畢業(yè)設(shè)計軸瓦的圓度測量儀

1、<p>　　河南機(jī)電高等專科學(xué)校</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p><b>　　軸瓦的圓度測量儀</b></p><p>　　系 部: 自 動 控 制 系 </p><p>　　專 業(yè): 生產(chǎn)過程自動化 </p><p>　　

2、班 級: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p><p><b>　　二零一二年五月</b></p&

3、gt;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著計算機(jī)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，檢測技術(shù)和數(shù)字顯示技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。檢測儀器儀表正朝智能化、集成化、多功能化的方向發(fā)展。軸瓦類零件是機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一類零件，研究與開發(fā)孔類零件的測量設(shè)備對于提高設(shè)備的裝配精度、延長設(shè)備壽命具有重要意義。本課題以軸瓦曲軸為研究對象，開發(fā)了一種圓度自動檢測系統(tǒng)。</p&g

4、t;<p>　　本文在分析了自動檢測系統(tǒng)和數(shù)字顯示系統(tǒng)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，遵循方便、實用、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計原則，對軸瓦圓度檢測系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計。系統(tǒng)硬件的核心采用了性價比較高的PC機(jī)、PLC、AT89C51、AD574A等。硬件設(shè)計采用了以現(xiàn)代傳感技術(shù)與信號處理技術(shù)為支撐的方案。該系統(tǒng)利用差動變壓器，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速、高精度采集。選用PLC和步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集的精確控制。采用高性能的數(shù)顯電路進(jìn)行快速而精確的顯示。另外，本文

5、還依據(jù)差動變壓器、步進(jìn)電機(jī)的工作原理確定了選擇自動檢測系統(tǒng)器件的原則。對于系統(tǒng)的軟件部分，主要進(jìn)行了實現(xiàn)控制操作和人機(jī)交互操作的程序設(shè)計。該程序?qū)崿F(xiàn)了良好的人機(jī)對話、數(shù)據(jù)處理和存儲功能。</p><p>　　在數(shù)字顯示部分通過比較獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵的區(qū)別選出了一種最優(yōu)的鍵盤設(shè)置方式。</p><p>　　本論文設(shè)計的機(jī)車曲軸圓度自動顯示系統(tǒng)與傳統(tǒng)儀器相比，在測量方法、</p>

6、;<p>　　數(shù)據(jù)處理方式等方面有很大優(yōu)勢。利用本系統(tǒng)進(jìn)行圓度測量誤差顯示不僅可靠性高、實時性強(qiáng)，而且顯示精度也有了大幅提高。</p><p>　　關(guān)鍵詞：圓度；傳感器；數(shù)字顯示；AT89C51</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The rapid developments of the c

7、omputer and sensor technology have brought about a new revolutionary change in the measuring instrument． The measuring instrument is tending to be multi．functions、integrated and intelligent．Hole pans is one kind of compo

8、nents which is widely used in modem machine．Researching and developing this kind of measuring instrument for improving the assembling accuracy， extend the life of equipment is of great importance．This paper take the 10co

9、motive engine crankshaft hole</p><p>　　Based on the analysis of trends in the development of automatic detection system and the basis of follow principles that concluded convenience，practical and economical。

10、the hardware and software of the system is designed．System hardware core adapts a cost．effective PC and the PLC．The hardware design took modern sensory technology and signal treatment technology as the scheme support．Cho

11、ose eddy current sensor to gather the signals and realize high accuracy gathering of the data．And choose PLC、ste</p><p>　　Finally, four roundness error’s evaluation methods and basic principles are stated in

12、 this paper．Those methods include the minimum circumscribed circle、the least square circle method、the maximum inscribed circle and the minimum region method． </p><p>　　Compared with traditional instrument，th

13、e measuring instrument designed in the papers has great advantages in the measurement method，data processing methods and so on．Using this system to measure roundness， can get a high reliability， real．time，and accuracy ha

14、s also increased substantially． </p><p>　　Key words：roundness；sensor；automatic measurement；MCS</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p&g

15、t;　　1.1選題的背景及意義1</p><p>　　1.2研究的意義1</p><p>　　1.3軸瓦曲軸檢測現(xiàn)狀分析2</p><p>　　1.3.1 圓度誤差檢測現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 曲軸檢測技術(shù)概況3</p><p>　　1.4 論文研究的內(nèi)容3</p><

16、;p>　　第2章 系統(tǒng)總體分析4</p><p>　　2.1 總體設(shè)計4</p><p>　　2.1.1自動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.2 曲軸圓度自動檢測系統(tǒng)5</p><p>　　2.3 數(shù)字顯示電路設(shè)計6</p><p>　　2.4 顯示部分6</p><p&

17、gt;　　2.5 驅(qū)動電路的選擇7</p><p>　　2.6 電源模塊選擇7</p><p>　　2.7 工作原理7</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計8</p><p>　　3.1 二級管相敏檢波電路8</p><p>　　3.2 AD574A轉(zhuǎn)換器9</p><p>　　

18、3.2.1 AD574A的引腳說明及接口電路10</p><p>　　3.3 AT89C51芯片介紹12</p><p>　　3.4 時鐘電路14</p><p>　　3.5 復(fù)位電路15</p><p>　　3.6 程序及數(shù)據(jù)存儲器設(shè)定15</p><p>　　3.7 鍵盤接口概述16</p>

19、<p>　　3.7.1 獨(dú)立式按鍵18</p><p>　　3.7.2 矩陣式鍵盤及其接口電路18</p><p>　　3.8 鍵值的分析20</p><p>　　3.9 CH452概述22</p><p>　　第4章 結(jié)論與展望24</p><p><b>　　4.1 結(jié)論24&

20、lt;/b></p><p><b>　　4.2 展望25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　附錄一28</b></p><

21、p><b>　　附錄二24</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1選題的背景及研究的意義</p><p>　　隨著我國加入世界貿(mào)易組織，我國的各行各業(yè)的產(chǎn)品都要參與國際的競爭， 都要遵守優(yōu)勝劣汰的規(guī)則。而產(chǎn)品要想在競爭中勝出，立于不敗之地，產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)鍵。在機(jī)械制造業(yè)

22、的產(chǎn)品中，產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)品加工的精度有密切關(guān)系， 且產(chǎn)品的質(zhì)量好壞將直接決定產(chǎn)品的性能和壽命。</p><p>　　國外發(fā)動機(jī)缸體的生產(chǎn)加工自動化程度高，多有主動測量裝置，加工和測量精度高，其尺寸及形位參數(shù)在加工時就可以保證。</p><p>　　而國內(nèi)缸體加工設(shè)備相對落后，加工精度難以保證，往往靠加工后的一些檢測手段來控制。目前國內(nèi)大多數(shù)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家的檢測主要采用機(jī)械式的量具，例如缸徑

23、表等作為檢測工具，其檢測精度低、檢測參數(shù)單一、檢測效率也低無法滿足生產(chǎn)的要求。傳統(tǒng)的氣動測量儀檢測效率低、無法區(qū)分尺寸誤差與形狀誤差，測量精度較低。三坐標(biāo)測量機(jī)檢測精度高，但其檢測效率太低，而且對周圍環(huán)境要求較高，只能采用抽檢的方式，不能滿足批量分組檢測的要求。特別是在曲軸圓度的測量中，因其具有測量點(diǎn)數(shù)多，采集數(shù)據(jù)多的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的量具更是無法勝任。因此，國內(nèi)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠，特別是高速發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠，急需高效率、高精度的專用檢測設(shè)備，實現(xiàn)對關(guān)

24、鍵零部件的全面檢測，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p><b>　　1.2 研究的意義</b></p><p>　　中國是工業(yè)大國，圓度檢測儀器具有巨大市場，然而，國內(nèi)目前的研究水平離這個需求還有一定的差距。研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的圓度檢測系統(tǒng)，對于擺脫對進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，推進(jìn)我國儀器數(shù)字化改造，提高檢測行業(yè)的水平很有必要。并且通過研制高速、高精度圓度檢測系統(tǒng)

25、，還可以提高我國圓度儀的檔次技術(shù)水平，加快高檔圓度檢測儀器國產(chǎn)化，抵制國外產(chǎn)品對我國儀器儀表市場的沖擊，尤其是對開發(fā)圓柱度儀等同類產(chǎn)品都具有促進(jìn)意義。</p><p>　　通過研制軸瓦曲軸圓度檢測系統(tǒng)可以解決生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的監(jiān)控能力，為質(zhì)量管理者提供決策參考。這一檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)曲軸圓度的全自動檢測，檢測時間大大縮短，實現(xiàn)在線和非在線的產(chǎn)品檢測的要求。通過實施本系統(tǒng)，能有效的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證穩(wěn)定可靠的檢

26、測精度。</p><p>　　本課題的研究成果具有較好的開放性，可以推廣應(yīng)用于各種的大型孔類零件的自動非接觸式尺寸檢測中。如果應(yīng)用于在線制造系統(tǒng)中，可以大量縮短生產(chǎn)的檢測時間。同時該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于孔類零部件的半成品的檢測，比較適應(yīng)國內(nèi)企業(yè)提出車間生產(chǎn)系統(tǒng)的需求。提高了生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)效率和對生產(chǎn)加工質(zhì)量的控制，防止大批量廢品的出現(xiàn)，避免不必要的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，使檢測人員從繁重的勞動中解放出來。</p&

27、gt;<p>　　1.3 軸瓦曲軸檢測現(xiàn)狀分析</p><p>　　1．3．1 圓度誤差檢測概況</p><p>　　圓度誤差是指回轉(zhuǎn)體的同一正截面上實際輪廓對其理想圓的變動量，機(jī)械零件回轉(zhuǎn)表面輪廓的圓度誤差對機(jī)器和儀器的功能有直接的影響，它是高精度回轉(zhuǎn)體零件的一項重要精度指標(biāo)，也是檢驗回轉(zhuǎn)體類零件加工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。目前，圓度儀仍為圓度誤差測量的最有效手段，按照結(jié)構(gòu)的不

28、同，可將圓度儀分為兩種：主軸旋轉(zhuǎn)式和工作臺旋轉(zhuǎn)式。</p><p>　　主軸旋轉(zhuǎn)式：被測零件放置在工臺上固定不動，儀器的主軸帶傳感器和測頭一起回轉(zhuǎn)。測量時零件固定不動，可用來測量較大零件的圓度誤差。</p><p>　　工作臺旋轉(zhuǎn)式：傳感器和測頭固定不動，被測零件放置在儀器的回轉(zhuǎn)工作臺上，隨工作臺上一起回轉(zhuǎn)，這種儀器常制成緊湊的臺式儀器，適于測量小型零件的圓度誤差，其測量原理為當(dāng)儀器測頭與

29、實際被測圓輪廓接觸時，實際被測圓輪廓的半徑變化量就可以通過測頭反應(yīng)出來，此變化量由傳感器接收，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送到電氣系統(tǒng)，經(jīng)放大器、濾波器運(yùn)到微機(jī)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理打印及顯示結(jié)果。</p><p>　　圓度儀可以保證很高的采樣精度和評定精度，評定方法符合標(biāo)準(zhǔn)的要求并配有專用的微機(jī)，工作效率高不失為一種理想的測量儀器。但是圓度儀的成本高，價格昂貴，對操作環(huán)境、條件的要求嚴(yán)格，通常僅限于計量室中使用，不能用于

30、車間現(xiàn)場。另外，圓度儀作為一種高精度儀器，調(diào)整和操作比較繁瑣，測試效率低。如果頻繁地用于一般零件的測量，在經(jīng)濟(jì)上也不合理。再者，圓度儀由于其規(guī)格所限只能用于中小型零件圓度誤差的測量，這樣就使圓度儀的使用受到一定的限制。</p><p>　　對于中小型精密零件的測量，坐標(biāo)測量機(jī)也是一種精確有效的測量手段。在測量時被測截面圓輪廓上選定若干測點(diǎn)一一測出它們的坐標(biāo)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求解圓度誤差值。不過測量成本高，效率也

31、不盡人意，與它們在測量孔間關(guān)系的卓越性能相比，用它們在生產(chǎn)中測孔發(fā)揮不了其優(yōu)勢。</p><p>　　在生產(chǎn)實際中，目前仍采用一些手工檢測方法。內(nèi)徑千分表是最常用的內(nèi)孔量具，在測量深孔或小批量工件時，它的適用性極好，而且投資不高。氣動量儀是一種有效的高精度孔徑測量手段，但它比較適合于穩(wěn)定的加工過程，有時難以適應(yīng)大量生產(chǎn)的現(xiàn)場工作環(huán)境。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后它能帶數(shù)字顯示和輸出，因而也能用于統(tǒng)計過程控制，不過其體積變得過大，成

32、本也大大提高。</p><p>　　相比之下，數(shù)顯內(nèi)徑千分表的性能更為優(yōu)秀。因為它能在一次操作過程中獲取最小值一一就是孔徑值，而傳統(tǒng)的內(nèi)徑千分表往往要幾次操作才能讀準(zhǔn)孔徑值。所以，在汽車發(fā)動機(jī)的缸徑測量方面已成為有效的檢測手段。現(xiàn)在，用碳纖維測桿的內(nèi)徑千分表已可測達(dá)2m的深孔。內(nèi)徑分厘卡可能是最廣泛使用的孔徑測量手段，常用于1～300mm孔徑的測量。內(nèi)徑分厘卡的型式已有了許多變化，有機(jī)械式和電子式、兩點(diǎn)式和三點(diǎn)式

33、、測微螺旋式和手槍按動式等。有的已能達(dá)到1um的重復(fù)測量精度和2～3um的測量精度。</p><p>　　1．3．2 曲軸檢測技術(shù)概況</p><p>　　目前國內(nèi)大多數(shù)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家對曲軸的檢測主要采用機(jī)械式的量具，例如缸徑表等作為檢測工具，其檢測精度低、檢測參數(shù)單一、檢測效率也低，無法滿足生產(chǎn)的要求。</p><p>　　對曲軸圓度誤差的在線測量方法正處于研究階

34、段，還沒有研制出用于在線高精度、準(zhǔn)確測量孔圓度誤差的設(shè)備。而本課題研究的孔徑圓度自動測量系統(tǒng)既能達(dá)到實驗室精密測量精度，又能實現(xiàn)在線測量。滿足了廠家提出的技術(shù)要求。</p><p>　　1．4 論文研究的內(nèi)容</p><p>　　本課題的研究目標(biāo)是采用數(shù)字顯示的先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計制造出滿足廠家檢測精度要求的軸瓦曲軸圓度顯示設(shè)備。而如何確定數(shù)字顯示設(shè)備的系統(tǒng)組成，設(shè)計功能合理的電路，以實現(xiàn)對孔輪

35、廓的測量結(jié)果的顯示，將是我們研究的主要內(nèi)容。具體有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1．了解國內(nèi)現(xiàn)有圓度及誤差顯示的方法，建立孔徑圓度自動顯示系統(tǒng)理論模型。</p><p>　　2．了解數(shù)字顯示系統(tǒng)的指標(biāo)，工藝要求，確定顯示系統(tǒng)的精度要求。分析數(shù)字顯示元件的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　3．繪制單片機(jī)數(shù)字顯示系統(tǒng)流程圖，實現(xiàn)鍵盤的輸入、檢測結(jié)果的顯示、保存等功能。&

36、lt;/p><p>　　4. 通過對數(shù)字顯示電路中的器件的性能的研究，設(shè)計出合理的數(shù)字顯示電路。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體分析</p><p><b>　　2.1 總體設(shè)計</b></p><p>　　2．1．1 自動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　檢測系統(tǒng)在測量過程中，首先由傳感器

37、將被測物理量從研究對象中檢測出來并轉(zhuǎn)換成電量，然后輸出。現(xiàn)代檢測技術(shù)包含了更多的后續(xù)處理技術(shù)，如根據(jù)需要對第一次變換后的電信號進(jìn)行時域或頻域處理，最后以適當(dāng)形式輸出。信號的這種變換、處理和傳輸過程決定了檢測系統(tǒng)的基本組成和它們的相互關(guān)系，檢測</p><p>　　系統(tǒng)及其組成見圖2-1。</p><p>　　圖2-1檢測系統(tǒng)及其組成</p><p>　　現(xiàn)代檢測系統(tǒng)

38、的應(yīng)用類型大致可分為：檢測型和控制型兩類，檢測型又可分為基本型和標(biāo)準(zhǔn)接口型。檢測型完成對被測參量的測量任務(wù)，對測量的準(zhǔn)確度要求較高；控制型一般應(yīng)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對快速、實時和可靠性要求較高。</p><p>　　檢測型中的基本型一般由傳感器、信號調(diào)理電路、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等組成，完成對多點(diǎn)多參量的動態(tài)或靜態(tài)測量任務(wù)。</p><p>　　傳感器完成信號的獲

39、取任務(wù)。它將被測參量(一般為模擬量)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的便于處理的電信號輸出。被測參量范圍很廣，可以是電參量或非電參量。緊接其后的信號調(diào)理電路將微弱信號放大到與數(shù)據(jù)采集板中A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換電壓范圍相適配，通過濾波抑制干擾噪音信號的高頻分量，將信號頻帶壓縮以降低采樣頻率，避免在模數(shù)轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生混疊。利用磁性變壓器、光電或電容性器件等，耦合傳輸有用信號，阻隔高電壓浪涌以及較高的共模電壓，既保護(hù)操作人員也保護(hù)昂貴的測量設(shè)備，同時輸出規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)傳輸信

40、號。數(shù)據(jù)采集卡(板)將采樣后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成為幅值離散的數(shù)字量。將其送入計算機(jī)、單片機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)等各類微處理器。通過軟件編程實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)運(yùn)算等數(shù)字處理工作以及完成智能化信息處理的功能。將運(yùn)算結(jié)果以CRT顯示或數(shù)字顯示等多種形式輸出給用戶，也可通過數(shù)字接口實現(xiàn)與其他計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換，或通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程交換。</p><p>　　圖2-2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成</p><p>　　數(shù)據(jù)處理的通

41、用系統(tǒng)可以分為數(shù)據(jù)輸入(獲取)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備(硬件、軟件)和數(shù)據(jù)輸出設(shè)備。用于數(shù)據(jù)處理的通用系統(tǒng)的組成部件如圖2-2所示。</p><p>　　首先被測物成為采集系統(tǒng)的目標(biāo)物，傳感器獲取被測目標(biāo)的信號，并轉(zhuǎn)換為電信號傳送給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后，把數(shù)字信號送入數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器使用依據(jù)各種數(shù)據(jù)處理算法編制的程序?qū)?shù)據(jù)信號進(jìn)行處理、形狀擬合、形態(tài)學(xué)分析，得到最終的測量結(jié)果，如尺寸、

42、角度、個數(shù)、坐標(biāo)，從而根據(jù)測量結(jié)果實現(xiàn)最終的檢測目的。</p><p>　　2．2 曲軸圓度自動檢測系統(tǒng)</p><p>　　曲軸圓度自動檢測系統(tǒng)的測量模型如圖2-3所示，主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示三部分組成。首先，被測工件內(nèi)放置數(shù)據(jù)采集裝置實現(xiàn)對被測工件的信號獲取，信號從傳感器元件傳送到數(shù)據(jù)控制器，控制器對原始的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)處理?？刂破鬏敵龅臄?shù)字信號輸計算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡，完成數(shù)據(jù)

43、采集。然后，計算機(jī)通過測量軟件實現(xiàn)對曲軸孔圓度計算、圖形顯示及測量結(jié)果統(tǒng)計等操作。</p><p>　　圖2-3曲軸測量原理圖</p><p>　　2.3 數(shù)字顯示電路設(shè)計</p><p>　　有上述工作原理，我畫出來該系統(tǒng)的框圖。設(shè)計總體框圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 總體設(shè)計框圖</p><p>

44、;<b>　　2.4 顯示部分</b></p><p>　　對于LED顯示有以下兩種方案：</p><p>　　靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用0 和1 表示,若為0 ,則表示LED 無電流,即暗狀態(tài);若為1 則表示二極管被點(diǎn)亮。若給每一個發(fā)光二極管一個驅(qū)動電路,一幅畫面輸入以后,所有L ED 的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動裝置

45、很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。</p><p>　　動態(tài)顯示，對一幅畫面進(jìn)行分割,對組成畫面的各部分分別顯示,是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當(dāng),易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證顯示穩(wěn)定,無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式, 復(fù)用的程度不是無限增加的, 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用

46、了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短, 發(fā)光的亮度等因素。通過實驗發(fā)現(xiàn), 當(dāng)掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為50Hz, 發(fā)光二極管導(dǎo)通時間≥1m s 時, 顯示亮度較好, 無閃爍感。 </p><p>　　2.6 電源模塊選擇</p><p>　　采用干電池作為LED顯示系統(tǒng)的電源，由于LED系統(tǒng)耗電量較大，使用干電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。顯示系統(tǒng)有時

47、要懸掛在墻上，電池總量大，使用會有較大安全隱患。</p><p>　　采用一片LM7805三端穩(wěn)壓器，耗電電流為100Ma左右的電源作為系統(tǒng)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠。</p><p>　　基于以上分析，我決定采用采用LM7805三端穩(wěn)壓器電源作為系統(tǒng)電源。</p><p><b>　　2.7 工作原理

48、</b></p><p>　　當(dāng)檢測后的信號輸出到數(shù)字顯示電路后，先經(jīng)相敏檢波電路進(jìn)行檢波，檢波后，再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后再輸入到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。之后經(jīng)單片機(jī)對CH452進(jìn)行控制。經(jīng)CH452對鍵盤和數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動。本實驗設(shè)計了3位數(shù)碼管的顯示電路，只要接地址輸出相應(yīng)的的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對顯示器的控制。顯示共3位，采用動態(tài)顯示。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計<

49、;/p><p>　　3.1 二級管相敏檢波電路</p><p>　　二級管相敏檢波電路（如圖3-1所示）容易做到輸出平衡，便于阻抗匹配。</p><p>　　圖3-1 二極管相敏檢波電路</p><p>　　通過多次移動銜鐵可以總結(jié)出以下結(jié)論：</p><p>　?。保曡F在中間位置時，無論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)

50、載RL上的輸出電壓始終為0。</p><p>　?。玻曡F在零位以上移動時，無論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為正。 </p><p>　?。常曡F在零位以下移動時，無論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為負(fù)。</p><p>　　經(jīng)過相敏檢波電路后，正位移輸出正電壓， 負(fù)位移輸出負(fù)電壓。差動變壓器的輸出經(jīng)過相敏檢

51、波以后，特性曲線由圖3-2的（a）變成（b），殘存電壓自動消失。 </p><p>　?。╝） (b)</p><p>　　圖3-2 相敏檢波前后的輸出特性曲線</p><p>　　3.2 AD574A轉(zhuǎn)換器</p><p>　　AD574A是美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐

52、次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3所示。其主要功能特性如下： </p><p>　?。?） 分辨率：12位 </p><p>　?。?） 非線性誤差：小于±1/2LBS或±1LBS</p>

53、;<p>　?。?）轉(zhuǎn)換速率：25us </p><p>　?。?）模擬電壓輸入范圍：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V兩檔四種 </p><p>　　（5）電源電壓：±15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片</p><p>　　（6）工作模式：全速工作模式和單一工作模式</p><p

54、>　　圖3-3 A/D轉(zhuǎn)換內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2.1 AD574A的引腳說明及接口電路</p><p>　　1. AD574A的引腳說明（如圖3-4所示）：</p><p>　　圖3-4 AD574的引腳圖[1]. Pin1(+V)——+5V電源輸入端。[2]. Pin2——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。

55、[3]. Pin3——片選端。[4]. Pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。與 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是， 端TTL電平不能直接+5V或0V連接。[5]. Pin5——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。</p><p>　　[6]. Pin6(CE)——使能端。</p><p>　　[7]. Pin7(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源。</p>&

56、lt;p>　　[8]. Pin8(REF OUT)——10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。[9]. Pin9(AGND)——模擬地端。[10]. Pin10(REF IN)——基準(zhǔn)電源電壓輸入端。[11]. Pin(V-)——負(fù)電源輸入端，輸入-15V電源。[12]. Pin1(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源。[13]. Pin13(10V IN)——10V量程模擬電壓輸入端。[14]. Pin14(20V IN)——

57、20V量程模擬電壓輸入端。[15]. Pin15(DGND)——數(shù)字地端。[16]. Pin16—Pin27(DB0—DB11)——12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 </p><p>　　[17]. Pin28(STS)——工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng)STS=1時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)STS=0時，聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查

58、詢信號之用。</p><p>　　2. AD574A 的接口電路</p><p>　　圖3-5是AT89C51 單片機(jī)與AD574A 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373 和74LS00 與非門電路，邏輯控制信號由( 、和A0)有AT89C51 的數(shù)據(jù)口P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373 鎖存到輸出端Q0、Q1 和Q2 上，用于控制AD574A 的工作過程。AD 轉(zhuǎn)換器

59、的數(shù)據(jù)輸出也通過P0 數(shù)據(jù)總線連至AT89C51，由于我們只使用了8 位數(shù)據(jù)口，12 位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)AT89C51，所以接地。當(dāng)AT89C51 的p3.0 查詢到STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后，先將轉(zhuǎn)換后的12 位A/D 數(shù)據(jù)的高8 位讀進(jìn)AT89C51，然后再將低4 位讀進(jìn)AT89C51。這里不管AD574A 是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE 都必須為1，因此將AT89C51 的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00 與AD574

60、A 的使能端CE 相連。</p><p>　　圖3-5 AD574A的接口電路</p><p>　　3.3 AT89C51芯片介紹</p><p>　　AT89C51是一種帶4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS型8位微處理器，俗稱單片

61、機(jī)。該器件采用ATMEL公司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，能夠進(jìn)行1 000次寫／擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年。他是一種高效微控制器，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。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到AT89C51芯片。其主要參數(shù)及引腳圖及其功能如圖3-6所示。</p><p><

62、;b>　　主要性能參數(shù)：</b></p><p>　　1．與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容</p><p>　　2．4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器</p><p>　　3．1000次擦寫周期</p><p>　　4．全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz</p><p>　　5．三級加密程序存儲器&l

63、t;/p><p>　　6．128*8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　　7．32個可編程I /O口線</p><p>　　8．低功耗空閑和掉電模式</p><p><b>　　9．6個中斷源</b></p><p>　　圖3-6 AT89C51單片機(jī)引腳圖</p><p>　

64、　AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術(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 存儲器單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51提供了高性價比的解決方案。</p><p>　　AT89C51是一個低功

65、耗高性能單片機(jī)，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，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存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p>&l

66、t;b>　　VCC:供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向1/0口，每腳可吸收8TTL門流。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Flash編程時,P0口作為原碼輸入口,當(dāng)FLASH進(jìn)行

67、校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高.</p><p>　　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口緩沖器能接出4TTTL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。</p><p>　　P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/

68、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口管腳被外部拉底，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

69、號。</p><p>　　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</p><p>　　P3.0 RXD （串行輸入口）</p&

70、gt;<p>　　P3.1 TXD （串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0 (外部中斷0 )</p><p>　　P3.3 /INT1 （外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0 （記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1 （記時器1外部輸入）<

71、;/p><p>　　P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　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。</p><p&

72、gt;　　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。因此它可用做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)用做外部存儲器時，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

73、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。</p><p>　　/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)。</p><p>　　/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

74、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）。</p><p>　　XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　3.4 時鐘電路</b><

75、;/p><p>　　由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTALl及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式如圖3-7所示。</p><p><b>　　圖3-7 時鐘電路</b></p><p><b>　　3.5 復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路的

76、基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。</p><p>　　采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻R1，R2，電容C1，開關(guān)K1組成，分別接至AT89C51的RST復(fù)位輸入端如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 復(fù)位電路圖</p>

77、<p>　　3.6 程序及數(shù)據(jù)存儲器設(shè)定</p><p>　　因為單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器[6]只有128 Byte，非常有限，運(yùn)行大一點(diǎn)的程序就顯得捉襟見肘，而且程序存儲器空間也只有4K，大一點(diǎn)的程序就存儲不下，尤其是在存儲漢字點(diǎn)陣信息的時候，每個漢字32Byte，100個漢字就到了3.2KB，程序也只有不到1KB的容量了。 在這時候必須外接存儲器來擴(kuò)展，那單片機(jī)怎么知道我們當(dāng)前使用的是內(nèi)部程序存儲器還

78、是外部程序存儲器呢？所以就需要設(shè)定單片機(jī)是使用外部程序存儲器還是內(nèi)部程序存儲器，89C51把31腳設(shè)定為此功能，如果把31腳接地，則采用外部程序存儲器，如果把31腳接VCC，則默認(rèn)采用內(nèi)部程序存儲器。我們暫時只是顯示幾十個漢字研究原理，所以僅僅用內(nèi)部存儲器就足夠了，所以把31腳接高電位，就僅僅使用內(nèi)部的4K程序存儲空間。如（圖3-9）所示。但是在現(xiàn)實大屏幕顯示應(yīng)用中，一般要擴(kuò)展ROM，比如24C08（8K的E2PROM），因為大量的數(shù)據(jù)

79、是有電腦傳送過來的，每個單片機(jī)只是負(fù)責(zé)自己控制的一行字符，這些數(shù)據(jù)是要隨時更新的，采用ROM可以隨時更新內(nèi)容，而且一般的顯示程序優(yōu)化以后的代碼4K也夠用了。</p><p>　　圖3-9 89C51的基本外部電路</p><p>　　3.7 鍵盤接口概述</p><p>　　1．按鍵開關(guān)去抖動問題</p><p>　　機(jī)械式按鍵再按下或釋放

80、時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖3-10所示，抖動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510 ms。</p><p>　　圖3-10 （a）鍵輸入和(b)鍵抖動</p><p>　　在觸點(diǎn)抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械

81、抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。在硬件上可采用在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動電路。圖3-11是一種由R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。</p><p>　　圖3-11（a）雙穩(wěn)態(tài)消抖電路和(b) 單穩(wěn)態(tài)消抖電路</p>

82、<p>　　軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10 ms左右（具體時間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。</p><p>　　2. 一個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：</p><p>　　(1)

83、檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動的影響。</p><p>　　(2) 有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。</p><p>　　(3) 準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。</p><p>　　3.7.1 獨(dú)立式按鍵 <

84、;/p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1. 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)</p><p>　　獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多

85、時，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。</p><p>　　2. 矩陣式鍵盤 I/O端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時，行線與列線發(fā)生短路。 特點(diǎn)： （1）占用I/O端線較少。 （2）軟件結(jié)構(gòu)教復(fù)雜。 3. 鍵盤掃描控制方式</p><p>　?。?）程序控制掃描方式</p><p>　　鍵處理程序固定在主程序的某個程序段

86、。</p><p>　　特點(diǎn)：對CPU工作影響小，但應(yīng)考慮鍵盤處理程序的運(yùn)行間隔周期不能太長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。</p><p>　　（2）定時控制掃描方式</p><p>　　利用定時/計數(shù)器每隔一段時間產(chǎn)生定時中斷，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行掃描。</p><p>　　特點(diǎn)：與程序控制掃描方式的區(qū)別是，在掃描間隔時間內(nèi)，前者

87、用CPU工作程序填充，后者用定時/計數(shù)器定時控制。定時控制掃描方式也應(yīng)考慮定時時間不能太長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。</p><p><b>　　（3）中斷控制方式</b></p><p>　　中斷控制方式是利用外部中斷源，響應(yīng)鍵輸入信號。</p><p>　　特點(diǎn)：克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時響應(yīng)鍵輸入的缺點(diǎn)，既能及

88、時處理鍵輸入，又能提高CPU運(yùn)行效率，但要占用一個寶貴的中斷資源。</p><p>　　3.7.2 矩陣式鍵盤及其接口電路 </p><p>　　1. 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)</p><p>　　矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到＋5V上（如圖3-12所示）。當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將

89、由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。</p><p>　　圖3-12 矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2. 矩陣式鍵盤按鍵的識別</p><p>　　識別按鍵的方法

90、很多，其中，最常見的方法是掃描法。下面以圖3-3中8號鍵的識別為例來說明掃描法識別按鍵的過程。</p><p>　　按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無鍵按下時處在高電平。顯然，如果讓所有的列線也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會引起行線電平的變化，因此，必須使所有列線處在低電平。只有這樣，當(dāng)有鍵按下時，該鍵所在的行電平才會由高電平變?yōu)榈碗娖?。CPU根據(jù)行電平的變化，便能判定相應(yīng)的行有鍵按下。8號鍵按

91、下時，第2行一定為低電平。然而，第2行為低電平時，能否肯定是8號鍵按下呢？回答是否定的，因為9、10、11號鍵按下，同樣會使第2行為低電平。為進(jìn)一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時刻都處在低電平，可在某一時刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時刻，讓下一列處在低電平，依此循環(huán)，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵盤掃描。采用鍵盤掃描后，再來觀察8號鍵按下時的工作過程，當(dāng)?shù)?列處于低電平時，第2行處于低電平，而第1、

92、2、3列處于低電平時，第2行卻處在高電平，由此可判定按下的鍵應(yīng)是第2行與第0列的交叉點(diǎn)，即8號鍵。 </p><p><b>　　3. 鍵盤的編碼</b></p><p>　　對于獨(dú)立式按鍵鍵盤，因按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實際需要靈活編碼。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號惟一確定，因此可分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列

93、號。如圖9-15中的8號鍵，它位于第2行，第0列，因此，其鍵盤編碼應(yīng)為20H。采用上述編碼對于不同行的鍵離散性較大，不利于散轉(zhuǎn)指令對按鍵進(jìn)行處理。因此，可采用依次排列鍵號的方式對按排進(jìn)行編碼。以圖7.5中的4×4鍵盤為例，可將鍵號編碼為：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H等16個鍵號。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過計算或查表的方法實現(xiàn)。</p><p><b>　　4.鍵盤設(shè)計 </

94、b></p><p>　?。?）通過分析此數(shù)字電路的功能，我們需要設(shè)計一個4x4鍵盤如3-13所示。</p><p>　　圖3-13 4x4鍵盤圖</p><p><b>　?。?）鍵功能介紹</b></p><p>　　● 0-9 用來鍵輸入數(shù)字。</p><p>　　● 功能鍵進(jìn)行功能

95、選擇，確定鍵對所選功能進(jìn)行確定，調(diào)零鍵是對顯示器調(diào)零。</p><p>　　● 按鍵E0顯示規(guī)定差，分別按下E-、E+依次顯示負(fù)向偏差和正向偏差。</p><p><b>　　3.8 鍵值的分析</b></p><p>　　單片機(jī)從鍵盤接口獲得鍵值后究竟執(zhí)行什么操作，完全取決于鍵盤解釋程序。鍵值分析常用的方法有：</p><

96、p><b>　　1.查表法</b></p><p>　　查表法的核心是一個固化在ROM中的功能子程序入口地址轉(zhuǎn)移表。如表3-1所示。在轉(zhuǎn)移表內(nèi)存有各個功能子程序的入口地址，根據(jù)鍵值代碼查閱此表獲得相應(yīng)功能的子程序入口地址，從而可以轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的命令處理子程序。</p><p>　　表3-1功能子程序轉(zhuǎn)移地址</p><p><b>

97、;　　2. 狀態(tài)分析法</b></p><p>　　狀態(tài)是系統(tǒng)理論中的一個基本概念。系統(tǒng)狀態(tài)是表示系統(tǒng)的最小一組變量。只要知道了在T=T0時的狀態(tài)變量和T≧T0時的輸入，那么就能完全確定系統(tǒng)在T≧T0任何時間內(nèi)的行為。智能化測量控制儀表的鍵值分析程序也是一個系統(tǒng)。在T0時刻以前的按鍵序列KC-1、KC-2、……..決定了T≧T0時按鍵KC輸入后系統(tǒng)的行為。因此，所謂程序的當(dāng)前狀態(tài)（簡稱現(xiàn)狀，以PRES

98、T表示）就是按鍵序列KC-1、KC-2、……..所帶來的影響系統(tǒng)行為的信息總和，即：</p><p>　　PREST=f（KC-1、KC-2、……..）</p><p>　　每個狀態(tài)下，各按鍵都有確定的意義。在不同的狀態(tài)，統(tǒng)一按鍵具有不同的意義。引入狀態(tài)概念后，只需在存儲器內(nèi)開辟存儲單元“記住”當(dāng)前狀態(tài)，而不必記住以前各次按鍵的情況，就能對當(dāng)前按鍵的的意義做出正確的解釋，因而簡化了程序設(shè)計

99、。</p><p>　　在任一個狀態(tài)下，當(dāng)按下某個按鍵時，執(zhí)行某處理程序并變遷到下一個狀態(tài)（稱為次態(tài)，以NEXST表示），這可用矩陣表示，如表3-2所示。該矩陣稱為狀態(tài)矩陣，它明確表示了每個狀態(tài)下，接受各種按鍵所進(jìn)行的動作，也規(guī)定狀態(tài)的變遷。</p><p>　　表3-2 狀態(tài)矩陣表</p><p>　　表3-2表示儀表有n個按鍵，m+1個狀態(tài)。若在ST i (0≦

100、i≦m)狀態(tài)下按K j (1≦i≦n)鍵，則將執(zhí)行SUBl子程序（l為子程序的首地址），并轉(zhuǎn)移到NEXST,狀態(tài)(0≦r≦m)。這樣用狀態(tài)變量法設(shè)計鍵值分析程序酒歸結(jié)為根據(jù)現(xiàn)態(tài)與當(dāng)前按鍵兩個關(guān)鍵字查閱狀態(tài)表這么一件簡單的事。</p><p>　　3.9 CH452概述</p><p>　　CH452是數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制芯片（如圖3-14所示）。CH452內(nèi)置時鐘振蕩電路，可以動

101、態(tài)驅(qū)動 8 位數(shù)碼管或者 64 只 LED，具有 BCD 譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時還可以進(jìn)行 64鍵的鍵盤掃描；CH452通過可以級聯(lián)的4線串行接口或者2 線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；并且可以對單片機(jī)提供上電復(fù)位信號。 </p><p>　　圖3-14 CH452的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1. 顯示驅(qū)動</b></p&g

102、t;<p>　　● 內(nèi)置電流驅(qū)動級，段電流不小于20mA，字電流不小于100mA。 </p><p>　　● 動態(tài)顯示掃描控制，直接驅(qū)動 8位數(shù)碼管、64 只發(fā)光管 LED 或者 64 級光柱。 </p><p>　　● 可選數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對應(yīng)的不譯碼方式或者 BCD 譯碼方式。 </p><p>　　● BCD譯碼支持一個自定義的BCD碼，用

103、于顯示一個特殊字符。 </p><p>　　● 數(shù)碼管的字?jǐn)?shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。 </p><p>　　● 各數(shù)碼管的數(shù)字獨(dú)立閃爍控制，可選快慢兩種閃爍速度。 </p><p>　　● 任意段位尋址，獨(dú)立控制各個LED 或者各數(shù)碼管的各個段的亮與滅。 </p><p>　　● 64級光柱譯碼，通過 64個LED組成的光柱顯示光柱值

104、。 </p><p>　　● 掃描極限控制，支持1到8個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時間。 </p><p>　　● 通過占空比設(shè)定提供16級亮度控制。</p><p>　　● 可以選擇字驅(qū)動輸出極性，便于外部擴(kuò)展驅(qū)動電壓和電流。 </p><p><b>　　2. 鍵盤控制</b></p><p&

105、gt;　　● 內(nèi)置64 鍵鍵盤控制器，基于8×8矩陣鍵盤掃描。 </p><p>　　● 內(nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻，內(nèi)置去抖動電路。 </p><p>　　● 鍵盤中斷，可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出。 </p><p>　　● 提供按鍵釋放標(biāo)志位，可供查詢按鍵按下與釋放。 </p><p>　　● 支持按鍵喚醒，處于低

106、功耗節(jié)電狀態(tài)中的 CH452 可以被部分按鍵喚醒。</p><p><b>　　3. 外部接口</b></p><p>　　● 同一芯片，可選高速的4線串行接口或者經(jīng)濟(jì)的 2 線串行接口。 </p><p>　　● 4線串行接口：支持多個芯片級聯(lián)，時鐘速度從 0 到 2MHz，兼容 CH451 芯片。 </p><p>

107、　　● 4線串行接口：DIN和DCLK信號線可以與其它接口電路共用，節(jié)約引腳。 </p><p>　　● 2線串行接口：支持兩個CH452 芯片并聯(lián)（由 ADDR 引腳電平設(shè)定各自地址） 。 </p><p>　　● 2線串行接口：400KHz 時鐘速度，兼容兩線 I2C 總線，節(jié)約引腳。 </p><p>　　● 內(nèi)置上電復(fù)位，可以為單片機(jī)提供高電平有效和低電平有

108、效復(fù)位輸出。 </p><p>　　● 內(nèi)置時鐘振蕩電路，不需要外部提供時鐘或者外接振蕩元器件，更抗干擾。 </p><p>　　● 支持低功耗睡眠，節(jié)約電能，可以被按鍵喚醒或者被命令操作喚醒。 </p><p>　　● 支持3V～5V電源電壓。 </p><p>　　● 提供SOP28和DIP24S兩種無鉛封裝，兼容 RoHS，引腳與 CH

109、451 芯片兼容。</p><p>　　4. CH452對數(shù)碼管的驅(qū)動</p><p>　　（1）共陰數(shù)碼管的驅(qū)動</p><p>　　CH452可以動態(tài)驅(qū)動8個共陰數(shù)碼管，所有數(shù)碼管的相同段引腳（段 A～段 G 以及小數(shù)點(diǎn)）并聯(lián)后通過串接的限流電阻 R1（或 R12）連接 CH452 的段驅(qū)動引腳 SEG0～SEG7，各數(shù)碼管的陰極分別由CH452的DIG0～DI

110、G7引腳進(jìn)行驅(qū)動。 如果啟用了CH452 的段電流限制LMTC功能，那么段限流電阻 R1（或 R12，下同）可以省掉；否則，需要為段驅(qū)動引腳串接電阻R1，用以限制和均衡各個段的驅(qū)動電流。串接限流電阻 R1的阻值越大則段驅(qū)動電流越小，數(shù)碼管的顯示亮度越低，R1 的阻值一般在 60Ω至 1KΩ之間，在其它條件相同的情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇較大的阻值。在 5V 電源電壓下，串接 270Ω電阻通常對應(yīng)段電流 10mA。 在數(shù)碼管的面板布局上，建議數(shù)