畢業(yè)設(shè)計(jì)：位移測(cè)量系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）

畢業(yè)設(shè)計(jì)：位移測(cè)量系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）摘要在控制領(lǐng)域中,經(jīng)常需要進(jìn)行各種位移量的測(cè)量。在實(shí)際的工業(yè)位置控制領(lǐng)域中，為了提高控制精度，準(zhǔn)確地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)是十分重要的。傳統(tǒng)的機(jī)械測(cè)量位移裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而數(shù)字式傳感器光電編碼器,能將角位移量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電脈沖輸出,主要用于機(jī)械位置和旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)，具有精度高，體積小等特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)決定采用光電編碼器進(jìn)行位移檢測(cè)。

本設(shè)計(jì)為采用光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量及其仿真，實(shí)現(xiàn)測(cè)量來(lái)自外部的不同的位移值及顯示。具體應(yīng)用AT89C51單片機(jī)為核心，光電編碼器進(jìn)行位移測(cè)量，同時(shí)以LCD液晶顯示模塊顯示。本設(shè)計(jì)采用的光電編碼器輸出電壓為5V，輸出信號(hào)經(jīng)四倍頻電路處理后送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，最后送入LCD模塊顯示。本文從位移測(cè)量原理入手，詳細(xì)闡述了位移測(cè)量系統(tǒng)的工作過(guò)程，以及硬件電路的設(shè)計(jì)、顯示效果。本文吸收了硬件軟件化的思想，實(shí)現(xiàn)了題目要求的功能。關(guān)鍵詞：位移測(cè)量，光電編碼器，單片機(jī)，LCD顯示模塊AbstractInthecontrolfield,avarietyofdisplacementmeasurementsoftenneedtobecarriedout.Inactualindustrypositioncontroldomain,toincreasethecontrolprecision,carriesontheexaminationtothecontrolledmemberisaccuratelyveryimportant.Thetraditionalmachinerysurveydisplacementinstallshasnotbeenabletosatisfythemodernproductionbyfartheneed,butthedigitalsensorelectro-opticencoder,cantransformtheangulardisplacementintowithitcorrespondenceelectricitypulseoutput,mainlyusesinthemechanicalpositionandthevelocityofwhirlexamination,hastheprecisiontobehigh,volumesmallandsooncharacteristics,thereforethisdesigndecidedthatusestheelectro-opticalencodertocarryonthedisplacementtoexamine.Thisdesigntousetheelectro-opticalencodertorealizethedisplacementsurveyandthesimulation,realizesthesurveyfromtheexteriordifferentdisplacementvalueandthedemonstration.Makesconcreteusingat89C51monolithicintegratedcircuitisthecore,theelectro-opticalencodercarriesonthedisplacementtosurvey,simultaneouslybyLCDliquidcrystaldisplaymoduledemonstration.Thisdesignusestheelectro-opticalencoderoutputvoltageis5V,theoutputsignalafterfourdoublingcircuitprocessingsendsinthemonolithicintegratedcircuittocarryoncountingprocessing,finallysendsintheLCDmoduledemonstration.Inthispaper,detailedworkingprocessofdisplacementmeasurementsystemisstartedwithprincipleofdisplacementmeasurement,andhardwarecircuitdesignanddisplay.Thispaperhasabsorbedtheideaofhardwareandsoftwaretoachievewiththesubjectrequiredfunctionality.Keywords:Thedisplacementsurveys,electro-opticalencoder,microcontroller,LCDdisplaymodule目錄第一章緒論·················································1.1位移測(cè)量及其傳感器簡(jiǎn)介··································1.2國(guó)內(nèi)外位移測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介··································第二章原理說(shuō)明及方案選擇···································2.1位移測(cè)量理論的簡(jiǎn)要介紹··································2.2方案選擇及原理··········································鑒相原理·············································用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)數(shù)···························用硬件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)數(shù)···························用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)·······················2.3位移測(cè)量參數(shù)及電路參數(shù)分析······························2.3.1MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介2.3.2定時(shí)器模式選擇位第三章系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) ········································3.1硬件電路的設(shè)計(jì)···········································單片機(jī)的選擇 ·········································AT89C51的介紹········································光電編碼器的選擇 ·····································3.1.41XP8001-1簡(jiǎn)介········································3.2軟件的設(shè)計(jì)···············································第四章顯示部分···············································4.1LED顯示器 ················································4.2LCD顯示器 ················································LCD的分類(lèi)及特點(diǎn) ······································筆段式LCD液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)·····························LCD顯示模塊LCDM（LiquidCrystalDisplayModule）······4.3LCD顯示器的驅(qū)動(dòng)接口 ······································第五章仿真實(shí)現(xiàn)················································5.1PROTEUS仿真軟件簡(jiǎn)介·······································5.2KEIL與PROYEUS的聯(lián)合使用··································結(jié)論······························································謝辭······························································參考文獻(xiàn)··························································附錄一系統(tǒng)電路原理圖············································附錄二程序清單··················································附錄三仿真電路圖················································緒論1.1位移測(cè)量及其傳感器簡(jiǎn)介位移是線位移和角位移的統(tǒng)稱(chēng)。位移測(cè)量在機(jī)械工程中應(yīng)用很廣，在機(jī)械工程中不僅經(jīng)常要求精確地測(cè)量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等許多參數(shù)的測(cè)量，也是以位移測(cè)量為基礎(chǔ)的。位移是向量，除了確定其大小之外，還應(yīng)確定其方向。一般情況下，應(yīng)使測(cè)量方向與位移方向重合，這樣才能真實(shí)地測(cè)量出位移量的大小。如測(cè)量方向和位移方向不重合，則測(cè)量結(jié)果僅是該位移在測(cè)量方向的分量。位移測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)、測(cè)量方向和測(cè)量系統(tǒng)。位移測(cè)量系統(tǒng)是由位移傳感器、相應(yīng)的測(cè)量放大電路和終端顯示裝置組成。位移傳感器的選擇恰當(dāng)與否，對(duì)測(cè)量精度影響很大，必須特別注意。針對(duì)位移測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合，可采用不同用途的位移傳感器。表1.1-1中列出了較常見(jiàn)的位移傳感器的主要特點(diǎn)和使用性能。表1.1-1常用位移傳感器一覽表型式測(cè)量范圍精確度直線性特點(diǎn)電阻式滑線式線位移1~300mm±0.1%±0.1%分辨力較好，可靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。機(jī)械結(jié)構(gòu)不牢固角位移0~360°±0.1%±0.1%變阻器式線位移1~1000mm±0.5%±0.5%結(jié)構(gòu)牢固，壽命長(zhǎng)，但分辨力差，電噪聲大角位移0~60r±0.5%±0.5%應(yīng)變式非粘貼的±0.15%應(yīng)變±0.1%±1%不牢固粘貼的±0.3%應(yīng)變±2%~3%使用方便，需溫度補(bǔ)償半導(dǎo)體的±0.25%應(yīng)變±2%~3%滿刻度

±20%輸出幅值大，溫度靈敏性高電感式自感式變氣隙型±0.2mm±1%±3%只宜用于微小位移測(cè)量螺管型1.5~2mm測(cè)量范圍較前者寬，使用方便可靠，動(dòng)態(tài)性能較差特大型300~2000mm0.15%~1%差動(dòng)變壓器±0.08~75mm±0.5％±0.5%分辨力好，受到磁場(chǎng)干擾時(shí)需屏蔽渦電流式±2.5~±250mm±1%~3%＜3%分辨力好，受被測(cè)物體材料、形狀、加工質(zhì)量影響同步機(jī)360°±0.1°~±7°±0.5%可在1200r/min轉(zhuǎn)速工作，堅(jiān)固，對(duì)溫度和濕度不敏感微動(dòng)同步器±10°±1%±0.05%非線性誤差與變壓比和測(cè)量范圍有關(guān)旋轉(zhuǎn)變壓器±60°±0.1%電容式變面積10-3~10±0.005%±1%受介電常數(shù)因環(huán)境溫度、濕度而變化的影響變間距10-3~10mm0.1%分辨力很好，但測(cè)量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保存線性霍爾元件±1.5mm0.5%結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)特性好感應(yīng)同步器直線式10-3~102.5μm~250mm模擬和數(shù)字混合測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(直線式感應(yīng)同步器的分辨力可達(dá)1μm)旋轉(zhuǎn)式0o~360°±0.5°計(jì)量光柵長(zhǎng)光柵10-3~103μm~1m同上(長(zhǎng)光柵分辨力可達(dá)1μm)圓光柵0o~360°±0.5”磁尺長(zhǎng)磁尺10-3~105μm~1m測(cè)量時(shí)工作速度可達(dá)12m/min圓磁尺0o~360°±1”角度編碼器接觸式0o~360°10-6rad分辨力好，可靠性高光電式0o~360°10-6rad本設(shè)計(jì)使用了其中可直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的角度編碼器中的光電編碼器。光電編碼器是一種高精度的角位移傳感器。它在角度測(cè)量、位移測(cè)量和速度測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。因其具有直接輸出數(shù)字量、響應(yīng)快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、輸出穩(wěn)定等特點(diǎn),其應(yīng)用范圍不僅僅局限于角位移,角速度測(cè)量等場(chǎng)合,在直線位移,尤其是大位移測(cè)量領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本課題即是用單片機(jī)與光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)大位移的測(cè)量。1.2國(guó)內(nèi)外位移測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介第九屆CIMT2005中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展示了當(dāng)今世界位移測(cè)量技術(shù)最新的發(fā)展和最新型的位移傳感器，并將數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的發(fā)展，也將數(shù)顯技術(shù)和數(shù)顯量具推向一個(gè)新的高度。其中最新發(fā)展主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）絕對(duì)式光柵尺在控制系統(tǒng)中逐步取代現(xiàn)在通用的增量式光柵尺，并廣泛應(yīng)用于反饋控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床。（2）單場(chǎng)掃描光柵尺將逐步取代現(xiàn)在通用的四場(chǎng)掃描光柵尺。（3）目前普遍采用的增量式容柵測(cè)量系統(tǒng)是不能防水的，在不改變數(shù)顯卡尺的柵式結(jié)構(gòu)條件下采用變電感的測(cè)量系統(tǒng)，就能防水，容柵的防護(hù)等級(jí)也提高了。另外在增量式碼道旁邊再增加絕對(duì)式碼道，采用絕對(duì)式編碼技術(shù)通電后不需要對(duì)零，在點(diǎn)位測(cè)量時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生超速錯(cuò)誤。今后普及型的量具仍會(huì)采用容柵測(cè)量系統(tǒng)，而防水型的都會(huì)采用電磁感應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。現(xiàn)代位移測(cè)量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測(cè)量系統(tǒng)，都是應(yīng)用了重復(fù)周期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位移的測(cè)量都是采用增量測(cè)量方法，也就是在確定初始點(diǎn)后要用讀出從初始點(diǎn)到所在位置的增量數(shù)（步距）來(lái)確定位置。因此設(shè)備在開(kāi)機(jī)后每個(gè)軸需要移動(dòng)一個(gè)位置尋找參考標(biāo)記。近幾年來(lái)為了解決開(kāi)機(jī)后機(jī)床各個(gè)軸在不移動(dòng)的情況下，光柵尺就能夠提供當(dāng)前絕對(duì)位置的數(shù)據(jù)，德國(guó)HEIDENHAIN、日本三豐（MITUYOYO）、西班牙FAGOR等公司都開(kāi)發(fā)了絕對(duì)式光柵尺，并成功用于數(shù)控機(jī)床，配備了絕對(duì)式光柵尺的機(jī)床或生產(chǎn)線在重新開(kāi)機(jī)后立刻重新獲得各個(gè)軸的絕對(duì)位置以及刀具的空間指向，因此可以立刻從中斷處開(kāi)始繼續(xù)原來(lái)的加工程序，這就大大地提高了數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間。絕對(duì)式測(cè)量是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，在位移移傳感器上會(huì)得到普遍的應(yīng)用，日本三豐公司已將增量式容柵數(shù)顯卡尺用新一代絕對(duì)式容柵數(shù)顯卡尺替代，新推出的防水?dāng)?shù)顯卡尺也采用絕對(duì)式電磁感應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。日本KF-G公司正在研發(fā)絕對(duì)式磁柵尺，即將推出新產(chǎn)品。英國(guó)-ALCMM公司也在推出絕對(duì)式球柵傳感器。總之絕對(duì)式直線傳感器有顯著優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前發(fā)展起來(lái)的新一代產(chǎn)品，將使數(shù)控機(jī)床反饋控制系統(tǒng)提高到一個(gè)新的高度。本設(shè)計(jì)使用的是光柵式光電軸角編碼器。光柵式光電編碼器正向著高分辨力的方向發(fā)展。如日本尼康公司生產(chǎn)的2HR32400軸角編碼器,每轉(zhuǎn)可輸出1296萬(wàn)個(gè)脈沖(0.1″),可謂日本的最高分辨力。我國(guó)在光電軸角編碼器的開(kāi)發(fā)方面上也已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,1985年航天部一院計(jì)量站研制的精密數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái),分辨力0.01″;1995年中科院長(zhǎng)春光機(jī)所和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院聯(lián)合研制出的角度基準(zhǔn),分辨力0.001″,精度P+V=0.05″(誤差修正后);成都光電所研制的JC21精密測(cè)角儀的增量式光電軸角編碼器分辨力達(dá)到了0.02″,測(cè)角精度R≤0.04″。目前市場(chǎng)上有銷(xiāo)售的光電編碼器按現(xiàn)有產(chǎn)品的主要構(gòu)成元件分類(lèi)，可分為晶體管式、集成電路式和單片機(jī)式。晶體管式所采用的元件主要是晶體管，有的晶體管式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x設(shè)有記憶電路，其數(shù)碼管無(wú)閃爍現(xiàn)象，顯示效果較好，而且測(cè)量速度較高。顧名思義集成電路式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，所采用的元件是集成電路元件。由于集成電路具有重量輕、體積小、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，而且集成電路元件內(nèi)設(shè)有顯示電路，這使得轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x實(shí)現(xiàn)小型化。單片機(jī)的出現(xiàn)使得這種儀表的設(shè)計(jì)變得更加靈活。第二章原理說(shuō)明及方案選擇2.1位移測(cè)量理論的簡(jiǎn)要介紹位移測(cè)量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，有重要的意義。在位移控制系統(tǒng)中,為了提高控制精度,準(zhǔn)確測(cè)量控制對(duì)象的位移是十分重要的。目前,檢測(cè)位移的方法有兩種：（1）使用位置傳感器,測(cè)量到的位移量由變送器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送至系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。此方法雖然檢測(cè)精度高,但在多路、長(zhǎng)距離位置監(jiān)控系統(tǒng)中,由于其成本昂貴、安裝困難,因此并不適用。（2）使用光電編碼器。光電編碼器是高精度控制系統(tǒng)常用的位移檢測(cè)傳感器。當(dāng)控制對(duì)象發(fā)生位置變化時(shí),光電編碼器便會(huì)發(fā)出A、B兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號(hào)。正轉(zhuǎn)時(shí)A超前B為90°,反轉(zhuǎn)時(shí)B超前A為90°。脈沖的個(gè)數(shù)與位移量成比例關(guān)系,因此,通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)就能計(jì)算出相應(yīng)的位移。該方法不僅使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確,而且成本較低,在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種位置測(cè)量方法。2.2方案選擇及原理使用光電編碼器測(cè)量位移,準(zhǔn)確無(wú)誤的計(jì)數(shù)起著決定性作用。由于在位置控制系統(tǒng)中,電機(jī)既可以正轉(zhuǎn),又可以反轉(zhuǎn),所以要求計(jì)數(shù)器既能實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù),又能實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)。相應(yīng)的計(jì)數(shù)方法可以用軟件實(shí)現(xiàn),也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。使用軟件方式對(duì)光電編碼器的脈沖進(jìn)行方向判別和計(jì)數(shù)降低了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性,尤其當(dāng)使用光電編碼器的數(shù)量較多時(shí),且其可靠性也不及硬件電路。但其外圍電路比較簡(jiǎn)單,所以在計(jì)數(shù)頻率不高的情況下,使用軟件計(jì)數(shù)仍有一定的優(yōu)勢(shì)。對(duì)編碼器中輸出的兩路脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)主要分兩個(gè)步驟:首先要對(duì)編碼器輸出的兩路脈沖進(jìn)行鑒相,即判別電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn);其次是進(jìn)行加減計(jì)數(shù),正轉(zhuǎn)時(shí)加計(jì)數(shù),反轉(zhuǎn)時(shí)減計(jì)數(shù)。鑒相原理脈沖鑒相的方法比較多,既可以用軟件實(shí)現(xiàn),也可以用一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。圖1是編碼器正反轉(zhuǎn)時(shí)輸出脈沖的相位關(guān)系。圖2.2-1編碼器輸出波形由圖1中編碼器輸出波形可以看出,編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)A相超前B相90°,在A相脈沖的下降沿處,B相為高電平;而在編碼器反轉(zhuǎn)時(shí),A相滯后B相90°,在A相脈沖的下降沿處,B相輸出為低電平。這樣,編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)判斷B相電平的高低就可以判斷編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖的鑒相和計(jì)數(shù)編碼器輸出的A向脈沖接到單片機(jī)的外部中斷INT0,B向脈沖接到I/O端口P1.0,如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí),首先要把INT0設(shè)置成下降沿觸發(fā),并開(kāi)相應(yīng)中斷。當(dāng)有效脈沖觸發(fā)中斷時(shí),執(zhí)行中斷處理程序,判別B脈沖是高電平還是低電平。若是高電平,則編碼器正轉(zhuǎn),加1計(jì)數(shù);若是低電平,則編碼器反轉(zhuǎn),減1計(jì)數(shù)。圖2是軟件方法的計(jì)數(shù)與判向電路。圖2.2-2軟件方法的計(jì)數(shù)與判向電路2.2.3硬件計(jì)數(shù)在執(zhí)行速度上有軟件計(jì)數(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì),通常采用多個(gè)可預(yù)置4位雙時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)器74LS193級(jí)聯(lián)組成的加減計(jì)數(shù)電路。如圖3所示,P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器的4位預(yù)置數(shù)據(jù)端,與數(shù)據(jù)輸入鎖存器相接;QA、QB、QC、QD為計(jì)數(shù)器的4位數(shù)據(jù)輸出端,與數(shù)據(jù)輸出緩沖器相接;MR為清零端,與上電清零脈沖相接;PL為預(yù)置允許端,由譯碼控制電路觸發(fā);CU為加脈沖輸入端,CD為減脈沖輸入端;TCU為進(jìn)位輸出端;TCD為借位輸出端。圖2.2-3加減計(jì)數(shù)芯片74LS193當(dāng)CU和CD中一個(gè)輸入脈沖時(shí),另一個(gè)必須處于高電平,才能進(jìn)行計(jì)數(shù)工作。而從編碼器直接輸出的A、B兩路脈沖不符合要求,不能直接接到計(jì)數(shù)器的輸入端,但可以利用這兩路脈沖之間的相位關(guān)系對(duì)其進(jìn)行鑒相后再計(jì)數(shù)。圖4給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路,鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門(mén)組成,計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成。當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),A相超前B相90°,D觸發(fā)器輸出?Q(W1)為高電平,Q(W2)為低電平,與非門(mén)N1打開(kāi),計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(W3),送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的加脈沖輸入端CU,進(jìn)行加法計(jì)數(shù);此時(shí),與非門(mén)N2關(guān)閉,其輸出為高電平(W4)。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),A相比B相延遲90°,D觸發(fā)器輸出?Q(W1)為低電平,Q(W2)為高電平,與非門(mén)N1關(guān)閉,其輸出為高電平(W3);此時(shí),與非門(mén)N2打開(kāi),計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(W4),送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的減脈沖輸入端CD,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。圖4是光電編碼器輸出脈沖的鑒相及其計(jì)數(shù)。圖2.2-4光電編碼器輸出脈沖的鑒相及其計(jì)數(shù)用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)對(duì)以上兩種計(jì)數(shù)方法進(jìn)行分析可知,用純軟件計(jì)數(shù)雖然電路簡(jiǎn)單,但是計(jì)數(shù)速度慢,難以滿足實(shí)時(shí)性要求,而且容易出錯(cuò),用外接加減計(jì)數(shù)芯片的方法,雖然速度快,但硬件電路復(fù)雜,由圖4可以看出,要制作一個(gè)12位計(jì)數(shù)器需要5個(gè)外圍芯片,成本較高。我們可以用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)加減計(jì)數(shù)。單片機(jī)8051片內(nèi)有2個(gè)16位定時(shí)器(定時(shí)器0和定時(shí)器1),單片機(jī)8052還有一個(gè)定時(shí)器(定時(shí)器2),這3個(gè)定時(shí)器都可以作為計(jì)數(shù)器使用。但單片機(jī)8051內(nèi)部的計(jì)數(shù)器是加1計(jì)數(shù)器,所以不能直接應(yīng)用,必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)能浖幊虂?lái)實(shí)現(xiàn)其“減”計(jì)數(shù)功能。硬件電路如圖5所示。圖2.2-5單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器加減計(jì)數(shù)的硬件結(jié)構(gòu)我們可以把經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器之后的脈沖,即方向控制脈沖（DIR）接到單片機(jī)的外部中斷INT0端，同時(shí)經(jīng)過(guò)反向器后再接到另一個(gè)外部中斷INT1，并且把計(jì)數(shù)脈沖A接到單片機(jī)的片內(nèi)計(jì)數(shù)器T0端即可，相對(duì)外部計(jì)數(shù)芯片來(lái)說(shuō)，使用這種方法電路相對(duì)要簡(jiǎn)單的多。系統(tǒng)工作時(shí)，先要把兩個(gè)中斷設(shè)置成下降沿觸發(fā)，并打開(kāi)相應(yīng)的中斷。當(dāng)方向判別脈沖（DIR）由低—高跳變時(shí)，INT1中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，進(jìn)行加計(jì)數(shù)；而當(dāng)方向判別脈沖由高—低跳變時(shí)，INT0中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，進(jìn)行“減”計(jì)數(shù)（實(shí)際是重新復(fù)值，進(jìn)行加計(jì)數(shù)）。下面是軟件編程思路（在C語(yǔ)言環(huán)境下來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能）：#includeintdatak=1;voidservice_int0()interrupt0using0{k--;/*標(biāo)志位減1*/TR0=0;/*停止計(jì)數(shù)*/TH0=-TH0;TL0=-TL0;/*把計(jì)數(shù)器重新復(fù)值，此時(shí)相當(dāng)于減計(jì)數(shù)*/TR0=1;/*開(kāi)始計(jì)數(shù)*/}voidservice_int1()interrupt2using1{k++;/*標(biāo)志位加1*/TR0=0;/*停止計(jì)數(shù)*/TH0=-TH0;TL0=-TL0;/*把計(jì)數(shù)器重新復(fù)值，此時(shí)相當(dāng)于加計(jì)數(shù)*/TR0=1;/*開(kāi)始計(jì)數(shù)*/}voidtimer0(void)interrup1using2{if(k=0)/*反向計(jì)數(shù)滿*/elseif(k=1)/*計(jì)數(shù)為0*/else/*正向計(jì)數(shù)滿*/}voidmain(void){TCON=0X05;/*設(shè)置下降沿中斷*/TMOD=0X05;/*T0為16位計(jì)數(shù)方式*/IE=0X87;/*開(kāi)中斷*/TH0=0;TL0=0;/*預(yù)置初值*/}此方法采用中斷的形式進(jìn)行計(jì)數(shù),硬件電路比較簡(jiǎn)單,程序也不復(fù)雜,執(zhí)行速度較快。以上分別介紹了利用軟件、外接計(jì)數(shù)芯片及單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法。利用軟件計(jì)數(shù),硬件電路簡(jiǎn)單,但占用了較多的CPU資源,執(zhí)行速度較慢。利用外接計(jì)數(shù)芯片的方法計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)速度較快,但要用較多的外圍芯片,硬件電路復(fù)雜。利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加減計(jì)數(shù),在編碼器旋轉(zhuǎn)方向不頻繁改變的情況下,計(jì)數(shù)速度很快,而且外圍電路簡(jiǎn)單,編程也不復(fù)雜,只是占用了2個(gè)外部中斷和1個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器。綜上所述選用第三種計(jì)數(shù)方法，即利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)。2.3位移測(cè)量參數(shù)及電路參數(shù)分析在本設(shè)計(jì)的仿真中，光電編碼器產(chǎn)生的A,B相方波用protues中的信號(hào)源加不同的起始時(shí)間來(lái)模擬。一個(gè)用原始的，還有一個(gè)用延時(shí)1/4周期。方向時(shí)將兩個(gè)信號(hào)調(diào)換就行了。MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，有多種工作方式。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在定時(shí)模式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，計(jì)數(shù)速率是晶振頻率的1/12，當(dāng)計(jì)數(shù)器啟動(dòng)后，每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)模式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器計(jì)P3.4(T0腳）P3.5(T1腳）負(fù)跳變次數(shù)。每產(chǎn)生一次負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。如圖2.3-1及表2.3-1圖2.3-1TMOD寄存器用于定時(shí)/計(jì)數(shù)的操作方式及工作模式指令格式表2.3-1操作方式選擇位說(shuō)說(shuō)明00013位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由TL0低五位和TH0高八位組成工作方式01116位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由TL0低八位和TH0高八位組成1028位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由TL0低八位組成113TL0低八位和TH0高八位分別位8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2.3.2C/T＝0，定時(shí)器模式，每一個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。C/T＝1，計(jì)數(shù)器模式，在單片機(jī)T0引腳上每發(fā)生一次負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。GATE＝0，定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作不受外部控制。GATE＝1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的起停受INT0引腳的控制。1.計(jì)算計(jì)數(shù)初始值 因?yàn)橄到y(tǒng)的晶振頻率為fosc=12MHz，則機(jī)器周期Tm=12/fosc=1μs。設(shè)計(jì)數(shù)初始值為X：X=216-td/Tm=216-1×105/1=15535則（TH0）=00111100B＝3CH，（TL0）=B=AFH2.設(shè)置工作方式方式0：M1M0=01；定時(shí)器模式：C/T=1；定時(shí)/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)不受外部控制：GATE=0；因此，（TMOD）=05H。關(guān)于測(cè)速電路的參數(shù)，本次設(shè)計(jì)采用了如下方案：AT89C51單片機(jī)屬于CMOS型8位單片機(jī)，其在片內(nèi)的振蕩器電路由晶體控制的單極線性反相器組成，同HMOS型所用方法一樣，要求用晶體控制的感性阻抗方波振蕩器，但也存在一些差別，其一為89C51可在軟件的控制下關(guān)閉振蕩器，其二為89C51的內(nèi)部時(shí)鐘電路由XTAL2引腳上的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)中的振蕩器可用晶體作為感性電抗與外部電容組成并聯(lián)共振槽路。晶體的特性與電容值的大?。–1、C2）并不嚴(yán)格，高質(zhì)量的晶體對(duì)任何頻率都可取用30pF的電容，對(duì)于廉價(jià)圖2.3-2MAX813L看門(mén)狗電路圖中，電阻R1和R2分壓產(chǎn)生1.25V電源門(mén)限值。當(dāng)此腳的電壓低于1.25V時(shí)，即電源電壓低于額定值時(shí)，PFO將產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，可以用于向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，使CPU完成應(yīng)急處理。此功能可完成電源電壓的監(jiān)測(cè)。P1.0喂狗信號(hào)，在軟件的編制中通過(guò)對(duì)P1.0的位操作向MAX813L的看門(mén)狗輸入端輸入一個(gè)負(fù)脈沖。如果程序出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，程序?qū)⒉荒苷＿\(yùn)行，這個(gè)定時(shí)發(fā)出的脈沖也得不到保障。當(dāng)單片機(jī)超過(guò)1.6秒未向MAX813L的看門(mén)狗輸入端發(fā)脈沖信號(hào)，MAX813L內(nèi)部的定時(shí)器將會(huì)強(qiáng)制將WDO拉到低電平，這個(gè)低電平通過(guò)MR產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)復(fù)位后從初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)的可靠性，起到了看門(mén)狗的作用。此電路同時(shí)兼有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位功能。第三章系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)3.1硬件電路的設(shè)計(jì)位移測(cè)量設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)框圖如下：光電編碼器光電編碼器四倍頻電路CPUAT89C51看門(mén)狗電路數(shù)碼顯示A相B相圖3.1-1系統(tǒng)硬件組成圖在上面的系統(tǒng)硬件組成圖中A相、B相都是光電編碼器產(chǎn)生的，這兩個(gè)信號(hào)的前沿和后沿都對(duì)應(yīng)著光電碼盤(pán)的1/4節(jié)距的信息。因此在實(shí)際中為了提高光電編碼器的定位精度通常采用四倍頻方法進(jìn)行處理。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種四倍頻電路，其原理圖如圖3.1-2所示，相應(yīng)的時(shí)序圖如圖3.1-2所示。由時(shí)序圖3.1-2可以看出，A和B信號(hào)經(jīng)四倍頻電路后，輸出信號(hào)為XA，XB兩個(gè)信號(hào)，在同一時(shí)刻，XA，XB只有一個(gè)是脈沖信號(hào)，另一個(gè)是高電平。因此，將XA，XB兩個(gè)信號(hào)連接到單片機(jī)相應(yīng)的端口上，對(duì)這兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行判斷、計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可以得出相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)向和位移量。圖3.1-2四倍頻電路原理圖3.1-3四倍頻電路時(shí)序圖單片機(jī)的選擇隨著大規(guī)模集成電路（LSI）制造技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)也隨之迅猛發(fā)展，其發(fā)展歷史大致分為三個(gè)階段：第一階段（1976年—1978年）：初級(jí)單片微處理器階段。以Intel公司的MCS-48為代表。此系列的單片機(jī)具有8位CPU，并行I/O端口，8位時(shí)序同步計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，但是沒(méi)有串行口。第二階段（1978年—現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)微處理器階段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，該類(lèi)型單片機(jī)具有串行I/O端口，有多種中斷處理系統(tǒng)，16位時(shí)序同步計(jì)數(shù)器，RAM，ROM容量加大，尋址范圍可達(dá)64KB，有的芯片甚至還有A/D轉(zhuǎn)換接口。由于該系列單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，各公司正大力改進(jìn)其結(jié)構(gòu)與性能。第三階段（1982年—現(xiàn)在）：8位單片機(jī)，經(jīng)處理器改良型及16位單片機(jī)微處理器階段。在本次設(shè)計(jì)中，有多種型號(hào)的單片機(jī)可供選擇，具體型號(hào)如89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52單片機(jī)都可以較好地完成本次設(shè)計(jì)的要求，因此設(shè)計(jì)者選用了近來(lái)應(yīng)用較為廣泛的89C51型單片機(jī)。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)包含有兩個(gè)部分內(nèi)容:第一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。第二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路。因此，系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循下列原則:1.盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。2.系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置應(yīng)滿足系統(tǒng)功能的要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。3.硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)與應(yīng)用軟件方案統(tǒng)一考慮，軟件能實(shí)現(xiàn)的硬件功能盡可能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但需注意的是軟件實(shí)現(xiàn)占用CPU的時(shí)間，而且，響應(yīng)時(shí)間比硬件長(zhǎng)。4.單片機(jī)外接電路較多時(shí)，應(yīng)考慮其驅(qū)動(dòng)能力，減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。T89C51介紹AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。此外，89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。89C51的芯片引腳圖如下所示：主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)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(shí)鐘電路圖3.1-4AT89C51引腳圖管腳說(shuō)明：·Vcc：電源電壓·GND：地·P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。·P1口：Pl是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。表3.1-1P1口引腳功能表端口引腳第二功能P1.5MOSI（用于ISP編程）P1.6MISO（用于ISP編程）P1.7SCK（用于ISP編程）·P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@Ri指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)[7]?！3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／0口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。表3.1-2P3口引腳功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)／計(jì)數(shù)器1外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。·ALE／：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1／6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)F1ash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。[8]如有必要，可通過(guò)對(duì)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M0VX和M0VC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效?！ぃ撼绦騼?chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的信號(hào)。·EA／VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器中的指令。F1ash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。·XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端?！TAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。光電編碼器的選擇光電編碼器是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字化檢測(cè)裝置，它具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用可靠、易于維護(hù)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。近10幾年來(lái)，發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè)化產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。光電編碼器可以定義為：一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。典型的光電編碼器由碼盤(pán)（Disk）、檢測(cè)光柵（Mask）、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等組成。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)光電編碼器產(chǎn)生脈沖的方式不同，可以分為增量式、絕對(duì)式以及復(fù)合式三大類(lèi)。按編碼器運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分，可以分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。由于直線式運(yùn)動(dòng)可以借助機(jī)械連接轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)，反之亦然。因此，只有在那些結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)方式都有利于使用直線式光電編碼器的場(chǎng)合才予使用。旋轉(zhuǎn)式光電編碼器容易做成全封閉型式，易于實(shí)現(xiàn)小型化，傳感長(zhǎng)度較長(zhǎng)，具有較長(zhǎng)的環(huán)境適用能力，因而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)選擇了旋轉(zhuǎn)式光電編碼器。（1）增量式編碼器原理及其結(jié)構(gòu)增量式光電編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，但是不能通過(guò)輸出脈沖區(qū)別出在哪個(gè)位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)，其作用是提供一種對(duì)連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法，它是相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置增量，不能夠直接檢測(cè)出軸的絕對(duì)位置信息。一般來(lái)說(shuō)，增量式光電編碼器輸出A、B兩相互差90°電度角的脈沖信號(hào)（即所謂的兩組正交輸出信號(hào)），從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時(shí)還有用作參考零位的Z相標(biāo)志（指示）脈沖信號(hào)，碼盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一周，只發(fā)出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。標(biāo)志脈沖通常用來(lái)指示機(jī)械位置或?qū)Ψe累量清零。增量式光電編碼器主要由光源、碼盤(pán)、檢測(cè)光柵、光電檢測(cè)器件和轉(zhuǎn)換電路組成，如圖3.1-5所示。圖3.1-5增量式光電編碼器的組成碼盤(pán)上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期；檢測(cè)光柵上刻有A、B兩組與碼盤(pán)相對(duì)應(yīng)的透光縫隙，用以通過(guò)或阻擋光源和光電檢測(cè)器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤(pán)上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，使得光電檢測(cè)器件輸出的信號(hào)在相位上相差90°電度角。當(dāng)碼盤(pán)隨著被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)光柵不動(dòng)，光線透過(guò)碼盤(pán)和檢測(cè)光柵上的透過(guò)縫隙照射到光電檢測(cè)器件上，光電檢測(cè)器件就輸出兩組相位相差90°電度角的近似于正弦波的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，可以得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。增量式光電編碼器輸出信號(hào)波形如圖3.1-6所示。圖3.1-6增量式光電編碼器輸出的波形增量式光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)是：原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上；分辨率高；抗干擾能力較強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)，可靠性較高。其缺點(diǎn)是它無(wú)法直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。（2）絕對(duì)式光電編碼器基本構(gòu)造及特點(diǎn)用增量式光電編碼器有可能由于外界的干擾產(chǎn)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，并且在停電或故障停車(chē)后無(wú)法找到事故前執(zhí)行部件的正確位置。采用絕對(duì)式光電編碼器可以避免上述缺點(diǎn)。絕對(duì)式光電編碼器的基本原理及組成部件與增量式光電編碼器基本相同，也是由光源、碼盤(pán)、檢測(cè)光柵、光電檢測(cè)器件和轉(zhuǎn)換電路組成。與增量式光電編碼器不同的是，絕對(duì)式光電編碼器用不同的數(shù)碼來(lái)分別指示每個(gè)不同的增量位置，它是一種直接輸出數(shù)字量的傳感器。在它的圓形碼盤(pán)上沿徑向有若干同心碼道，每條上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤(pán)上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤(pán)的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤(pán)處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤(pán)必須有N條碼道。絕對(duì)式光電編碼器原理如圖3.1-7所示。圖3.1-7絕對(duì)式光電編碼器組成原理絕對(duì)式光電編碼器是利用自然二進(jìn)制、循環(huán)二進(jìn)制（格雷碼）、二-十進(jìn)制等方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式光電編碼器與增量式光電編碼器不同之處在于圓盤(pán)上透光、不透光的線條圖形，絕對(duì)光電編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤(pán)上的編碼，檢測(cè)絕對(duì)位置。它的特點(diǎn)是：可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值；沒(méi)有累積誤差；電源切除后位置信息不會(huì)丟失；編碼器的精度取決于位數(shù)；最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度比增量式光電編碼器高。碼盤(pán)碼制與碼盤(pán)絕對(duì)式光電編碼器的碼盤(pán)按照其所用的碼制可以分為：二進(jìn)制碼、循環(huán)碼（格雷碼）、十進(jìn)制碼、六十進(jìn)制碼（度、分、秒進(jìn)制）碼盤(pán)等。四位二元碼盤(pán)（二進(jìn)制、格雷碼）如圖3.1-8所示。圖中黑、白色分別表示透光、不透光區(qū)域。圖3.1-8（a）四位二元碼盤(pán)圖3.1-8（b）四位循環(huán)碼盤(pán)圖3.1-8（a）是一個(gè)四位二進(jìn)制碼盤(pán)，它的最里圈碼道為第一碼道，半圈透光半圈不透光，對(duì)應(yīng)于最高位C1，最外圈為第n碼道，共分成2n個(gè)亮暗間隔，對(duì)應(yīng)于最低位Cn，n位二元二進(jìn)制馬盤(pán)的缺點(diǎn)是：每個(gè)碼道的黑白分界線總有一半與相鄰內(nèi)圈碼道的黑白分界線是對(duì)齊的，這樣就會(huì)因黑白分界線刻畫(huà)不精確造成粗誤差。采用其他的有權(quán)編碼時(shí)也存在類(lèi)似的問(wèn)題。為了消除這種粗誤差，可以采用循環(huán)碼盤(pán)（格雷碼盤(pán)）。圖3.1-8（b）是一個(gè)四位循環(huán)碼盤(pán)，它與二進(jìn)制碼盤(pán)相同的是，碼道數(shù)也等于數(shù)碼位數(shù)，因此最小分辨率也是式（1-2）求得，最內(nèi)圈也是半圈透光半圈不透光，對(duì)應(yīng)R1位，最外圈是第n碼道對(duì)于Rn位。與二進(jìn)制碼盤(pán)不同的是：第二碼道也是一半透光一半不透光，第i碼道分為2i-1個(gè)黑白間隔，第i碼道的黑白分界線與第i-1碼道的黑白分界線錯(cuò)開(kāi)360°/2i。循環(huán)碼盤(pán)轉(zhuǎn)到相鄰區(qū)域時(shí)，編碼中只有一位發(fā)生變化。只要適當(dāng)限制各碼道的制作誤差和安裝誤差，就不會(huì)產(chǎn)生粗誤差。由于這一原理，使得循環(huán)碼盤(pán)獲得廣泛的應(yīng)用。（3）混合式光電編碼器混合式光電編碼器，就是在增量式光電編碼器的基礎(chǔ)上，增加了一組用于檢測(cè)永磁伺服電機(jī)磁極位置的碼道。它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。一般來(lái)說(shuō)，在碼盤(pán)的最外圈刻有高密度的增量式透光縫隙（發(fā)2000，2500，3000PPR），中間分布在四圈圓環(huán)上有四個(gè)二進(jìn)制四位循環(huán)碼，每一個(gè)四位二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)圓盤(pán)1/4圓角度，即每1/4圓由四位二進(jìn)制循環(huán)碼分割成16個(gè)等分位置。碼盤(pán)最里圈仍有發(fā)一轉(zhuǎn)信號(hào)的線條?；旌鲜焦怆娋幋a器輸出的絕對(duì)值信息在一定的精度上與磁極的位置具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常它給出相位相差120度的三相信號(hào)，用于控制永磁伺服電機(jī)定子三相電流的相位?；旌鲜焦怆娋幋a器會(huì)輸出三路波形信號(hào)，U（/U）、V（/V）和W（/W）三相脈沖信號(hào)彼此相差120度，每轉(zhuǎn)的脈沖個(gè)數(shù)與電機(jī)的極對(duì)數(shù)相一致。根據(jù)U、V、W三相脈沖的高低電平關(guān)系可以判斷電機(jī)磁極的當(dāng)前位置。其過(guò)程是：電機(jī)啟動(dòng)前，通過(guò)U、V、W三相脈沖的狀態(tài)估算出電機(jī)磁極位置，即當(dāng)前的角度，一旦電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，光電編碼器的增量式部分可以精確地檢測(cè)出位置值。使用U、V、W信號(hào)來(lái)判斷磁極位置是有誤差的。從旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)讀出的光電信號(hào)經(jīng)光電放大器和模擬信號(hào)多路轉(zhuǎn)換器，送至A/D轉(zhuǎn)換器后者實(shí)際上是一種細(xì)分插值電路，用以獲得高分辨率的測(cè)量脈沖。服沖數(shù)由一大容量的絕對(duì)值二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)器由備用電源供電，確保在斷電時(shí)，也不丟失數(shù)據(jù)。在第一次安裝機(jī)床時(shí)，對(duì)絕對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整以后，計(jì)數(shù)器永遠(yuǎn)不會(huì)被清零，所以它的計(jì)數(shù)代表了機(jī)床的絕對(duì)位置。內(nèi)循環(huán)碼讀出的4×16個(gè)位置／轉(zhuǎn)，代表了一周的粗計(jì)角度檢測(cè)．它和永磁伺服電機(jī)四對(duì)磁極的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁伺服電機(jī)的磁場(chǎng)位置的控制。綜上所述，增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸?？紤]到本次課題設(shè)計(jì)的要求及整個(gè)設(shè)計(jì)所采用的計(jì)數(shù)算法，另外還有電路系統(tǒng)的簡(jiǎn)單，元件的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性，本次設(shè)計(jì)決定采用增量式編碼器，選擇了SIEMENS公司的1XP8001-1型號(hào)，其光電編碼器的輸出電壓為5V。該光電編碼器主要由光柵、光源、檢讀器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、機(jī)械傳動(dòng)等部分組成。光柵面上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期；分別用兩個(gè)光柵面感光。由于兩個(gè)光柵面具有90°的相位差，因此將該輸出輸入數(shù)字加減計(jì)算器，就能測(cè)量出位移值。其外觀如下：圖3.1-91XP8001-1光電編碼器外觀表3.1-3機(jī)械參數(shù)電源電壓DC（V）輸出形式系統(tǒng)輸出放大整形分辨率5±0.5推拉式12-PIN有1024推挽式12-PIN有表3.1-4機(jī)械參數(shù)允許最大機(jī)械轉(zhuǎn)數(shù)頻率范圍允許軸負(fù)載徑向軸向9000r/min0.8uS/160KHz60N40N表3.1-5環(huán)境參數(shù)工作環(huán)境儲(chǔ)存溫度耐振動(dòng)耐沖擊構(gòu)造防護(hù)等級(jí)重量-10~+60-20~+8030m/S2（10~200Hz）（X、Y、Z三個(gè)方向各2小時(shí)）30m/S2（X、Y、Z三個(gè)方向各2次）防塵IP660.3KG光電檢測(cè)裝置本身是由電子元器件構(gòu)成，它對(duì)安裝環(huán)境有一定的技術(shù)要求，特別是在較惡劣環(huán)境下使用，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以使光電檢測(cè)裝置工作在其產(chǎn)品要求的技術(shù)條件下，才能發(fā)揮裝置的技術(shù)性能。否則光電檢測(cè)裝置的使用壽命及其工作的可靠性都將受到不同程度的影響。結(jié)合光電檢測(cè)裝置在生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用實(shí)踐，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中；不宜采用光電檢測(cè)裝置的信號(hào)作為重要的控制信號(hào)，以避免光電裝置突然損壞或工作不穩(wěn)定（環(huán)境高溫、濕度大、機(jī)械振動(dòng)、外力碰創(chuàng)等）引起其他設(shè)備事故。在控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC程序?qū)嵾m進(jìn)行過(guò)程控制的監(jiān)控或干涉，以克服了因系統(tǒng)中采用光電裝置而存在的各種缺陷，是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑。3.2軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，大大提高了開(kāi)發(fā)調(diào)試的工作效率。整個(gè)系統(tǒng)程序包括主程序，鑒相計(jì)數(shù)程序，顯示子程序，看門(mén)狗程序幾個(gè)模塊組成。程序流程圖見(jiàn)圖3.2-1。主程序主要包括系統(tǒng)的初始化：對(duì)單片機(jī)等硬件的初始化：計(jì)數(shù)值的讀取、處理、計(jì)算：調(diào)用顯示子程序，用于數(shù)據(jù)的顯示。鑒相計(jì)數(shù)程序主要用于電機(jī)方向的判斷和計(jì)數(shù)脈沖值的處理。系統(tǒng)中電機(jī)方向的判斷是靠計(jì)數(shù)器中的捕獲模塊捕獲XA,XB信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在程序中，設(shè)計(jì)一個(gè)寄存器保存電機(jī)的方向，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，捕獲模塊捕獲XA信號(hào)有效，在中斷服務(wù)程序中將電機(jī)方向設(shè)為正轉(zhuǎn)標(biāo)志。反之亦然，當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，捕獲XB有效，將電機(jī)方向設(shè)為反轉(zhuǎn)標(biāo)志。在主程序中只需根據(jù)寄存器的值，就可知道電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。為了防止計(jì)數(shù)器中正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)值發(fā)生混亂，每次捕獲發(fā)生時(shí)，在中斷服務(wù)程序中都將計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)數(shù)，保證了電機(jī)換向后數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。主程序上電初始化主程序上電初始化系統(tǒng)初始化計(jì)數(shù)器、捕獲模塊初始化送LCD模塊顯示延時(shí)喂狗電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束NY中斷計(jì)數(shù)、計(jì)算判斷電機(jī)方向第四章顯示部分在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LCD；熒光管顯示器。4.1LED顯示器LED電子顯示屏是由幾萬(wàn)--幾十萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開(kāi)發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。LED顯示屏（LEDpanel）：LED就是lightemittingdiode，發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)LED。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有7段和“米”字段之分，這種顯示塊有共陽(yáng)極和共陰極兩種。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。但是，LED顯示位數(shù)增多時(shí)，靜態(tài)顯示就無(wú)法適應(yīng)。動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，LED的二極管從導(dǎo)通到發(fā)光要有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太小，發(fā)光太弱人眼無(wú)法看清，但也不能太大，因?yàn)楫吘挂芟抻谂R界閃爍頻率，而且此時(shí)間越長(zhǎng)，占用CPU時(shí)間也越多，另外，顯示位增多，也將占用大量的CPU時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)實(shí)質(zhì)是以犧牲CPU空間換取時(shí)間和能耗減少。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形和圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。4.2LCD顯示器液晶顯示器簡(jiǎn)稱(chēng)LCD（LiquidCrystalDiodes）是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的。其特點(diǎn)是體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。LCD的分類(lèi)及特點(diǎn)分類(lèi)：筆段式和點(diǎn)陣式（可分為字符型和圖像型）。筆段式LCD液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)在LCD的公共極（一路為背電極）加上恒定的交變方波信號(hào)，通過(guò)控制段極的電壓變化，在LCD兩極間產(chǎn)生所需的零電壓或二倍幅值的交變電壓，以達(dá)到LCD亮、滅的控制。在筆段式LCD的段電極與背電極間施加周期地改變極性的電壓（通常為4V或5V），可使該段呈黑色。LCD顯示模塊LCDM（LiquidCrystalDisplayModule）在實(shí)際應(yīng)用中，用戶(hù)很少直接設(shè)計(jì)LCD顯示器驅(qū)動(dòng)接口，一般是直接使用專(zhuān)用的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器和LCD顯示模塊LCDM。LCDM是把LCD顯示屏、背景光源、線路板和驅(qū)動(dòng)集成電路等部件構(gòu)造成一個(gè)整體，作為一個(gè)獨(dú)立部件使用。其特點(diǎn)是功能較強(qiáng)、易于控制、接口簡(jiǎn)單，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖所示。LCDM一般帶有內(nèi)部顯示RAM和字符發(fā)生器，只要輸入ASCII碼就可以進(jìn)行顯示。如圖4.2-1 圖4.2-1LCD模塊外觀圖4.2-2液晶顯示器基本結(jié)構(gòu)液晶顯示器LCD是一種極低功耗顯示器，其應(yīng)用特別廣泛。目前常用的LCD是根據(jù)液晶的扭曲-向列效應(yīng)原理制成的。這是一種電場(chǎng)效應(yīng)，夾在兩塊導(dǎo)電玻璃電極之間的液晶經(jīng)過(guò)一定處理后，其內(nèi)部的分子呈90°的扭曲，這種液晶具有旋光特性。當(dāng)線形偏振光通過(guò)液晶層時(shí)，偏振面回旋轉(zhuǎn)90°。當(dāng)給玻璃電極加上電壓后，在電場(chǎng)的作用下液晶的扭曲結(jié)構(gòu)消失，其旋光作用也隨之消失，偏振光便可以直接通過(guò)。當(dāng)去掉電場(chǎng)后液晶分子又恢復(fù)其扭曲結(jié)構(gòu)。把這樣的液晶放在兩個(gè)偏振之間，改變偏振片的相對(duì)位置就可得到黑底白字或白底黑字的顯示形式。LCD的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，域值電壓為3～20V，功耗為5～100mW/cm2.LCD常采用交流驅(qū)動(dòng)，通常采用異或門(mén)把顯示控制信號(hào)和顯示頻率信號(hào)合并為交變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)顯示控制電極山上波形與公共電極上的方波相位相反時(shí)，則為顯示狀態(tài)。顯示控制信號(hào)由C端輸入，高電平為顯示狀態(tài)。顯示頻率信號(hào)是一個(gè)方波。當(dāng)異或門(mén)的C端為低電平時(shí)，輸出端B的電位與A端相反，LCD兩端呈現(xiàn)交替變化的電壓，LCD顯示。常用的扭曲-向列型LCD，其驅(qū)動(dòng)電壓范圍是3～6V。由于LCD是容性負(fù)載，工作頻率越高消耗的功率越大。而且顯示頻率升高，對(duì)比度會(huì)變差，當(dāng)頻率升高到臨界高頻以上時(shí)，LCD就不能顯示了，所以LCD宜采用低頻工作。LCD的驅(qū)動(dòng)方式分為靜態(tài)和時(shí)分割驅(qū)動(dòng)兩種。不同的LCD顯示器要采用不同的驅(qū)動(dòng)方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式的LCD每個(gè)顯示器的每個(gè)字段都要引出電極，所有顯示器的公共電極連在一起后引出。顯然顯示位數(shù)越多，引出線也越多，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路也越多，故適用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。時(shí)分割驅(qū)動(dòng)方式實(shí)際上是用矩陣驅(qū)動(dòng)法來(lái)驅(qū)動(dòng)字符顯示。字段引線相當(dāng)于行引線，公共電極相當(dāng)于列引線，字符的每一個(gè)字段相當(dāng)于矩陣的一個(gè)點(diǎn)。分時(shí)驅(qū)動(dòng)是常用的時(shí)分割驅(qū)動(dòng)方法。分時(shí)驅(qū)動(dòng)常采用偏壓法。4.3LCD顯示器的驅(qū)動(dòng)接口驅(qū)動(dòng)接口分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和時(shí)分割驅(qū)動(dòng)兩種接口形式。靜態(tài)LCD驅(qū)動(dòng)接口的功能是將要顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)譯碼器譯為顯示碼，再變?yōu)榈皖l的交變信號(hào)，送到LCD顯示器。譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼兩種，硬件譯碼采用譯碼器，軟件譯碼由單片機(jī)查表的方法完成。LCD的時(shí)分割驅(qū)動(dòng)接口通常采用專(zhuān)門(mén)的集成電路芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。MC145000和MC145001是較為常用的一種LCD專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。MC145000是主驅(qū)動(dòng)器，MC145001是從驅(qū)動(dòng)器。主、從驅(qū)動(dòng)器都采用串行數(shù)據(jù)輸入，一片主驅(qū)動(dòng)器可帶多片從驅(qū)動(dòng)器。主驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)48個(gè)顯示字段或點(diǎn)陣，每增加一片從驅(qū)動(dòng)器可以增加驅(qū)動(dòng)44個(gè)顯示字段或點(diǎn)陣。驅(qū)動(dòng)方式采用1/4占空系數(shù)的1/3偏壓法。MC145000的B1～B4端是LCD背電極驅(qū)動(dòng)端，接LCD的背電極，即公共電極COM1～COM4。MC145000的F1～F12和MC145001的F1～F11端是正面電極驅(qū)動(dòng)器，接LCD的字段控制端。對(duì)于7段字符LCD，B1接a和f字段的背電極，B2接b和g的背電極，B3接e和c的背電極，B4接d和Dp的背電極。F1接d、e、c、f和g的正面電極，F(xiàn)2接a、b、c和DP的正面電極。DIN端是串行數(shù)據(jù)輸入端。DCLK是移位時(shí)鐘輸入端。在DIN端數(shù)據(jù)有效期間，DCLK端的一個(gè)負(fù)跳變，可以把數(shù)據(jù)移入移位寄存器的最高序號(hào)位，即MC145000的第48位或MC145001的第44位，并且使移位寄存器原來(lái)的數(shù)據(jù)向低序號(hào)移動(dòng)一位。MC145000的最低位移入MC145001的最高位。串行數(shù)據(jù)由單片機(jī)80C31的P3.0端送出。首先送出MC145001的第一位數(shù)據(jù)，最后送出MC145000的第48位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)“1”使對(duì)應(yīng)的字段顯示，“0”為不顯示。MC145000內(nèi)部顯示寄存器各位與顯示矩陣的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-10所示。MC145001與MC145000的區(qū)別只是少了FMC145000帶有系統(tǒng)時(shí)鐘電路，在OSCIN和OSCOUT之間接一個(gè)電阻即可產(chǎn)生LCD顯示所需要的時(shí)鐘信號(hào)。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)由OSCOUT端輸出，接到個(gè)片MC145001的OSCIN端。時(shí)鐘頻率由諧振電路的電阻大小決定，電阻越大頻率越低。使用470KΩ的電阻時(shí)，時(shí)鐘頻率為50Hz。時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)256分頻后用作顯示時(shí)鐘，其作用與靜態(tài)時(shí)的方波信號(hào)一樣，用于控制驅(qū)動(dòng)器輸出電平的等級(jí)和極性。另外這個(gè)時(shí)鐘還是動(dòng)態(tài)掃描的定時(shí)信號(hào)每一周期掃描4個(gè)背電極中的一個(gè)。由于背電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)只在主驅(qū)動(dòng)器MC145000發(fā)生，所以主從驅(qū)動(dòng)器必須同步工作。同步信號(hào)由主驅(qū)動(dòng)器的貞同步輸出端FSOUT輸出，接到所有從驅(qū)動(dòng)器的貞同步輸入端FSIN。每掃描完一個(gè)周期，主驅(qū)動(dòng)器即發(fā)一次幀同步信號(hào)，并且在這時(shí)更新顯示寄存器的內(nèi)容?；贚CD顯示塊低功耗、短響應(yīng)時(shí)間以及適應(yīng)低頻工作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者選用LCD顯示器完成顯示部分的功能,并且使用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)。所選的LCD型號(hào)為1602。LCD1602液晶顯示器1602是一款最常用也是最便宜的液晶顯示屏。1602的意思是每行顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行。1602可顯示內(nèi)部字符（包括ASCII字符，如數(shù)字、大小寫(xiě)字母、各種符號(hào)、日文假名等），也可以顯示自定義字符（單或多個(gè)字符組成的簡(jiǎn)單字符，漢字，圖案等，最多可定義8個(gè)字符）。1602液晶的引腳圖如圖4.3-1所示。圖4.3-11602液晶引腳圖接口說(shuō)明如下：①液晶1，2端為電源；15、16為背光電源；為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在15腳串接一個(gè)10歐姆電阻用于限流。②液晶3端為液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)端，通過(guò)一個(gè)10K歐姆電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。首次使用時(shí)，在液晶上電狀態(tài)下，調(diào)節(jié)至液晶上面一行顯示出黑色小格為止。③液晶4端為向液晶控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)/寫(xiě)命令選擇端，接單片機(jī)的P3.0口。④液晶5端為讀/寫(xiě)選擇端，因?yàn)槲覀儾粡囊壕ёx取任何數(shù)據(jù)，只向其寫(xiě)入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇寫(xiě)狀態(tài)，我們直接將它接地。液晶6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必需的信號(hào)，接單片機(jī)的P3.1口液晶7－14端為八位數(shù)據(jù)口，接單片機(jī)的P2口。在本課題的設(shè)計(jì)中，會(huì)使用PROTEUS仿真，其中利用單片機(jī)AT89C52控制液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示的原理圖如圖4.3-2所示。圖4.3-21602液晶原理圖第五章仿真實(shí)現(xiàn)5.1PROTEUS仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是由英國(guó)LabcenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應(yīng)用。Proteus軟件的功能強(qiáng)大，它集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽ぁ㈦娮蛹夹g(shù)學(xué)科涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來(lái)備受電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者青睞的一款新型電子線路設(shè)計(jì)與仿真軟件。Proteus軟件和我們手頭的其他電路設(shè)計(jì)仿真軟件最大的不同即它的功能不是單一的。它的強(qiáng)大的元件庫(kù)可以和任何電路設(shè)計(jì)軟件相媲美；它的電路仿真功能可以和Multisim相媲美，且獨(dú)特的單片機(jī)仿真功能是Multisim及其他任何仿真軟件都不具備的；它的PCB電路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但強(qiáng)大，而且每種功能都毫不遜于Protel，是廣大電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者難得的一個(gè)工具軟件。Proteus是一個(gè)基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。它包含ISIS和ARES應(yīng)用軟件，具體功能分布如圖5.1-1所示。圖5.1-1PROTEUS功能分布圖Proteus是一個(gè)基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。它包含ISIS和ARES應(yīng)用軟件，具體功能分布如圖5.1-1所示。ISIS——智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)。ARES——高級(jí)PCB布線編輯軟件。在Proteus中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到PCB設(shè)計(jì)一氣呵成，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。一個(gè)完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程如下：設(shè)計(jì)者首先對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的電路構(gòu)成有所了解，再?gòu)腜roteus原理圖庫(kù)中調(diào)用所需庫(kù)元件，然后通過(guò)合適連線即可。單片機(jī)內(nèi)可通過(guò)單擊單片機(jī)芯片加入已編譯好的十六進(jìn)制程序文件或與Keil編譯程序，然后運(yùn)行仿真即可。再運(yùn)用Proteus的PCB制版功能設(shè)計(jì)出的電路板，可通過(guò)原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表后設(shè)計(jì)布局而成。最后根據(jù)設(shè)計(jì)的PCB加工而成的電路板和安裝焊接完成后的實(shí)際電路?？梢?jiàn)，整個(gè)電路從設(shè)計(jì)到實(shí)際電路制作完成，通過(guò)Proteus一個(gè)軟件即