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1、辩论人：毛友导 师：郝允慧 讲师专 业：测控技术与仪器学 院：信息工程学院2024/8/291系统组成系统组成 设计本系统的目的为了快速处理编码器输出信号，直观的显示测量结果。输出信号号通过电平转换以后输入计算机，计算机处理以后的信号那么应由显示装置显示结果。系统主要由显示电路、储存电路、键盘电路、CPU控制电路、数字量输出、数据采集电路六局部组成。2024/8/292电平转换电路的选择电平转换电路的选择 选择MAX232驱动器/接收器，MAX232只要单一的+5V电源电压就可以工作。该器件内有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变成为产生RS-232C输入电压所需的电压。 由于所有
2、的RS-232应用中几乎都需要线驱动器和接收器，MAX232把接收器和驱动器包含在一个封装中。在RS-232C的不同应用场合又需要不同数目的驱动器和接收器，为了减少器件的数量，MAXIM提供RS-232C驱动器/接收器不同的各种型号，给使用提供了极大方便。2024/8/293上位机与下位机通讯的方案的选择上位机与下位机通讯的方案的选择 串行通信:通信的发送方和接收方之间数据信息在单根数据线上传输，以每次一个二进制的0、1为最小单位逐位进行传输。串行数据传送所具有的特点是，数据传送按位顺序进行，最少只需要一根传输线即可完成，比并行通信节省传输线。串行通信与并行通信相比，还有比较显著的特点：传输距
3、离长，可以从几米到几千米；在长距离内，串行数据传送速率会比并行数据传送速率快；串行通信的通信时钟频率比较容易提高；串行通信的抗干扰能力十分强，其信号间的互相干扰可以完全忽略。但是就传送速度来说，串行通信比并行通信慢得多，并行通信时间为T，那么串行时间为NT。正是由于串行通信的接线少、本钱低，因此它在数据采集和控制系统中得到广泛应用。以下图为串行通讯。2024/8/294绝对式光电编码器控制系统绝对式光电编码器控制系统结构图结构图2024/8/295单片机复位电路单片机复位电路AT89C51复位是单片机的初始化操作，只需给AT89C51单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期即24个时钟振荡周
4、期的高电平就可使AT89C51单片机复位。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错如程序跑飞或操作错误使系统处于锁死状态时，也需按复位键让RST脚置高电平，使AT89C51单片机摆脱“跑飞或“锁死状态而重新启动。以下图为按键电平复位和按键脉冲复位。2024/8/296外部外部I/OI/O口的扩展口的扩展 在AT89C51应用系统中，单片机本身提供给用户使用的输入、输出口线并不多，只有P1口和局部的P3口线。因此，在大局部AT89C51单片机应用系统设计中都不可防止的要进行I/O口的扩展。由于AT89C51的外部数据存储器RAM和I/O口是统一编址的，因此用户可以把外部64K字节的数据存储器
5、RAM空间的一局部作为扩展外围的I/O的地址空间。这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器那样访问外部接口芯片，对其进行读和写操作。在本系统中，选用的是Intel公司的可编程外围并行接口8255A芯片进行I/O扩展接口的。8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变功能，因而灵活方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8255A的引脚如下图。8255A共有40个引脚，采用双列直插式封装。2024/8/297AT89C51AT89C51单片机与单片机与8255A8255A的接口电路原的接口电路原理理图
6、图2024/8/298光电编码器与单片机接口电路光电编码器与单片机接口电路 绝对式光电旋转编码器内部集成了RS-422差分线路驱动器和接收器,其数据传输符合EIA RS-422标准,该协议规定数据信号用差分传输方式。由于单片机的I/口采用TTL电平，应选用MAX488芯片实现TTL电平与编码器采用的RS-422电平之间的转换。MAX488由+5V电压供电，是一种适用于R422和RS-485的低功率收发器。由于绝对编码器可以以标准逻辑电平输出数字编码，因此只要把绝对编码器的输出直接接到AT89C51单片机的输入输出口就可以。系统扩展了一块8255A芯片，所以可以直接将绝对编码器的输出线接到825
7、5A的PA口和PB口。这样初始化8255A的PA口、PB口为输入口之后，就可以从8255A的PA口、PB口中读入瞬时的角度位置值。电路如下图：2024/8/299看门狗电路看门狗电路 系统在工业环境下运行时, 抗干扰能力是评价其性能的一个重要指标。看门狗电路是自行监测系统运行的重要保证，本系统用 Xicor公司的 X25045 芯片将EEPROM 、看门狗定时器、电压监控三种功能集中到单个芯片内, 大大简化了硬件设计,提高了系统的可靠性。X25045与单片机接口如下图。2024/8/2910键盘电路键盘电路 轻触式的机械开关是一种较长使用并且本钱低廉的开关，在没有被按下是，其内部的电路结构是断
8、开的，不能到点，而当它被按下时，其等效的开关就被接通，从而实现了电路的导通。另外，由于机械式开关内部由于有一个弹性部件，所以在按动的时候会伴随一系列的抖动过程，这个抖动过程会给逻辑判断带来极大的干扰，所以在程序构建上通常会对按键进行消抖处理，通常较为常用的是延时消抖，即通过一定的延时将抖动阶段避开，过了这段时间再对电平进行判断，这样就能使系统得到必要的保障，以下图为本系统的按键输入电路配置图： 2024/8/2911主程序设计主程序设计2024/8/2912数据处理程序的实现数据处理程序的实现 在对数据进行处理时，要实现一下4点： 将9位格雷码转换成9位自然的二进制码； 将9位自然二进制码转换
9、为对应的十进制数，并分别表示角度的分和秒； 二进制数转换为BCD码； BCD码转换为七段显示码；2024/8/2913二进制数转换为压缩二进制数转换为压缩BCDBCD码码2024/8/2914单片机通讯软件设计单片机通讯软件设计 由于AT89C51单片机的P3.0和P3.1是其内部集成串口模块的RXD和TXD引脚，所以采用这两个管脚实现和PC机的通信。在本系统中，将串口的起始位设置为1，数据位设定为8,停止位设定为1，波特率设定为4800，本系统选用的晶振为11.0592MHz的晶振，因为这种频率的晶振能够准确的实现4800的波特率。2024/8/2915实验结果分析实验结果分析1.检测条件 在测试时，选择了在室温、湿度小于65%的条件下进行测试，本系统的测试步骤非常简单，只需要给系统开机即可实现系统的性能检测。2.检测结果 下表为测试各种测试条件下得出的实际测量值、理想值和两者之间的误差值。3.检测优点 本文设计的智能测角系统具有检测效率高、速度快等特点，精度满足了预期的设计目标，并且通过屡次的实验验证，仪器的性能十分稳定，实现了高度智能化的概念。2024/8/29162024/8/2917
