聲音探測儀的設(shè)計

1、電阻自動測量儀的設(shè)計 第1章 功能說明自動電阻測試儀與傳統(tǒng)電阻測試儀器相比具有讀數(shù)方便，測量范圍廣，測量準(zhǔn)確等優(yōu)點，其輸出阻值采用液晶顯示，主要用于對電阻測量要求比較準(zhǔn)確的場所，工廠或科研實驗室使用。目前電阻測試儀的發(fā)展很快，尤其是傳感器得使用大大提高了測量的精度和靈敏度，再加上強大的液晶顯示界面，使得電阻的測量更加直觀方便。另一重要的方面是通過微型計算機的使用來提高儀器儀表的性能，提高儀表本身自動化、智能化程度和數(shù)據(jù)處理能力。儀器儀表不僅供單項使用，而且可能過標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)通道與電子計算機結(jié)合起來，組成各種測試控制管理綜合系統(tǒng)，滿足更高的要求。這就使得現(xiàn)今的電阻測試更加的自動化和智能化。第2

2、章 方案論證與設(shè)計在進行本設(shè)計前我們對各功能模塊進行了比較論證和選擇,將本次設(shè)計系統(tǒng)分為以下幾個部分：恒流源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路、被測電阻、單片機系統(tǒng)、鍵盤電路、顯示電路、電機控制電位器電路。圖2.1簡易自動電阻測試儀系統(tǒng)框圖2.1 單片機控制系統(tǒng)方案設(shè)計方案一：使用 AT89S52單片機作為系統(tǒng)的控制核心。單片機具有體積小，片上資源豐富，使用靈活，易于人機對話，是采用CMOS工藝的8位單片機，與AT89S51完全兼容，有較強的指令尋址和運算功能等優(yōu)點，但是該單片機是8位機，運行速度比較慢，功耗較高方案二：使用 STC12C5A32S29單片機作為系統(tǒng)的控制核心。STC12C5A

3、32S29具有體積小，片上資源豐富和 I/O口多可復(fù)用的優(yōu)點，最重要的是STC12C5A32S29是16位機，具有超低的功耗，而且本身集成8路10位的ADC，這是其他控制器不可比擬的優(yōu)勢，但是由于這種單片機的使用不是很熟練，使用起來存在很多弊端而AT89S52已經(jīng)滿足我們的要求。在此系統(tǒng)中，我們經(jīng)過細致的思考，最終選擇了方案一，用AT89S52作為整個系統(tǒng)的控制與計算中心。2.2 電阻測量模塊方案二：直接測量法，也叫轉(zhuǎn)換測量法。測量時，把電阻歐姆先轉(zhuǎn)換成別的量再測量。比如把被測量電阻施加以一個已知的電壓，那么再測量流過電阻的電流，根據(jù)歐姆定律，這個電流與電阻成正比。因此，我們采用測量這個電壓，

4、就可以得到電阻值。直接測量簡單快速，但轉(zhuǎn)換后很多因素直接參與誤差貢獻，比如恒流源的精度、電壓表的精度都直接影響被測電阻值。方案三：電阻電壓轉(zhuǎn)換測量法，采用R/U轉(zhuǎn)換器將被測電阻轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到的直流電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機控制輸出顯示被測電阻值到LCD。方案四：恒流源測量法，該方法是給待測電阻提供一個恒定電流，利用單片機的 AD 采集其兩端的電壓來確定其電阻值。此種方法簡單易行，但是由于電阻變化范圍是10010M，電壓變化范圍太大，而我們采用的是專用的AD 進行轉(zhuǎn)換，所以能實現(xiàn)要求的指標(biāo)，綜合性能優(yōu)于其它幾中方案。綜合考慮，選擇方案四。2.3 信號采集模塊方案一：可以

5、使用555振蕩器，通過555振蕩器測試不同阻值被測電阻時產(chǎn)生不同的脈沖，將所獲得的脈沖信號送至單片機，通過單片機內(nèi)部軟件對脈沖信號的處理，將所測值顯示在液晶顯示屏上。方案二：設(shè)置恒流源電路，當(dāng)測試被測電阻時，產(chǎn)生對應(yīng)的電壓值，然后使用A/D轉(zhuǎn)換器AD7705集成塊完成A/D轉(zhuǎn)換，將所獲得的數(shù)字量送至單片機，通過軟件對數(shù)字量的處理，將所測值顯示在液晶顯示屏上。綜合考慮系統(tǒng)的各項性能，最后我們考慮采用方案二。2.4 檔位選擇模塊 方案一：選用晶體二極管作為開關(guān)元件。二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)，利用

6、二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。用二極管作為開關(guān)作為檔位的選擇開關(guān)，采用單片機控制二極管的開關(guān)實現(xiàn)對檔位的選擇。方案二：采用選擇器CT74LS151集成塊實現(xiàn)對不同檔位的選擇。當(dāng)單片機檢測到所測電阻阻值大于所選檔位時自動控制選擇器CT74LS151實現(xiàn)對適當(dāng)檔位的選擇。方案三：采用繼電器作為檔位開關(guān)控制，繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。采用4個繼電器分別控制不同電阻測試檔位。控制系統(tǒng)由單片機系

7、統(tǒng)控制。綜合考慮設(shè)計的精確性和可操作性，我們決定采用方案三2.5 電機驅(qū)動模塊方案一：采用直流電機，直流電機速度快，價格便宜，通過調(diào)節(jié)電流來改變速度，驅(qū)動電路簡單，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑。但其轉(zhuǎn)距小，帶有大負載時很容易堵轉(zhuǎn)；而且由于其速度較快，不易控制，精確度低，不適合應(yīng)用在本題。方案二：采用步進電機，步進電機是一種能將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的機構(gòu)，通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，其精確度高。通過分析題目要求，步進電機可以達到題目要求的精度，而且價格適中，控制簡單。綜上所述，我們決定采用步進電機。2.6 顯示模塊方案一:采用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯

8、示具有亮度高、夜視效果好等優(yōu)點，但顯示信息量小，且自身功耗較大。方案二：12864點陣LCD液晶顯示。LCD液晶可輕松實現(xiàn)字母、漢字、圖像等的顯示，控制簡單。我們需要顯示內(nèi)容較多，所以采用此方案。2.7 電源模塊方案一：采用開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源功率大，效率高，但是紋波大，價格相對較高。方案二：采用線性直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源制作簡單，輸出穩(wěn)定，性價比較高。綜合考慮，我們選擇方案二。2.8 各模塊方案確認(rèn)（1）主控模塊：選用AT89S52。（2）信號源模塊：電阻測量采用恒流源法。（3）測量模塊：信號采集電路選用AD7705。（4）檔位選擇模塊：采用繼電器作為檔位開關(guān)控制。（5）電機驅(qū)動模

9、塊：電機采用步進電機。（6）液晶顯示采用12864LCD 液晶。（7）電源模塊：采用線性直流穩(wěn)壓電源。第3章 硬件電路設(shè)計3.1 總體設(shè)計框圖及說明 本簡易電阻自動測試儀采用AT89S52單片機為核心控制器，利用基于LM358構(gòu)成的恒流源的電阻測量方法，將測量的電壓值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊AD7705轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將數(shù)字信號輸入AT89S52單片機進行處理，完成電阻測量。再通過單片機與顯示模塊的連接，顯示測量結(jié)果。該測試儀由電阻測量電路模塊、電位器阻值變化曲線測試模塊、單片機、A/D轉(zhuǎn)換電路、時鐘電路、穩(wěn)壓電源、恒流源、顯示、鍵盤等模塊組成。系統(tǒng)方框圖如圖3.1所示。AT89S52（CPU）鍵盤控

10、制阻值信號采集數(shù)據(jù)顯示A/D轉(zhuǎn)換分頻電路電源電路檔位切換圖3.1 總體設(shè)計框圖3.2 模塊電路介紹 3.2.1 電源模塊輸入的外部電源首先經(jīng)過橋式整流、濾波電路濾波，再經(jīng)過7805芯片穩(wěn)壓成5V的直流電壓，向主控制器供電。圖3.2.1 電源模塊電路電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78系列和負電壓輸出的79系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO-220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保

11、護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。3.2.2 單片機與鍵盤控制AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。片上Flash允許程序

12、存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍

13、結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作

14、為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 此外，P1.0和P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能： P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器

15、能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TT

16、L 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能： P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INTO(外中斷0) P3.3 INT1(外中斷1) P3.4 TO(定時/計數(shù)器0) P3.5 T1(定時/計數(shù)器1) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 此外，P3口還接收

17、一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指

18、令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。 PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳

19、加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖3.2.2 鍵盤控制原理圖鍵盤功能如下：s1；電阻篩選功能鍵； s2：- s3：+ s4：自動測量電位器3.2.3 A/D采樣模塊在AD7705與單片機系統(tǒng)進行連接時，使用并行采集方式，要連接BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，可以將AD7705的/STB信號接至AT89S52的P3.2（INT0）。AD7705是AD公司新推出的16位-A/D(電荷平衡式)轉(zhuǎn)換器。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器(PGA)組成的前端模擬調(diào)節(jié)電路,

20、-調(diào)制器,可編程數(shù)字濾波器等部件。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行AD轉(zhuǎn)換。這種器件還具有高分辨率、動態(tài)范圍寬、自動校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點,非常適合儀表測量、工業(yè)控制等入通道,能達到0.003%非線性的16位無誤碼數(shù)據(jù)輸出,其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定,還可選擇輸入模擬緩沖器,以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。工作電壓3V或5V。3V電壓時,最大功耗為1mW,等待模式下電源電流僅為8mA。AD7705需要外部的時鐘信號，本設(shè)計采用CD4040來對ALE信號進行分頻。CD4040是由12個T型觸發(fā)器組成的串行二進制計數(shù)器/分頻器，有12個分頻輸入端，Q1-Q12，最大分

21、頻系數(shù)為2=4096。本設(shè)計將單片機的ALE16分頻作為AD7705的時鐘。圖3.2.4 AD采樣模塊3.2.5 檔位切換電路 控制系統(tǒng)由單片機控制，采用4個繼電器分別控制不同電阻測試檔位。當(dāng)單片機相應(yīng)的I/O口輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電吸起，從而接通相應(yīng)的基準(zhǔn)量程電路。圖3.2.5 檔位切換電路 3.2.6 數(shù)據(jù)顯示通過LCD驅(qū)動程序?qū)T89S52處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定顯示，在測試期間顯示能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)離開測試能夠迅速歸零。圖3.2.6數(shù)據(jù)顯示原理圖本模塊采用的是12864LCD液晶顯示:12864是128*64點陣液晶模塊的點陣數(shù)簡稱。該點陣的屏顯成本相對較低，適用

22、于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864，內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84行1616點陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。它有以下基本特點基本特性:1、低電源電壓（VDD:+3

23、.0-+5.5V）2、顯示分辨率:12864點3、內(nèi)置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選)4、內(nèi)置128個168點陣字符5、2MHz時鐘頻率6、顯示方式：STN、半透、正顯7、驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS8、視角方向：6點9、背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/1010、通訊方式：串行、并口可選11、內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓12、無需片選信號，簡化軟件設(shè)計13、工作溫度:0-+55,存儲溫度:-20-+60第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序機構(gòu)說明我們的程序機構(gòu)主要包括：主控程序模塊、鍵盤掃描及處理子程序、12864液晶顯示程序

24、、阻值信號采樣數(shù)據(jù)處理子程序、A/D中斷控制子程序、定時器子程序、檔位控制子程序、中斷子程序等幾個部分組成。結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1。圖4.1 主程序機構(gòu)框圖4.2 程序流程圖圖4.2程序流程圖4.3源程序：源程序：#include #include #include #include unsigned char inte=0; /頻率值溢出定時器值unsigned long int uu=0; /頻率相對應(yīng)的計數(shù)值unsigned long int ff=0; /實際頻率值typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint; uchar ke

25、y1; int m=0,w=0,q=0,b=0,s=0,g=0;#define LEDSEGXBYTE0xbfff#define LEDDATXBYTE0xdfffvoid delay_50us() uchar i;for (i=0; i6; i+);void display(uchar num,uchar seg)switch(num)case 1:num=0x06;break;case 2:num=0x5b;break;case 3:num=0x4f;break;case 4:num=0x66;break;case 5:num=0x6d;break;case 6:num=0x7d;brea

26、k;case 7:num=0x07;break;case 8:num=0x7f;break;case 9:num=0x6f;break;case 0:num=0x3f;break;default :num=0x00;break;switch(seg)case 1:seg=0x01;break;case 2:seg=0x02;break;case 3:seg=0x04;break;case 4:seg=0x08;break;case 5:seg=0x10;break;case 6:seg=0x20;break;default :seg=0x00;break;LEDSEG=seg;delay_50

27、us();LEDDAT=num;delay_50us();void timer1(void) interrupt 3TL1=0x00;TH1=0x00;void cafrequent(void)reentrant long int l1=0x00; long int h1=0x00; float tt=0; /tt用于計算頻率 TMOD=(TMOD&0x0F)|0x90; TH1=0x00; TL1=0x00; ET1=1; EA=1; while(fw=1); TR1=1; while(fw=0); while(fw=1); TR1=0; l1=TL1; h1=TH1; uu=h1*256+l1+inte*65536; inte=0; tt=uu/(11.0592*.0/12.0); ff=(unsigned long int)(1.0/tt); /頻率值void judgekey() long int R=0,C=0,L=0; cafrequent(); delay_5ms(); while(sr=0) if (srd=0) /R=(.0/(