电子装置设计报告

/./.电子装置设计报告红外线数字转速表专业:姓名:学号:时间:

红外线转速表采用的红外线探头有直接式和反射式两种。直接式探头 ，发光管和受光管在被测物体的两边，发光管射出的光线直接照射到受光管上，被测物体运动时阻挡光线，产生计数信号，这种探头经常用做光电计数。反射式探头，发光管和受光管在被测物体的同侧，当探头接近物体时，接收到脉冲的红外线信号，用于测量转速比较方便。测速装置的发展大致经历了四个阶段：机械式、电磁式、光电式和激光式。机械式主要利用离心力原理，通过一个随轴转动的固定质量重锤带动自由轴套上下运动，根据不同转速对应不同轴套位置获得测量结果原理简单直接，不需额外电器设备，适用于精度要求不高、接触式的转速测量场合。电磁式系统由电磁传感器和安装在轴上的齿盘组成，主轴转动带动齿盘旋转，齿牙通过传感器时引起电路磁阻变化，经过放大整形后形成脉冲，通过脉冲得到转速值。由于受齿盘加工精度、齿牙最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量精度不能保证。光电式结构类似于电磁式结构，把旋转齿盘换作光电编码盘或黑白相间的反射条纹，把电磁传感器换作光电接收器，通过对反射回来的光脉冲信号计数得到测量(LDV)是结果。由于受条纹最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量精度不能保证,所测转速值和电磁式一样为两个计数脉冲间距的平均值。激光测速技术一种正在发展中的测速技术，通过激光多普勒效应获得转动体的瞬时角速度，理论上具有很高的瞬时转速测量精度，但目前实际产品精度不够高，并且价格昂贵,(LDV)是本次设计的红外线数字转速表采用的是光电式测速装置， 是使用红外线技术的新型转速测量仪。光电式测速装置与机械式和电磁式测速装置相比安装更加方便，对周围环境要求更低，可以很容易地完成转速的测量；同时较激光式测速装置而言具有较宽的动态测量范围，测量精度较高，应用场合更加广泛。1，设计总体思路，基本原理，给出整体设计框图2，单元电路设计（各单元电路图），元器件的选择及参数计算

总电路设计以及Multisim软件仿真，验证所设计的电路画出完整的电路图，并用Protel画出印制版图组装，调试电路，故障分析与电路改进写出设计，调试报告四、1,设计方案本次设计的红外线转速表主要由信号检测、信号处理电路、单片机以及数字显示四大部分组成部分，其总体结构如图1.1所示。显示四大部分组成部分，其总体结构如图1.1所示。图1.1红外线数字转速表结构图工作原理如下：当齿盘旋转时，由于轮齿的遮挡，红外发射管与接收管之间的红外线光路时断时续，信号处理电路将此变化的光信号转换为电脉冲信号，一个脉冲信号即表示齿盘转过一个齿。单片机对脉冲进行计数，同时通过其内部的计时器对接收一定数目的脉冲计时，根据脉冲数目及所用时间就可计算出齿盘的转速，最后通过数字显示部分将转速显示出来。2,红外线传感器的设计本设计中选用红外测速传感器，它由红外发射与接收电路和齿盘组成。电路如图2.1所示。电路中选用红外光敏二极管作为受光器件，它与红外发光二极管起组成一对红外发射接收管，红外光敏二极管在电路中处于反向工作状态。没有光照射时，光敏二极管处于截止状态，反向电阻很大，反向电流（暗电流）很小。随着光照的增强，光敏二极管处于导通状态，其反向电阻减小，反向电流（光电流）增大，其光电流与照度之间呈线性关系。3，AT89C52芯片本系统采用由美国ATME1公司生产的，低电压，高性能CMOS位单片机。本单片机片内含8KB的可反复擦写的Flash程序存储器和256B的随机数据存储器（RAMI,器件采用ATME公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置有8位中央处理器（CPU。功能强大的AT89C52单片机适用于许多较为复杂的控制应用场合。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于AT89C52单片机如此突出的性能特点，在本设计中选用其构建测速系统。4,管脚分布AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口

线。采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU1信等。其引脚图如图2.2所示,为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST（其引脚图如图2.2所示,为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST（9脚）为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口,外接电阻电容组成的复位电路。分别接+5V电源的正负端。P0-P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义,13脚定义为IR输入端。厂rxD厂rxD】CM1I(INTO) I<IISIT-1■)RriICTO)尸34IC~r-・)口35I(Vk^RJ尸a.SI口27IXTAl-HIJCTA1_1IGKIDI1HO2二1RUO<AE>O>ZUF^O.1(qLFl>aZ1尸0.3e.aanRO3(AOS>GJ-L*-JPO4(ALJ4>73二1PO£(AOS>呂33二1 e3223PO7 L>7)*□31=□EA/VF^r^11FC-]AlF/CF^CC1229二1P-QEIMIVNan尸2T(A114-JPH6<A1^>IE◎林=1F>2F(AII3>16二1 (A11J*主妙r口空.3(A11>16331R2.2(A1O>1!=}2上_lPZJ(qa”201IZIP-J2OfASm图2.2AT89C52管脚图5,性能参数主要性能参数：与MCS-51系列产品引脚和指令完全兼容(2)8k字节可重擦写Flash闪速存储器(3)1000次擦写周期(4)(2)8k字节可重擦写Flash闪速存储器(3)1000次擦写周期(4)全静态操作：0Hz—24MHz(5)三级加密程序存储器(6)256X8字节内部RAM32个可编程I/O口线3个16位定时/计数器(9)8(9)8个中断源(10)可编程串行UART通道(11)低功耗空闲和掉电模式功能特性概述:AT89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU的工作，但允许RAM定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。6，振荡器振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。 一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化，这样的装置就可以称为“振荡器”。AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL12.3。和XTAL22.3。外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图XTAL2X1AL1GND图2.3 XTAL2X1AL1GND图2.3 振荡电路外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容应选择 30pF±10pF,而如使用陶瓷谐振器最好选择40pF±10F。7显示器目前，显示器的类型有很多,但是与单片机相连的通常是LCD显示器或LED显示器。LCD是液晶显示屏，主要是用来做面显示的，它本身不发光，然后通过电流使屏幕产生各种颜色的浑浊现象，后置一个光源来透过前面的LCD面板使人看到图案。LED是发光二极管，它本身是点光源，就是说发出来的光不是一个面，而是一个点。也有用LED做显示屏的，相对于液晶显示屏来说，LED适合于室外以及室内大屏幕观看距离稍微远一点的情况， 因为LED显示屏的分辨率肯定远远小过LCDLCD更适合做电脑液晶电视器、手机显示屏之类的应用。同时由于LCp是一种被动式显示器，有着功耗极低、抗干扰能力强等特性，因而在低功耗的单片机系统中大量使用。由此，转速显示选用LCD显示器，具体来说选用的是字符型液晶显示模块（LCMJHD12864可显示16X8或16X16点阵字符，模块外形如图2.4，驱动接口电路如图2.5，模块结构如图2.6所示。>128X6^nnisFta<xi9=+a£6MJ5-»TettlL3-7017*03V.A—6fcK—■q(Wfl「-Q04-11l^.QHAXOlM图2.4LCD外形液晶庾度控制器Coml^ieK————MCL102128X64显示面板:理tlJ20控制器图2.512864模块驱动接口电路图2.612864模块结构电路其主控制驱动电路为HD44780具有标准的接口特性，适配M6800系列和MCS-51系列MC啲操作时序；模块内部具有64个字节的自定义字符RAM可自定义显示字符。驱动电路HD4478()的读、写操作如下写操作(MPLEHD44780项目符号最小值最大值单位使能周期tcycE1000-ns使能脉冲宽度Pweh450-ns使能升、降时间Ter,Tef-25ns地址建立时间Tas140-ns地址保持时间Tah10-ns数据建立时间Tdsw195-ns数据保持时间Th10-ns读操作(MPLEHD44780项目符号最小值最大值单位使能周期tcycE1000-ns使能脉冲宽度Pweh450-ns

使能升、降时间Ter,Tef-25ns地址建立时间Tas140-ns地址保持时间Tah10-ns数据延迟时间Tddr-320ns数据保持时间Tdhr10-ns信号真值表RSR/WE功能00下降沿写指令代码01高电平读忙标志和AC码10下降沿写数据11高电平读数据该模块采用+5V电源供电，共有20个引脚，其中可变电阻RW2用来调节显示器的对比度。显示器与单片机AT89C52的连接如图2.7。ii*679noH0uBii*679noH0uBEL19_"is~91?O斗PlflPQOPHPQlPll?02PBPOiPHP04,PIJP05P帕Pft6Pl?HTlP却HTOpnP13nPi3TOP25瓯MFPKPi7XI沿ESSTTZD■AL&PmPSEHTTA,iTAicA35~\厂—、11iTXiTAiTA舌、i?~\3?~\3S~\、+5\FQJ\P0.6\PO.j\POJ\POJLCDVtV/m—/fIF~儿啰卫0_卿pFI4—/V^~F2.6

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laLCD图2.7AT89C52与LCM的连接8,整体设计电路该红外线数字转速系统主要包括信号检测、信号处理电路、单片机以及数字显示部分。总体结构如图2.8所示。图中D1为红外发射二极管，其作用是发出红外光。常用的红外发射二极管有SE303,PH303等，其外形与发光二极管LED形似。管压降约为1.4V，工作电流一般小于20mA为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。图中R1即为限流电阻。D2为红外接收管，本电路中选用红外光敏二极管作为受光器件，用于接收红外发射管发射的红外光。光敏二极管又称光电二极管，与半导体二极管在结构上类似。其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。当无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止；当受到光照时 ，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流它随入射光强度的变化而变化。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU2DU等系列。电容C1C2及外接石英晶体（或陶瓷谐振器）接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。1欧姆-5Rp为8个上拉电阻，通俗的说，若MCU勺某个引脚通过一个电阻接到电源（Vcc）上,则这个电阻即为上拉电阻，通过这种做法就将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平上，同时该电阻也起着限流的作用。上拉电阻可以取值在兆欧之间，本设计中选用的是1欧姆-5可变电阻Rw1是用来调节显示器的对比度的。当P1.0口有输出时，PNP导通，则D1发出红外光。而D2处于反向截止状态,当红外线发射管发射的红外线未被轮齿挡住时，接收管受红外线照射呈导通状态,经反相器输入到单片机中断端口的电压为高电平， 不产生中断；而当红外线发射管发射的红外线被轮齿挡住时，接收管不受红外线照射则呈截止状态，经反相器输入到单片机中断端口的电压跳变为低电平。按照这样的特性继续继而激活中断程序对脉冲进行计数。P0口和P2口在本设计中均作为输出口使用，最后将转速通过LCD显示出来。禍::制黑制鬧制噩saiunIHHI门HHI门HHIII,I雅T„IIIHIH,■,

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