电动自行车性能无线检测装置的设计本科毕业论文第二稿(编辑修改稿)

电动自行车性能无线检测装置的设计本科毕业论文第二稿(编辑修改稿)内容摘要：

路：由于电流传感器采集到的是微弱的电压信号，该小信号不能直接被单片机系统所使用，所以需对采集到的信号进行放大调理，因此要用到电压调理电路、电流调理电路。 ：无线接收和发射模块是由带编码器的无线发射模块和带解码器的无线商丘师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 7 接收模块共同组成。 模块 的 内部有编码芯片，用户可以根据需要进行编译，不能重复 的 编码，只有当编解码一致时，才能完成信号的发射和接受，因此 具有了 保密性能好，抗干扰性能强以及灵敏度高等特点。 ：该显示模块是有四个七段数码管组成，主要完成数据的显示。 3 系统的硬件设计 PIC 单片机 单片机的简介 单片机又 叫做 单片微控制器 ,它 不是完成某一个逻辑功能的芯片 ,而是把一个计算机系统集 中 到一个 小 芯片上 ， 相当于 了 一个微型计算机，和计算机相比， 它 只 是 缺少了 I/O 设备。 也就是说 ：一块芯片就成 为了 一台 小型的 计算机。 它具有很多的优势，比如：体积较小、价格较便宜、质量轻等等。 同时，学习使用单片机 也可以学习计算机原理与结构打下了很好的基础。 单片机 是有 运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成 的。 单片机 具有广泛的应用，比 如智能仪表、实时工控、导航系统、家用电器 等 等。 不管是何种 产品 ，只要用到 了单片机， 就能够使产品的功能效率提升很多，就是大家常说的 “智能型”， 比 如智能型洗衣机等。 PIC16F877 的介绍 PIC16F877 是 PIC16F87X 中的一种， PIC16F87X 是 1998 年 的 年底微芯 (Microchip)公司 新 推出的产品，采用了哈佛总线 的 结构， 除地址分支指令外 ， 其余全 都是 单周期指令。 PIC16F877DE 寻址方式 很 简单，有 直接 /间接 /相对 共 三种寻址方式。 高性能精简指令集 (RISC)，仅 35 条指令。 运行速度快、功耗低、驱动能力强， 高驱动 的 电流 I/O 脚 ，可以方便地 驱动 LED 显示 ， 每根 I/O 口线最大灌电流 为 20mA， 每根 I/O 口线最大拉电流 为 25mA。 有 8 位 的 定时器 /计数器 ， 可 警醒进行 8 位预分频器。 具备 USART 模块和 MSSP 模块，目前 还没有 其他 的 办法对其直接进行解密拷贝。 它 的 一大特征是片内带有 6 128 或 256 字节 EEPROM 的 数据存储器，另外 ， 其程序存储器是 Flash 型存储器，可以实现在电路板上直接 的 擦 /写程序。 其 微控制器特性 为 上电复位 ； 四种可 的 选择振荡方式 ；器件复位定时器 (DRT)为 低成本阻容 RC ； 标准晶体 /陶瓷 (XT)振荡定时器保障 其 的 振 荡稳定建立 ；自振式 的 看门狗 ； 程序 的 保密位 为 低频晶体 LP；有 低功耗 的 睡眠状态 [57]。 PIC 单片机的应用 随着微型计算机的不断发展，越来越多的人吧目光集中到单片机上，它的使用价值急剧上升，在大学里，《微机原理》这门课被当作专业课中的重点，在我所知道的，它有如下这些实例：在工控仪表铁路等的控制领域，使用单片机实现 LCD 的 液晶显示；在证劵交易、车站码头等一些宣传广告中，利用它彩色点阵样式的 LED 显示；在公共场所广泛使用的语音控制装置；在公交金融等场合实用的 IC 卡；在仪表工控等等一些实时监控中用到 的 DS12887 时钟监控等等好多实例都证实单片机的强大用途 [8]。 系统硬件的组成 在满足设计要求的情况下，将该系统的硬件设计分为两部分：前向通道设计和后向通道设计，其中，前向通道设计包括电压采集模块、电流采集模块和无线接收发射模块，后向通道设计包括数码管接口和 LED 接口，在数码管接口中将用到 MAX7219 驱动芯片。 其硬件组成框图如图 ： 商丘师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 8 图 系统硬件组成框图 前向通道设计 电流采集 电路 该电流传感器采用的是北京科海电子技术有限公司生产的 KT100A/P 型 号，其额定电流值为100A，有如下的特点：采用磁平衡式电流传感器、磁补偿 的 原理、霍尔效应原理；被测回路与输出回路是绝缘的；可以测量交流、直流、以及脉动电流；被测电流有效值是 100A， 输出电流有效值是100mA，并且输出电流是正比于被测电流的，线性误差＜ =%，满足该装置的设计要求。 该电流传感器采用的是磁补偿式电流传感器，其工作原理是：当主回路有一个电流 Ip 通过时，它产生的磁场被 将会被 聚磁环聚集并且感应到霍尔器件上，输出的信号可以用来驱动功率管并使其导通，这样一来就获得 了 一个补偿电流 Is，这个电流再通过 多匝绕组的方式 来 产生磁场，该磁场方向与原磁场正好相反，因此起到 了 一个补偿作用，此时霍尔器件的输出就会减小，直到和 Ip 与匝数所产生的磁场相同时， Is 不再变化，霍尔器件指示为零。 一旦磁场失去平衡，霍尔器件就会有信号输出的变化，此时重复以上过程，将重新达到平衡，所以这是一个动态平衡。 电压采集 电路 该课题要求电压的检测范围是 050V，我们用到电阻分压的方式来测量。 无线接收发射模块 该无线接收接受发射模块使用的是深圳市运筹实业有限公司生产的 YCR200 型，遥控模块发射距离＞ 200m，需要 9V 的 电压来供电，接收模块工作电源是 5V，输出电流为 5mA，满足该装置设计的要求。 接收模块的 A、 B、 C、 D 端口与发射模块的 A、 B、 C、 D 端口是一一对应的，输出都是高电平且带有锁存功能。 VT 是解码有效信号输出，常低电平，解码有效时变成高电平，此时输出电压幅值为 4V，输出电流约为 4mA，为非锁存输出。 后向通道设计 MAX7219 的介绍 MAX7219 是美国 MAXIM 公司推出的，它是多功能串行的串行输入 /输出共阴极数码管显示驱动芯片。 MAX7219 能驱动 8 位七段数码管或者 64 个独立的 LED。 用它的 3 线串行接口 来 传输数据，可方便的与单片机相连，并完成该装置的设计要求。 该芯片内包括 了 BCD 译码器、多路扫描控制电商丘师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 9 路、段和位驱动器和一个 8 8 的静态 RAM， 可以用 来存放每一位数码管要显示的内容。 MAC7219的 外部只需要接一个电阻就能设置 了 所有 LED 显示器字段电流。 允许对每一位 的 选择采用 BCD 译码方式显示或不译码方式来显示， 同时 还可以选择停机 的 模式、数字亮度 的 控制模式、从 1~8 选择扫描位数 的 模式以及对所有的 LED 显示器的测试 的 模式等。 采用 MAX7219 芯片 来 实现 LED 数码显示，具有电 更 路紧凑、节 省 CPU 的 I/O 接口、芯片功能 更 强大、编程 更 简单等优点，得到了广大电路设计者 的 认可。 MAX7219 是 24 引脚 的 DIP（ Dual In Line/SO(Small Outline)封装。 在引脚图中，包括 +5V 的 电源和 2 个 GND 的 引脚 ，其中 DIG 0～ DIG 7 引脚 是 8 位数字 的 驱动线， 可以从数码管共阴极吸收电流， 输出 的是 位选信号 ， SEG A～ SEG G 和 SEG DP 引脚为 LED 7 段 的 驱动线和小数点 的驱动 线，来 给显示器驱动电流 ， ISET 引脚外接电阻 ，来 调整 LED 的 显示亮度； DIN（数据输入端）、 CLK（时钟输入端）、 LOAD（锁存信号）引脚， 分别 与通用 的 微处理器 3 线串行线相连，接收的数据和命令格式为 16 位 的 数据包 ， DOUT 引脚是串行数据 的 输出端口，用于多片 MAX7219 的 级联扩展。 MAX7219 的 数据接收 MAX7219 能够接收数据和命令格式为 16 的数据包，如表 所示。 其中前 8 位 用来 选择 7219内部寄存器地址，后 8 位是指令或数据的内容，高位（ MSB）在前，低位（ LSB）在后。 表 31 串行数据格式 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X ADDRESS MSB DATA LSB MAX7129 是 SPI 的一种总线驱动方式。 它不仅仅向寄存器内写入控制字，还需要读取相应寄存器内的数据。 想与 MAX7129 通信， 就要 要先了解 MAX7129 控制字。 工作时， MAX7219 规定一次性 的 接收 16 位数据，这 16 位数据中， D15~D12 可以与操作无关，它们可以任意写入， D11~D8决定了所选通的内部寄存器地址， D7~D0 做为待显示数据或初始化控制字。 在 CLK 的脉冲作用下，DIN 数据以串行 的方式依次移入内部 的 16 位寄存器，然后在一个 LOAD 上升沿的作用下，锁存到内部寄存器中。 应该注意在接收时，先接收最高位 D16，最后是 D0。 因此，在程序发送时必须要先送高位数据，在循环移位。 16 位 的 数据采用串行移位接收 的 方式，即 单片机 将 16 位二进制数逐位 的 发送到 DIN 端 ， 在CLK 的 上升沿到来前准备就绪， CLK 每个上升沿将一位数据移入 MAX7219 的 内移位寄存器 ，当 16位数据移入完毕 后 ，在 LOAD 引脚信号上升沿 的过程中， 将 16 位 的 数据装入 MAX7219 内的相应位置，在 MAX7219 的 内部硬件动态扫描显示控制电路作用下 ，就 可以 实现动态显示。 MAX7219 的控制操作很方便，片内有 8 个位寄存器和 6 个控制寄存器。 位寄存器 的作用是 对应 LED 具体显示内容，控制寄存器决定 了 LED 工作方式。 控制寄存器 有 ：不工作方式 的 寄存器、译码方式 的 寄存器、亮度控制 的 寄存器、扫描个数 的 寄存器、关闭 的 寄存器、显示 测试 的 寄存器。 寄存器操作格式为 2 字节的串行数据，第一个字节为寄存器地址，第二个字节为控制命令或待显数据。 MAX7219 与 PIC16F877 的接口电路 在 MAX7219 驱动的七段数码管的接口电 路中， CLK,LOAD,DIN 是 分别接到单片机 RC3， RC4， RC5对应位置上。 在条件比较恶劣的背景下，干扰可能会通过 3 根信号线串入到显示电路，造成数码管的 显示不稳定。 因此，我们在 3 根信号线上对地分。