電子量革機(jī)設(shè)計

南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共52頁1緒論1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展情況所謂的數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition）就是把被測對象（外面世界、現(xiàn)場）的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量）通過各種傳感器元件轉(zhuǎn)換為電信號，在經(jīng)過信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E；送至控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理或存儲記錄的過程。用于數(shù)據(jù)采集的整套設(shè)備叫做數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem）,他是以傳感器輸出信號為輸入，配以各種測量分析技術(shù)以及多樣化的顯示技術(shù)所組成的檢測系統(tǒng)，主要應(yīng)用于對某一種物理量進(jìn)行定期的巡回狀態(tài)監(jiān)控或故障診斷等多種領(lǐng)域，它能和計算機(jī)一起組成獨立的監(jiān)測、診斷、和控制系統(tǒng)，是計算機(jī)主要輔助診斷方式之一。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，美國1956年開始應(yīng)用與軍事上的測試系統(tǒng)，目的是在測試中不依靠相關(guān)的測試文檔，可以由非熟悉人員操作。并且由測試設(shè)備高速自動控制完成，由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速性和靈活性，可以完成傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)，因此得到用戶的初步認(rèn)可。60年代中期，計算機(jī)的引入使得測量儀器的功能發(fā)生質(zhì)的變化，從特定的電量測量轉(zhuǎn)變成整個測量系統(tǒng)的特征參數(shù)；從單純的接收、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎恪@示、控制、分析、處理和輸出，從使用單個儀器進(jìn)行測量轉(zhuǎn)變?yōu)橛梢粋€完整的測控系統(tǒng)進(jìn)行測量和控制。20世紀(jì)70年代中期，隨著計算機(jī)技術(shù)在這個領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，誕生了數(shù)據(jù)采集終端=儀表和計算機(jī)融為一體的新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這種數(shù)據(jù)采集的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動檢測儀器，因此獲得了快速發(fā)展。70年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展逐漸分為兩個分支。一個是在實驗室中使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，列一個是在工業(yè)現(xiàn)場安裝的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代開始，微處理器被大量應(yīng)用與數(shù)據(jù)采集儀器中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開始出現(xiàn)通用型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這一階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類是由儀器儀表和采集器、通用接口總線和計算機(jī)等組成。例如國際標(biāo)準(zhǔn)的ICE625，也稱為通用接口總線GPIB，就是一個典型的代表。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺儀器，電纜長度可達(dá)40米，這類系統(tǒng)主要應(yīng)用與實驗室。在工業(yè)現(xiàn)場很少應(yīng)用，此類芯片在國內(nèi)外少數(shù)公司能夠生產(chǎn)，不僅價格昂貴，而且不便購買。第二類是由數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計算機(jī)組成，例如國際標(biāo)準(zhǔn)的IEE961總線系統(tǒng)就是這一類的典型代表，它1978年最早由ro-log公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，IEE961的16位總線性能嵌入式和實時性應(yīng)用要求。特別是它的小板尺寸、垂直放置無源背板的直插式結(jié)構(gòu)、豐富的的工業(yè)I/OOEM模板、低成本、低功耗、擴(kuò)展的溫度范圍和良好的可維持性設(shè)計，使其在空間和功耗受到嚴(yán)格的限制并且可靠性要求較高的工業(yè)自動化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。IEE961在80年代前后風(fēng)行一時。因為很難支持32位模式。以后再沒有更大的發(fā)展。在這兩種采集系統(tǒng)中，如果采集測試任務(wù)改變，只需把新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或?qū)⑿驴ㄌ砑拥綄Ｓ玫臋C(jī)箱即可完成硬件平臺的重建，很顯然，這種系統(tǒng)比專業(yè)系統(tǒng)要靈活的多。20世紀(jì)80年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，工業(yè)計算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模的集成電路結(jié)合，出現(xiàn)了基于PC的虛擬儀器技術(shù)，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小、功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。20世紀(jì)90年代至今，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已在軍事領(lǐng)域、航空電子技術(shù)領(lǐng)域，和工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計就數(shù)據(jù)采集在工業(yè)領(lǐng)路中的，電子量革機(jī)上的數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。1.2研究背景二十世紀(jì)五十年代以來，科技日新月異，一日千里，在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，一方面隨著計算機(jī)技術(shù)，模擬電子、微電子技術(shù)、測量技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集的功能和性能有了全面性的提高；另一方面世界科技和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，無論是在社會化大生產(chǎn)各個行業(yè)還是關(guān)系到人類生存的基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)的研究領(lǐng)域，都對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測量精度提出了更高層次的要求，特別是隨著微電子技術(shù)、生物技術(shù)、和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，電子量革機(jī)(簡稱量革機(jī))是測量皮革面積和各種不規(guī)則物體面積的設(shè)備，70年代初期，他是用分立元件組裝的，體積大、元件多、故障率高。70年代后期產(chǎn)生了用中小規(guī)模集成電路組裝的量革機(jī)，他在計量精度和減少故障方面顯然是要優(yōu)于分立元件的。微型計算機(jī)的應(yīng)用在量革機(jī)上的應(yīng)用，對量革機(jī)的性能有了跨越式的提高。皮革面積的測量過去一直是在一塊標(biāo)準(zhǔn)的測量板上進(jìn)行的，由于皮革的不規(guī)則和測量人員的操作誤差，一般精度誤差在上下0.3平方市尺，量革機(jī)計量的基本原理是將皮革微分，然后累計求和.測量原理圖如下，圖1.1首先將皮革分成一個一個大小相等的的單位面積，然后利用光電轉(zhuǎn)換電路將皮革的有無轉(zhuǎn)換為電平的高低（1或0）計算機(jī)在皮革沿工作臺向前運動的過程中依次隊皮革進(jìn)行掃描檢測，記錄轉(zhuǎn)換電路的輸出電平，送進(jìn)累加器里進(jìn)行求和，這樣皮革面積就變成單位面積的總和，根據(jù)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就能得到皮革的實際面積。顯然，單位面積劃分的越小，測量的面積就越接近實際值，這就避免了人工測量是產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，使量革機(jī)具有較高的測量精度。1.3系統(tǒng)的設(shè)計思路本課題，以8051單片機(jī)為微控制器，即上傳光電信號的數(shù)據(jù)，通過累加器對采集的數(shù)據(jù)的點數(shù)進(jìn)行累加匯總，本課題的的研究內(nèi)容主要是對光電信號的采集電路的設(shè)計、以及和速度同步處理的相關(guān)電路的設(shè)計。單片機(jī)的發(fā)展歷史從20世紀(jì)70年代中期就開始了由于單片機(jī)具有體積小、可靠性高、靈活方便等優(yōu)點。與當(dāng)今流行的ARM、DSP等微處理器比較，單片機(jī)相對簡單、價格便宜，且技術(shù)更加成熟，所以在各個領(lǐng)域任有廣泛的應(yīng)用。 本系統(tǒng)的工作原理是：開動量革機(jī)總電源，電動機(jī)啟動帶動傳輸帶轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)軸上的碼盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生同步脈沖，單片機(jī)一旦接受到脈沖信號就采集一次采集桿光電對管接收管的狀態(tài)，當(dāng)有皮通過時，光電接收管不導(dǎo)通，無皮通過時，光電接收管導(dǎo)通。這樣就采集一次光電接收管不導(dǎo)通的狀態(tài)并保存。電機(jī)再轉(zhuǎn)動一圈又產(chǎn)生一個同步脈沖，單片機(jī)又采集一次數(shù)據(jù)。當(dāng)采集的數(shù)據(jù)為零時表示此張皮革已測量完畢，然后統(tǒng)計所有采集的點數(shù)，通過數(shù)據(jù)變換轉(zhuǎn)換成皮革的面積。在本次課題中，電子量革機(jī)的數(shù)據(jù)采集和電機(jī)轉(zhuǎn)動速度的同步是重點。1.4本章總結(jié)本章在對電子量革機(jī)的原理認(rèn)識的前提下，對其數(shù)據(jù)采集部分和采集與電機(jī)速度同步的部分進(jìn)行了基本的認(rèn)識，對整體思路的概括，本課題在單片機(jī)的基礎(chǔ)上，采用地址譯碼器，進(jìn)行分配地址等；以及對數(shù)據(jù)采集發(fā)展的背景和單片機(jī)技術(shù)做了調(diào)查總結(jié)。論文的主要研究內(nèi)容本文以自選題目“電子量革機(jī)的設(shè)計”為背景，針對自動化控制平臺，研究數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)和顯示的工作原理，分析系統(tǒng)的功能以及軟件的需求，設(shè)計傳感器工作組，以及數(shù)據(jù)采集后的處理等程序。主要內(nèi)容包括以下內(nèi)容：第一章為緒論，說明了本論文的研究背景和意義，介紹了電子量革機(jī)技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。第二章重點對系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了設(shè)計，提出了傳感器的選用，報警器顯示裝置電路的選用和對系統(tǒng)的硬件設(shè)計做了詳細(xì)的解說，在這章中對所設(shè)計的電路做必要的解說。第三章系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要是有語言的選擇，以及程序的方案，和各模塊的的子程序的設(shè)計。對系統(tǒng)的硬件設(shè)計做了詳細(xì)的解說，在這章中對所設(shè)計的電路做必要的解說。第四章系統(tǒng)的調(diào)試以及性能分析，對所設(shè)計的成品做基本的調(diào)試及性能分析2.總體方案的設(shè)計2.1設(shè)計任務(wù)單片機(jī)目前在工業(yè)、服務(wù)業(yè)及制造業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，采用單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集具有成本低、開發(fā)周期短、易于實現(xiàn)和擴(kuò)展功能的優(yōu)點。由于單片機(jī)本身具有很強(qiáng)大的數(shù)字量處理能力，因此本系統(tǒng)的設(shè)計可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)提供服務(wù)基本要求：測量寬度：1~3.2米；測量速度：5~25米/分鐘；測量精度：不大于0.1平方米；在本次設(shè)計中以單片機(jī)為核心完成實時光電信號采集功能，其實現(xiàn)的主要功能如下：1完成至少二路光電對管的數(shù)據(jù)采集；2能實時顯示各路皮革的面積點數(shù)值；3可以自行設(shè)定皮革的張數(shù)；4具有采集數(shù)據(jù)和速度的同步處理；5硬件原理圖，軟件實現(xiàn)方案及系統(tǒng)編程2.2電子量革機(jī)的主板的原理框圖AT89C51主控系統(tǒng)信號采集模塊選擇采集通道模塊信號調(diào)理電路傳感器數(shù)據(jù)鎖存模塊晶振電路顯示模塊鍵盤控制模塊內(nèi)部同步模塊圖2.1電子量革機(jī)的主板工作原理框圖通過光電對管傳感器，把通過光電對管的皮革采集到低電平，表示這個地方有皮革通過，把所以采集到的點，通過信號調(diào)理，再經(jīng)過鎖存器鎖存。由于單片機(jī)的內(nèi)部存儲器比較小所以在外面擴(kuò)展一個RAM，根據(jù)需要選擇存儲的空間的大小。單片機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)送到片外存儲器中，通過中斷來控制下一次采集。再由片外存儲器中數(shù)據(jù)的讀取，來選擇工作組進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在本次設(shè)計中根據(jù)指導(dǎo)老師給的任務(wù)，我需要做該設(shè)計中的關(guān)于數(shù)據(jù)采集部分,其它的在通過自己的在對電子量革機(jī)的原理認(rèn)識的基礎(chǔ)上，做到掌握。首先對電子量革機(jī)的工作原理做一個簡單的原理框圖；電動機(jī)電動機(jī)工作平臺控制裝置控制臺圖2.2電子量革機(jī)的工作原理圖2.3立式電子量革機(jī) 電機(jī)上裝上一個相對的光電管，在電機(jī)的轉(zhuǎn)盤上打一個小孔，電機(jī)的轉(zhuǎn)盤是實心的，盤的一邊放一個發(fā)光管，另外的一邊放置一個接收管，當(dāng)電機(jī)在轉(zhuǎn)動時，因為電機(jī)是基本是穩(wěn)定的，（即電機(jī)的轉(zhuǎn)速是已知的）那么在每次對準(zhǔn)孔的時候，接收管就接到一個數(shù)據(jù)，那么送到控制裝置去，同時在以上的圖像中，傳送帶上，放置的一排光電傳感器，在傳送帶帶著皮革進(jìn)過光電傳感器時，對有皮革的部分采集到一個低電平信號，傳送到控制裝置中進(jìn)行累加，一直到一張皮革被測量完，那么在采集到點數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)的面積所包含的點數(shù)進(jìn)行換算，最后得出皮革的面積。2.3單片機(jī)的選擇在對電氣控制方式設(shè)計時考慮到單片機(jī)[4]具有以下突出特點:(1)集成度高。單片機(jī)盡可能把實際應(yīng)用所需要的CPU、RAM、ROM、I/O口及定時器/計數(shù)器都集成在一塊芯片內(nèi)，使之成為名副其實的單片機(jī)。內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連接，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。與常規(guī)的計算機(jī)系統(tǒng)相比，具有體積小、集成度高的特點。(2)存儲容量大。采用了16位地址總線的8位單片機(jī)8051可尋址外部64KB數(shù)據(jù)存儲器和64KB程序存儲器。有的單片機(jī)為了提高速度和執(zhí)行效率，采用了RISC流水線和DSP的設(shè)計技術(shù)，使單片機(jī)的性能明顯優(yōu)于同類微處理器，單片機(jī)的尋址已突破64KB的限制，8位和16位單片機(jī)尋址可達(dá)1MB和16MB。(3)外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。在單片機(jī)內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展ROM、RAM、I/O口、定時/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等)，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈活性。(4)控制功能強(qiáng)。采用面向控制的指令系統(tǒng)，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)。為滿足控制的需要，單片機(jī)有很強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。單片機(jī)的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微型計算機(jī)?？梢苑奖愕貙崿F(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。(5)低電壓、低功耗。單片機(jī)大量應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品和家用電器產(chǎn)品，低電壓和低功耗的特性尤為重要。采用CHMOS制造工藝，集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技術(shù)于一體，使單片機(jī)的功耗進(jìn)一步降低，適應(yīng)電壓范圍更寬(2.6～6V)。(6)性能價格比高。單片機(jī)另一個顯著特點是成本低，運用靈活，易于產(chǎn)品化，能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。因此世界上各大公司在提高單片機(jī)性能的同時，進(jìn)一步降低價格，提高性能價格比是各公司競爭的主要策略。(7)可靠性高。抗干擾能力強(qiáng)，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他類型計算機(jī)無法比擬的。故采用單片機(jī)控制的主電路來對各個模塊進(jìn)行控制，這也正好符合熟悉匯編語言的編程方法和技巧的要求。由于AT89C51單片機(jī)的設(shè)計時間有限其精度不是很高，除此之外，考慮到測控系統(tǒng)會用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，可靠性要求比較重要，并要具有抗干擾能力和避免、消除干擾的能力，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)工作89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖2.4AT89C51引腳1．主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2．管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0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(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）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）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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SFR8EH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。/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(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)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）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3．振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4．芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。5.結(jié)構(gòu)特點：8位CPU；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；32根I/O線；外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；2個16位的定時器/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；全雙工串行口；布爾處理器；中央處理器是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關(guān)的控制信號線聯(lián)系起來加以討論，并涉及相關(guān)的硬件設(shè)備（如振蕩電路和時鐘電路）。1、運算部件：它包括算術(shù)、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進(jìn)制調(diào)整電路等。運算部件的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。MCS-51單片機(jī)的ALU功能十分強(qiáng)，它不僅可對8位變量進(jìn)行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運算的需要，設(shè)置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘數(shù)和乘積的高8位數(shù)；在執(zhí)行除法運算指令時，B中存入除數(shù)及余數(shù)。MCS-51單片機(jī)的ALU還具有一般微機(jī)ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機(jī)指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與CPU中的位操作構(gòu)成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它可對位（bit）變量進(jìn)行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。在實現(xiàn)位操作時，借用了程序狀態(tài)標(biāo)志器（PSW）中的進(jìn)位標(biāo)志Cy作為位操作的“累加器”。運算部件中的累加器ACC是一個8位的累加器（ACC也可簡寫為A）。從功能上看，它與一般微機(jī)的累加器相比沒有什么特別之處，但需要說明的是ACC的進(jìn)位標(biāo)志Cy就是布爾處理器進(jìn)行位操作的一個累加器。MCS-51單片機(jī)的程序狀態(tài)PSW，是一個8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。2、控制部件控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復(fù)位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出CPU的時序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機(jī)各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號EA，以及片外取指信號PSEN。集電極-發(fā)射極電壓25V集電極-基電壓45V射極-基極電壓5V集電極電流0.5A耗散功率0.625W結(jié)溫150℃特怔頻率最小150MHZ74LS573的介紹：74LS573八D透明鎖存三態(tài)總線驅(qū)動輸出7置數(shù)全并行存取緩沖控制輸入使能輸入有改善抗擾度的滯后作用3.2.2復(fù)位電路復(fù)位就是使中央處理器(CPU)以及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機(jī)在開機(jī)時或在工作中因干擾而使程序失控或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。AT89C51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)，信號由RESET(RST)引腳輸入，高電平有效，在振蕩器工作時，只要保持RST引腳高電平兩個機(jī)器周期，單片機(jī)即復(fù)位。復(fù)位后，PC程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000H，即復(fù)位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。51系列單片機(jī)的復(fù)位信號由RST引腳輸入，高電平有效。當(dāng)RST引腳輸入高電平并保持2個機(jī)器周期以上時，單片機(jī)內(nèi)部就會執(zhí)行復(fù)位操作。若RST引腳一直保持高電平，那么，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。為了保證復(fù)位成功，一般復(fù)位引腳RST上只要出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實現(xiàn)了可靠復(fù)位。復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動開關(guān)復(fù)位和自動復(fù)位電路3種，如圖4.3所示。上電復(fù)位電路是利用電容充放電來實現(xiàn)的。上電瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減小，RST端的電位逐漸下降。圖3.3(a)所示的R是施密特觸發(fā)器輸入端的一個下拉電阻，時間常數(shù)為100ms。只要VCC的上電時間不超過1ms，振蕩器建立時間不超過10ms，這個時間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需的最短時間是振蕩周期建立時間加上兩個機(jī)器周期時間，在這個時間內(nèi)RST端的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的閥值電壓。(a)上電復(fù)位電路(b)手動復(fù)位電路(c)自動復(fù)位電路圖2.5復(fù)位電路手動復(fù)位電路是上電復(fù)位與手動復(fù)位相結(jié)合的方案，如圖4.3(b)所示。上電復(fù)位過程與圖3.3(a)所示相似。手動復(fù)位時，按下復(fù)位按鈕，電容C通過1kΩ電阻迅速放電，使RST端迅速變?yōu)楦唠娖?，?fù)位按鈕松開后，電容通過R和內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使RST端恢復(fù)為低電平2.474LS573的介紹原理：74LS573的八個鎖存器都是透明的D型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時，Q輸出將隨數(shù)據(jù)D的輸入而變。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在以建立的數(shù)據(jù)電平上，輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保存，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或則低阻抗負(fù)載，可以直接和系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線而不需要外接口，特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。表1.74LS573的真值表：輸出啟用D輸出（O）LHHHLHLLLLXQOHXXZH=高電平L=低電平X=不定Z=高阻態(tài)QO=建立在穩(wěn)態(tài)輸入前Q的電平引腳功能：D0~D7:數(shù)據(jù)輸入LE：鎖存使能輸入(高電平有效)OE：三態(tài)輸出使能輸入（低電平有效）O0~O7：三態(tài)鎖存輸出2.574LS138的介紹74LS138為譯碼器，這里作為地址譯碼器，譯碼電路的作用在于將計數(shù)器輸出的計數(shù)進(jìn)行譯碼，使得在不同的時間有且僅有一個輸入端有效，這就保證了各個數(shù)碼管的分時接通，實現(xiàn)其動態(tài)顯示的功能，并且保證了一定的有序性如下圖可知：圖2.674LS138地址譯碼器電路當(dāng)?shù)刂肺籄15/A14/A13/A12為：“1000”時，IC9的15腳“Y0”有效，故要讀片子“8255”的內(nèi)容時，需從地址“8000~8FFF”中讀入即可。同理，“Y1-573”、“Y2”、“Y1-573”、“Y4-573”、“Y4-1287”、“Y6”、“Y7”的地址分別為“9000~9FFF”、“A000~AFFF”、“B000~BFFF”、“C000~CFFF”、“D000~DFFF”、“E000~EFFF”、“F000~FFFF”。2.6傳感器的選擇傳感器是信號輸入通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由于傳感技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各種各樣的傳感器應(yīng)運而生，所以對傳感器的正確選用顯得尤為重要。由于在皮革量革機(jī)的工作中，采用對射式光電傳感器，它是由一個發(fā)射器和一個接收器組成，是可靠的檢測模式之一，適合于廠距離的檢測，動作的穩(wěn)定度高，不受檢測物體的光澤、顏色、傾斜等的影響，在本次設(shè)計中，對光電對管的要求不是很高，所以在市面上的光電對管就可，對光束的大小沒什么特變的要求；2.6系統(tǒng)的原理圖2.7量革機(jī)的采集和速度自動同步2.7.1量革機(jī)采集部分的原理圖圖2.7從光電對管的采集電路 以上為一組傳感器，共8個，無皮通過時，光電發(fā)射管發(fā)出的光信號直接照射到光電接收管，使光電接收管導(dǎo)通。當(dāng)有皮通過時，光電發(fā)射管發(fā)出的光信號被皮革阻擋不能直接照射到光電接收管，因此光電接收管不導(dǎo)通。 為了達(dá)到測量精度和皮革大小的要求，光電接收管的組數(shù)可設(shè)10~16組，即在每次的同步脈沖中須采集8×16個接收管的狀態(tài)。若每個管相距為1.6cm，則可測量最大為2.04(8×16×1.6)米寬的皮革。2.7.2速度和采集同步電路：圖2.8電動機(jī)上的光電采集對管電路 速度和采集同步電路如上圖，光電發(fā)射管和光電接收管分別固定安裝在碼盤的兩邊，碼盤上開有1（或2，越多精度越高）個光線通過的孔，碼盤隨電機(jī)一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到光電發(fā)射管和光電接收管的位置是，光電發(fā)射管發(fā)出的光信號通過碼盤上的孔直接照射到光電接收管上，使光電接收管導(dǎo)通。從而產(chǎn)生同步脈沖信號輸入單片機(jī)處理。 在我這次做的設(shè)計中，這一部分用了一個開關(guān)來模擬其工作過程.在本次設(shè)計中所設(shè)計的的電子量革機(jī)的數(shù)據(jù)采集部分的原理圖圖2.9本次設(shè)計的原理圖2.8量革機(jī)的采集和速度內(nèi)部同步電路設(shè)計圖2.10本機(jī)內(nèi)部同步電路 當(dāng)外部自動同步故障時，切換s1開關(guān)可轉(zhuǎn)換到內(nèi)部同步。以上兩個電路由s1開關(guān)切換，一般使用外部電機(jī)同步電路，這樣測量比較精確，當(dāng)此電路不正常時，可臨時使用內(nèi)部同步電路。。此圖畫出s0和s15的電路，其余S1-S14是同樣電路。原理：首先，當(dāng)外部（或內(nèi)部）產(chǎn)生同步脈沖時，脈沖進(jìn)入單片機(jī)的外中斷（INT0），程序產(chǎn)生進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，通過P1.0-P1.4控制4514（4/16譯碼器）選擇s0-s15中任意一腳有效（一般按順序從s0-s15依次選），比如s0有效，此時，三極管N1導(dǎo)通，第一組傳感器板工作，此時若有皮在測量則會使有些光耦不導(dǎo)通，通過讀取IC2、IC3的反相，將IC6上對應(yīng)腳上的電平讀入單片機(jī)即可獲得此次采集的“點數(shù)”。按同樣的方法，改變P1.0-P1.4依次選擇“s0-s15”，把所有光耦的狀態(tài)讀入單片機(jī)即可獲得此次掃描的“點數(shù)”。采集完后退出中斷服務(wù)程序。外部（或內(nèi)部）再次產(chǎn)生同步脈沖時，程序再進(jìn)入中斷服務(wù)程序按以上方法采集數(shù)據(jù)，一直到一次采集的數(shù)據(jù)全為0時表示次張皮革已經(jīng)測量完畢。計算所有采集的數(shù)據(jù)“點數(shù)”即是測量皮革的面積，然后顯示。2.9顯示電路設(shè)計2.9.1LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的點或線段發(fā)光，將這些二極管拍成一定的圖形，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就可以顯示出不同的字形。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的LED顯示器為七段顯示器，再加上有一個小數(shù)點，因此可以把它稱為八段顯示器。結(jié)構(gòu)形式有共陰極和共陽極兩種，它的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。共陰極是把所有的發(fā)光二極管的陰極連起來，通常接地，通過控制每一只發(fā)光二極管的陽極電平來使其發(fā)光或熄滅，陽極為高電平發(fā)光，為低電平熄滅；共陽極是把所有發(fā)光二極管的陽極連起來，通常為高電平，通過控制每一只發(fā)光二極管的陰極電平來使其發(fā)光或熄滅，陰極為低電平發(fā)光，為高電平熄滅。圖2.1(c)當(dāng)中的com端在應(yīng)用時作為位選端，8只發(fā)光二極管被分為兩組，所以有兩個com端，在使用時把他們并聯(lián)起來。(a)共陰極（b）共陽極（c）外形圖圖2.11LED顯示器結(jié)構(gòu)必須注意的是，在圖中的電阻并非是數(shù)碼管內(nèi)部就有的電阻，他們是需外接的限流電阻，如果不限流將造成發(fā)光二極管的燒毀。限流電阻的取值一般使流經(jīng)發(fā)光二極管的電流在10～20mA,由于高亮度數(shù)碼管的使用，電流還可以取得小一些。顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式，本系統(tǒng)采用串行通信的靜態(tài)顯示方式，利用4片串轉(zhuǎn)并芯片74LS164將控制器輸出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并行數(shù)據(jù)輸出，用來驅(qū)動4位LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。LED數(shù)碼顯示管靜態(tài)顯示工作原理LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的陰極（或陽極）選擇線連接在一起并接地（或+5V）；每位的段碼線分別與一個8位的鎖存器輸出連接。各LED顯示某一個字符時，相應(yīng)段的的發(fā)光二級管恒定的導(dǎo)通或截止，直到送入另一個字符的段碼為止。靜態(tài)顯示可以得到較高的顯示亮度，靜態(tài)顯示有并行輸出和串行輸出兩種方式。并行輸出顯示的十進(jìn)制多時，需要并行的I/O接口數(shù)量較多。串行輸出可以大大節(jié)省單片機(jī)的內(nèi)部資源。顯示電路結(jié)構(gòu)顯示電路由單片機(jī)AT89C51的P3.0做數(shù)據(jù)輸出，連接到低位74LS164的數(shù)據(jù)輸入引腳端，其余3片74LS164的數(shù)據(jù)輸入端分別接到它前面的一位74LS164的數(shù)據(jù)輸出端的最高位引腳端。單片機(jī)AT89C51的P3.1P1.7端分別接到一個與門電路的輸入端，與門電路的輸出端分別與每片74LS164的輸出允許控制端相連接。每片74LS164的輸出端分別連接到一個數(shù)碼顯示管上。顯示結(jié)構(gòu)電路如：圖2.12LED靜態(tài)顯示電路顯示電路的工作過程AT89C51單片機(jī)工作在串口方式0下（移位寄存器方式），P3.0（RXD）為數(shù)據(jù)輸出端，P3.1（TXD）為移位脈沖輸出端，p1.7為74LS164允許輸出控制端，串行口發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)在移位脈沖的作用下，一位一位的從P3.0移入到74LS164中，并在控制信號的控制下，通過LED顯示管顯示。根據(jù)上述的時序，我們首先啟動地址選擇器，同時使單片機(jī)管腳P1.1=0，即SEL選擇端為低電平，使地址選擇器輸出單片機(jī)的地址總線給存儲器:同時令P3.7=0，即單片機(jī)的“讀”引腳有效;然后利用fo:循環(huán)語句從零地址開始依次讀取存儲器中的數(shù)據(jù)至PO口。3.系統(tǒng)的程序設(shè)計本次設(shè)計采用匯編語言進(jìn)行編程，以中斷方式進(jìn)行掃描3.1主程序設(shè)計開外部中斷0，1開始DPTR指向外部RAM首地址初始化寄存器R2設(shè)置中斷優(yōu)先級等待中斷結(jié)束開外部中斷0，1開始DPTR指向外部RAM首地址初始化寄存器R2設(shè)置中斷優(yōu)先級等待中斷結(jié)束圖3.1系統(tǒng)主程序框圖3.2子程序設(shè)計子程序1讀P0口數(shù)據(jù)存入寄存器A讀P0口數(shù)據(jù)存入寄存器AA內(nèi)容存入片外RAM存儲數(shù)據(jù)地址自增中斷返回中斷子程序1圖3.2子程序1程序框圖子程序2判斷R2是否為0判斷R2是否為0DPTR所指地址單元放入ADPTR指向RAM首地址逆A至P1口顯示調(diào)用延時程序中斷返回中斷子程序2圖3.3子程序2的程序框圖源程序，見附錄24Proteus軟件仿真4.1ProteusISIS簡介ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點是：（1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS－232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（3）目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。（4）支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，可仿真ARM、51、AVR、PIC。Proteus啟動畫面：圖4.1Proteus啟動畫面4.2Proteus運行流程ProteusISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。運行Proteus程序后，進(jìn)入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的P(從庫中選擇元件命令)命令，在PickDevices左側(cè)窗口中選擇所需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)行連線。電子量革機(jī)的數(shù)據(jù)采集部分，其仿真圖如所示：圖4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的仿真圖在本次仿真中，用的是幾個開關(guān)的閉合來模擬光電對管的接收管的狀態(tài)信號，當(dāng)摁下開關(guān)時，同時給INT0一個采集的同步脈沖信號，此時單片機(jī)接收到脈沖信號把剛剛變化的信號采集到片外RAM中，INT1也接了一個按鍵，在摁下按鍵后，把片外RAM中的數(shù)據(jù)讀取到P1口進(jìn)行顯示。參考文獻(xiàn)[1]劉勇，數(shù)字電子技術(shù)[M]，北京：電子工業(yè)出版社2004[2]陳正振，電子電路設(shè)計與制作[M]，廣西：廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系2007[3]楊子文，單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社2006[4]王法能，單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，北京：科學(xué)出版社2004[5]尹勇，單片機(jī)程序設(shè)計教程[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2004.3[6]徐愛均，彭愛華，單片機(jī)高級語言C51windows環(huán)境編程與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.7[7]馮育長，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與實例分析[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.5[8]李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，（第3版）[9]廖先蕓,電子技術(shù)實踐與實訓(xùn)[M],北京:高等教育出版社，2007.5[10]石東海.單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通.[M]西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[11]汪建根.現(xiàn)代皮革機(jī)械設(shè)備使用和維護(hù).—皮革加工技術(shù)叢書[M]化學(xué)工業(yè)出版社2005.5（第321到第332頁）[12]張萬奎.模擬電子技術(shù).[M]湖南大學(xué)出版社，2005.[13]李春茂.傳感技術(shù).[M]科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2006.[14]趙新民.智能儀器設(shè)計基礎(chǔ).[M]哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.[15]程德福，林君.智能儀器.[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[16]房小翠.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù).[M]國防工業(yè)出版社，1999.[17]朱宇光.單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)教程.[M]電子工業(yè)出版社，2000.[18]劉樂善.微型計算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用.[M]華中理工大學(xué)出版社，2000.[19]張毅剛，彭喜源.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).[M]哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.[20]高登芳.微型計算機(jī)實用測控接口技術(shù).[M]北京科學(xué)技術(shù)出版社，1990.[21]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.[M]北京航空航天大學(xué)出版社，1990.[22]王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全.[M]北京航空航天大學(xué)出版社，2000.[23]于海生.微機(jī)控制技術(shù).[M]清華大學(xué)出版社，1998.[24]徐仁貴，廖哲智.單片微型計算機(jī)應(yīng)用技術(shù).[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2001.[25]丁元杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用.[M]機(jī)械工業(yè)出版社，1997.[26]Joseph·J·Carr.DesignningMicroprocessor-BasedInstrumention.[M]RestouPublishingCompany,1982.[27]DevendraK.Misra.Radio-FrequencyandMicrowaveCommuncationCircuits(SecondEdition).[M]2004.[28]BimalK.Bose.ModernPowerElectronicsandACDrives.[M]2002.[29]G·C·Barney.IntelligentInstrumentation.PrenticeHall.[M]1985.謝辭在剛剛過去的幾個月里，是我在南華求學(xué)以來最刻骨銘心的日子。在這段時間里，在海老師的的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，在全小組成員的共同努力下，我們順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計，豐富了所學(xué)的理論知識，極大地提高了綜合實踐能力，學(xué)會了將所學(xué)專業(yè)知識與實踐進(jìn)行融會貫通，達(dá)到學(xué)以致用。在設(shè)計期間，我們遍閱圖書館書籍及網(wǎng)上可用的資料，根據(jù)設(shè)計要求提出了設(shè)計方案。在方案的具體實施過程中，我們遇到了很多的困難，迷茫過，也困惑過，但始終不曾放棄。在設(shè)計時間的安排上，我們按照開題報告的時間安排，積極協(xié)調(diào)好同組成員的時間，保證設(shè)計的有序進(jìn)行，以期能將設(shè)計做的更好。盡管如此，由于設(shè)計中遇到的問題較多，加上受自身水平限制，所以設(shè)計仍顯匆忙，存在著諸多的不足之處。在設(shè)計中，指導(dǎo)老師海效成老師不顧工作的繁忙，多次親臨學(xué)校指導(dǎo)我們，開拓我們的思路，給我們指明方向，解答我們的疑惑，幫助和鼓勵我們，對本次設(shè)計提供了大力的支持，在此向他表示衷心的感謝。通過本次設(shè)計，我意識到自己知識的匱乏，體會到團(tuán)隊合作的重要性，明白只有將所學(xué)的知識和生產(chǎn)實踐融會貫通，才能真正為我所用，才能做得更好。在設(shè)計中，我學(xué)到了許多書本上不能學(xué)到的東西，對過去沒有掌握的知識也得到了更進(jìn)一步鞏固，學(xué)會了從生產(chǎn)實際出發(fā)，針對實際課題解決實際問題，掌握了綜合使用各種設(shè)計手冊、圖冊、資料的方法，為我們即將步入社會參加工作打下基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計是我們第一次針對工程實踐進(jìn)行的設(shè)計，因而難免存在許多缺點和不足之處，還有待于改進(jìn)。希望各位老師提出寶貴的意見。最后，對向本次設(shè)計提供支持的海效成老師，袁鋒偉老師，蔣彥老師及王玉林老師致以深深的謝意！附錄1系統(tǒng)電路原理圖附錄2程序代碼ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPSTOREORG0013HLJMPSHOWORG0030HMAIN;：MOVIE,#85HMOVDPTR,#7800HMOVR2,#00HSETBPX0AA:SJMPAASTORE:MOVA,P0MOVX@DPTR,AINCDPTRRETISHOW:CJNER2,#00H,TTMOVDPTR,#7800HTT:MOVXA,@DPTRMOVP1,AINCDPTRMOVR2,#01HACALLDELAYRETIDELAY：MOVR7,#10D1：MOVR6,#250DJNZR6,$DJNZR7,D1RETEND附錄Indataacquisitionsystem,withbrightmonitorandcontrolintheprocessofvariousparameters.FirsttongAfterthevariousparameters(suchassensorsmeasuringtemperature,pressure,etc.),samplesignal,amplified,Low-passfilter,multi-channelswitch,A/Dconvertersupplycomputer.Datacollectionpurposeisacontinuousvariationoftheanalogsignalintimedomain,andthendiscretizationTimediscreteandcontinuoussignalamplitudeofdiscretetransformfortheamplitudedomain,thedigitalsignalsampling,thelatteriscalledForthequantitative.Thecontinuoustimesignalsamplingfrequencymixingwillproduceso-calledsuperpositionofsamplingsignal,causeoftheerrorPoor.Quantizationnoisewillcause,reducethesignal/noisesignalsthanquantitativerestrictions,thedynamicrangeofdata.Tocollectthedataofvibrationsignalforthewholeprocessofvibrationtestprocessplaysaveryimportantrole.vibrationSignaldataacquisitionbasicallyshouldconsidersamplingfrequency,synchronouscollectionandmulti-channeldatacollectionetc.Isagainst2.4.1datacollectionprocessDatacollectionprocessistoobtaininformationthroughthesensorsignal,andafterconvertingsignaldisposal,adoptSamplequantization,coding,andtransmission,finallytocomputersystemsforprocessing,analysis,storageandshowTheprocess.Usually,theoutputfromthesensorforanalogsignals,needmanagertwodiscretizationprocesswillbeitsConvertdigitalsignal,thediscretevaluesarediscretizedwithbulkchemicalcharacters.TimeforcontinuousdiscretizationissimulatedSignalx(t),accordingtoacertaintimeintervalTSextraction,theinstantaneousresponseofdiscretetimesignalxs(nT,s)(i.e.samplesSignalsamplingsignal),throughquantitativeintoquantitativesignalxg(nTs),andthelasttimewithnumericalcodeforallUniversityofnorthChinaelectricpowerofmasterdegreethesesThespreadofdigitalsignalx(n).Thecomputercandofordigitalsignalanalysisandprocessingoftheresponse.Theanalogsignalsofcontinuousdiscretization,mustaccordingtoregulations(thesamplingtheorem2f,namely,thesamplingfrequencythanOrequalto2timesthehighestfrequencysignal,otherwisetheprincipleof)willproducethefollowingquestions:(1)maybemadetothepoint,samplingofcomputermemoryunitsoccupied,seriouswhenformemoryNotenoughtowork.(2)maybesampling,samplingpointstoofarapart,causethedistortionoftheoriginaldatavalue,Itcannotbereproducedafterrecoveryofcontinuouschangeoriginalanalog,therebycausingerror.Inaddition,theactualhigh-speedA/D,samplingprocessandnotideal,keepingcircuitmayexistapertureEffectandinfluencecoding,influenceofprimitivism.Data,InselectingAhigh-speedA/D,usuallychooseanaloglessbandwidthThewidthoftheA/Dbetter.2.4.2samplingfrequencyForanalogsignalx(t)ofsamplingtimeeverytime.Timeintervalsforsamplingintervalofsamplingperiodor.Whent=0,20t,30t,At...Whenx(t)samplesvalue(0),forthexxx(At),(2At),....Tosignalx(t)AcquisitionNsampling,sequencex(N)isthesignalx(t)digitalresults.SamplingfrequencyfforsamplingperiodSeveral52,i.e.,1/AtthenorthofmasterdegreethesesonpowerAccordingtothesamplingtheorem,minimumsamplingfrequencyshouldbebiggerthanthehighestfrequencysignalstwice[hl.NyquistfrequencyInagivensamplingfrequencyisobtainedtocorrectsignalwithoutdistortion,thebiggestfrequencysamplingfrequencyforoneHalf.IfthesignaliscontainedinhigherfrequencyNyquistfrequencysignalsampling,thedistortionoccurs.Lowsamplingfrequencysignalandafterthatrestoretheoriginalsignalinfrequencydomain,occurredaliasing.InordertoavoidAliasing,usuallyinthesignalisgathering(A/D)beforeandafterAlow-passfiltertohigherinsignalNyquistFrequencyoffrequencycomponentfilter.Theoretically,thesamplefrequencywasthehighestfrequencysignalacquisitionof8timeswon'tsendBornaliasing,but,inpractice,inordertobetterreductionhashighermultiplessometimes,suchas5-10times.INaddition,INordertoimprovetheresolutionofthespectrumanalysis,accordingtothefrequencyresolutionof=fINdefiningthesamplingfrequency,ToincreasethesamplinglengthN.Forlongtimeusinghighsamplingfrequencymemorywillleadto,sooftenneedtoActualsituationtochoosetheappropriatesamplingfrequencysamplingpointsandf2.4.3synchronouscollectionIndataacquisitionsystem,themostuseasynchronousacquisitionchannel(dataacquisition),andthesimulationThesamplingtimeisseparated.Ifyouwanttostudyofdata,orlargesystemanalogchannelsFastdatatransfer,oftenhopingtogetsynchronoussampling.WhentheA/DconverterconversiontimethansamplingEverytime,whenusingamuchsmallerthanroadconversionmethodisveryeffective.IfthesamplingintervalsmallandneedsamplingAndmanyofthechannel,transformationmethodisnotsuitabletime.IfthedataacquisitionsystemisusedtosignalWhentheotherpart.Soastheinputandoutputsignalandaseriesofsimultaneoussamplingrequirements.Therefore,inaAsystemusedintheenvironmentofsignals,theA/Dconvertersynchronizationmethodisbetterthantheother.Synchronousdataacquisition[[8][91formulti-channelsignalwhilecollecting,samplingmethodismorecomplex,inordertoachievethisAmethodoffunction,thetotalsampleuseandmulti-channelswitchandA/Dconvertersconnected.IfthesignalisspeedMorethanA/Dconverterconversiontime,signalchanneltouseAsample,howshouldbeanalogsignalHowmanysampleamplifierandanalogconverterchannel.Road,TheanalogsignalsfromitsownsampleAmplifiersampling.Inthisway,eachmorethanonesamplingconvertercankeepamplifierwithA/DconverterPickup.Thismethodiscalledpseudogenessynchronousdataacquisition.Thisisbecauseitissynchronoussampling,andonlybyanA/DConverter.Keepinsampleintheanalogsignalstousemultiplemodechoicetime.InthewholeConversionprocesspriortothecompletionofalltheothers,willkeepallsampling.DataacquisitionsystemNow,everysimulationsystemissynchronouschannelsmustbeequippedwithAA/Dconverter,use,dataandcontroladdresslinesInputlineandbright.Hereintroducedtoslowchangeonlysignalcollection,suchastemperature,strain,displacementorSpeed,etc.Afteraslowchangethroughsensorsignalineachchannel,withasample,throughmultipleopenCloseASharedA/Dconverterforsignalacquisition.Synchronouscollectionismulti-channelsignals,anewmethodofcollectingisrequiredfromthesametime,atthesametimetostartThereare,inordertoensurethattheacquisitionchannelbetweeneachchannelsignalsofaccuratephaserelationship.2.4.4multi-channeldataacquisitionMulti-channeldataacquisitionprocessandtheinitialparameters(eventsfromoneormoresensorsandtransmitteroutputThesignal)convertedintodigitalsignals,theequivalentwithsuitableforfurtherprocessing.ThetypeofdataacquisitionmethodNeverincontrolandmeasurementsystemtosolvetheproblem,anditdirectlyaffectsmulti-channeldatacollectionstructureandfunctionCan.Forthesystemrequirementsofhighspeeddataacquisitionsystem,needfromvariousaspects,thereforeconsiderfirstFirstneedtofocusthecommonmulti-channeldataacquisitionsystemanalysis,inorderforthesystemofventilationTaoacquisitionplan.Belowisthecommonconcentratedmulti-channeldataacquisitionsystem[fiolfill0(1)throughmulti-channelanalogswitchofmulti-channelasynchronousdataacquisitionsystemThisisamoretraditionalmultipleasynchronousdataacquisitionmethod,throughtheanalogswitches,againthroughanADCOneofthemulti-channelsignalacquisition,thesystemasshowninfigure2-2.Thismethodwasusedinthemulti-channelsignalscollectedbetweenstricttimingrelationships,andsinceTheperformanceofthedeviceslimit,thismethodisnotsuitabletorealizehighsignalcollection,alsodonotrealizemultipleletterNumberofsynchronoussampling.(2)A/Dmulti-channelparallelacquisitionsystemThissystemisusedformultiplefrequency,high-speeddataacquisition,becausetheplanisnotparallelsimulatedmultipleswitch,becauseThisavoidsthemulti-channelanalogswitchofstaticordynamicerror.ThissystemneedsmorepiecesofADCchiptorealizedataparallelsampling,eachletterBasically,acquisition,noninterferencespeedalsocanbeimproved,butduetotheuseofthechip,causemoreCircuitstructureiscomplex,thehugevolume,andthepriceishigh.在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，要用微型機(jī)監(jiān)視和控制在過程中發(fā)生的各種參數(shù)。首先通過傳感器把各種參數(shù)(如溫度、壓力等)測量出來，采樣保持信號，經(jīng)過放大調(diào)節(jié)，低通濾波器、多路開關(guān)，A/D變換器供給計算機(jī)。數(shù)據(jù)采集的目的是將一個連續(xù)變化的模擬量信號在時間域上離散化，然后再將時間離散、幅值連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉涤螂x散的數(shù)字信號，前者稱為采樣，后者稱為量化。連續(xù)時間信號經(jīng)采樣將產(chǎn)生所謂頻率混迭的問題，導(dǎo)致采樣信號的偏度誤差。量化將引起量化噪聲，降低信號的信號/噪聲比，限制量化數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍。振動信號數(shù)據(jù)的采集過程對于整個的振動測試過程起著非常重要的作用。振動信號數(shù)據(jù)采集主要應(yīng)考慮采樣頻率，同步采集以及多通道數(shù)據(jù)采集等方面內(nèi)容。2.4.1數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程是將要獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為信號，并經(jīng)過信號調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲和顯示的過程。通常，從傳感器輸出的連續(xù)的模擬信號，需要經(jīng)理兩個離散化過程將其轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號，即時間離散化與數(shù)值離散化。時間離散化是對連續(xù)的模擬信號x(t)，按一定時間間隔TS抽取響應(yīng)的瞬時值，得到離散時間信號xs(nT,s)(即采樣信號)，采樣信號再經(jīng)過量化變?yōu)榱炕盘杧g(nTs)，最后編碼轉(zhuǎn)換為時間與數(shù)值都離散的數(shù)字信號x(n)。計算機(jī)只能對數(shù)字化后的信號做響應(yīng)的分析與處理。對連續(xù)的模擬信號離散化時，必須依據(jù)采樣定理規(guī)定(眾2.f,，即采樣頻率大于或等于2倍信號最高頻率)的原則進(jìn)行，否則將會產(chǎn)生如下的一些問題:(1)可能使采樣的點增多，導(dǎo)致占用大量的計算機(jī)內(nèi)存單元，嚴(yán)重時將因內(nèi)存量不夠而無法工作。(2)也可能是采樣點太少，使采樣點之間相距太遠(yuǎn)，引起原始數(shù)據(jù)值的失真，復(fù)原時不能原樣復(fù)現(xiàn)出原來連續(xù)變化的模擬量，從而造成誤差。另外，對于實際的高速A/D，采樣過程并不是理想的，保持電路可能會存在孔徑效應(yīng)而影響編碼，最終影響數(shù)據(jù)的原始性。在選用高速A/D時，一般選模擬帶寬較寬的A/D比較好。2.4.2采樣頻率對模擬信號x(t)每隔of時間采樣一次。時間間隔of為采樣間隔或者采樣周期。當(dāng)t=0,At,20t,30t,…時，x(t)的采樣值為x(0),x(At),x(2At),…。對信號x(t)采集N個采樣點，數(shù)列x(n)就是信號x(t)的數(shù)字化結(jié)果。采樣頻率f為采樣周期的倒數(shù)。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須大于信號中最高頻率的兩倍[hl。奈奎斯特頻率，是在給定采樣頻率下能夠正確獲得信號而不發(fā)生畸變的最大頻率，為采樣頻率的一半。如果信號中包含的頻率高于奈奎斯特頻率，則采樣得到的信號就會發(fā)生畸變。過低的采樣頻率使得還原后的信號與原始信號不同，在頻域發(fā)生了混疊。為了避免混疊，通常在信號被采集(A/D)之前先經(jīng)過一個低通濾波器，將信號中高于奈奎斯特頻率的頻率成分濾去。理論上，采樣頻率為被采集信號中最高頻率的8倍就不會發(fā)生混疊，但是，在實際應(yīng)用中為了更好地還原波形，有時取得倍數(shù)較高，如5-10倍。另外，為了提高頻譜分析的分辨率，根據(jù)頻率分辨率of=fIN，在確定的采樣頻率下，不得不增加采樣長度N。長時間使用高的采樣頻率會導(dǎo)致內(nèi)存不足，因此常需要根據(jù)實際情況選擇合適的采樣頻率f和采樣點數(shù)No2.4.3同步采集在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，大部分通道都使用異步采集(順序數(shù)據(jù)采集)，因而各模擬信號的采樣時刻是分開的。如果想得到一批數(shù)據(jù)來進(jìn)行系統(tǒng)研究，或?qū)Υ笈M通道進(jìn)行快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，常常希望能獲得同步采樣。當(dāng)A/D變換器轉(zhuǎn)換時間比采樣間隔小很多時，采用分時多路轉(zhuǎn)換法是十分有效的。如果采樣間隔很小以及需要采樣的通道又很多時，分時轉(zhuǎn)換方法就不適用了。如果數(shù)據(jù)采集是一個用于系統(tǒng)信號判別的一部分時。那么像輸入、輸出和狀態(tài)一系列信號就要求同時采樣。為此，在一個系統(tǒng)用于判別信號的環(huán)境中，采用同步A/D變換器將比其它方法好一些。同步數(shù)據(jù)采集就是對多路信號同時進(jìn)行采集，采集方法比較復(fù)雜，為實現(xiàn)這種功能，一種方法總使用采樣保持器和多路開關(guān)與A/D變換器連接。如果信號速度大于A/D變換器的轉(zhuǎn)換時間，信號通道要用一個采樣保持器，模擬信號有多少就需要多少