型（b） 圖4.3 順時針旋轉(zhuǎn)時輸出的信號波形（a）4.1.4信號采集部分硬件電路圖增量編碼

28、器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤比絕對編碼器碼盤要簡單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道，這里的碼道實際上已不具有絕對編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計數(shù)脈沖。它的碼盤的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯開半個區(qū)。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時，它的輸出信號是相位差為90°的A相和B相脈沖信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號（它作為碼盤的基準(zhǔn)位置，給計數(shù)系統(tǒng)提供一個初始的零位信號）。從A，B兩個輸出信號的相位關(guān)系（超前或滯后）可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。由圖3（a）可見，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時，A道脈沖波形比B道超前/2，而反轉(zhuǎn)時，A道脈沖比B道滯后/2。圖3（b

29、）是一實際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相與，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計數(shù)來確定碼盤的轉(zhuǎn)動方向和相對角位移量。通常，若編碼器有N個（碼道）輸出信號，其相位差為/ N，可計數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù)，現(xiàn)在N=2，則相位相差/2。 圖4.5 信號采集電路圖在圖中，光電編碼器將采集到的A，B兩相信號通過,六施密特反向器74LS14處理成一系列方波,A相再經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持與B相的信號相與之后分別接入到單片機的T0和T1口。4.2 顯示部分MGLS-12032A為香港精電公司出品，內(nèi)置SED1520控制驅(qū)動

30、器的圖形液晶顯示模塊點陣數(shù)120*32，點大小0.6*0.425mm，模塊尺寸75.0*54.0mm,視頻尺寸60*26.5mm。MGLS-12032A液晶模塊是由兩片SED1520來驅(qū)動的，兩個SED1520都只用了其中的60個列驅(qū)動口，分別驅(qū)動液晶顯示器的左右半屏，它可直接與8位微處理器相連，集行、列驅(qū)動器于一體，因此使用起來十分方便，作為內(nèi)藏式控制器被廣泛應(yīng)用于點陣數(shù)較少的液晶顯示模塊。 芯片特點（1）內(nèi)置顯示RAM區(qū)RAM容量為2560位。RAM中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個點的亮滅狀態(tài)：“1”表示亮， “0”表示暗。 （2）具有16個行驅(qū)動口和16個列驅(qū)動口 （3）可直接與80系列微處

31、理器相連，亦可直接與68系列微處理器相連。 （4）驅(qū)動占空比為116或132。（5）可以與SED1520配合使用，以便擴展列驅(qū)動口數(shù)目。4.2.2、MGLS-12032A的管腳介紹 MGLS-12032A管腳功能說明管腳名稱功能 說明1GND邏輯電源地-2Vcc邏輯電源+5V-3V0工作負(fù)電壓提供對比度調(diào)節(jié)負(fù)電壓4A0數(shù)據(jù)/指令通道選擇A0=0選擇數(shù)據(jù)通道；A0=1選擇指令通道5R/W讀/寫選通信號R/W=0寫操作；R/W=1讀操作6E1控制器1的讀寫選通信號E1=0禁用；E1=1允許使用7E2控制器2的讀寫選通信號E1=0禁用；E1=1允許使用8NC空-916DB0DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線-4.2

32、.3、MGLS-12032A的讀寫操作時序 MGLS-12032A有兩種讀寫操作時序，分別對應(yīng)于68系列MPU和80系列MPU。 圖4.6 （1）80系列MPU操作時序（RES = 0）在WR或RD低電平期間，數(shù)據(jù)被寫進(jìn)或讀出。圖4.7 （2）80系列MPU操作時序（RES = 0）在E下降沿處，數(shù)據(jù)或指令被鎖存進(jìn)MGLS-12032A內(nèi)部的數(shù)據(jù)或指令寄存器。在E高電平期間，數(shù)據(jù)或狀 態(tài)被讀到數(shù)據(jù)總線之上。有些模塊，提供了時序選擇引腳RES，用戶可以自由選擇以上兩種時序。 MGLS-12032A電特性 絕對最大范圍 （VSS0V，VDDV1V2V3V4V5）圖4.8 液晶顯示原理圖圖如圖，V0

33、是液晶驅(qū)動電壓，是一個負(fù)電壓，用于調(diào)節(jié)液晶對比度。因為液晶材料的物理特性，液晶的對比度會隨著溫度的變化而變化，所以所加的負(fù)電壓值應(yīng)該隨溫度做相應(yīng)的調(diào)整，大致是溫度變化10，電壓變化不到1V,為滿足這一要求，可做一個溫度補償電路或者安排一個電位器整負(fù)電壓值。在應(yīng)用正負(fù)電壓供電的液晶模塊式時，電源的接線要特別注意，否則會燒毀芯片，在應(yīng)用中，最好先加邏輯電壓VDD，滯后50ms左右再加V0,再關(guān)斷電源時，先關(guān)斷V0，再滯后50ms后關(guān)斷VDD。要在液晶模塊上顯示一個字符，需要三個最基本的控制操作：分別向兩個SED1520控制器寫指令代碼,寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)。完成這三項的前提是相應(yīng)SED1520處

34、于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，當(dāng)SED1520處于忙的狀態(tài)時，除了讀狀態(tài)字指令外，其他指令均不起作用。因此在訪問SED1520前，都要先讀取控制器當(dāng)前狀態(tài)，判斷是否準(zhǔn)備好。圖中采用并行接口，這樣比較適合與利用總線控制，把寫數(shù)據(jù)代碼，讀狀態(tài)字，寫顯示數(shù)據(jù)，讀顯示數(shù)據(jù)都映射到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，每個操作對應(yīng)一個地址。由圖所示，可以得到各操作的對應(yīng)地址如下： 寫指令代碼地址（E1）：8000H. 讀狀態(tài)字地址（E1）:8200H. 讀顯示數(shù)據(jù)地址（E1）:8100H. 寫顯示數(shù)據(jù)地址（E1）:8300H. 寫指令代碼地址（E2）：4000H. 讀狀態(tài)字地址（E2）:4200H. 讀顯示數(shù)據(jù)地址（E2）:4100H. 寫顯

35、示數(shù)據(jù)地址（E2）:8300H.在本實驗中用復(fù)位開關(guān)實現(xiàn)單片機的復(fù)位。另外由于實驗對單片機的波特率沒有太大的要求，只要滿足一般的標(biāo)準(zhǔn)即可，我們選用單片機的常用晶振頻率12MHZ。而AT89C52是LCD顯示的控制器，控制字符的發(fā)送和點陣顯示的時序。由于LCD內(nèi)部含有控制器，因此它與單片機之間不需要驅(qū)動芯片。LCD在單片機的控制下，按照要求的格式顯示接收到的數(shù)據(jù)。由于LCD并沒有獨立的片選信號，所以使用單片機的讀寫信號進(jìn)行選通，而74LS00,74LS04則是轉(zhuǎn)換讀寫信號的電平，同時作為片選信號。E1和E2連接經(jīng)過74LS00,74LS04轉(zhuǎn)換后的單片機讀寫信號，作為單片機對LCD的片選信號;A

36、8是單片機對LCD的數(shù)據(jù)/指令通道選擇信號；A9是單片機對LCD的讀寫選擇信號；D0D7是單片機和LCD的數(shù)據(jù)總線。4.3 電源部分 電源設(shè)計注意事項和MAX1677的性能 由于在單片機系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊，不可避免的要用到兩種或兩種以上的電源需求，這就是電源部分要解決的關(guān)鍵問題。在設(shè)計具體的電源模塊時要注意如下幾個問題：1.為降低系統(tǒng)功耗，減小儀表體積，應(yīng)盡可能選用CMOS器件。2.根據(jù)容許的空間和需求的容量合理的選擇電池，最好為普通電池。3.選用的合適的電源穩(wěn)壓變換器件，在滿足電源需求的前提下，使電源模塊的外圍電路簡單，減小占用的空間。 MAX1677是雙電壓輸出升壓DC-DC變換器，輸

37、入電壓范圍較大（0.75.5V）.主要性能如下：允許的電壓范圍：0.75.5V。主要輸出：2.55.5V可調(diào)電壓，預(yù)設(shè)值3.3V輸出，最大輸出電流可達(dá)350mA。第二輸出：可謂LCD對比調(diào)節(jié)提供-28+28V范圍內(nèi)的電壓。電源效率：95%。其他性能：20uA靜態(tài)工作電流，1uA關(guān)斷維持電流和電池欠電壓監(jiān)測。 表1 MAX1677 的管腳功能 MAX1677電路結(jié)構(gòu)表1 列出了不同電池供電情況下可獲得的最大輸出電流，輸出電壓已被預(yù)置為3.3V，也可通過外部電阻調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。范圍在2.5V 到5.5V 之間。表1 主升壓電路輸出電流 MAX1677常用外圍參數(shù)設(shè)定 （1）主電源輸出電壓的設(shè)置FB 接地

38、主電源輸出為預(yù)置的3.3V 如設(shè)置成可調(diào)輸出首先在2.5V 到5.5V 范圍內(nèi)選定合適的輸出電壓VOUT 然后在10k到200k之間選擇R4 用下式計算R3R3=R4 VOUT/1.25 -1（2）LCD 輸出電壓設(shè)置LCD 偏壓電路包括片內(nèi)N-溝道DMOS 開關(guān)可產(chǎn)生高達(dá)28V 的正向或負(fù)向電壓LCD輸出電壓的極性由LCDPOL腳控制見表2 負(fù)電壓輸出時連接電路如圖4所示LCDPOL還可將LCDLX 端的最大電流限制從350mA降到250mA 這樣在給較小尺寸的LCD 供電時通常小于15 平方英寸LCD 負(fù)載電流<10mA 就可使用更小體積的電感表2 LCD 輸出極性設(shè)置LCD 輸出電

39、壓由外置電阻R1 R2 設(shè)置圖三所示先在10k到200k之間選擇R2的阻值然后計算R1 正壓輸出時將LCDPOL 連到OUT LCDFB 門限為1.25V 按下式計算R1：R1=R2 VLCD/1.25V -1負(fù)壓輸出時將LCDPOL 連到GND LCDFB 門限為0 如圖4 按下式計算R1：R1=R2 x |VLCD| /1.25（3）低電壓檢測MAX1677片內(nèi)比較器可檢測電池電壓當(dāng)LBI腳的電壓低于614mV時LBO輸出為低電平低電壓檢測門限可通過兩個外加電阻設(shè)定圖3 LBI 輸入電流小于50nA 因此在合適的范圍內(nèi)可選取較大的阻值R6<130K 以減小損耗R5 的計算公式如下R5

40、=R6 VTRIP/0.614 -1 圖4.9 電壓轉(zhuǎn)換原理圖由于液晶顯示輸出除了需要提供+5V工作電壓外，還需要提供-10V的對比度調(diào)節(jié)電壓。所以電源部分的設(shè)計要求為+3V輸入，+5V的電壓輸出。用MAX1677可以進(jìn)行電源供電，它是一個電壓轉(zhuǎn)換芯片。MAX1677的輸入為3V，輸出電壓為5V，作為系統(tǒng)的電源。而液晶顯示自帶對比度調(diào)節(jié)電源。其中D1和 D2是肖特基二極管反相耐壓大于16V即可。R1和R2的比值決定了LCD對比度輸出的電壓值VLCD,關(guān)系式為R1=R2*VLCD/1.25(v)。其中R1的取值范圍為500K2M歐姆；R3和R4的比值決定了主輸出電壓值VOUT,關(guān)系是為R3=R4

41、*(VOUT/1.25V)-1 其中R4的取值范圍為10K200K歐姆，;R5和R6的比值決定了系統(tǒng)欠電壓監(jiān)測的門檻電壓值VTRIP,關(guān)系是為R5=R6*(VTRIP/1.25V)-1，其中R6130K歐姆。當(dāng)電池電壓正常時或電池電壓過低時，輸出管腳LBO輸出保持高電平；一旦電池電壓低于門檻電壓VTRIP時，LBO管腳輸出變?yōu)榈碗娖?。如果不適用欠電壓監(jiān)測的話，LBI接地。Vin電源電路的輸入端,連接兩節(jié)1.5V的電池,Vout1連接MAX1677的16管腳，輸出+5V的電壓，作為系統(tǒng)的電源電壓;Vout2連接MAX1677的10管腳，輸出-10V的電壓，作為液晶顯示模塊的背光的電源電壓;Low

42、-battery Output連接MAX1677的4管腳，輸出電源電壓不足的報警信號，也就是MAX1677中的LBO的信號。 4.4 PCB板的制作隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和新型電子元器件的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代電子電路已經(jīng)變得越來越復(fù)雜。而另一方面，微型計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，為我們提供了一個進(jìn)行電路輔助設(shè)計的完美平臺。本設(shè)計所使用的Protel99 SE軟件是一個功能強大的電路CAD軟件。Protel99 SE被設(shè)計成為一個客戶/服務(wù)器應(yīng)用程序。它包含有數(shù)目眾多的服務(wù)器程序，如原理圖設(shè)計服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)表生成服務(wù)器，電路仿真服務(wù)器，PCB設(shè)計服務(wù)器和自動布線服務(wù)器等等。設(shè)計者可以運行各種服務(wù)器程序組件，而

43、且，Protel99SE有很強的兼容性，不論是Protel99SE本身的組件，還是來自第三方的設(shè)計組件，都可以很容易的嵌入到Protel99SE中,以增強其功能。 Protel99SE的客戶程序還提供給設(shè)計者一些基本的使用資源、如菜單、快捷鍵、工具欄、狀態(tài)欄、工具管理器等，設(shè)計者對這些資源可以自由定義，建立便于自己使用的菜單、快捷鍵、工具欄等。 Protel99 SE強大的功能，可使設(shè)計者隨心所欲的設(shè)計各種電子電路，是一個非常實用、好用的CAD軟件。印刷電路板是整個音量均衡控制系統(tǒng)、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計的好壞對抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設(shè)計決不單是器件，線路的簡單

44、布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計原則。（1）PCB板的布局 元件布局首先要考慮PCB尺寸大小。 PCB尺寸過大時，印制線條長、阻抗增大、抗干擾能力下降、成本也增加；PCB尺寸過小，則散熱不好、且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：1）盡可能縮短高頻元器件之間的連線,減少它們的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾.易受干擾的元器件不能相互挨的太近,輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。2）一些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差,應(yīng)加大它們之間的距離，以避免放電引出的短路。根據(jù)電路功能單元,對電路的全部元

45、器件進(jìn)行布局時，要符合以下原則：1）按電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致方向。2）以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局，器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。布局的過程中,應(yīng)盡量將相關(guān)連的元器件就近放置，以減短走線的長度；時鐘電路、晶振、電容應(yīng)緊貼相接的芯片，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。3）位于電路板邊緣的元器件。與電路板邊緣一般不小于2mm，電路板的最佳形狀為矩形。（2） PCB板的布線 布線是重要的抗干擾措施，本設(shè)計首先對電源線進(jìn)行手工布線，緊接著對電路板的其他部分進(jìn)行自動布線，最

46、后再對整個電路的布線進(jìn)行手工修改。在整個布線過程中，應(yīng)遵守以下原則：元器件應(yīng)盡可能同一方向排列，通過選擇抄板進(jìn)入熔錫系統(tǒng)的方向來減少甚至避免焊接不良的現(xiàn)象；根據(jù)經(jīng)驗元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿足元器件的熔錫要求，若抄板的空間允許，元器件的間距應(yīng)盡可能寬。對于雙面板一般應(yīng)設(shè)計一面為SMD及SMC元件，另一面則為分立元件。布局中應(yīng)注意：*首先確定與其它抄板或系統(tǒng)的接口元器件在抄板上的位置，必須注意接口元器件間的配合問題（如元器件的方向等）。*因為掌上用品的體積都很小，元器件間排列很緊湊，因此對于體積較大的元器件，必須優(yōu)先考慮，確定出相應(yīng)位置，并考慮相互間的配合問題。*認(rèn)真分析電路結(jié)構(gòu)，對

47、電路進(jìn)行分塊處理（如高頻放大電路、混頻電路及解調(diào)電路等），盡可能將強電信號和弱電信號分開，將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開，完成同一功能的電路應(yīng)盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號環(huán)路面積；各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)必須就近連接，這樣不僅可以減小輻射，而且可以減少被干擾的幾率，根據(jù)電路的抗干擾能力。*根據(jù)單元電路在使用中對電磁兼容性敏感程度不同進(jìn)行分組。對于電路中易受干擾部分的元器件在布局時還應(yīng)盡量避開干擾源（比如來自數(shù)據(jù)處理板上CPU的干擾等）。（3）退藕電容配置 設(shè)計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關(guān)鍵部件配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙?。退藕電容的一般配置原則是：1）源輸入端跨接110uf的電解電容，如有可

48、能，接100uf以上的更好。2）原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01uf的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每48個芯片布置一個110uf的瓷片電容。3）對于抗噪能力弱,關(guān)斷時電源變化大的器件，如RAM,ROM存儲器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。4）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。去耦電容配置的一般原則如下： 電源輸入端跨接一個10100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。 為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每410個芯片配置一個110uF鉭電解

49、電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1，而且漏電流很?。?.5uA以下）。 對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應(yīng)在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦電容。 去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電，必須RC 電路來吸收放電電流。一般 R 取 1 2K，C取2.2 47UF。 CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。 設(shè)計時應(yīng)確定使用高頻低頻中頻三種去耦電容，中頻與低頻去耦電容可根據(jù)器件與P

50、CB功耗決定,可分別選47-1000uF和470-3300uF；高頻電容計算為: C=P/V*V*F。 每個集成電路一個去耦電容。每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容。 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容。使用管狀電時，外殼要接地。（4）硬件干擾抑制技術(shù) 可考慮選擇多層PCB(印制電路板)，其中的一層指定100%作地線，另一層指定100%作電源，這種選擇能形成良好的退耦電路，并加入了地線的屏蔽效果。然而對于大多數(shù)的應(yīng)用來說，由于成本的因素不允許選用這樣的PCB板，通常是選用單層PCB板或雙層PCB板，此時地線應(yīng)該單獨地分配到每個模塊，用一個信號點把所有的地線返回

51、收集到一起。 單片機的標(biāo)準(zhǔn)退耦電路是一只典型值為100mF的電容(要避免使用鋁電解電容)，再并聯(lián)上一只0.1mF的高頻電容，這兩個電容必須盡量放在靠近VSS/VDD的地方，以減少環(huán)路效應(yīng)。除了用電容作退耦元件外，還可選用電感作為退耦元件，例如鐵氧體磁環(huán)就是較好的退耦器件。 幾乎所有的單片機都有一個耦合于外部晶體或陶瓷諧振器的振蕩器電路。在PCB上，要求外接電容、晶體或陶瓷諧振器的引線越短越好。 信號頻率過高時信號線要按傳輸線處理，要加終端匹配電阻。電源部分的干擾抑制單片機系統(tǒng)中的各個單元都需要直流電源供電，目前廣泛使用兩種電源，一種是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，另一種是開關(guān)電源。據(jù)統(tǒng)計分析，單片機系統(tǒng)有7

52、0%左右的干擾是通過電源耦合進(jìn)來的，因而，必須采取措施提高電源的干擾抑制能力，常用的方法有以下幾點：1 使用電源濾波器；2 在每塊PCB的電源與地之間并接去耦電容；3選用壓敏電阻或TVS器件來吸收電路中的浪涌干擾；4 在串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的輸入、輸出端增加電容濾波；5如單片機系統(tǒng)采用開關(guān)電源，則應(yīng)注意采用RC吸收電路抑制浪涌電壓；注意交流電與直流低壓之間的距離，并用地線隔開；直流低壓與開關(guān)管的調(diào)整電路之間用光耦隔開；采用屏蔽措施進(jìn)一步減少開關(guān)電源的干擾。（5）PCB板的設(shè)計為了適應(yīng)pcb板廠的制程能力,在做單面板的pcb layout時應(yīng)注意以下事項:1.兩孔間距最小距離(孔邊至孔邊)1mm2.沖孔的孔邊與鄰近線路最小間距0.3mm以上3.v-cut刀距最少24mm4.v-cut