畢業(yè)設計出租車計價器系統(tǒng)的模擬設計

1、南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）出租車計價器系統(tǒng)的模擬設計 徐滿意班 級 07自動控制 專 業(yè) 電子信息工程(自動控制) 教 學 系 機電技術系 指導老師 何 暉 完成時間2010年3月10日至2010年5月20日 前言隨著人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為生活中主導的交通工具，汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。在汽車產(chǎn)業(yè)的推動下，一門新興的電子學科汽車電子，得以迅速的發(fā)展。20世紀80年代以來，提高汽車性能，節(jié)約能源和保護環(huán)境，主要取決于電子控制技術。在汽車上，電子控制技術主要用于汽車動力性、安全性、舒適性和娛樂通訊信息控制。隨著機電一體化汽車和電子化汽車的誕生，汽車電子學和汽車電子控制技術等新科學、

2、新技術正在蓬勃發(fā)展。近年來，隨著高性能單片機技術的不斷發(fā)展，單片機在電子控制領域中占據(jù)了不可替代的重要地位。MCS-51系列單片機經(jīng)過十幾年的發(fā)展，從性能、指令功能、運算速度、控制能力等方面都有很大的提高。目前MCS-51兼容的產(chǎn)品多達幾百種，單片機的應用日益廣泛，具有廣闊的發(fā)展前景，已被越來越多的技術工作者所關注和應用。出租車計價器是出租汽車必不可少的附件，用于記錄里程、等待時間、是否往返、起步公里數(shù)與價格的關系，它能有效地避免司機與乘客之間的矛盾，保證雙方的利益。本文介紹的模擬出租車計價器能根據(jù)里程總數(shù)、等待時間長短、是否往返、起步公里數(shù)的情況作出相應報價和打印票據(jù)等。該模擬電路由輸入部分

3、：車速檢測電路、鍵盤掃描電路和輸出部分：LCD顯示部分、蜂鳴電路、信息存儲、打印機、電機驅(qū)動電路組成。希望通過本文的設計實例，對專業(yè)學習內(nèi)容作一次仿真的演練，再一次學習和提高自已的專業(yè)理論水平，為今后的專業(yè)工作打下基礎。 目錄一、設計方案說明11.1計價器系統(tǒng)設計技術要求1計價器功能簡述1設計任務和要求11.2計價器系統(tǒng)設計方案論證2控制器2 顯示模塊3 信息存儲模塊選擇3 電機驅(qū)動模塊5 電源部分6二、硬件電路設計72.1 單片機系統(tǒng)的I/O口分配72.2 電源電路82.3 I2C 串行總線132.4 打印機172.5 LCD 液晶顯示192.6 步進電機驅(qū)動電路242.7 看門狗電路252

4、.8 車速檢測電路27三、軟件設計293.1 程序設計思路293.2 程序總體流程框圖30四、設計總結(jié)31五、結(jié)束語32參考文獻33 出租車計價器系統(tǒng)的模擬設計摘要 :本論文主要闡述了模擬出租車計價器系統(tǒng)設計，該計價器采用AT89S52單片機為其控制核心，實現(xiàn)計價器的測速、記錄里程/時間、計算金額、打印、信息存儲、電機調(diào)速等功能。計價器主要就是對檢測電路、鍵盤電路進行信號采集，并根據(jù)其信號做出相應的動作顯示、打印、存儲、報警、電機調(diào)速。以AT89S52核心控制輸入出入接口采用必要的隔離處理和看門狗電路，軟件中也設置了軟件陷阱，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。關鍵字：AT89S52 I2C LCD

5、一、設計方案說明1.1計價器系統(tǒng)設計技術要求計價器功能簡述出租車計價器用于記錄里程、等待時間、是否往返、起步公里數(shù)與價格的關系，它能有效地避免司機與乘客之間的矛盾，保證雙方的利益。模擬出租車計價器能根據(jù)里程總數(shù)、等待時間長短、是否往返、起步公里數(shù)的情況作出相應報價和打印票據(jù)等。該模擬電路由輸入部分：車速檢測電路、鍵盤電路和輸出部分：LCD顯示部分、蜂鳴電路、信息存儲、打印機、電機驅(qū)動電路組成。功能框如圖1.1所示：圖1.1 功能框圖設計任務和要求用LCD液晶屏顯示器顯示A.里程數(shù)(Z)，單位為公里B.金額數(shù)(J)，單位為元C.總等待時間(T)，顯示小時和分鐘D.計價器工作狀態(tài)規(guī)定出租車的單程價

6、格為2元/公里，往返則價格為1.5元/公里，單價由單程/往返按鍵設定。車速<3公里/小時的時間累積為總等待時間T(分鐘)，每5分鐘等待時間相當于里程數(shù)增加1公里。起步公里數(shù)為3公里，價格為8元；若實際運行大于3公里，超出3公里的里程按“設計任務2”計算價格。用單片機控制電機轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒對應車速為5公里/小時，50轉(zhuǎn)/秒對應車速為50公里/小時，以此類推。要求公里數(shù)誤差不超過±10%。到達目的地后，按“暫停”鍵，計價器停止計價，模擬電機停止轉(zhuǎn)動，再按一次又能返回前一狀態(tài)。按“清除”鍵，計價器能將記錄數(shù)據(jù)(里程、等待時間與價格等)自動清0。按“打印”鍵，計價器能將記錄數(shù)據(jù)打

7、印出來。按“調(diào)速”鍵，電機能以不同的速度運行。注：考慮到實際應用過程中，隨著物價的變動，計價器的價格也會隨著改變，本系統(tǒng)增加了價格調(diào)節(jié)功能，但為了避免出租車司機隨意調(diào)節(jié)價格，又增加了電子鎖功能，這樣只有在輸入正確的密碼情況下才能對價格進行調(diào)節(jié)。當計價器停止工作狀態(tài)時，按“調(diào)節(jié)”鍵，計價器進入密碼界面，按“移位”鍵選擇要修改哪一位密碼的數(shù)字，按“增加”鍵(數(shù)字09循環(huán))，改變密碼數(shù)據(jù)，再次按“調(diào)節(jié)”鍵，進行密碼確認，如果密碼正確，直接進入調(diào)節(jié)界面，否則無法進入調(diào)節(jié)界面，并提示密碼錯誤。進入調(diào)節(jié)界面時，“調(diào)節(jié)”鍵起到了移位功能，沒按一次，將分別指向“單程單價”、“往返單價”、“起步公里”、“起步價

8、格”并循環(huán)，按“增加”鍵、“減小”鍵對價格進行調(diào)節(jié)，等調(diào)節(jié)完畢后，按一下“復位”鍵退出價格調(diào)節(jié)界面。由于該電路采用了I2C存儲芯片AT24C02，所以掉電后數(shù)據(jù)不會丟失，即不必每次上電都對其進行調(diào)節(jié)。1.2計價器系統(tǒng)設計方案論證控制器該系統(tǒng)設計電路以AT89S52單片機為控制核心。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8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Flas

9、h，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 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，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S52的在系統(tǒng)編程見表1表1 AT89S

10、52的ISP下載口引腳號第二功能P1.0T2（定時/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）AT89S52定時/計數(shù)器2控制寄存器見表2定時器2寄存器：寄存器T2CON和T2MOD包含定時器2的控制位和狀態(tài)為，寄存器對RCAP2H和RCAP2L是定時器2的捕捉/自動重載寄存器。T2CON的地址為0C8H，可位尋址，復位值：0000 0000B表2 AT89S52定時/計數(shù)器2控制寄存器TF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C/ C

11、P/ 76543210表3 AT89S52定時/計數(shù)器2控制寄存器功能說明符號功能TF2定時器 2 溢出標志位。必須軟件清“0” 。RCLK=1 或 TCLK=1 時，TF2不用置位。EXF2定時器 2 外部標志位。EXEN2=1 時，T2EX 上的負跳變而出現(xiàn)捕捉或重載時，EXF2 會被硬件置位。定時器 2 打開，EXF2=1 時，將引導 CPU執(zhí)行定時器 2 中斷程序。EXF2 必須如見清“0” 。在向下/向上技術模式（DCEN=1）下EXF2不能引起中斷。 RCLK串行口接收數(shù)據(jù)時鐘標志位。若 RCLK=1，串行口將使用定時器 2 溢出脈沖作為串行口工作模式 1 和 3 的串口接收時鐘；

12、RCLK0，將使用定時器1計數(shù)溢出作為串口接收時鐘。 TCLK 串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時鐘標志位。若 TCLK=1，串行口將使用定時器 2 溢出脈沖作為串行口工作模式 1 和 3 的串口發(fā)送時鐘；TCLK0，將使用定時器1計數(shù)溢出作為串口發(fā)送時鐘。 EXEN2 定時器2外部允許標志位。當EXEN2=1時，如果定時器2沒有用作串行時鐘，T2EX（P1.1）的負跳變見引起定時器 2 捕捉和重載。若 EXEN20，定時器2將視T2EX端的信號無效 TR2 開始/停止控制定時器2。TR2=1，定時器2開始工作 C/ 定時器 2 定時/計數(shù)選擇標志位。C/ 0，定時；C/ 1，外部事件計數(shù)（下降沿觸發(fā)） CP/

13、 捕捉/重載選擇標志位。當EXEN2=1時，CP/ 1，T2EX出現(xiàn)負脈沖，會引起捕捉操作；當定時器2溢出或EXEN2=1時T2EX出現(xiàn)負跳變，都會出現(xiàn)自動重載操作。CP/ 0 將引起 T2EX 的負脈沖。當 RCKL=1或TCKL1時， 此標志位無效， 定時器2溢出時， 強制做自動重載操作。 通過上述條件可知AT89S52擁有3個定時計數(shù)器和支持在線編程，由于計價器控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及控制器件較多，普通的51單片不能滿足要求，而AT89S52的性能可以滿足電路的要求，其市場上很普遍，價格便宜，所以選擇AT89S52為控制器的控制核心。 顯示模塊方案一：采用數(shù)碼管顯示。若采用數(shù)碼管顯示，優(yōu)點在于

14、價格便宜，但是數(shù)碼管顯示需要外接驅(qū)動芯片電路，不但電路顯的繁瑣，而且這樣占用單片機的I/O口，將增加軟件的編寫，增加CPU的負擔。另外，該系統(tǒng)需要顯示的數(shù)據(jù)較多，還有部分文字顯示，這是數(shù)碼管無法實現(xiàn)的。方案二：采用LCD液晶顯示采用LCD液晶顯示，它不需要多余的外圍驅(qū)動電路，單片機I/O口可以直接進行驅(qū)動控制，而且采用LCD串行口，大大的節(jié)約了單片機的I/O口，而且軟件編寫也比較簡單，節(jié)約了CPU資源。另外，LCD液晶顯示比較直觀、清晰，可以顯示文字和圖形，這樣完全可以滿足該系統(tǒng)的需要，所以采用LCD做顯示器模塊。 信息存儲模塊選擇方案一：采用并行E2PROM 2816采用2816優(yōu)點很明顯并

15、行傳輸數(shù)據(jù)比串行傳輸數(shù)據(jù)快，但是缺點也很多，首先2816為24個引腳，體積比較大；由于2816采用并行傳輸數(shù)據(jù)，本身單片機的數(shù)據(jù)口就很有限，需外接地址鎖存器，這樣將增加硬件電路的復雜性；還有2816為片外擴展芯片，這樣單片機的讀/寫引腳也被占用；另外在選擇芯片時要考慮到：芯片的最大讀取時間、電源容差、工作溫度及老化時間等，還應該注意芯片的速度能否和單片機的 信號匹配，若上述因素考慮不周，會造成工作不可靠，甚至不能工作。方案二：采用串行總線E2PROM AT24C02該系統(tǒng)采用AT24C02作為信息存儲器。AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，采用CA

16、TALYST公司的先進CMOS技術實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過I2C總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。AT24C02工作可靠性參數(shù)見表4表4 AT24C02工作可靠性參數(shù)符號參數(shù)最小單位參考測試模式NEND耐久性1,000,000周期/字節(jié)MIL-STD-883 測試方法1033TDR數(shù)據(jù)保存時間100年MIL-STD-883 測試方法1008VZAPESD2000VMIL-STD-883 測試方法3015ILTH上拉電流100mAJEDEC 標準17極限參數(shù)：工作溫度工業(yè)級-55 +125 商業(yè)級0 +75 貯存溫度-65 +150 各管

17、腳承受電壓-2.0 Vcc+2.0V Vcc管腳承受電壓-2.0 +7.0V 封裝功率損耗（Ta=25） 1.0W 焊接溫度(10 秒) 300 輸出短路電流100mA由于AT24C02采用I2C總線傳輸數(shù)據(jù)，它具有體積小、成本低、電路連線簡單、占用系統(tǒng)地址線和數(shù)據(jù)少，而且AT24C02市場上很常見，價格便宜，所以采用AT24C02作為信息存儲器。 電機驅(qū)動模塊方案一：采用步進電機驅(qū)動模塊 BY-2HB02M采用BY-2HB02M優(yōu)點： BY-2HB02M 為PWM電流控制器件 極低的電源損耗，極高的開關效率 驅(qū)動電壓最高32VDC，驅(qū)動電流0.12.0A可調(diào) 細分數(shù)可由撥碼開關設定11，12

18、，14，18，116，132，164，1128 所有輸入信號與功率放大部分光電隔離散熱器外殼與驅(qū)動器內(nèi)部完全電絕緣但是BY-2HB02M成本較高，體積較大。方案二：采用大電流驅(qū)動功率MOSFET管IRF9530該驅(qū)動模塊結(jié)合通用光電耦合器PC817作為IRF9530的柵極控制端，起到了光電隔離效果，使外界雜散信號無法干擾CPU的正常運行，CPU控制端口與光耦之間通過高速CMOS門電路74HC07來驅(qū)動光電耦合器PC817，起到了配合CPU的快速動作響應。由于PC817、IRF9530、74HC07市場上很常見，價格便宜，占用空間小，所以選擇此步進電機驅(qū)動模塊。 電源部分方案一：采用開關電源優(yōu)點

19、：功耗小，效率高。在開關電源電路中，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通截止和截止導通的開關狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術先進的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達到80%。體積小，重量輕。開關電源沒有采用笨重的工頻變壓器，由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開關電源的體積小，重量輕。穩(wěn)壓范圍寬。從開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩(wěn)定

20、的輸出電壓。所以開關電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。缺點：開關穩(wěn)壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾。開關穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)整開關晶體管V工作在開關狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制、消除和屏蔽，就會嚴重地影響整機的正常工作。此外由于開關穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到嚴重干擾。方案二：采用線性電源優(yōu)點：線性電源由于沒有開關量的介入，所以沒有斜坡產(chǎn)生；頻率變化較慢，即輻射較小。缺點：由于線性電源功率型器件一直處于工作狀態(tài)，當有用不完的能量就會損耗在

21、功率型器件上，全部轉(zhuǎn)化成熱能，這樣勢必會減小元器件的使用壽命，影響最終的使用效果，所以線性電源的轉(zhuǎn)化效率不高（50%60%）。綜合上述因素考慮，該電源系統(tǒng)采用線性電源。理由：線性電源輻射小、沒有斜坡產(chǎn)生，價格便宜，穩(wěn)定性好。考慮到系統(tǒng)中有大功率負載步進電機，所以采用雙電源供電，這樣系統(tǒng)工作時不會因電機的啟、停影響到CPU供電系統(tǒng)，使CPU工作于穩(wěn)定的電源下，這樣也減少了干擾產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)抗干擾能力，并且在穩(wěn)壓芯片L7805CV上加了散熱片，延長其使用壽命。 二、硬件電路設計2.1 單片機系統(tǒng)的I/O口分配根據(jù)圖1.1框圖該設計規(guī)劃的計價器系統(tǒng)硬件部分主要由電源電路、LCD液晶顯示模塊、電機驅(qū)

22、動電路、信號檢測電路、打印機、看門狗電路、信息存儲器、鍵盤、蜂鳴電路等電路組成。I/O口分配見圖2.1 圖2.1 I/O口分配圖該系統(tǒng)以AT89S52為控制核心，P0口用作打印機的數(shù)據(jù)口、鍵盤的輸入端，P1口用作LCD液晶顯示數(shù)據(jù)口、信息存儲通道、蜂鳴電路的使能端，P2口用作步進電機驅(qū)動端口、打印機的使能端，INT0作為信號檢測端口。當計價器開始工作時，CPU采集輸入端口的信號，并根據(jù)采集到的信號，做相應的數(shù)據(jù)處理，通過LCD液晶屏顯示其數(shù)據(jù)。單片機I/O口分配如下：P0.0：單程按鍵控制端，低電平有效P0.1：往返按鍵控制端，低電平有效P0.2：暫停按鍵控制端，低電平有效P0.3：清除按鍵控

23、制端，低電平有效P0.4：打印按鍵控制端，低電平有效P0.5：調(diào)節(jié)按鍵控制端，低電平有效P0.6：增加按鍵控制端，低電平有效P0.7：減小/移位按鍵控制端，低電平有效P0口：打印機的并行數(shù)據(jù)口P1.0：LCD串行片選信號，低電平有效P1.1：LCD串行數(shù)據(jù)口P1.2：LCD串行同步時鐘P1.3：LCD復位端，低電平有效P1.4：I2C串行時鐘線P1.5：I2C串行數(shù)據(jù)/地址線P1.6：看門狗清零端，高電平有效P1.7：蜂鳴電路使能端，低電平有效P2.0：步進電機調(diào)速按鍵，低電平有效P2.1P2.4：步進電機控制端，低電平有效P2.6：打印機片選端，上升沿有效P2.7：打印機工作狀態(tài)端，高電平（

24、忙碌）P3.2：信號檢測端，低電平有效2.2 電源電路根據(jù)工程統(tǒng)計分析，智能系統(tǒng)有70%的干擾是通過電源耦合進來的。因此，提高電源系統(tǒng)的供電質(zhì)量，對確保系統(tǒng)安全可靠運行是非常重要的。該電源電路原理框圖如圖2.2所示。圖2.2 電源電路原理框圖 熱敏電阻熱敏電阻工作原理：主要特征是隨著外界環(huán)境溫度的變化，其阻值會相應發(fā)生較大改變。熱敏電阻分類：根據(jù)溫度系數(shù)分為兩類：正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)。PTC：電阻阻值隨溫度升高而增大。主要用于恒溫加熱、低電壓加熱、空氣加熱、過電流保護、過熱保護、溫度傳感、延時啟動。NTC：電阻阻值隨溫度升高而降低。主要用于溫度測量、溫度補

25、償、抑制浪涌電流。該電源系統(tǒng)采用熱敏電阻NTC10D-9將其串聯(lián)進電源輸入端，剛上電時由于電阻的溫度(常溫T=25左右)很低，因此有一定的阻值（R=10），能有效的抑制開機浪涌電流，通電一段時間后，根據(jù)焦耳定律Q=i2rt，溫度很快升高阻值R趨于0，因此它損耗的功率可以忽略不計。 電源濾波器 圖2.3 電源濾波器干擾噪聲來源：A.空間磁場。通過電磁波輻射串入儀器，如雷電、無線電波。B.傳輸通道。各種干擾通過儀器的輸入輸出通道傳入，特別是長傳輸線受到的干擾更嚴重。C.配電系統(tǒng)。如來自市電的工頻干擾，它可以通過電源變壓器分布電容和各種電磁路徑對測試系統(tǒng)產(chǎn)生影響。各種開關、可控硅的啟閉，元器件的機械

26、振動等都會對測試過程引起不同程度的干擾。干擾噪聲的分類：按噪聲傳導模式分類可分為：常模噪聲和共模噪聲。A.常模噪聲：又稱線間感應噪聲或不對稱噪聲。在這種線路里，噪聲電流和信號電流的路徑在往返兩條線上是一致的。這種噪聲一般難以消除，但根據(jù)噪聲變化較快，而且變化波形不規(guī)則的特點，利用處理電路可以有效的消除常模噪聲。（主要來自電網(wǎng)）B.共模噪聲：又稱地感應噪聲或不對稱噪聲。這種噪聲入侵線路和地線間，噪聲電流在兩條線上各流過一部分，以地為公共回路，而信號電流只在往返兩條線路中流過。從本質(zhì)上講，這種噪聲是可以消除的。（主要來自外界干擾）該電源系統(tǒng)采用如圖2.3所示的電源濾波器。A.常模噪聲濾波器：由L1

27、、L2、CC1組成的LC濾波電路。感抗Z=L，由于常模噪聲電路的路徑和信號電流的路徑在往返兩條線上是一致的而且噪聲信號變化很快，而信號頻率（f=50HZ）變化穩(wěn)定并且很慢,所以Z1=L1、Z2=L2很大及對常模噪聲有抑制作用而對信號電流無抑制作用；容抗Z=1/(C),對于噪聲信號容抗電流Z很?。ㄏ喈斢趯ǎ?，對于信號電流容抗Z很大（相當于斷路），所以信號噪聲電流不會流 入下一級電路。(CBB電容CC1對高頻分量起旁路作用)B.共模噪聲濾波器：由共模扼流圈、CC2、CC3組成的兩路LC串聯(lián)濾波電路。共模扼流圈：如圖2.4 所示，在同一磁環(huán)上繞兩組方向相反的線圈，根據(jù)右手螺旋定則可知，當在輸入端A

28、、B兩端加上極性相反，信號幅值相同的常模信號電流時，有實線所示的電流I2，在磁芯中產(chǎn)生的磁通2，只要保證兩繞組完全對稱，則磁芯中兩不同方向的磁通相互抵消，總磁通為0，線圈電感幾乎為0，對常模信號無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加極性相同，幅值相等的共模信號電流時，有虛線所示的電流I1¬，在磁芯中產(chǎn)生虛線所示的磁通1，則磁芯中通有相同方向而互相加強的磁通，使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍，因此對共模噪聲信號有很強的抑制作用。（高壓瓷片電容CC2、CC3對高頻分量起旁路作用） 圖2.4 共模扼流圈C.電感L的選取：理論上電感量越高對EMI(電磁干擾)抑制效果越好，但過高的電感量將使得

29、截止頻率f0更低，而實際的濾波器只能做到一定的帶寬，也就使高頻噪聲抑制的效果變差；另外，電感量越高，則線圈匝數(shù)越多，磁芯兩端的ui越高，這樣將造成低頻阻抗增加，匝數(shù)增加使分布的電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)此電容流通，過高的 ui使磁芯記憶飽和。標準EMI測試頻寬為：10KHZ-30MHZ，該電源系統(tǒng)取f0=20KHZ。根據(jù)串聯(lián)諧振公式f0=1/(2 ),則L=1/(2f0)2C，即L1=L2=1/(2*3.14*50000)2*0.1*10-6=633.89uH, 共模扼流圈=1/(2*3.14*50000)2*2200*10-12=28.8mH。 穩(wěn)壓電路由LM2575-12和脈動濾波器

30、(L4、CC5、CC8)構(gòu)成的電源電路1,如圖2.5所示 圖2.5 LM2575構(gòu)成的穩(wěn)壓電源電路1由L7805CV構(gòu)成的電源電路，如圖2.6 所示 圖2.6 L7805CV構(gòu)成的穩(wěn)壓電源電路2由于步進電機功耗比較大，所以采用兩路電源供電。LM2575-12A. LM2575系列開關穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導體公司生產(chǎn)的1A集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等；芯片可提供外部控制引腳，是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。 圖2.7 LM25

31、75內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.LM2575引腳功能：VIN:未穩(wěn)壓電壓輸入端；OUTPUT:開關電壓輸出端，接電感及快速恢復二極管；GND:公共端地；FEEDBACK:反饋輸入端； /OFF:控制輸入端，接公共端時，穩(wěn)壓電路工作；接高電平時，穩(wěn)壓電路停止工作。C.LM2575工作原理：LM2575內(nèi)部框圖如圖2.7所示，從圖中可以看出LM2575內(nèi)含52kHz振蕩器、基準電路、熱關斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。將穩(wěn)壓輸出的電壓接到反饋輸入端的目的是同內(nèi)部電壓基準比較，若電壓偏低，則用放大器來控制內(nèi)部振蕩器以提高輸出占空比，從而提高輸出電壓。D.LM2575外圍元器件的選擇：電感的選擇

32、：根據(jù)輸出電壓、最大輸入電壓Vin(MAX)、最大負載電流Load（MAX）等參數(shù)選擇電感時可參照相應的電感曲線圖來查找所需采用的電感值。該電路取L=470uH。電容的選擇：輸入電容應大于47uF，并要求盡量靠近電路。而輸出電容推薦使用的電容為100uF470uF，其耐壓值應大于額定輸出的1.52倍，輸入電容推薦值為100uF。該電路取CC6=100uF/25V，CC7=330uF/25V。(L4、CC8組成脈動濾波器)二極管的選擇：二極管的額定電流值應大于最大負載電流的1.2倍，但考慮到負載短路的情況，二極管的額定電流值應大于LM2575的最大電流限制；另外二極管的反向電壓應大于最大輸入電壓

33、的1.25倍。該電路選取肖特基二極管IN5819=1A/40V。L7805CVA.外圍電路電容的作用：C1為濾波電容，通過放電為電路提供放電電流；C2為抗干擾電容，用以旁路在輸入導線過長時引入的高頻干擾脈沖；C3為去耦濾波電容，使得輸出電壓更趨于平滑；C4具有改善輸出瞬態(tài)特性和防止電路產(chǎn)生自激振蕩的作用。B.濾波電容的計算： 根據(jù)S 定義，濾波電容: (uF)Ic為電容放電電流，取IC=IOmax=0.4A；t為電容放電時間，t=T/2=1/(50x2)=0.01s； UIP-P為穩(wěn)壓器輸入端等效的紋波電壓峰-峰值,取4x10-3¬，則C1= 1000uF，電容的耐壓值為UCM Ui

34、=17V，即C1應選取標稱值為1000uF/25V。直流側(cè)IC濾波 圖2.8 IC濾波該系統(tǒng)中對每一顆IC的VCC和GND之間接0.1uF的積層電容，以使電源電壓波的波紋及雜散信號有所旁路，不致影響該IC的正常運行；同時也抵消導電電路的電感性，使整個電路具有較佳的穩(wěn)定性。電路圖如圖2.8所示。2.3 I2C 串行總線 I2C串行總線I2C串行總線概述：I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。（如圖2.9所示） 圖2.9 I2C串行總線I2C總線只有兩根雙向信號線，一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL，通過上拉電

35、阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平，連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。（如圖2.10所示） 圖2.10 I2C總線“線與”I2C總線工作原理：A.數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定：I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。（如圖2.11所示） 圖2.11 I2C總線數(shù)據(jù)傳輸時序B.起始和終止信號：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號。（如

36、圖2.12所示） 圖2.12 I2C總線起始和終止信號時序起始和終止信號都是由主機發(fā)出的，在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號。接收器件收到一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能需要完成一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務等，可能無法立刻接收下一個字節(jié)，這時接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機處于等待狀態(tài)。直到接收器件準備好接收下一個字節(jié)時，再釋放SCL線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進行。C.數(shù)據(jù)傳送格式：字節(jié)傳送與應答：每一個字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時，先傳

37、送最高位（MSB），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。如果一段時間內(nèi)沒有收到從機的應答信號，則自動認為從機已正確接收到數(shù)據(jù)。（如圖2.13所示） 圖2.13 I2C總線數(shù)據(jù)傳送格式時序分析：若由于某種原因從機不對主機尋址信號應答時（如從機正在進行實時性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機產(chǎn)生一個終止信號以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機對主機進行了應答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時，從機可以通過對無法接收的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應答”通知主機，主機則應發(fā)出終止信號以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當主機接收數(shù)據(jù)時，它收到最后一個數(shù)據(jù)

38、字節(jié)后，必須向從機發(fā)出一個結(jié)束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答”來實現(xiàn)的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產(chǎn)生終止信號。數(shù)據(jù)幀格式：I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的，既包括地址信號，又包括真正的數(shù)據(jù)信號。在起始信號后必須傳送一個從機的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機產(chǎn)生的終止信號結(jié)束。但是，若主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號，馬上再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址。 在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：a、主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在

39、整個傳送過程中不變S從機地址0A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A/ P注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機向從機傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機向主機傳送。 A表示應答， A非表示非應答（高電平）。S表示起始信號，P表示終止信號。b、主機在第一個字節(jié)后，立即從從機讀數(shù)據(jù)S從機地址1A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù) Pc、在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被重復產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。S從機地址0A數(shù)據(jù)A/ S從機地址1A數(shù)據(jù) P E2PROM AT24C02AT24C02是典型的I2C總線接口器件，其特點是：單電源供電；采用低功耗COMS技術；工作電壓范圍(1.85.5V)；自定時寫周期(包括自動擦除)、

40、頁面寫周期的典型值為2ms；具有硬件寫保護。(如圖2.14所示) 圖2.14 AT24C02引腳圖圖中，SCL為串行時鐘引腳；SDA為串行數(shù)據(jù)/地址引腳；WP為寫保護(當WP為高電平時，存儲器只讀；當WP為低電平時，存儲器可讀可寫)；A0、A1、A2為片選或塊選。器件的SDA為漏極開路引腳，需接上拉電阻到VCC，其數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)為8位。輸入引腳內(nèi)接有濾波器，能有效抑制噪聲。自動擦除(邏輯“1”)在每一個寫周期內(nèi)完成。AT24C02控制字節(jié)要求：AT24C02的芯片地址如下圖，1010為固定，A0，A1，A2正好與芯片的1，2，3引腳對應，為當前電路中的地址選擇線，三根線可選擇8個芯片同時連接在電路

41、中，當要與哪個芯片通信時傳送相應的地址即可與該芯片建立連接，該系統(tǒng)中的三根地址線都為0。最后一位R/W為告訴從機下一字節(jié)數(shù)據(jù)是要讀還是寫，0為寫入，1為讀出。1010A2A1A0R/W注：主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址進行比較，如果相同認為自己正被主機尋址，根據(jù)R/W位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個系統(tǒng)中可能希望接入多個相同的從機，從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個從機的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時僅能尋址8個同樣的器件，即可以有8個同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。 圖2.

42、15 AT24C02寫字節(jié)時序AT24C02寫字節(jié)操作：在指定地址寫入1字節(jié)數(shù)據(jù)。首先主器件發(fā)送起始信號S后，發(fā)送寫控制字節(jié)，即1010A2A1A00，然后等待應答信號，指示從器件被尋址，由主器件發(fā)送的下一字節(jié)為字地址，為被寫入到AT24C02的地址指針；主器件接收來自AT24C02的另一個應答信號以后，將發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，并寫入到被尋址的存儲器地址；AT24C02再次發(fā)送應答信號，同時主器件將產(chǎn)生停止信號P，以結(jié)束寫字節(jié)操作。(AT24C02寫字節(jié)時序如圖2.15所示)AT24C02讀字節(jié)操作：指定1個需要讀取的存儲單元地址。首先主器件給出一個起始信號，然后發(fā)出從器件地址1010A2A1A00，

43、再發(fā)送需要讀的存儲器地址；在收到從器件的應答信號ACK后，產(chǎn)生一個開始信號S，以結(jié)束上述寫過程；再發(fā)送一個讀控制字節(jié)，從器件AT24C02在發(fā)送ACK信號后發(fā)送8位數(shù)據(jù)，主器件發(fā) 后發(fā)送一個停止信號，以結(jié)束AT24C02讀字節(jié)操作。(AT24C02讀字節(jié)時序如圖2.16所示)AT24C02讀寫字節(jié)程序A.寫一字節(jié)void write_add(uchar address,uchar date)start();/起始信號writebyte(0xa0);/寫器件地址respons();/應答信號writebyte(address);/指向要寫的地址(AT24C02內(nèi)部)respons();/應答信號

44、writebyte(date);/寫入數(shù)據(jù)respons();/應答信號stop();/停止信號 圖2.16 AT24C02讀字節(jié)時序B.讀一字節(jié)uchar read_add(uchar address)uchar a;start();/起始信號writebyte(0xa0);/寫器件地址respons();/應答信號writebyte(address);/指向要讀的地址(AT24C02內(nèi)部)respons();/應答信號start();/起始信號writebyte(0xa1);/讀器件地址respons();/應答信號a=readbyte();/讀字節(jié)函數(shù)stop();/停止信號return

45、 a;2.4 打印機在智能儀器儀表中對數(shù)據(jù)(尤其是對模擬量)的記錄，記錄數(shù)據(jù)最直觀的方式就是在記錄紙上描繪出曲線圖形，微型打印機以其價格優(yōu)廉、便攜在智能儀器系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。(圖2.17為TPp微型打印機接口電路圖)TPp微型打印機特點：打印速度為1.2行/秒，打印寬度為16字符/行，36個通用的ESC打印命令，支持并行和串行通訊。(該系統(tǒng)采用并口傳輸數(shù)據(jù)) 圖2.17 TPp微型打印機TPp微型打印機并行接口引腳定義： ：數(shù)據(jù)選通觸發(fā)脈沖，上升沿時讀入數(shù)據(jù)；DB0DB7:并行數(shù)據(jù)口； ：應答脈沖，低電平表示數(shù)據(jù)已被接受，打印機可以接收下一個數(shù)據(jù)；BUSY：打印機狀態(tài)輸出，高電平時表示打

46、印機忙，不能接收數(shù)據(jù)；PE： 接地；SEL：經(jīng)電阻上拉“高”電平，表示打印機在線； ：經(jīng)電阻上拉“高”電平，表示無故障。并行傳輸數(shù)據(jù)時序如圖2.18所示： 圖2.18 并行傳輸數(shù)據(jù)時序根據(jù)時序，并行口數(shù)據(jù)輸出函數(shù)：void prt(uchar d)stb=1;busy=1;/置I/O口高阻抗輸入狀態(tài)while(busy); /判斷打印機是否忙碌P0=d;/發(fā)送數(shù)據(jù)stb=0; /讀取數(shù)據(jù)(上升沿)stb=1;常用的打印命令控制字：0x1b,0x40：初始化打印機；0x1c,0x26：進入中文打印模式0x1c,0x2e：退出中文打印模式0x1b,0x36：選擇字符集10x1b,0x37：選擇字符

47、集20x0a:換行2.5 LCD 液晶顯示液晶顯示器以其微功耗、體積小、重量輕、超薄型、控制簡單(不需要其他外圍驅(qū)動電路)等其他顯示器件無法比擬的優(yōu)點，在智能儀表和低功耗系統(tǒng)中，得到了越來越廣泛的應用。 圖2.19 OCMJ4x8C液晶顯示器引腳圖 LCD工作原理：LCD是一種被動式顯示器，它本身并不發(fā)光，只是調(diào)節(jié)光的亮度。目前常用的LCD是根據(jù)液晶的扭曲-向列效應原理制成的。這是一種電場效應，夾在兩塊導電玻璃電極之間的液晶經(jīng)過一定處理后，其內(nèi)部分子呈900的扭曲，這種液晶具有旋光特性。當線性偏振光結(jié)構(gòu)消失，其旋光作用也隨之消失，偏振面會旋轉(zhuǎn)900。當給玻璃電極加上電壓后，在電場的作用下液晶的

48、扭曲結(jié)構(gòu)會消失，其旋光作用也隨之消失，偏振光便可以直接通過。當去掉電場的作用下液晶分子又恢復其扭曲結(jié)構(gòu)，把這樣的液晶放在兩個偏振片之間，改變偏振片的相對位置（平行或相交）就可得到黑底白字或白底黑字的顯示形式。LCD的響應時間和余輝為毫秒級，閥值電壓為320V，功耗為5100mW/cm2。 圖形點陣液晶顯示模塊OCMJ4x8C（128x64）。如圖2.19所示：OCMJ4x8C引腳說明VSS：模塊的電源地VDD：模塊的電源正端VO: LCD驅(qū)動電壓輸入端RS(CS):并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號R/W(STD)：并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口E(SCLK)： 并行的使能信號；串行的

49、同步時鐘DB0DB7: 并行數(shù)據(jù)口PSB： 并/串行接口選擇，H-并行；L-串行NC: 空腳 ： 復位，低電平有效LED_A： 背光源正極LED_B： 背光源負極OCMJ4x8C接口時序圖A.8位并行連接時序圖a.MCU寫資料到模塊，如圖2.20所示。 圖2.20 LCD寫資料時序圖根據(jù)時序圖，8位并行數(shù)據(jù)傳送(寫)函數(shù)：void wr_lcd (uchar data_comm,uchar content) chk_busy ();/檢測LCD是否忙碌 if(data_comm) rs=1; /數(shù)據(jù) rw=0; /寫操作 else rs=0; /指令 rw=0; /寫操作 P1=content

50、;/輸出數(shù)據(jù)指令 e=1; _nop_(); e=0;void chk_busy (void) /*=檢測LCD是否忙碌函數(shù)=*/ P1=0xff;/置I/O口微高阻抗輸入狀態(tài) rs=0;/選擇指令寄存器 rw=1;/讀 e =1;/允許信號輸入(并行) while(busy=1);/判斷BF e =0;b.MCU從模塊讀出資料，如圖2.21所示。根據(jù)時序圖，8位并行數(shù)據(jù)傳送(讀)函數(shù)：uchar rd_lcd (void) uchar i; chk_busy ();/檢測LCD是否忙碌 rs=1; /選擇數(shù)據(jù)寄存器 rw=1; /讀操作 e=1; _nop_(); ACC=P1; /讀出數(shù)據(jù)

51、 e=0; i=ACC; return i; 圖2.21 LCD讀資料時序圖B.串行連接時序圖，如圖2.22所示。串行數(shù)據(jù)傳送共分三個字節(jié)完成： 第一字節(jié)：串口控制格式 11111ABC A 為數(shù)據(jù)傳送方向控制：H表示數(shù)據(jù)從 LCD 到 MCU，L 表示數(shù)據(jù)從 MCU到 LCD B為數(shù)據(jù)類型選擇：H 表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)，L表示數(shù)據(jù)是控制指令 C固定為 0 第二字節(jié)：(并行)8位數(shù)據(jù)的高 4位格式 DDDD0000 第三字節(jié)：(并行)8位數(shù)據(jù)的低 4位格式 0000DDDD 串行接口時序參數(shù)：(測試條件：T=25 VDD=4.5V) 圖2.22 LCD串行通訊時序圖根據(jù)時序圖，串行數(shù)據(jù)傳送(寫)

52、函數(shù)：void wr_lcd(uchar data_com,uchar content ) uchar i,j,k; delay(2); k=content; cs=1; /片選信號CS拉高 sclk=0; std=1;/連續(xù)發(fā)送5個1 for(i=0;i<5;i+) sclk=1;sclk=0; std=0;/A=L表示數(shù)據(jù)從MCU到LCD sclk=1; sclk=0; if(data_com) std=1;/B=H表示數(shù)據(jù) else std=0;/B=L表示指令 sclk=1; sclk=0; std=0; /C=0固定 sclk=1; sclk=0; for(j=0;j<2

53、;j+) for(i=0;i<4;i+)/先發(fā)高半字節(jié),再發(fā)低半字節(jié)k=k<<1;std=CY;sclk=1;sclk=0;std=0;/連續(xù)發(fā)4個0for(i=0;i<4;i+) sclk=1;sclk=0; 2.6 步進電機驅(qū)動電路步進電機也稱脈沖電機。它可直接接受來自CPU的數(shù)字脈沖，使電機旋轉(zhuǎn)相應的角度。步進電機具有快速啟停、精確定位以及能直接接收數(shù)字量的特點，所以其應用越來越廣泛。 圖2.23 步進電機驅(qū)動電路步進電機的特性：a.步進電機必須加上驅(qū)動電路才能轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電路的信號輸入端必須輸入脈沖信號。若無脈輸入時，轉(zhuǎn)子保持一定的位置，維持靜止狀態(tài)；反之，若加入

54、適當?shù)拿}沖信號時，轉(zhuǎn)子則會以一定的角度(稱步進角)轉(zhuǎn)動。所以如果加入連續(xù)脈沖時，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度與脈沖頻率成正比。b.步進電機的步進角一般為1.8°，即旋轉(zhuǎn)一周為360°，需要200步進數(shù)才能完成一轉(zhuǎn)。（該系統(tǒng)步進電機步進角為7.5°，需要48步進數(shù)才能完成一轉(zhuǎn)）c.步進電機的勵磁方式有：（1）1相勵磁（2）2相勵磁（3）1-2相勵磁。其中1相勵磁最為簡單，轉(zhuǎn)矩最小；2相勵磁可以有很大的轉(zhuǎn)矩；1-2相勵磁是屬于半步進的方式，亦即一步的旋轉(zhuǎn)角度為前兩項勵磁的一半。IRF9530IRF9530是100V,14A,0.2 ，P溝道增強型功率場效應管主要參數(shù)：a.開啟電壓VGS(th)當VGS=VDS，ID=-250uA時VGS(th)=-2Vb.柵源極電壓VGS=±20Vc.最大漏極電流IDM=-56Ad.最大功率損耗PD=79We.漏源極反向擊穿電壓V(BR)DSS=-100VPC817PC817是通用光電耦合器。主要參數(shù)：a.電流傳輸比CTR:I