基于單片機(jī)的兩相脈沖方波電路設(shè)計(jì).doc

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 2012 屆 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 0806072 班級(jí) 題 目 基于單片機(jī)兩相脈沖方波輸出電路硬件開發(fā) 姓 名 亂世達(dá)人 學(xué)號(hào) 080607224 指導(dǎo)教師 粉紅佳人 職稱 教 授 2012 年 5 月 20 日內(nèi) 容 摘 要本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)方波發(fā)生器，兩相輸出相位差/2,可用于模擬增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B兩相脈沖。用BCD碼撥盤來(lái)設(shè)定和顯示方波的周期，主控制模塊是兼容于51系列的微處理器模塊AT89C52，此單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。在此自動(dòng)控制設(shè)備中，采用光電耦合器實(shí)現(xiàn)弱電系統(tǒng)與強(qiáng)電系統(tǒng)的通道之間的隔離;同時(shí)運(yùn)用了繼電器方式的開關(guān)量輸出，解決了從低壓直流到高壓直流的過(guò)度，從而保證了電子電路和人身的安全。關(guān)鍵詞相位差;方波; AT89C52;光耦隔離The hardware development of two-phase pulse square wave output circuit based on SCMAbstract In this paper , the design is a square wave generator , and it uses BCD dial with panel to control and display frequency of square wave , and the master control module is based on 51 series of microprocessor module AT89C52 devices , and the single-chip microcomputer has high level of integration and powerful function, high reliability, small volume, low power consumption, easy to use, cheap and so on a series of advantages. In the automatic control equipment , the optical coupler solves the problem involving the channel isolation technology , and at the same time , using the way of relay switching output has solved the transition from low voltage DC to high voltage DC , so as to ensure the safety of the electronic circuit and personal .Key words phase difference ;square wave; AT89C52; light coupling isolation目 錄內(nèi) 容 摘 要Abstract第一章 概 述1第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1設(shè)計(jì)方案32.2器件選擇42.2.1單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介42.2.2 BCD撥碼盤介紹92.2.3光耦合器的介紹14第三章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)163.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)163.1.1 電源電路173.1.2 復(fù)位電路173.1.3 晶振電路183.1.4 輸入電路193.1.5 顯示電路203.2 系統(tǒng)電路總原理圖203.3 PCB板的制作21致 謝24參考文獻(xiàn)25附錄26附錄27第一章 概 述單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈沖調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。波形發(fā)生器即簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，是一個(gè)能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、方波、正弦波等波形電路。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備儀器中具有十分廣泛的用途。通過(guò)對(duì)函數(shù)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、鋸齒波、方波、正弦波的函數(shù)波形發(fā)生器。在工業(yè)生產(chǎn)和科研中利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)，可以對(duì)元器件的性能及參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，還可以對(duì)電工和電子產(chǎn)品進(jìn)行指數(shù)驗(yàn)證、參數(shù)調(diào)整及性能鑒定。常用的信號(hào)發(fā)生器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成的，當(dāng)這種模擬信號(hào)發(fā)生器用于低頻信號(hào)輸出往往需要的RC值很大，這樣不僅參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，而且體積和功耗都很大，而由數(shù)字電路構(gòu)成的低頻信號(hào)發(fā)生器，雖然其性能好但體積較大，價(jià)格較貴，因此，高精度，寬調(diào)幅將成為數(shù)字量信號(hào)發(fā)生器的趨勢(shì)。 本文介紹的是利用89C52單片機(jī)和BCD碼撥盤產(chǎn)生所需不同信號(hào)的低頻信號(hào)源，其信號(hào)幅度和頻率都是可以按要求控制的。文中簡(jiǎn)要介紹了BCD碼撥盤的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，89C52的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片。文中著重介紹了如何利用單片機(jī)控制BCD碼撥盤產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路。信號(hào)頻率幅度也按要求可調(diào)，該信號(hào)發(fā)生器具有體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)核心任務(wù)是：以AT89C52為核心，結(jié)合BCD碼撥盤和光耦合器等器件，用仿真軟件設(shè)計(jì)硬件電路，用匯編語(yǔ)言編寫驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)程序控制產(chǎn)生方波的低頻信號(hào)。可以通過(guò)BCD碼撥盤的按鍵輸入任意頻率值。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案(1)利用AT89C52單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生脈沖方波，再通過(guò)顯示設(shè)備二極管顯示出來(lái)，通過(guò)按鍵和顯示數(shù)字來(lái)控制方波的頻率。微處理器模塊AT89C52，頻率與占空比信息顯示模塊，24BCD撥碼盤模塊。本設(shè)計(jì)中用到兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0和定時(shí)器1，其中定時(shí)器0工作在定時(shí)方式下，決定方波的頻率；定時(shí)器1同樣工作在定時(shí)方式下，用于設(shè)定占空比。用撥盤數(shù)字顯示頻率與占空比的關(guān)系比例，按鍵的操作是通過(guò)外中斷與單片機(jī)共同控制的。設(shè)計(jì)要求1） 、利用單片機(jī)采用軟件設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生方波2） 、方波的頻率可通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)(2)該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，由單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號(hào)的采集分析以及信號(hào)的處理和變換，采用按鍵輸入，利用BCD碼撥盤的數(shù)字顯示對(duì)頻率的控制，終端通過(guò)二極管可以檢測(cè)到方波的產(chǎn)生的方案，即構(gòu)成所需波形發(fā)生器。其構(gòu)成原理框圖如圖21所示單 片 機(jī) 89C52二極管顯示 按 鍵頻率與 頻率與 占空比 占空比 圖21 方波信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)原理框圖在信號(hào)發(fā)生器中，只用到片內(nèi)中斷請(qǐng)求，即是在AT89C52輸出一個(gè)波形采樣點(diǎn)信號(hào)后，接著啟動(dòng)定時(shí)器，在定時(shí)器未產(chǎn)生中斷之前，AT89C52等待，直到定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，AT89C52相應(yīng)中斷，接著輸出下一個(gè)信號(hào)波形，如此循環(huán)。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生外部中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU暫停當(dāng)前工作，處理中斷請(qǐng)求，重新裝入定時(shí)初值，開始定時(shí)。2.2器件選擇2.2.1單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介AT89C52單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中，從而構(gòu)成較為完整的微型計(jì)算機(jī)，而且價(jià)格便宜。 1）、中央處理器：中央處理器（CPU）是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。2）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為256個(gè)RAM單元，但其中能為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用的僅有前面128個(gè)，后128個(gè)被專用寄存器占用。3）、程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）：程序存儲(chǔ)器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且其又多種類型，在51系列單片機(jī)中全部采用閃存。AT89S51單片機(jī)內(nèi)部配置了4KB閃存。4）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（ROM）用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。AT89S51共有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器5）、并行輸入輸出（I/O）口：8051共有4組8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)口都由1個(gè)鎖存器和1個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。它們主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他的功能。6）、全雙工串行口：AT89S51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用于異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。7）、時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘脈沖序列。8）、中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管理與處理。AT89C52共有5個(gè)中斷源，其中有2個(gè)外部中斷源和3個(gè)內(nèi)部中斷源。每個(gè)51單片機(jī)處理周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期，每12個(gè)時(shí)鐘周期用來(lái)完成一個(gè)操作，如取指令等。指令執(zhí)行時(shí)間為時(shí)鐘頻率除以12后取倒數(shù)。如果系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是11.059MHZ，則除以12后就得到了每秒執(zhí)行的指令為921583條，再取倒數(shù)將得到每條指令所需要的時(shí)間為1.085us。圖22 51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)9)主電源引腳VCC (40腳)：接+5V電源正極。GND(20腳)：接地端。電源電壓范圍是45.5V，最高電源電壓為6.6V。任何引腳對(duì)地的電壓范圍是-17V10)外接晶體引腳XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部的時(shí)鐘時(shí)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2(18引腳)：接外部石英晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸出端。11) 輸入/輸出引腳（1） P0 口（P0.0P0.7）(引腳3932)P0口具有漏極開路結(jié)構(gòu)，還具有雙重功能。作為輸出使用時(shí)，需要外接上拉電阻（在作為I/O口使用時(shí)，T1管夾斷）。若作為輸入端使用，需要先將“1”寫入端口（使T2管夾斷）。P0口可作為地址總線（AB0AB7），也可作為數(shù)據(jù)總線（DB0DB7）。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL（低功耗肖特基TTL），其他端口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL。1個(gè)LSTTL負(fù)載為0.4mA。（2） P1口（P1.0P1.7）（引腳18）P1口內(nèi)部有上拉電阻，因此可以作為準(zhǔn)雙向I/O使用。作為輸入端使用時(shí)，需要先將“1”寫入端口（使T2管夾斷）。（3） P2口（P2.0P2.7）（引腳2128）P2口內(nèi)部具有上拉電阻，因此可以作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。作為輸入端使用時(shí)，需要先將“1”寫入端口（使T2管夾斷）。在將有片外存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作為8位地址總線（AB8AB15）。 (4) P3口（P3.0P3.7）（引腳1017）P3口具有上拉電阻，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。作為輸入端使用時(shí)，需要先將“1”寫入端口（使T2管夾斷）。P3口的每個(gè)引腳還有第2個(gè)功能：P3.0：為串行輸入端口(RXD)；P3.1：為串行口輸出端口（TXD）；P3.2：為外部中斷0(INT0)；P3.3：為外部中斷1（INT1）；P3.4：為定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口（T0）；P3.5：為定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口（T1）；P3.6：為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通（WR）；P3.7：為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通（RD）；12) RST (引腳9)該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位引腳，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)電源電壓達(dá)到單片機(jī)工作電壓、同時(shí)單片機(jī)振蕩器正常工作后，該引腳上必須持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，才能實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)恢復(fù)到初始狀態(tài)。復(fù)位引腳具有雙向功能：當(dāng)上電時(shí)，外加電容與單片機(jī)內(nèi)部下拉電阻形成復(fù)位電路使單片機(jī)復(fù)位；當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的看門狗（WDT）溢出時(shí)，該引腳輸出高電平，不僅復(fù)位單片機(jī)，也復(fù)位單片機(jī)外部需要復(fù)位的芯片，以保持各芯片之間復(fù)位動(dòng)作的一致性。若需要RST引腳輸出復(fù)位信號(hào)，則需要110k的外部復(fù)位電阻。在只需要上電復(fù)位的系統(tǒng)中，由于單片機(jī)內(nèi)部具有下拉復(fù)位電阻（阻值為50300k），所以可以不要外部下拉電阻，電容值可減小到1uF。一般說(shuō)來(lái)電源達(dá)到工作電壓值的時(shí)間一般在10ms以內(nèi)，時(shí)鐘為12MHZ時(shí)，起振時(shí)間小于1ms。2.2.2 BCD撥碼盤介紹在某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,有時(shí)只需要進(jìn)行少量的十進(jìn)制數(shù)據(jù)設(shè)定,例如,設(shè)定溫度恒定在30。這些參數(shù)具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是都由十進(jìn)制數(shù)字(09)組成;二是設(shè)定值可能隨時(shí)需要改變。對(duì)于符合上述特點(diǎn)的輸入場(chǎng)合,使用BCD撥碼盤較為合適。采用BCD碼撥盤。其功率小，集成度高，顯示編程容易控制，可以顯示09位數(shù)字。1)BCD撥碼盤的構(gòu)造BCD撥碼盤的構(gòu)造如圖23所示。圖23 BCD撥碼盤陣列的構(gòu)造它由處于前面板的撥碼盤和處于后側(cè)板的接線端組成。撥碼盤由上下兩個(gè)撥盤按鈕和夾在按鈕中間的撥位數(shù)碼指示器組成。撥位數(shù)碼指示器是可隨撥盤的撥動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)09十個(gè)數(shù)字,用以顯示撥碼盤當(dāng)前數(shù)值。上面的撥碼按鈕為增量按鈕,每按下一次,撥碼盤正相旋轉(zhuǎn)1/10周,撥位數(shù)碼指示器顯示的數(shù)值加1,連續(xù)按十次,數(shù)據(jù)將被還原;下面的撥碼按鈕為減量按鈕,每按下一次,撥碼盤反相旋轉(zhuǎn)1/10周,撥位數(shù)碼指示器顯示的數(shù)值減1。接線端向外引出標(biāo)有8、4、2、1、A的五個(gè)引腳。在實(shí)際應(yīng)用中,BCD撥碼盤可以直接插入BCD撥碼盤插座中使用,也可以采取從5個(gè)引腳上分別焊接引線的方式使用.BCD撥碼盤的接線端是當(dāng)前撥碼盤位置的反映,撥碼盤數(shù)碼顯示的數(shù)值直接影響8、4、2、1四個(gè)引腳與公共引腳A的導(dǎo)通狀態(tài),例如,當(dāng)前撥碼盤撥位數(shù)碼指示器的顯示數(shù)據(jù)為7時(shí),圖25中的4、2、1引腳均與A導(dǎo)通,8引腳與A不導(dǎo)通;當(dāng)前撥碼盤撥位數(shù)碼指示器的顯示數(shù)據(jù)為4時(shí),僅有4引腳與A導(dǎo)通,其余三個(gè)引腳與A均不導(dǎo)通。撥碼盤從0撥到9,A引腳與8、4、2、1四個(gè)引腳的導(dǎo)通的狀態(tài)如表21所示。此表中的0表示輸入控制線A與輸出線不通,表中的1表示輸入控制線A與輸出線相通。 表21 BCD撥碼盤狀態(tài)表位 置84210000010001200103001l4010050101601107011l8100091001從表中可以看出,8、4、2、1四個(gè)端子與A是否導(dǎo)通所對(duì)應(yīng)的數(shù)值與其BCD碼完全一致。2) BCD拔碼盤的接口方法實(shí)際應(yīng)用BCD撥碼盤時(shí),如果A端接高電平,8、4、2、1引腳需要經(jīng)下拉電阻拉低,這樣,這四個(gè)引腳不與A接通時(shí)為低電平,與A接通時(shí)為高電平。從8、4、2、1引腳上讀到的數(shù)值即為撥碼盤輸入對(duì)應(yīng)的BCD碼。如果A端接低電平,8、4、2、1引腳需經(jīng)上拉電阻拉高,這樣,這四個(gè)引腳不與A接通時(shí)為高電平,與A接通時(shí)為低電平。從8、4、2、1引腳上讀取數(shù)據(jù)并取反后,才能得到與撥碼盤輸入對(duì)應(yīng)的BCD碼。(1)單個(gè)BCD撥碼盤與單片機(jī)的接口使用BCD撥碼盤作為輸入工具,BCD撥碼盤與MCS-51的連接方式如圖24所示。將BCD撥碼盤的公共引腳A接地,8、4、2、1引腳分別經(jīng)上拉電阻連到MCS-51的P1.3P1.0引腳上。這樣,當(dāng)BCD撥碼盤處于09十個(gè)位置上時(shí),MCS-51從P1.3P1.0上讀取數(shù)據(jù)并取反,即可得到相應(yīng)的BCD碼數(shù)字。例如,圖24中的開關(guān)4接通時(shí),P1 口低4位的輸入數(shù)據(jù)為101lB,將其取反后為0100B。圖24 單個(gè)BCD撥碼盤與MCS-51的連接此系統(tǒng)的程序清單如下：PBCDl：MOV A,P1 ;讀撥碼盤輸入CPL A ;取反ANL A,#0FH ;屏蔽高4位MOV R5,A ;暫存RL A ;(A)2ADD A,R5 ;(A)3MOV DPTR,#TABLE ;散轉(zhuǎn)表首地址送DFTRJMP A+DPTR ;散轉(zhuǎn)TABLE：LJMP PRG0 ;轉(zhuǎn)功能0LJMP PRGl ;轉(zhuǎn)功能1LJMP PRG2 ;轉(zhuǎn)功能2 ;轉(zhuǎn)其他功能 (2)多個(gè)BCD撥碼盤與單片機(jī)的接口在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,使用多個(gè)BCD撥碼盤的場(chǎng)合較多。這時(shí),一般針對(duì)A端有兩種方式可以選擇：第一，BCD撥碼盤的公共引腳A靜態(tài)接高電平或低電平;第二，BCD撥碼盤的公共引腳A動(dòng)態(tài)掃描。（1）A端靜態(tài)連接法。此方法適用于BCD撥碼盤數(shù)量不多的單片機(jī)系統(tǒng)中。兩個(gè)BCD撥碼盤和MCS-51單片機(jī)的連接方式如圖25所示。BCD撥碼盤的公共引腳A接+5V,4位數(shù)據(jù)線和74LS244中的4位并行輸入線相連,并通過(guò)電阻接地。這樣,當(dāng)BCD撥碼盤處于某個(gè)位置時(shí),和A端相通的數(shù)據(jù)線為1,不相通的數(shù)據(jù)線為0,數(shù)據(jù)線的狀態(tài)符合撥碼盤位置的BCD碼編碼規(guī)律。8031直接對(duì)擴(kuò)展的74LS244進(jìn)行讀操作,就可以讀取撥碼盤的狀態(tài)。圖25 兩個(gè)BCD撥碼盤和MCS-51單片機(jī)的連接圖25所示的接口方法的硬件邏輯比較簡(jiǎn)單,但需要占用較多的I/O口線。在單片機(jī)系統(tǒng)中,為了節(jié)省I/O口線,可以采取將幾個(gè)撥碼盤的數(shù)據(jù)線經(jīng)邏輯組合以后連接到并行口,通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行撥碼識(shí)別的方法。（2）動(dòng)態(tài)掃描法。所有BCD撥碼盤的公共引腳A分別接不同的掃描線。如果8、4、2、1數(shù)據(jù)線上拉,則A端采用低掃描;如果8、4、2、1數(shù)據(jù)線下拉,則A端采用高掃描。這里的低掃描具有兩層含義： 第一，任意時(shí)刻掃描線中只有一條為低電平,其余掃描線為高電平;第二, 在掃描過(guò)程中,掃描線需要周期性地依次變?yōu)榈碗娖?。高掃描則與低掃描完全相反。由于兩種掃描都是以動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行的,所以這兩種方法共稱為動(dòng)態(tài)掃描法。動(dòng)態(tài)掃描法在單片機(jī)的人機(jī)界面中應(yīng)用廣泛。兩種掃描法與數(shù)據(jù)線電位的拉高和拉低是對(duì)應(yīng)的,如果采用高掃描,則數(shù)據(jù)線需被下拉成低電平;如果是低掃描,則數(shù)據(jù)線需被上拉成高電平。這一規(guī)律適用于所有的掃描應(yīng)用場(chǎng)合。2.2.3光耦合器的介紹1)光耦合器的工作原理光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。2)光耦合器的優(yōu)點(diǎn)信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。 3)光耦合器的技術(shù)參數(shù)光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。最重要的參數(shù)是電流放大系數(shù)傳輸比CTR（Current-Transfer Ratio）。通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。當(dāng)接收管的電流放大系數(shù)CTR為常數(shù)時(shí)，它等于輸出電流IC之比，通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。第三章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 89C52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的52為8K程序空間，128字節(jié)的RAM，32條端口，5個(gè)中斷，2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長(zhǎng)的除法為48個(gè)周期。因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。用89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖31，89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)： （1）有可供用戶使用的大量I/O口線 （2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限 （3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 圖31 AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 電源電路系統(tǒng)所用直流電壓由三端集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。設(shè)計(jì)中電源由220V交流電提供，經(jīng)過(guò)變壓器降壓后得到15V交流電，通過(guò)接插件J1引入電路板，再經(jīng)過(guò)D1，D2,D3,D4四個(gè)二極管橋式整流，變?yōu)槊}動(dòng)直流，經(jīng)C1、C3濾波后由L7812穩(wěn)定輸出DC12V,提供光耦合器輸出端的電壓。再由C2、C4濾波后由L7805穩(wěn)壓再由C5、C6濾波后輸出DC5V，提供單片機(jī)的直流電壓，電源電路如圖32所示。圖32 電源電路設(shè)計(jì)3.1.2 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路時(shí)系統(tǒng)中必不可少的，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是RST引腳上為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)完成復(fù)位工作。圖33 復(fù)位電路設(shè)計(jì)3.1.3 晶振電路晶振在單片機(jī)系統(tǒng)中作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。本設(shè)計(jì)采用的電容C9、C10為100pF，晶振是12MHz。工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)晶振電路即分頻器的原始工作振蕩頻率，由石英晶體多諧振蕩器的諧振頻率來(lái)產(chǎn)生，晶振其實(shí)是一個(gè)頻率產(chǎn)生器，他主要把傳進(jìn)去的電壓轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)。提供給分頻率一個(gè)基準(zhǔn)的振蕩頻率，它是一個(gè)多諧振蕩器的正回饋環(huán)電路，也就是說(shuō)它把輸入作為輸出，把輸出作為輸入的回饋頻率，象這樣一個(gè)永無(wú)休止的循環(huán)自激過(guò)程。晶振電路如下圖所示：圖34 單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳接線3.1.4 輸入電路本設(shè)計(jì)用BCD碼撥盤及其撥鍵，根據(jù)BCD碼撥盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，把十進(jìn)制數(shù)通過(guò)BCD碼撥盤轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可讀的8421碼輸入CPU，根據(jù)應(yīng)用程序執(zhí)行相應(yīng)功能，本設(shè)計(jì)采用2個(gè)BCD碼撥盤，連接單片機(jī)的8個(gè)通道，其設(shè)計(jì)原理圖如下：圖35 BCD撥碼盤與AD89C52的連接3.1.5 顯示電路本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)發(fā)光二級(jí)管發(fā)光情況初步判斷系統(tǒng)輸出信號(hào)，當(dāng)發(fā)光二極管規(guī)律的交替閃亮?xí)r，可初步判定滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)中采用光耦合器進(jìn)行隔離，其設(shè)計(jì)原理圖如下：圖36 二極管顯示電路3.2 系統(tǒng)電路總原理圖完