基于绝对式光电编码器的智能测角系统设计精要

1、基于绝对式光电编码器的智能测角系统设计辩论人：毛友导 师：郝允慧 讲师专 业：测控技术与仪器学 院：信息工程学院2022/7/91系统组成 设计本系统的目的为了快速处理编码器输出信号，直观的显示测量结果。输出信号号通过电平转换以后输入计算机，计算机处理以后的信号那么应由显示装置显示结果。系统主要由显示电路、储存电路、键盘电路、CPU控制电路、数字量输出、数据采集电路六局部组成。2022/7/92电平转换电路的选择 选择MAX232驱动器/接收器，MAX232只要单一的+5V电源电压就可以工作。该器件内有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变成为产生RS-232C输入电压所需的电压。

2、由于所有的RS-232应用中几乎都需要线驱动器和接收器，MAX232把接收器和驱动器包含在一个封装中。在RS-232C的不同应用场合又需要不同数目的驱动器和接收器，为了减少器件的数量，MAXIM提供RS-232C驱动器/接收器不同的各种型号，给使用提供了极大方便。2022/7/93上位机与下位机通讯的方案的选择 串行通信:通信的发送方和接收方之间数据信息在单根数据线上传输，以每次一个二进制的0、1为最小单位逐位进行传输。串行数据传送所具有的特点是，数据传送按位顺序进行，最少只需要一根传输线即可完成，比并行通信节省传输线。串行通信与并行通信相比，还有比较显著的特点：传输距离长，可以从几米到几千米

3、；在长距离内，串行数据传送速率会比并行数据传送速率快；串行通信的通信时钟频率比较容易提高；串行通信的抗干扰能力十分强，其信号间的互相干扰可以完全忽略。但是就传送速度来说，串行通信比并行通信慢得多，并行通信时间为T，那么串行时间为NT。正是由于串行通信的接线少、本钱低，因此它在数据采集和控制系统中得到广泛应用。以下图为串行通讯。2022/7/94绝对式光电编码器控制系统结构图2022/7/95单片机复位电路AT89C51复位是单片机的初始化操作，只需给AT89C51单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期即24个时钟振荡周期的高电平就可使AT89C51单片机复位。除了进入系统的正常初始化之外，

4、当程序运行出错如程序跑飞或操作错误使系统处于锁死状态时，也需按复位键让RST脚置高电平，使AT89C51单片机摆脱“跑飞或“锁死状态而重新启动。以下图为按键电平复位和按键脉冲复位。2022/7/96外部I/O口的扩展 在AT89C51应用系统中，单片机本身提供给用户使用的输入、输出口线并不多，只有P1口和局部的P3口线。因此，在大局部AT89C51单片机应用系统设计中都不可防止的要进行I/O口的扩展。由于AT89C51的外部数据存储器RAM和I/O口是统一编址的，因此用户可以把外部64K字节的数据存储器RAM空间的一局部作为扩展外围的I/O的地址空间。这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器那

5、样访问外部接口芯片，对其进行读和写操作。在本系统中，选用的是Intel公司的可编程外围并行接口8255A芯片进行I/O扩展接口的。8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变功能，因而灵活方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8255A的引脚如下图。8255A共有40个引脚，采用双列直插式封装。2022/7/97AT89C51单片机与8255A的接口电路原理图2022/7/98光电编码器与单片机接口电路 绝对式光电旋转编码器内部集成了RS-422差分线路驱动器和接收器,其数据传输符合EIA RS-

6、422标准,该协议规定数据信号用差分传输方式。由于单片机的I/口采用TTL电平，应选用MAX488芯片实现TTL电平与编码器采用的RS-422电平之间的转换。MAX488由+5V电压供电，是一种适用于R422和RS-485的低功率收发器。由于绝对编码器可以以标准逻辑电平输出数字编码，因此只要把绝对编码器的输出直接接到AT89C51单片机的输入输出口就可以。系统扩展了一块8255A芯片，所以可以直接将绝对编码器的输出线接到8255A的PA口和PB口。这样初始化8255A的PA口、PB口为输入口之后，就可以从8255A的PA口、PB口中读入瞬时的角度位置值。电路如下图：2022/7/99看门狗电路

7、 系统在工业环境下运行时, 抗干扰能力是评价其性能的一个重要指标。看门狗电路是自行监测系统运行的重要保证，本系统用 Xicor公司的 X25045 芯片将EEPROM 、看门狗定时器、电压监控三种功能集中到单个芯片内, 大大简化了硬件设计,提高了系统的可靠性。X25045与单片机接口如下图。2022/7/910键盘电路 轻触式的机械开关是一种较长使用并且本钱低廉的开关，在没有被按下是，其内部的电路结构是断开的，不能到点，而当它被按下时，其等效的开关就被接通，从而实现了电路的导通。另外，由于机械式开关内部由于有一个弹性部件，所以在按动的时候会伴随一系列的抖动过程，这个抖动过程会给逻辑判断带来极大

8、的干扰，所以在程序构建上通常会对按键进行消抖处理，通常较为常用的是延时消抖，即通过一定的延时将抖动阶段避开，过了这段时间再对电平进行判断，这样就能使系统得到必要的保障，以下图为本系统的按键输入电路配置图： 2022/7/911主程序设计2022/7/912数据处理程序的实现 在对数据进行处理时，要实现一下4点： 将9位格雷码转换成9位自然的二进制码； 将9位自然二进制码转换为对应的十进制数，并分别表示角度的分和秒； 二进制数转换为BCD码； BCD码转换为七段显示码；2022/7/913二进制数转换为压缩BCD码2022/7/914单片机通讯软件设计 由于AT89C51单片机的P3.0和P3.1是其内部集成串口模块的RXD和TXD引脚，所以采用这两个管脚实现和PC机的通信。在本系统中，将串口的起始位设置为1，数据位设定为8,停止位设定为1，波特率设定为4800，本系统选用的晶振为11.0592MHz的晶振，因为这种频率的晶振能够准确的实现4800的波特率。2022/7/915实验结果分析1.检测条件 在测试时，选择了在室温、湿度小于65%的条件下进行测试，本系统的测试步骤非常简单，只需要给系统开机即可实现系统的性能检测。2.检测结果 下表为测试