八通道智能流速儀

1、摘 要流速儀是我們在測量河流、湖泊和渠道等水流體水流速度的儀器，本文從硬件和軟件兩方面對八通道智能流速儀的研制進行了闡述。八通道智能流速儀系統(tǒng)的設計可以用于低頻通用計數(shù)器和頻率計的電路中。它以單片機AT89S52為核心，通過四位共陰數(shù)碼管顯示水流速，兩個獨立按鍵選擇模式和三個撥碼開關實現(xiàn)人機對話，采用旋漿式光電傳感器采集水流速并轉化為光能，通過光敏三極管轉換為電脈沖信號送到NE555芯片進行整形，最后送到單片機通過單片機定時計數(shù)得到數(shù)據(jù)并在數(shù)碼管上顯示出來。 關鍵詞：流速儀 AT89S52 光電轉換 Abstract Flow meter is measured in rivers, lake

2、s and channels of water fluid flow velocity instrument. This paper discussed development of eight channel intelligent velocity instrument from two aspects of hardware and software. Design of eight channels intelligent velocity instrument system can be used in the circuit of low frequency and frequen

3、cy of general counter. It takes AT89S52 as the core, through the four were negative, digital tube display of flow velocity. Two independent key selection mode and three dial switch to realize man-machine dialogue. Using photoelectric type propeller sensors to collect water velocity and into light. T

4、he photosensitive triode is converted into electric pulse signal to the NE555 chip shaping. Finally sent to the MCU data through the microcontroller timer counter and in the digital tube display.Key Words: Flow meter; AT89S52; The photoelectric conversion； I目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論1第二章 系統(tǒng)總體設計62.1 硬件總體

5、設計規(guī)劃22.2 軟件總體設計規(guī)劃6第三章 硬件設計83.1 AT89S51 單片機最小系統(tǒng)模塊設計43.1.1 AT89S51 簡介43.1.2 AT89S51 主要性能參數(shù)43.1.3 AT89S51 功能特性概述43.1.4 AT89S51 引腳功能43.1.5 單片機最小系統(tǒng)組成43.2 電源模塊設計83.3旋漿式光電傳感器模塊和整形電路模塊設計83.3.1 旋漿式光電傳感器原理83.3.2 NE555 構成整形電路模塊123.4八通道選擇模塊設計163.4.1 74HC4051 簡介163.4.2 74HC4051 功能及使用163.4.3 74HC4051 構成八通道選擇模塊原理圖

6、173.5信號調理和監(jiān)視模塊設計183.6鍵盤模塊設計183.7數(shù)碼管顯示模塊設計183.7.1 數(shù)碼管簡介183.7.2 數(shù)碼管引腳圖193.7.3 數(shù)碼管驅動方式193.7.4 數(shù)碼管顯示模塊原理圖13第四章 軟件設計184.1 總程序設計規(guī)劃184.2 鍵盤模塊程序設計194.3 中斷定時程序設計204.4 數(shù)碼管顯示程序設計20結論22參考文獻22致 謝24附錄一 程序28附錄二 整體電路圖31第一章 緒論在現(xiàn)代水工、河工模型實驗中，流速測量是模型試驗一個非常重要的內容，所以流速儀是我們在測量河流、湖泊和渠道等水流體水流速度的儀器，也是河工模型試驗中使用最多的檢測儀器之一。本文從硬件和

7、軟件兩方面對八通道智能流速儀的研制進行了闡述。八通道智能流速儀系統(tǒng)的設計可以用于低頻通用計數(shù)器和頻率計的電路中。它以單片機AT89S52為核心，通過四位共陰數(shù)碼管顯示水流速，兩個獨立按鍵選擇模式和三個撥碼開關實現(xiàn)人機對話，采用旋漿式光電傳感器采集水流速并轉化為光能，通過光敏三極管轉換為電脈沖信號送到NE555芯片進行整形，最后送到單片機通過單片機定時計數(shù)得到數(shù)據(jù)并在數(shù)碼管上顯示出來。其中兩個獨立按鍵為循環(huán)和單通道模式的選擇，三個撥碼開關可以在單通道模式時選擇通道數(shù)。隨著電子計算機技術的迅速發(fā)展，一些智能流速儀等新型測量儀器，已經逐步得到應用，相比以前那些測量儀，大大減小了誤差，本文采用了旋漿式

8、光電傳感器，它的旋漿葉片邊緣電鍍了反光鏡片，傳感器上端安裝一發(fā)光源，旋漿轉動時，反光鏡片產生反射光，送至光敏三極管，轉換成電脈沖信號。這樣會使得數(shù)據(jù)采集中干擾減小從而減小了誤差。采集類儀器儀表總的發(fā)展趨勢是高性能、數(shù)字化、集成化、智能化和網絡化。智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計是為了滿足市場對成本低、性能穩(wěn)定、精確度高、使用方便而做的課題，具有較為廣闊的市場前景。本系統(tǒng)的核心控制芯片選用的是51系列單片機AT89S52，單片機在各個技術領域中的迅猛發(fā)展，與單片機所構成的計算機應用系統(tǒng)的特點有關： 單片機構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。 系統(tǒng)構建簡潔、易行，能方便的實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 由于構成的系統(tǒng)是一個計算機

9、系統(tǒng)，相當多的功能由軟件實現(xiàn)，故具有柔性特點。 有優(yōu)異的性能價格比。31第二章 系統(tǒng)總體設計2.1 硬件總體設計規(guī)劃本電路的設計包括光電旋漿傳感器模塊、NE555芯片整形電路模塊、八選一通道控制模塊、信號調理模塊、按鍵控制模塊、單片機處理模塊、數(shù)碼管顯示模塊和電源模塊。我們用光電旋漿傳感器采集水流速，并轉換為脈沖電信號，再通過NE555芯片對采集到的電信號進行整形處理，然后經八選一模擬開關進行通道控制處理，再由信號調理電路模塊對進入的信號進行處理，轉換為等幅脈沖。最后送到單片機上，由單片機對脈沖進行計數(shù)，設定的測流時間后，單片機算出流速并將流速在數(shù)碼管上顯示出來。系統(tǒng)總體結構框圖如圖2-1 所

10、示：光電旋槳傳感器（水流速信號采）集）NE555芯片對脈沖整形八選一模擬開關信號調理電路單片機數(shù)碼管顯示按鍵，撥碼開關圖2-1 系統(tǒng)總體結構框圖本課題的設計可以完成以下功能： 剛剛開始打開電源開關，數(shù)碼管上顯示0 通道的數(shù)據(jù)，四位數(shù)碼管的第一位顯示通道數(shù)，后三位顯示水的流速。 我們可以通過兩個獨立按鍵來選擇工作模式，當按鍵S3 按下時，為循環(huán)模式，數(shù)碼管上就依次從通道0 到通道7 循環(huán)顯示八通道數(shù)及其水流速；當按鍵S4 按下時，為單通道模式，這時我們可以通過控制撥碼開關來選擇我們想要的通道數(shù)及其水流速。其中撥碼開關是按照A、B、C對照8421碼來選擇通道的，如當A、B、C 分別為0、0、0 是

11、就是0 通道，分別為1、0、0 是就為1 通道。 2.2 軟件總體設計規(guī)劃良好的設計方案可以減少軟件設計的工作量，提高軟件的通用性，擴展性和可讀性。對于模塊很多的我們可以采用模塊化編程的方式來進行編程，這樣會使得程序簡單明了。本系統(tǒng)的軟件設計方案和步驟如下： 了解單片機內部資源，我們采用C 語言進行編程，查找資料找我們需要模塊的代碼。 我們用單片機產生中斷，利用T1 口作為計數(shù)器，T0 口作為定時器對送進來的信號進行采集并了解相關算法。 利用Keil-C51軟件進行相關編程調試，并在Proteus 軟件中仿真看其效果并調試。第三章 硬件設計3.1 AT89S51單片機最小系統(tǒng)模塊設計3.1.1

12、 AT89S51簡介AT89S51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89S51單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。其實物圖如圖3.1 所示：圖3.1 AT89S51 實物圖3.1.2 AT89S51 主要性能參數(shù). 兼容MCS51指令系統(tǒng). 8kB可反復擦寫(大于1000次）Flash ROM；. 256*8bit內部RAM；. 32個雙向I/O

13、口；. 2個外部中斷源，共8個中斷源；. 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；. 2個串行中斷，可編程UART串行通道；. 2個讀寫中斷口線，3級加密位；. 時鐘頻率0-24MHz；. 低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能；. 有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求。3.1.3 AT89S51 功能特性概述AT89S51提供以下標準功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B內部RAM,32個I/O接口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51 可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支

14、持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。3.1.4 AT89S51 引腳功能AT89S51芯片引腳如圖3.2 所示：圖3.2 AT89S51芯片引腳圖AT89S51引腳介紹如表3.1所示：表3.1 AT89S51 引腳介紹引腳號接口名稱介紹說明18P1 口它是一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8個TTL門電流。能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行

15、校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。9RST復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。1017P3 口它是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。18XTAL1它是反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。19XTAL2它是來自反向振蕩器的輸出。20GND接地2128P2 口它為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口。它的緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流。29/PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器

16、時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。30ALE/PROG當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR中8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。31/EA/VPP當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序

17、存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。3239P0口它是一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8個TTL門電流。當它的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。它能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，它作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，它輸出原碼，此時它的外部必須被拉高。40VCC供電電壓其中P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表3.2所示：P3.0RXD（串

18、行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）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）表3.2 P3口功能3.1.5 單片機最小系統(tǒng)的組成AT89S51單片機最小系統(tǒng)包括：單片機、復位電路、晶振電路。原理圖如圖3.3 所示：圖3.3 單片機最小系統(tǒng)原理圖其中復位電路采用手動按鍵復位的方式，晶振電路中我們用12 MHZ晶振，系統(tǒng)的機器周期就為1us。3.2 電源模塊設計電路中我們需要給其供電，而單片機我們一般使用5 V電源供電，電源電路通常包

19、括降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓。電源模塊原理圖如圖3.4 所示： 圖3.4 電源模塊原理圖其中F1 為保險絲，它的作用是用來保護電路安全，避免因短路而燒掉元器件。T1為220 V/12 V型號變壓器，我們通過它把220 V交流電降到12 V 。D10為四個二極管組成的橋式整流電路，它的作用是把交流轉換為直流。電容C20 的作用是濾波，其作用是把整流后的直流電壓消除毛刺使其穩(wěn)定。VR1 為LM7805芯片，它是穩(wěn)壓電路，其作用是把直流12 V電壓穩(wěn)定到5 V。最后C21 、C22 兩個電容也是濾波，使流出來的電壓更加穩(wěn)定。P2 為一個六角可鎖開關，它是作為線路中的電源開關，當其沒有按下時2,3 腳和5

20、,6 腳導通，1,2腳和4,5腳斷開；當按下鎖定時2,3 腳和5,6 腳斷開，1,2腳和4,5腳導通。而D11 為發(fā)光二極管，其作用是作為電源指示燈，我們可以通過它判斷電路是否供電。3.3旋漿式光電傳感器模塊和整形電路模塊設計3.3.1 旋漿式光電傳感器原理旋漿式光電傳感器是一種線速度角速度的傳感器，旋漿在動水壓力作用下產生的轉動角速度與此動水的線速度之間有下式關系：V = Kn + C = K * N / T + C式中：V流速； N旋漿轉動頻率； K傳感器的比例系數(shù)； C旋漿的修正值； T計測旋轉數(shù)所用的時間； N在T時段內的旋漿轉數(shù)；所以只要在一定時間內，測得旋漿的轉動次數(shù)，便可求出相應

21、的流速。它的原理圖如圖3.5 所示：圖3.5 旋漿式光電傳感器原理圖圖中Q1 為光敏三極管，我們把它的集電極連接到后面的整形電路中，當它受到一定光照強度之后，由截止變?yōu)閷?，集電極就由原來的高電平變?yōu)榈碗娖剑敍]有光照后，它就截止，集電極又由低電平變?yōu)楦唠娖?，如此反復就可以在集電極產生高低脈沖。也就把光脈沖轉換為了電脈沖。3.3.2 NE555 構成整形電路模塊1. NE555 簡介NE555 （Timer IC）為8腳時基集成電路，大約在1971年由Signetics Corporation發(fā)布，在當時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出許多的

22、應用電路，后來基于CMOS技術版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應。其實物圖如圖3.6 所示：圖3.6 NE555 實物圖2. NE555 的功能參數(shù). 供應電壓4.5-18V . 供應電流3-6 mA . 輸出電流225mA (max) . 上升/下降時間100 ns3. NE555 內部結構NE555 內部結構如圖3.7 所示：圖3.7 NE555 內部原理圖555定時器由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標注的數(shù)字為管腳號。其中

23、，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時器直接復位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V18V范圍內使用。4. NE555 的引腳功能NE555 芯片引腳圖如圖3.8 所示：圖

24、3.8 NE555芯片引腳圖NE555 引腳功能如表3.3所示：表3.3 NE555 引腳功能引腳序號引腳名稱引腳功能1GND接地2TRIG觸發(fā)點：這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。3OUT輸出：當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。4RST重置復位：個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。5CVOLT控制：這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時

25、器經營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。6THR重置鎖定：Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。7DISC放電：這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。8VCC接VCC ，給芯片供電5. NE555 定時器的應用NE555有三種典型應用電路分別是： 多諧振蕩器；如圖3.9 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器； 如圖3.10 施密特觸發(fā)器； 如圖3.11 圖3.9 555多諧振蕩器 圖3.10 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖3.11 555施密特

26、觸發(fā)器6. NE555 構成施密特觸發(fā)器作為整形電路.NE555 構成施密特觸發(fā)器原理圖如圖3.12 所示：圖3.12 NE555 施密特觸發(fā)器原理圖. NE555 構成施密特觸發(fā)器工作原理：設2和6腳電壓為Vi，3 腳電壓為Vo 。當Vi=0V時，即Vi12/3Vcc、Vi22/3Vcc、Vi21/3Vcc，此時定時器狀態(tài)翻轉為0，輸出Vo=0，此后Vi繼續(xù)上升，然后下降，只要不低于觸發(fā)電位（1/3Vcc），輸出維持0不變。當Vi繼續(xù)下降，一旦低于觸發(fā)電位（1/3Vcc）后，Vi12/3Vcc、Vi21/3Vcc，定時器狀態(tài)翻轉為1，輸出Vo=1。通過原理我們可以知道利用它作為整形電路我們可

27、以把發(fā)光三極管集電極的脈沖整形為標準的矩形脈沖，可以減少信號干擾，使得我們測得的數(shù)據(jù)準確。.整個采集與整形模塊的電路如圖3.13 所示：圖3.13 信號采集整形模塊接線圖我們在原理圖中畫了八路這樣的信號采集整形電路，因為我們這個設計要測得八路不同的數(shù)據(jù)，我們需要八路傳感器來采集信號。3.4八通道選擇模塊設計3.4.1 74HC4051 簡介74HC4051是一款高速CMOS器件，74HC4051引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC4051遵循JEDEC標準no.7A。74HC4051 芯片引腳圖如圖3.14 所示：圖3.14 74HC4051 芯片引腳圖74HC4051 為八

28、通道模擬開關，其中Y0Y7為數(shù)據(jù)輸入接口；Z 為輸出接口；E 為使能接口，只有當E 為低電平時芯片才能正常工作。VCC和VEE都為電源接口。3.4.2 74HC4051 功能及使用74HC4051 相當于一個單刀八擲開關，開關接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。而在用這個芯片是我們得先把“E”腳接到地上，因為它是低電平有效，只有把它拉低才能對通道進行控制。由于在這我們是把它當做一個多路數(shù)據(jù)選擇器，VEE 應該接到地。對于如何控制通道數(shù)的選擇，我們參照真值表可以得出。74HC4051 的真值表如表3.4 所示：表3.4 74HC4051 真值表ES2S1S0選中輸入通道00000000

29、110010200113010040101501106011171NONONONO3.4.3 74HC4051 構成八通道選擇模塊原理圖我們選擇74HC4051 八選一模擬開關，用它來控制通道的選擇。它的接線原理圖如圖3.15 所示：圖3.15 八通道模擬開關電路接線圖我們是通過控制圖中的A,B,C 的高低電平來選擇導通的通道。比如A=1，B=0，C=1 就是選擇了通道5。3.5信號調理和監(jiān)視模塊設計信號調理和監(jiān)視電路如圖3.16 所示：圖3.16 信號調理和監(jiān)視電路接線圖我們用兩個非門對送進來的脈沖進行調理使其變得更加穩(wěn)定，圖中D9 為發(fā)光二極管，它是信號監(jiān)視電路，通過它的閃爍情況我們可以知

30、道脈沖的快慢。3.6鍵盤模塊設計鍵盤模塊的接線圖如圖3.17 所示：圖3.18 鍵盤接線模塊圖中S2 為撥碼開關，S3、S4為獨立按鍵，在鍵盤連接的單片機I/O口上我們都給它接上下拉電阻，目的是提高電平確保按鍵穩(wěn)定性。鍵盤另一端我們接到地上。3.7數(shù)碼管顯示模塊設計3.7.1 數(shù)碼管簡介數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。我們可以利用數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字，在本設計中我們就是利用數(shù)碼管來顯示水的流速。數(shù)碼管可以分為共陰數(shù)碼管和共陽數(shù)碼管，其中共陰極的數(shù)碼管公共端需要接地，才能正常顯示，而共陽極數(shù)碼管是只有在公共端接VCC 時才能正常顯示。當然共陰和共陽的段碼也是不同的，這點在編程

31、時需要注意本文中我們用到的是共陰數(shù)碼管，其實物圖如圖3.19 所示。圖3.19 數(shù)碼管實物圖3.7.2 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管引腳圖如圖3.20 所示圖3.20 數(shù)碼管引腳圖3.7.3 數(shù)碼管顯示方式數(shù)碼管的顯示方式可以分為動態(tài)和靜態(tài)的兩類。.靜態(tài)顯示：靜態(tài)的也叫鎖存方式，單片機送出數(shù)據(jù)后控制外圍鎖存器件鎖存數(shù)據(jù)，這樣數(shù)碼管筆段里的電流不變，數(shù)碼管穩(wěn)定顯示，這樣單片機可以干別的活不用管數(shù)碼管了。這種方案的優(yōu)點是對單片機的P口資源和時間耗用很少，但是數(shù)碼管的外圍輔助電路復雜。 .動態(tài)顯示：動態(tài)的也叫掃描方式，是利用發(fā)光二極管的余輝效應和人眼的視覺暫留效應來實現(xiàn)的，只要在在一定時間內數(shù)碼管的筆段亮的頻

32、率夠快，人眼就看不出閃爍，一般外圍硬件較少，但是對單片機資源耗用巨大。3.7.4 數(shù)碼管顯示模塊原理圖數(shù)碼管接線及其驅動接法如圖3.21 所示： 圖3.21 數(shù)碼管接線及其驅動電路接線圖在數(shù)碼管顯示時，如果我們沒有驅動它的電路數(shù)碼管很可能就會很暗或者是無法顯示，這是因為數(shù)碼管顯示要一定的電壓，而單片機的I/O 口電壓不足以使它正常工作。所以我們得設計一個驅動電路來驅動它讓它正常工作。而圖中的PNP 三極管就是我們用來驅動數(shù)碼管的。第四章 軟件設計4.1 總程序設計規(guī)劃主程序流程圖如圖4.1 所示：主程序允許中斷，設置定時器，計數(shù)器及其工作方式啟動定時器計數(shù)器計算出水流速鍵盤掃描顯示結果YN圖4

33、.1 主程序流程圖開始時對中斷進行初始化，設置工作方式，接著開始對鍵盤進行掃描，如果有鍵盤按下就開始啟動定時器，并在這時間內計算出脈沖高低的次數(shù)，通過公式算法算出水流速值，最后顯示在數(shù)碼管上。4.2 鍵盤模塊程序設計鍵盤模塊程序流程圖如圖4.2 所示：否開始初始化延時消抖S3按下為循環(huán)模式并啟動定時中斷判斷按鍵是否按下S4按下為單通道模式并啟動定時中斷撥碼開關控制通道數(shù)是圖4.2 鍵盤模塊流程圖對鍵盤進行掃描后，如果獨立按鍵K1 按下時，就進入循環(huán)模式，K2 按下時就進入單通道模式，并通過撥碼開關來控制通道數(shù)。4.3 中斷定時程序設計中斷定時模塊程序流程圖如圖4.3 所示：開始初始化設置定時器

34、計數(shù)器在定時的時間內對脈沖計數(shù)圖4.3 中斷定時流程圖在中斷過程中我們定時一 秒，看在這一秒時間內單片機P3.4 口出現(xiàn)了幾次高低脈沖，我們就根據(jù)公式V = Kn + C = K * N / T + C 計算水流速。我們默認K=4 ,C=2 ，那么水流速V = 4 * N + 2 。4.4 數(shù)碼管顯示程序設計數(shù)碼管顯示流程圖如圖4.4 所示：我們先把通道數(shù)的段碼送到P0 口，并在P1口設置它的位碼使其顯示。再把采集并計算好的數(shù)據(jù)分為個、十、百位的單個數(shù)據(jù)送到單片機P0 口作為段碼，在控制P1 口位碼來讓數(shù)碼管輪流顯示。由于間隔時間的總和小于0.1秒，根據(jù)人眼的視覺暫留效應，四個數(shù)碼管看起來同時

35、點亮。開始“4”段碼送P0口位碼送P1選中第四位數(shù)碼管“3”段碼送P0口位碼送P1選中第三位數(shù)碼管“2”段碼送P0口位碼送P1選中第二位數(shù)碼管“1”段碼送P0口位碼送P1選中第一位數(shù)碼管圖4.4 數(shù)碼管顯示圖結論綜上所述，本設計方案根據(jù)任務書要求設計和制作，實現(xiàn)了單片機對八路不同信號的采集和顯示，也滿足了按鍵控制的要求。這次設計中，我了解到了如何利用光電轉換來采集水的流速，并對采集到的信號進行處理的方法，如何盡量把誤差減小到最小。我們通過單片機的定時中斷來采集輸入的信號，并計算一定時間內的高低電平次數(shù)，通過算法調整最后把水流速顯示在數(shù)碼管上。這次設計中，我們所遇到的最大困難是在數(shù)碼管顯示模塊上

36、，開始時當我們要在數(shù)碼管上循環(huán)顯示八通道的數(shù)據(jù)時，數(shù)碼管會一閃一閃的顯示數(shù)字，無法一直亮著，通過查找資料我們知道，這是因為數(shù)碼管動態(tài)顯示要穩(wěn)定需要在共陰極以很快的時間來交換電平，讓我們肉眼無法看清每個數(shù)碼管上的數(shù)字交換而行形成的一種錯覺，讓我們誤以為數(shù)碼管在穩(wěn)定的顯示，最后我們通過改變延時時間使數(shù)碼管穩(wěn)定的顯示出來了，可是由于數(shù)碼管的顯示太占單片機的CPU 的時間，導致每次數(shù)碼管上顯示出來的水流速是上一通道的數(shù)據(jù)，為了解決這個問題我們花了大量的時間去調試程序，最后只能通過增加延時來減小它們之間的時間間隔。這讓我們覺得有點美中不足。這次畢業(yè)設計對于我來說，既是一次挑戰(zhàn)，又是一次提高。通過這次的畢

37、業(yè)設計，我學到了很多新的東西，鞏固了很多已學許久的知識，也是通過這次實踐，增強了動手能力，深刻體會到書本上的理論知識在實際設計制作過程中應用的樂趣，使我對單片機內部工作原理及其相關芯片實現(xiàn)的功能有了更深、更進一步的了解和認識，如NE555作為施密特觸發(fā)器來對脈沖進行整形，這是以前在學習NE555芯片時沒注意到的知識。也是通過這次畢業(yè)設計也使我了解到書本知識和實際應用的差別。在實際應用中遇到很多的問題，讓我有機會自己一步步動手去解決，提高了我的實踐能力，也在設計的過程中萌生了樂趣。本次設計可能還有存在的問題沒有發(fā)現(xiàn)，也有許多可以改進的地方，希望以后有機會再進行優(yōu)化改進。參考文獻1、全國大學生電子

38、設計競賽獲獎作品選編 北京理工大學出版社 20032、蔡明生 編著 電子設計 高等教育出版社 20043、梁廷貴主編 現(xiàn)代集成電路實用手冊 科技文獻出版社出版 19994、黃智偉主編全國大學生電子設計競賽訓練教程電子工業(yè)出版社 20055、Gray,P.R. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits Higher Education Press 2002 6、Floyd,T.L.Fundamentais of Anaiog Circuits(Second Edition) Higher Education Press 2002 致 謝附錄一：#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar code wyq=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;