数字式红外测速系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

数字式红外测速系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

集成接收芯片进行采集。 这样一来不仅大大提高了系统稳定性，增强了抗干扰能力，而且降低了发射功率。 经过综合考虑，我采用方案二将红外信号进行调制后再发射，再用集成芯片进行接收。 电源部分方案论证 方案一：采用线性电源。 线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小； 工作产生的噪声低；效率较低 (现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的 )；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。 方案二：采用开关电源。 开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。 以功率晶体管（ GTR）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达 70%~95%。 而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外 ，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。 因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。 经过综合考虑，由于本系统对电源要求不高，为了降低功耗，减小电源体积和降低热噪声，我采用开关电源为系统供电。 8 第三章 数字红外测速系统硬件设计 系统工作原理 本数字红外测速系统主要由系统电源电路、 AT89S52 单片机、红外发射调制电路、红外接收电路和显示电路等部分组成。 如图 31 所示。 图 31 数字红外测速系统原理图 系统工作原理 : 开关电源部分 由 220V 整流、滤波后输出 300V 直流电压，通过在 控制极 （可控硅）上加上脉冲信号来完成 功率极 导通和截止，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。 振荡脉冲 的 负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电数字式红外测速系统 设计 9 压低于原来的设置电压，电源调整管截止， 300V 电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。 待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。 红外测速部分由 NE555 连续发射调制信号， 红外光电传感器的发射电路发出信号驱动红外发光二极管发射红外光，通过叶轮转盘小孔，红外接收管接收到发射信号后，将红外光电传感器测得的脉冲信号送入 AT89S52 的计数器进行计数。 再经过 MCU 进行一定的计算便可以得出所测的速率。 本数字红外测速系统主要由 AT89S52 单片机、红外调制发射电路、红外接收电路和显示电路等部分组成。 AT89S52 单片机简介 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦 适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口 、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 AT89S52 主要性能 ★ 与 MCS★ 51 单片机产品兼容； ★ 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器； ★ 1000 次擦写周期； ★ 全静态操作： 0Hz★ 33MHz； 10 ★ 三级加密程序存储器； ★ 32 个可编程 I/O 口线； ★ 三个 16 位定时器 /计数器； ★ 八个中断源； ★ 全双工 UART 串行通道； ★ 低功耗空闲和掉电模式 ； ★ 掉电后中断可唤醒； ★ 看门狗定时器； ★ 双数据指针； ★ 掉电标识符。 内部结构和引脚说明 AT89S52 外形结构如图 32所示 ： 图 32 AT89S52外形结构图 数字式红外测速系统 设计 11 P0 口： P0 口是一个 8位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动8个 TTL 逻 辑电平。 对 P0端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ ）。 在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8位地址字节。 引脚号第二功能： T2（定时器 /计数器 T2的外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为 输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 12 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能： RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) 此外， P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数 据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 数字式红外测速系统 设计 13 PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数 据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 MCU 部分接口电路 其数字红外测速系统主控 MCU部分与外围部分接口电路如图 33 所示： 图 33 主控 MCU 接口电路 14 为了能够充分利用单片机资源，又能使系统工作更加可靠。 频率显示采用静态数码管显示方案。 这样既充分利用了单片机的 I/O 口，又使得显示不至于闪烁。 其数码管个位接单片机口，十位接单片机 P0 口，百位接单片机 P1 口。 频率输入就单片机定时器 /计数器 T1,即 15脚。 红外调制发射电路 集成电路 NE555 简介 NE555 (Timer IC)大约在 1971 年由 Sigics Corporation 发布，在当时是唯一非常快且商业化的 Timer IC，在往后的 30 年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路。 NE555 是属于 555 系列的计时 IC的其中的一种型号， 555系列 IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 NE555 的特点有： 、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。 其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 ，可与 TTL， CMOS 等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 ，可直接推动多种自动控制的负载。 、温度稳定度佳，且价格便宜。 NE555 引脚位配置及内部结构如图 34 所示： 数字式红外测速系统 设计 15 图 34 NE555引脚及结构图 Pin 1 (接地 ) 地线 (或共同接地 ) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点 ) 这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。 触发信号上缘电压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC。 Pin 3 (输出 ) 当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少 伏的高电位。 周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。 于高电位时的最大输出电流大约 200 mA。 Pin 4 (重置 ) 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。 它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制 ) 这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。 当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下 ,这输入能用来改 变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定 ) Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。 当这个接脚的电压从 1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电 ) 这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 ON 时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF时为 HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) 这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。 供应电压的范围是 +伏特 (最小值 )至 +16 伏特 (最大值 )。 16 参数功能特性： ＊ 供应电压 ＊ 供应电 流 36 mA ＊ 输出电 流 225mA (max) ＊ 上升 /下 降 时间 100 ns 红外调制发射电路设计 红外发光二极管采用脉冲直流驱动；由 NE555 定时器构成多谐振荡器，提供频率 f 为 38KHz、占空比为 1/3 的矩形波，驱动红外二极管 D_FA； R3 为二极管限流电阻。 这种电路不仅降低了太阳光、外界灯光等干扰源的影响，而且降低了系统功耗。 接收部分采用专用接收集成电路，其工作中心频率与发射部分红外光频率相同。 其红外发。