数字转速测试仪的设计

1、目录摘 要IAbstractII主 要 符 号 表III1 绪论11.1 数字转速测试仪背景资料11.2 本次毕业设计的目的和意义11.3 本次毕业设计的主要内容12主控芯片ATMEL系统及开发工具简介22.1 AT89C52系统概述2系统2的极限参数3引脚和封装定义32.2 AT89C52单片机开发工具简介3开发工具概述3开发工具主要技术指标8软件运行环境8开发工具与 PC 机硬件连接83 数字转速测试仪系统介绍73.1 数字转速测试仪系统组成、主要内容和拟采用的方案73.2硬件部分组成及框图7硬件组成部分7原理框图74 硬件部分104.1 光电编码器EPC-755A10光电编码器原理10编

2、码器的分类10编码器的介绍11信号采集部分硬件电路图124.2 显示部分14芯片特点14、MGLS-12032A的管脚介绍14、MGLS-12032A的读写操作时序15MGLS-12032A电特性164.3 电源部分16电源设计注意事项和MAX1677的性能16常用外围参数设定174.4 PCB板的制作205 软件设计256 总 结27致 谢28参考文献28数字转速测试仪的设计摘 要本课题介绍一种基于AT89C52 单片机系统的新型数字测速仪的测量原理、硬件组成和软件设计。该仪表采用了一种新的自动测速方法,在宽量程范围内实现了高精度、实时快速测量。数字转速测试仪采用光电编码器将采集到的数据通过

3、处理之后，送到AT89C52单片机中进行转化后在液晶显示器上显示测得转速及方向。测速所要达到的标准是：测速范围为02000转/分。重点是适合硬件系统的程序语言选择，以及编程实现。难点是程序思路的确定，转速方向的硬件电路及软件实现，系统软件如何通过计算机编辑，编译。 此次设计必须将硬件与软件将结合，熟练掌握所用芯片的功能、时序等，以方便对数字转速测试仪各种功能的实现。 关键词：AT89C52；LCD显示；编码器；传感器 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 号 表 r 转速C 电容R 电阻U 电压I 电流T 周期F 频率D 占空比 时间常数 1 绪论1.1 数字转速测试仪背景资料 目前，在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。例如，在发动机，电动机，卷扬机，机床转轴等旋转设备的测试，运转

8、和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速或瞬间转速。对于工业测试，水利，机械等方面，转速是重要的控制参数之一。尤其机在工业测试系统中，大部分旋转仪器无法测定目前的转速，从而无法安全有效地械设备进行故障预防，无形中降低了系统的安全性，增加了设备维护的成本。因此，如何利用先进的数字技术和计算机技术改造传统的工业技术，提高监控系统的准确性，安全性，方便性是当前工业测控系统急需解决的难题。1.2 本次毕业设计的目的和意义为了能精确的测量转速外，还要保障测量的事实性，要求测的瞬时转速。随着微型计算机的广泛使用，特别是高性能/价格比的单片机的涌现，转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字法。智能化微电脑式

9、代替了一般机械式或模拟量结构。在工业测控系统中，转速是最为重要的参数，因而测转速是个重要而又有意义的课题。1.3 本次毕业设计的主要内容 数字转速测试仪系统设计包括硬件设计和软件设计两部分内容。在设计中要了解掌握单片机关于C语言的编程，数字电路，模拟电路技术；熟练掌握ATMEL系列单片机工作原理及应用技巧；自主设计系列软、硬件. 主要采用光电脉冲编码传感器，通过89C52单片机及其他功能芯片实现高精度转速测试，通过算法处理后在液晶显示器上显示测得转速及方向。 2主控芯片ATMEL系统及开发工具简介AT89 系列单片机是ATMEL 公司的8 位Flash 单片机系列，这个系列单片机的最大特点是在

10、片内含有Flash 存储器。因此, 在应用中有着十分广泛的前途, 特别是在便携式省电及特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用.一. 89 系列单片机特点：AT89 系列单片机和8051 系列单片机是兼容的。这个系列对于以8051 为基础的系统来说, 是十分容易进行取代和组成的，故而，对于熟悉8051 的用户来说, 用ATMEL公司的89 系列单片机进行取代8051 的系统设计是轻而易举的事.二、89系列单片机的优点： 1.内部含Flash存储器 2.和80C51插座兼容 3.静态时钟方式 4.错误编程亦无废品产生 5.可进行反复系统试验 三、89系列单片机内部结构 ： 89系列单片机的内部结构

11、和80C51相近，它主要含有如下一些部件。 1. 8031CPU 2. 振荡电路 3. 总线控制部件 4. 中断控制部件 5. 片内Flash存储器 6. 片内RAM 7. 并行I/O接口 8. 定时器 9. 串行I/O接口 鉴于ATMEL公司的产品具有上述优点，综合本次毕业设计题目难易程度分析，使用此主控芯片的外围电路结构简单，价格便宜实惠，易于操作，故选用AT89C52单片机作为本次毕业设计的主控芯片。2.1 AT89C52系统概述 AT89C52系统AT89C52单片机与Inter 80C51单片机在多方面方面完全兼容。其主要工作特性是：A、内含8KB的flash存贮器，擦除次数1000

12、次B、内含256字节的RAMC、具有32根可编程I/O线D、具有3个可编程定时器E、具有8个中断源，6个中断矢量，2级优先权的中断结构F、具有1个全双工的可编程串行接口通信G、据有1个数据指针DPTRH、两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式I、具有可编的3级程序锁定位J、AT89C52的工作电源电压的典型值为5VK、AT89C52的最高工作频率为24MHz具有片内上电复位、时钟振荡器的AT89C52能独立完成工作的片上系统。FLASH 存储器还具有在系统重新编程的能力，可用于非易失性数据存储。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。 AT89C52有低电压编

13、程和高电压编程两种模式。低电压编程可用于在线编程，高电压编程于一般的EPROM编程器兼容。 AT89C52单片机的芯片封装顶端有编程电压标志。 AT89C52的极限参数AT89C52的极限参数工作温度-55 to +125储藏温度-65 to +150任意引脚对地电压-1.0V +7.0V最高工作电压6.6V直流输出电流15.0mA 引脚和封装定义每种器件都可在工业温度范围（-45到+85）内用 2.7V-3.6V 的电压工作。端口 I/O 和/RST 引脚都容许 5V 的输入信号电压。AT89C52 采用 42 脚 PDIP,TQFP和PLCC 封装。 引脚功能 说明P0口8位漏极开路的双I

14、/O口低字节地址/数据复用线，可驱动8个TTL负载P1口8位准双I/O口用户准备的双向I/O口，可驱动4个TTL负载P2口8位准双I/O口外部扩展作高8位地址，可驱动4个TTL负载P3口8位准双I/O口普通I/O口兼替代功能，可驱动4个TTL负载RST复位输入信号高电平有效，振荡器稳定工作两个机器周期器件复位 EA/Vpp外部ROM访问允许信号EA=1ROM读取从内部程序存贮器开始；反之外部开始PSEN外部ROM读选通信号低有效时，程序存贮器的内容被送至P0口ALE/PROGG低字节地址锁存信号实现低字节地址/数据的分时复用Vcc电源电压输入无特殊说明GND电源地无特殊说明XTAL1XTAL2

15、时钟输入1时钟输入2适用片内振荡器时连接外部石英晶体和微调电容适用片内振荡器时连接外部石英晶体和微调电容2.2 AT89C52单片机开发工具简介 开发工具概述TKStudio集成开发环境（IDE）从诞生到现在，经过一年多的发展,已逐渐趋于成熟，功能完善，界面美观高效，接口灵活丰富，运行稳定可靠，是目前最好的51开发环境。版本TKStudio V2.5，对我公司新版B系列仿真器高级功能64K深度代码追踪、代码覆盖、数据覆盖，数据访问（读写）断点等，提供完全支持。 模块化 软件在发展过程中，逐步贯彻结构化、模块化思想，将程序主体框架与扩展模块（组件）分开实现，降低了程序之间的耦合性，为软件的进一步

16、发展奠定了基础，具备了小组开发能力。 为了支持公司越来越多的仿真器型号，定义了通用硬件驱动接口，并向下兼容KEIL的仿真器驱动（功能有所加强），从而有效的利用了公司现有的资源，具备了支持硬件无限升级能力。 定义外围设备接口，以便轻松加入各种芯片的软件、硬件仿真支持，实现不同芯片设备（端口、定时器、串口、I2C、ADC等等）的动态切换。 定义软件仿真接口以支持各种芯片的软件仿真。 编辑器 编辑器自1.0发布之后不断改进，在突出方便好用的原则下，具备了鲜明的个性风格。智能括号匹配加亮，块注释，头文件和实现文件交叉参考，鼠标右键直接打开包含文件等为C语言的开发带来极大的方便。 语法编辑器带关键字突出

17、显示、智能缩排、括号匹配并可加粗亮显，减少复杂程序的输入错误，体贴人性化设计。完全中文支持，杜绝半个汉字现象。自动感知文件变化，避免灾难性后果。支持文件查找、替换，可设置书签，并具有文件内搜索的强大功能。 编译调试 TKStudio具备了完全的编译器选项，长文件路径编译支持，并可直接利用其他编译工具生成的omf文件，这是优于国内其他厂商的IDE的关键之一。TKStudio软件仿真、硬件调试、反汇编、复杂变量观察、内存察看、仿真器设置，功能相当完善，是真正意义上的集成开发环境。 1. 可导入Keil uV2工程，充分利用已有的资源。 2. 提供在线编辑、修改和编译错误、警告定位。软件修改除错一气

18、呵成！ 3. 项目管理功能强大灵活，工程文件的添加、修改更方便合理。 a) 分Target、Group、File三级结构，可随心所欲设置File、Group、Target编译参数。 b) 使用keil编译链接工具时，可灵活设置目标模块和列表文件的输出路径，使工程结构更清晰。 c) 支持多模块、混合语言调试。 4. 编译后自动列出工程文件中所有头文件 5. 强大的程序和数据存储空间定位编辑、观察和修改（支持数据填充）功能，图形化工具。数据可按不同数制，不同类型显示，红色指示变化数据。 6. 支持鼠标获取显示变量。 7. 强大的C语言特性支持。变量窗可观察修改联合、结构体、多维数组及其成员（成员可

19、单独查看） ，指示数据变化。 支持C指针运算符“*”、“&”“-”，可直接观察变量的地址及指针的内容。如“&P2”，查看P2的地址及内容。 8. 自动跟踪收集局部变量。 9. 支持显示模块和符号信息，支持函数（子程序）定位。 10. 各调试窗口支持多种数据格式：十进制（85）、十六进制（0X55、55H）、二进制（01010101B）等格式。 11. SFR寄存器和位窗口，根据仿真芯片的不同动态改变，并提示寄存器的主要功能和用法。 12. 增强的硬件调试功能 a) C程序调试时可选择是否执行到“main()”函数，零起始时，单步、步越均一步到位，决无keil的延迟。 b) 智能

20、识别“for(int i=0;i<10000;i+)”等指令，一步完成。 c) 支持不运行跳转，方便子程序（函数）的调试。 开发工具主要技术指标A、支持的目标系统：所有89C51系列单片机及其兼容产品；B、系统时钟：最大可达24MHz;C、通过RS232（USB）接口与PC机相连；D、支持汇编语言和 C51 源代码级调试；E、第三方工具支持（Keil C）。 IDE 软件运行环境要求PC机能够运行开发工具软件并能与串行适配器通信。对 PC 机有如下系统要求:A. Pentium Pentium-II 或兼容处理器的PC;B. Windows95 Windows98 Windows NT4

21、.0;C. 至少16MB RAM;D. 至少20MB 硬盘空间。开发工具与 PC 机硬件连接 所有的Keil 产品都自带一个安装程序和安装说明非常易于安装根据您得到的软件途径不同软件的存放格式可能不同.3 数字转速测试仪系统介绍3.1 数字转速测试仪系统组成、主要内容和拟采用的方案数字转速测试仪控制系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件主要完成转速信号的测量以及LCD显示等部分。而软件则完成信号的采集、处理、LCD液晶显示等功能。本课题拟通过使用光电脉冲编码器对转速系统进行检测，将传感器输出的脉冲信号通过施密特反向器74LS14，一个74LS121和两个与门构成的转向区别电路输出的频率信号输入至

22、单片机定时/计数器T0（T0工作在计数方式）和定时/计数器T1，最后通过LCD液晶显示。而在单片机中利用软件编程实现对信号的处理，转换，转速的测量，转向的判定以及显示功能。3.2硬件部分组成及框图3.2.1硬件组成部分其硬件部分采用的芯片主要有:16位微处理器AT89C52,EPC-755A光电脉冲编码器,LCD液晶显示芯片MGLS-12032A,电压转换芯片MAX1677,74LS00,74LS04,六施密特反向器74LS14,单稳态触发器74LS121,两节1.5V电池,电阻电容等常用器件若干.3.2.2原理框图系统框图如图3.1所示。转速设备及传感器信号采集信号调理电 路CPU控制电路A

23、T89C52为核心LCD显示图3.1 数字转速测试仪系统硬件原理框图4 硬件部分4.1 光电编码器EPC-755A4.1.1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90&#

24、176;。 编码器的分类根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。1增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和C相；A、B两组脉冲相位差90°，C相用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。2绝对式编码器 绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的

25、二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。3混合式绝对值编码器 混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉

26、冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。4.1.3 EPC-755A编码器的介绍 EPC755A是美国ENCODER PRODUCTS公司生产的微型光电编码器，具有重量轻、体积小、耐碰撞、易安装等优点，其直径和长度均为1.5英寸，采用能保证多年可靠工作的金属结构，具有多种灵活的安装方式，能大大降低安装成本。该光电编码器输出为双通道正交信号，具有校正基准信号，可方便地实现双向计数。EPC755A光电编码器的主要性能参数如下：输入电压：528VDC(最小4.75V，最大28.0V)；

27、输出电流：最大100mA；输出信号：2路计数脉冲，1路基准脉冲；基准信号：每圈输出1个脉冲，中心与通道A波形重合；测量范围：最大可测旋转速率为7500转/分；工作温度：最高可达100；频率响应：100kHz,最高200kHz；分辨率：最低1个脉冲/圈，最高6000个脉冲/圈，中间有55种分辨率可 供选择；安装方式：柔性方式，伺服方式，法兰盘方式；使用寿命：平均10万小时；重量：柔性100克，伺服90克；转轴方向：双向；工作精度：两圈间误差±0.01°。 图4.2 光电编码器输出电路类型（b） 图4.3 顺时针旋转时输出的信号波形（a）4.1.4信号采集部分硬件电路图增量编码

28、器是以脉冲形式输出的传感器，其码盘比绝对编码器码盘要简单得多且分辨率更高。一般只需要三条码道，这里的码道实际上已不具有绝对编码器码道的意义，而是产生计数脉冲。它的码盘的外道和中间道有数目相同均匀分布的透光和不透光的扇形区（光栅），但是两道扇区相互错开半个区。当码盘转动时，它的输出信号是相位差为90°的A相和B相脉冲信号以及只有一条透光狭缝的第三码道所产生的脉冲信号（它作为码盘的基准位置，给计数系统提供一个初始的零位信号）。从A，B两个输出信号的相位关系（超前或滞后）可判断旋转的方向。由图3（a）可见，当码盘正转时，A道脉冲波形比B道超前/2，而反转时，A道脉冲比B道滞后/2。图3（b

29、）是一实际电路，用A道整形波的下沿触发单稳态产生的正脉冲与B道整形波相与，当码盘正转时只有正向口脉冲输出，反之，只有逆向口脉冲输出。因此，增量编码器是根据输出脉冲源和脉冲计数来确定码盘的转动方向和相对角位移量。通常，若编码器有N个（码道）输出信号，其相位差为/ N，可计数脉冲为2N倍光栅数，现在N=2，则相位相差/2。 图4.5 信号采集电路图在图中，光电编码器将采集到的A，B两相信号通过,六施密特反向器74LS14处理成一系列方波,A相再经过单稳态触发器保持与B相的信号相与之后分别接入到单片机的T0和T1口。4.2 显示部分MGLS-12032A为香港精电公司出品，内置SED1520控制驱动

30、器的图形液晶显示模块点阵数120*32，点大小0.6*0.425mm，模块尺寸75.0*54.0mm,视频尺寸60*26.5mm。MGLS-12032A液晶模块是由两片SED1520来驱动的，两个SED1520都只用了其中的60个列驱动口，分别驱动液晶显示器的左右半屏，它可直接与8位微处理器相连，集行、列驱动器于一体，因此使用起来十分方便，作为内藏式控制器被广泛应用于点阵数较少的液晶显示模块。 芯片特点（1）内置显示RAM区RAM容量为2560位。RAM中的1位数据控制液晶屏上一个点的亮灭状态：“1”表示亮， “0”表示暗。 （2）具有16个行驱动口和16个列驱动口 （3）可直接与80系列微处

31、理器相连，亦可直接与68系列微处理器相连。 （4）驱动占空比为116或132。（5）可以与SED1520配合使用，以便扩展列驱动口数目。4.2.2、MGLS-12032A的管脚介绍 MGLS-12032A管脚功能说明管脚名称功能 说明1GND逻辑电源地-2Vcc逻辑电源+5V-3V0工作负电压提供对比度调节负电压4A0数据/指令通道选择A0=0选择数据通道；A0=1选择指令通道5R/W读/写选通信号R/W=0写操作；R/W=1读操作6E1控制器1的读写选通信号E1=0禁用；E1=1允许使用7E2控制器2的读写选通信号E1=0禁用；E1=1允许使用8NC空-916DB0DB7三态数据总线-4.2

32、.3、MGLS-12032A的读写操作时序 MGLS-12032A有两种读写操作时序，分别对应于68系列MPU和80系列MPU。 图4.6 （1）80系列MPU操作时序（RES = 0）在WR或RD低电平期间，数据被写进或读出。图4.7 （2）80系列MPU操作时序（RES = 0）在E下降沿处，数据或指令被锁存进MGLS-12032A内部的数据或指令寄存器。在E高电平期间，数据或状 态被读到数据总线之上。有些模块，提供了时序选择引脚RES，用户可以自由选择以上两种时序。 MGLS-12032A电特性 绝对最大范围 （VSS0V，VDDV1V2V3V4V5）图4.8 液晶显示原理图图如图，V0

33、是液晶驱动电压，是一个负电压，用于调节液晶对比度。因为液晶材料的物理特性，液晶的对比度会随着温度的变化而变化，所以所加的负电压值应该随温度做相应的调整，大致是温度变化10，电压变化不到1V,为满足这一要求，可做一个温度补偿电路或者安排一个电位器整负电压值。在应用正负电压供电的液晶模块式时，电源的接线要特别注意，否则会烧毁芯片，在应用中，最好先加逻辑电压VDD，滞后50ms左右再加V0,再关断电源时，先关断V0，再滞后50ms后关断VDD。要在液晶模块上显示一个字符，需要三个最基本的控制操作：分别向两个SED1520控制器写指令代码,写显示数据和读显示数据。完成这三项的前提是相应SED1520处

34、于准备好的状态，当SED1520处于忙的状态时，除了读状态字指令外，其他指令均不起作用。因此在访问SED1520前，都要先读取控制器当前状态，判断是否准备好。图中采用并行接口，这样比较适合与利用总线控制，把写数据代码，读状态字，写显示数据，读显示数据都映射到数据存储区，每个操作对应一个地址。由图所示，可以得到各操作的对应地址如下： 写指令代码地址（E1）：8000H. 读状态字地址（E1）:8200H. 读显示数据地址（E1）:8100H. 写显示数据地址（E1）:8300H. 写指令代码地址（E2）：4000H. 读状态字地址（E2）:4200H. 读显示数据地址（E2）:4100H. 写显

35、示数据地址（E2）:8300H.在本实验中用复位开关实现单片机的复位。另外由于实验对单片机的波特率没有太大的要求，只要满足一般的标准即可，我们选用单片机的常用晶振频率12MHZ。而AT89C52是LCD显示的控制器，控制字符的发送和点阵显示的时序。由于LCD内部含有控制器，因此它与单片机之间不需要驱动芯片。LCD在单片机的控制下，按照要求的格式显示接收到的数据。由于LCD并没有独立的片选信号，所以使用单片机的读写信号进行选通，而74LS00,74LS04则是转换读写信号的电平，同时作为片选信号。E1和E2连接经过74LS00,74LS04转换后的单片机读写信号，作为单片机对LCD的片选信号;A

36、8是单片机对LCD的数据/指令通道选择信号；A9是单片机对LCD的读写选择信号；D0D7是单片机和LCD的数据总线。4.3 电源部分 电源设计注意事项和MAX1677的性能 由于在单片机系统中使用液晶显示模块，不可避免的要用到两种或两种以上的电源需求，这就是电源部分要解决的关键问题。在设计具体的电源模块时要注意如下几个问题：1.为降低系统功耗，减小仪表体积，应尽可能选用CMOS器件。2.根据容许的空间和需求的容量合理的选择电池，最好为普通电池。3.选用的合适的电源稳压变换器件，在满足电源需求的前提下，使电源模块的外围电路简单，减小占用的空间。 MAX1677是双电压输出升压DC-DC变换器，输

37、入电压范围较大（0.75.5V）.主要性能如下：允许的电压范围：0.75.5V。主要输出：2.55.5V可调电压，预设值3.3V输出，最大输出电流可达350mA。第二输出：可谓LCD对比调节提供-28+28V范围内的电压。电源效率：95%。其他性能：20uA静态工作电流，1uA关断维持电流和电池欠电压监测。 表1 MAX1677 的管脚功能 MAX1677电路结构表1 列出了不同电池供电情况下可获得的最大输出电流，输出电压已被预置为3.3V，也可通过外部电阻调节调节。范围在2.5V 到5.5V 之间。表1 主升压电路输出电流 MAX1677常用外围参数设定 （1）主电源输出电压的设置FB 接地

38、主电源输出为预置的3.3V 如设置成可调输出首先在2.5V 到5.5V 范围内选定合适的输出电压VOUT 然后在10k到200k之间选择R4 用下式计算R3R3=R4 VOUT/1.25 -1（2）LCD 输出电压设置LCD 偏压电路包括片内N-沟道DMOS 开关可产生高达28V 的正向或负向电压LCD输出电压的极性由LCDPOL脚控制见表2 负电压输出时连接电路如图4所示LCDPOL还可将LCDLX 端的最大电流限制从350mA降到250mA 这样在给较小尺寸的LCD 供电时通常小于15 平方英寸LCD 负载电流<10mA 就可使用更小体积的电感表2 LCD 输出极性设置LCD 输出电

39、压由外置电阻R1 R2 设置图三所示先在10k到200k之间选择R2的阻值然后计算R1 正压输出时将LCDPOL 连到OUT LCDFB 门限为1.25V 按下式计算R1：R1=R2 VLCD/1.25V -1负压输出时将LCDPOL 连到GND LCDFB 门限为0 如图4 按下式计算R1：R1=R2 x |VLCD| /1.25（3）低电压检测MAX1677片内比较器可检测电池电压当LBI脚的电压低于614mV时LBO输出为低电平低电压检测门限可通过两个外加电阻设定图3 LBI 输入电流小于50nA 因此在合适的范围内可选取较大的阻值R6<130K 以减小损耗R5 的计算公式如下R5

40、=R6 VTRIP/0.614 -1 图4.9 电压转换原理图由于液晶显示输出除了需要提供+5V工作电压外，还需要提供-10V的对比度调节电压。所以电源部分的设计要求为+3V输入，+5V的电压输出。用MAX1677可以进行电源供电，它是一个电压转换芯片。MAX1677的输入为3V，输出电压为5V，作为系统的电源。而液晶显示自带对比度调节电源。其中D1和 D2是肖特基二极管反相耐压大于16V即可。R1和R2的比值决定了LCD对比度输出的电压值VLCD,关系式为R1=R2*VLCD/1.25(v)。其中R1的取值范围为500K2M欧姆；R3和R4的比值决定了主输出电压值VOUT,关系是为R3=R4

41、*(VOUT/1.25V)-1 其中R4的取值范围为10K200K欧姆，;R5和R6的比值决定了系统欠电压监测的门槛电压值VTRIP,关系是为R5=R6*(VTRIP/1.25V)-1，其中R6130K欧姆。当电池电压正常时或电池电压过低时，输出管脚LBO输出保持高电平；一旦电池电压低于门槛电压VTRIP时，LBO管脚输出变为低电平。如果不适用欠电压监测的话，LBI接地。Vin电源电路的输入端,连接两节1.5V的电池,Vout1连接MAX1677的16管脚，输出+5V的电压，作为系统的电源电压;Vout2连接MAX1677的10管脚，输出-10V的电压，作为液晶显示模块的背光的电源电压;Low

42、-battery Output连接MAX1677的4管脚，输出电源电压不足的报警信号，也就是MAX1677中的LBO的信号。 4.4 PCB板的制作随着电子技术的飞速发展和新型电子元器件的不断涌现，现代电子电路已经变得越来越复杂。而另一方面，微型计算机技术的迅速发展，为我们提供了一个进行电路辅助设计的完美平台。本设计所使用的Protel99 SE软件是一个功能强大的电路CAD软件。Protel99 SE被设计成为一个客户/服务器应用程序。它包含有数目众多的服务器程序，如原理图设计服务器，网络表生成服务器，电路仿真服务器，PCB设计服务器和自动布线服务器等等。设计者可以运行各种服务器程序组件，而

43、且，Protel99SE有很强的兼容性，不论是Protel99SE本身的组件，还是来自第三方的设计组件，都可以很容易的嵌入到Protel99SE中,以增强其功能。 Protel99SE的客户程序还提供给设计者一些基本的使用资源、如菜单、快捷键、工具栏、状态栏、工具管理器等，设计者对这些资源可以自由定义，建立便于自己使用的菜单、快捷键、工具栏等。 Protel99 SE强大的功能，可使设计者随心所欲的设计各种电子电路，是一个非常实用、好用的CAD软件。印刷电路板是整个音量均衡控制系统、信号线、电源线的高密度集合体，印刷电路板设计的好坏对抗干扰能力影响很大，故印刷电路板设计决不单是器件，线路的简单

44、布局安排，还必须符合抗干扰的设计原则。（1）PCB板的布局 元件布局首先要考虑PCB尺寸大小。 PCB尺寸过大时，印制线条长、阻抗增大、抗干扰能力下降、成本也增加；PCB尺寸过小，则散热不好、且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：1）尽可能缩短高频元器件之间的连线,减少它们的分布参数和相互之间的电磁干扰.易受干扰的元器件不能相互挨的太近,输入和输出元件尽量远离。2）一些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离，以避免放电引出的短路。根据电路功能单元,对电路的全部元

45、器件进行布局时，要符合以下原则：1）按电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致方向。2）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局，器件应均匀、整齐、紧凑的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。布局的过程中,应尽量将相关连的元器件就近放置，以减短走线的长度；时钟电路、晶振、电容应紧贴相接的芯片，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。3）位于电路板边缘的元器件。与电路板边缘一般不小于2mm，电路板的最佳形状为矩形。（2） PCB板的布线 布线是重要的抗干扰措施，本设计首先对电源线进行手工布线，紧接着对电路板的其他部分进行自动布线，最

46、后再对整个电路的布线进行手工修改。在整个布线过程中，应遵守以下原则：元器件应尽可能同一方向排列，通过选择抄板进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象；根据经验元器件间最少要有0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求，若抄板的空间允许，元器件的间距应尽可能宽。对于双面板一般应设计一面为SMD及SMC元件，另一面则为分立元件。布局中应注意：*首先确定与其它抄板或系统的接口元器件在抄板上的位置，必须注意接口元器件间的配合问题（如元器件的方向等）。*因为掌上用品的体积都很小，元器件间排列很紧凑，因此对于体积较大的元器件，必须优先考虑，确定出相应位置，并考虑相互间的配合问题。*认真分析电路结构，对

47、电路进行分块处理（如高频放大电路、混频电路及解调电路等），尽可能将强电信号和弱电信号分开，将数字信号电路和模拟信号电路分开，完成同一功能的电路应尽量安排在一定的范围之内，从而减小信号环路面积；各部分电路的滤波网络必须就近连接，这样不仅可以减小辐射，而且可以减少被干扰的几率，根据电路的抗干扰能力。*根据单元电路在使用中对电磁兼容性敏感程度不同进行分组。对于电路中易受干扰部分的元器件在布局时还应尽量避开干扰源（比如来自数据处理板上CPU的干扰等）。（3）退藕电容配置 设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部件配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是：1）源输入端跨接110uf的电解电容，如有可

48、能，接100uf以上的更好。2）原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01uf的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每48个芯片布置一个110uf的瓷片电容。3）对于抗噪能力弱,关断时电源变化大的器件，如RAM,ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。4）电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。去耦电容配置的一般原则如下： 电源输入端跨接一个10100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每410个芯片配置一个110uF钽电解

49、电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz20MHz范围内阻抗小于1，而且漏电流很小（0.5uA以下）。 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。 去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时操作它们时均会产生较大火花放电，必须RC 电路来吸收放电电流。一般 R 取 1 2K，C取2.2 47UF。 CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容，中频与低频去耦电容可根据器件与P

50、CB功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF；高频电容计算为: C=P/V*V*F。 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管状电时，外壳要接地。（4）硬件干扰抑制技术 可考虑选择多层PCB(印制电路板)，其中的一层指定100%作地线，另一层指定100%作电源，这种选择能形成良好的退耦电路，并加入了地线的屏蔽效果。然而对于大多数的应用来说，由于成本的因素不允许选用这样的PCB板，通常是选用单层PCB板或双层PCB板，此时地线应该单独地分配到每个模块，用一个信号点把所有的地线返回

51、收集到一起。 单片机的标准退耦电路是一只典型值为100mF的电容(要避免使用铝电解电容)，再并联上一只0.1mF的高频电容，这两个电容必须尽量放在靠近VSS/VDD的地方，以减少环路效应。除了用电容作退耦元件外，还可选用电感作为退耦元件，例如铁氧体磁环就是较好的退耦器件。 几乎所有的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上，要求外接电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。 信号频率过高时信号线要按传输线处理，要加终端匹配电阻。电源部分的干扰抑制单片机系统中的各个单元都需要直流电源供电，目前广泛使用两种电源，一种是串联型稳压电源，另一种是开关电源。据统计分析，单片机系统有7

52、0%左右的干扰是通过电源耦合进来的，因而，必须采取措施提高电源的干扰抑制能力，常用的方法有以下几点：1 使用电源滤波器；2 在每块PCB的电源与地之间并接去耦电容；3选用压敏电阻或TVS器件来吸收电路中的浪涌干扰；4 在串联型稳压电源的输入、输出端增加电容滤波；5如单片机系统采用开关电源，则应注意采用RC吸收电路抑制浪涌电压；注意交流电与直流低压之间的距离，并用地线隔开；直流低压与开关管的调整电路之间用光耦隔开；采用屏蔽措施进一步减少开关电源的干扰。（5）PCB板的设计为了适应pcb板厂的制程能力,在做单面板的pcb layout时应注意以下事项:1.两孔间距最小距离(孔边至孔边)1mm2.冲孔的孔边与邻近线路最小间距0.3mm以上3.v-cut刀距最少24mm4.v-cut