基于單片機的光纖智能位移計

1、摘要目前有很多位移測量的方法，光纖測位移測量是眾多位移測量方法中發(fā)展較快、應用較多的一種。其中，反射式光纖測位移是發(fā)展較早且技術相對成熟的一種，選用此原理制成的光纖位移傳感器具有抗電磁干擾能力強、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、耐腐蝕、防爆等一系列獨特的優(yōu)點1。因此，本設計采用反射式光纖位移傳感器，制成專用于微小距離測量的光纖智能位移計。系統(tǒng)的設計主要分為兩部分，第一部分為硬件電路的器件選取與設計，第二部分為軟件整體設計與具體程序編寫與調(diào)試。其中，硬件電路選用了AT89C52單片機作為系統(tǒng)的控制中心，通過數(shù)據(jù)采集電路對位移量進行實時采集、通過MCP3001A/酸換電路對采集的模擬信號進行轉(zhuǎn)

2、換，通過LCD1602進行提示信息與數(shù)據(jù)的顯示，通過行列式鍵盤實現(xiàn)人對光纖智能位移計的控制，同時還設計有上下限報警電路和獨立復位按鈕等。軟件設計中，整體采用模塊化設計，主要劃分為按鍵處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)處理部分、LCD顯示部分等。其中，每種模塊在設計時又均采用子程序調(diào)用的方法，從而使得軟件的編程更加高效、精簡。同時采用C語言進行程序編寫，大大增加了程序的可讀性，使得軟件調(diào)試變得較為方便。本設計主要采用PROTEUS行硬件的設計及其仿真，采用Keil進行程序編寫。在設計中，首先進行PROTEU中的硬件系統(tǒng)搭建，在搭建完成后進行仿真運行，檢查硬件系統(tǒng)搭建是否合理。在硬件搭建合理的前提下，

3、閱讀相關芯片的編程學習資料，并運用C語言在Keil中進行模塊化程序設計。在每部分的軟件編程完成后，都運用PROTEUSKeil進行聯(lián)合調(diào)試，確保其能完成設計所需的功能。為了使調(diào)試更加直觀簡便，在調(diào)試的過程中，我們按照顯示部分、按鍵部分、A/D轉(zhuǎn)化部分、數(shù)據(jù)采集的順序進行，后面的部分以前面的部分為基礎。整個設計完成后進行了軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，最終實現(xiàn)了對位移的實時測量。關鍵詞：單片機；光纖位移傳感器；位移測量；PROTEUSAbstractTherearealotofdisplacementmeasurementmethod,opticalmeasuringdisplacementmeasurem

4、entisoneofmanydisplacementmeasurementmethoddevelopmentfaster,moreakindofapplication.Amongthem,thereflectivefiberopticdisplacementmeasurementtechnologyisrelativelymature,andtheolderone,theuseoffiberopticdisplacementsensormadeofthisprinciplehasastronganti-electromagneticinterferencecapability,highsens

5、itivity,simplestructure,smallsize,lightweight,corrosionresistance,aseriesofuniqueadvantages,suchasproof.Therefore,thedesignusesfiberopticdisplacementsensordedicatedtothesmalldistancemeasurementsmadefiberintelligentdisplacementmeter.Designofthesystemisdividedintotwoparts,thefirstpartofthedevicetosele

6、ctanddesignthehardwarecircuit,thesecondpartistheoveralldesignandspecificsoftwareprogramminganddebugging.Amongthem,thechoiceofhardwarecircuitAT89C52microcontrollerasthesystemcontrolcenter,dataacquisitioncircuitfordisplacementofreal-timeacquisition,throughMCP3001A/Dconvertercircuitforconvertingtheanal

7、ogsignalacquisition,throughpromptLCD1602displayinformationanddatathroughdeterminantkeyboardtoachievecontrolleddisplacementmeterforfibersmart,butalsothedesignofthecircuitandaseparateupperandloweralarmresetbutton.Softwaredesign,theoverallmodulardesign,mainlydividedintokeyprocessingmodule,A/Dconversion

8、section,dataprocessing,LCDdisplaysectionandsoon.Whereeachmoduleareusedinthedesigntimeandmethodofsubroutinecalls,makingprogrammingsoftwaremoreefficient,streamlined.WhileusingtheCprogramminglanguage,whichgreatlyincreasesthereadabilityoftheprogram,makingthesoftwaredebuggingbecomesmoreconvenient.Thisdes

9、ignusesPROTEUShardwaredesignandsimulation,usingKeilforprogramming.Inthedesign,firstPROTEUShardwaresystemconstruction,builtafterthecompletionofthesimulationrun,checkthehardwaresystemsetupisreasonable.Inthecaseofhardwaretobuildareasonablepremise,Readchipprogramminglearningmaterials,andtheuseofClanguag

10、eprograminKeilinmodulardesign.Afterthecompletionofeachpartofsoftwareprogramming,allusingPROTEUSwithKeiljointcommissioning,ensurethatitcancompletethedesignoftherequiredfunctionality.Inordertomakemoreintuitiveandeasytodebug,debuggingprocess,wefollowthedisplaysection,thekeypart,A/Dconversionsection,the

11、orderofdataacquisition,withthebackpartofthefrontpartofthefoundation.Afterthecompletionoftheentiredesignofthejointcommissioningofhardwareandsoftware,andultimatelyachievereal-timemeasurementofdisplacement.Keywords:microcontroller;fiberopticdisplacementsensor;displacementmeasurement;PROTEUS目錄第一章緒論1.1.1

12、 單片機的概述1.1.2 光纖智能位移計的研究意義、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2.1 研究意義 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.3 發(fā)展趨勢2.1.3 光纖測位移研究的目的及其可行性31.4 光纖位移計研究的內(nèi)容3第二章光纖智能位移計的測量原理52.1 結(jié)構(gòu)原理5.2.2 光纖位移傳感器原理6.2.3 設計的工作原理6.2.4 光纖位移計的工作流程7.第三章光纖智能位移計的硬件設計83.1 器件選取及介紹 器件選擇 AT89C52介紹 LCD1602介紹. MCP3001介紹103.2 硬件接線圖1.03.2.1 AT89C52最小系統(tǒng)1

13、03.2.2 LCD1602接口電路 MCP3001接口電路 鍵盤接口電路123.2.5 報警電路.123.2.6 總體硬件電路圖1.3第四章光纖智能位移計的軟件設計1.44.1 主程序設計1.44.2 LCD1602程序設計144.3 鍵盤處理程序 hitkey（）函數(shù)164.3.2 鍵值掃描174.3.3 鍵值跳轉(zhuǎn).174.4 具體按鍵對應子函數(shù)184.4.1 設定鍵184.4.2 上限鍵、下限鍵 增加鍵、減少鍵204.4.4 左移鍵、右移鍵214.4.5 測量（mm）鍵、測量（cm）鍵224.5 MCP3001讀取22第五章

14、運行結(jié)果及分析23第六章調(diào)試過程中所遇問題及其解決306.1 硬件問題及解決306.2 軟件問題及解決306.2.1 按鍵程序306.2.2 LCD顯示程序.306.2.3 整體調(diào)試30總結(jié)31.參考文獻32致謝33附錄34第一章緒論沈陽化工大學學士學位論文第一章緒論1.1 單片機的概述21世紀是一個信息化的時代，在信息化的快速發(fā)展中，單片機技術做出了不可磨滅的貢獻。單片機的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了相當漫長的過程，在這漫長的過程中也形成了其獨特的優(yōu)點。目前，市面上的單片機大多具有，硬件體積小、使用可靠性高、功耗低、控制功能強大、價格便宜等優(yōu)點20憑借其獨特優(yōu)點，單片機的使用范圍正在逐漸擴大，當前在所有工

15、業(yè)領域幾乎都有著單片機的應用，從生產(chǎn)中使用的智能儀表，工業(yè)控制如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機通信系統(tǒng)、分布式控制總線到生活中使用的智能家電、智能辦公設備、以及家用電氣和智能汽車設備等，都可以看到單片機的身影網(wǎng)。而近年來，隨著人們對傳感器智能化需求的不斷提高，將單片機技術應用于傳感器的設計成為近幾年傳感器的重要研究方向。當下，隨著傳感器對半導體硅片材料需求的增加，單片機技術與傳感器的結(jié)合已經(jīng)成為一種不可阻擋的趨勢4。1.2 光纖智能位移計的研究意義、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 研究意義本設計研究的目的在于開發(fā)一種能用于測量微小位移的光纖智能位移計，該位移計可以通過硬件和軟件方法去除各種干擾信號，并且能夠?qū)?/p>

16、有效的微弱信號提取出來加以放大，從而使其達到預定精度，經(jīng)過相應的數(shù)據(jù)處理后，顯示出高精度的測量結(jié)果。光纖智能位移計作為一種新型傳感器，在許多領域顯示出強大的生命力，它具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗電磁干擾、與電隔離安全級別高和適應惡劣環(huán)境能力強等一系列優(yōu)點，正受到工程應用領域越來越多的青睞5,這種通過研究升級，由傳統(tǒng)的位移測量系統(tǒng)改良而成的光纖智能位移測量系統(tǒng)目前具有很廣闊的開發(fā)前景和應用前第一章緒論沈陽化工大學學士學位論文樂0另外，這種光纖智能位移計具有很大的潛在應用環(huán)境，可以廣泛的應用于計算機磁盤驅(qū)動，航空，電子汽車工業(yè)等領域6。在復雜運動分析方面，如微機械運動液壓步進電機機械振動脈沖的位移與

17、波形滾動軸承性能的測量；在高頻測量方面，如超聲波裝置部件的振幅測量，聲吶變換器的位移頻率的波形的測量；在非接觸震動分析方面，如磁盤讀寫頭的位置測量等方面都具有廣闊的應用前景7。光纖智能位移計能用在許多傳統(tǒng)位移測量計所不能及的方面，并且具有簡潔的測量方式和較低的成本；與此同時，它還具有良好的人機交互。因此可以斷定，在以后的微小位移測量領域，這種光纖智能位移計將會占有重要一席。1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀雖然早在二十世紀70年代末期就有光線傳感器的報道，但大量研究是在二十世紀80年代末才開始的。20世紀90年代初，由于技術不成熟、可靠性不高等原因，只有少數(shù)光纖傳感器在市場上出現(xiàn)網(wǎng)。另外由于早期的光纖

18、傳感器失效批量生產(chǎn)，性價比也相對較低。在此之后，隨著光纖技術的不斷發(fā)展，光纖傳感器不斷走向商業(yè)化，目前世界上已有許多廠家在生產(chǎn)各類光纖傳感器。作為高技術的重要組成部分，光纖傳感器的發(fā)展水平已經(jīng)成為綜合國力的重要體現(xiàn)9o美國是世界上最早研究光纖位移傳感器的國家，也是發(fā)展水平最高的國家，在軍事和民用領域的應用方面，進展都十分迅速。目前，除美國之外的許多發(fā)達國家在光纖傳感器的應用方面發(fā)展也很迅速，并且許多傳感器早已在軍事和民用上得以成功應用10。在光纖傳感器的研究上，我國的起步時間與國際相差不遠，自20世紀80年代初就開始了11。目前，我國已有上百個單位在這一領域開展工作，取得了一個又一個成果，其中

19、相當數(shù)量的研究成果具有很高的實用價值，有的達到世界先進水平。但比起發(fā)達國家來，我國還有許多不及之處，我國的大多數(shù)產(chǎn)品處在實驗室研制階段，還沒有投入工廠進行批量化生產(chǎn)，也沒能工程化應用1201.2.3 發(fā)展趨勢由于其獨特優(yōu)勢，光纖傳感器已進入實用化階段，已成為傳感領域的一個新生分支。光纖傳感器不但在新興的高、精、尖領域得到應用，在傳統(tǒng)的工業(yè)領域中其發(fā)展沈陽化工大學學士學位論文第一章緒論也是異常迅速；其具有強大的生命力，本身產(chǎn)品不斷推陳出新，一定程度上推動了科學技術的發(fā)展13。盡管如此，光纖傳感器仍然不能完全滿足實際需要，還存在著許多有待解決的問題，需要科技人員的不斷努力。如光纖傳感器的輸出信號有

20、時會受到探測器老化和管線傳輸損耗變化的影響，有時會受到組成光纖傳感器的本身性能對測量精度的影響，有時還會受到光源波動的影響等14。在未來，除了認真研究光纖傳感器的各部分元件的性能，改進敏感原件的制作工藝及結(jié)構(gòu)，探索新的敏感機理外；如何充分發(fā)揮微處理技術和計算機軟件功能來改善和補償光纖傳感器的性能，發(fā)展數(shù)字化、集成化、自動化、工程化的新型光纖傳感器，研制出適合于網(wǎng)絡化應用的光纖傳感器陣列及特殊測量要求的新型光纖傳感器是一種不可阻擋的趨勢150未來光纖傳感器將主要沿著多參量實時化、陣列化、網(wǎng)絡化、易于構(gòu)成分布式監(jiān)測系統(tǒng)、高精度實用化、全光纖微型化等方向發(fā)展1601.3 光纖測位移研究的目的及其可行

21、性作為選擇使用的傳感器，光纖傳感器可與很多種測量技術組合，具潛在意義相當明顯。位移測量在航空航天、軍事器械以及工業(yè)生產(chǎn)過程中起著十分重要的作用，光纖傳感器的誕生會給各種職能儀器的產(chǎn)生和發(fā)展起到推進的作用。本畢業(yè)設計利用單片機的優(yōu)點將傳統(tǒng)的位移測量系統(tǒng)改良成為光纖智能位移測量系統(tǒng)，設計一個能對位移信息進行實時數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示，并可以設定閥值具有報警系統(tǒng)的智能位移計。單片機技術及光纖位移傳感器技術的飛躍化發(fā)展使得研制這樣一款智能化的光纖位移計成為可能。單片機作為一門專業(yè)選修，在大學的學習中已經(jīng)具備了初步的自學和應用能力；除此之外，目前市場上已經(jīng)存在類似的智能位移計，這將能夠為本設計提供

22、一定的思路。介于以上兩點，利用大學最后的幾個月時間來完成這樣一個光纖智能位移計是完全可以實現(xiàn)的。1.4 光纖位移計研究的內(nèi)容在對光纖位移特性研究的基礎上，本設計中設計了基于單片機的光纖智能位移計的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并對硬件部分和軟件部分進行了聯(lián)合調(diào)試。硬件設計的總體第一章緒論沈陽化工大學學士學位論文目標是在完成設計目的的同時，追求結(jié)構(gòu)簡單、成本合理，功能完善。在硬件電路的設計中，本畢業(yè)設計采用AT89C52乍為系統(tǒng)控制核心，MCP300作為串行A/D轉(zhuǎn)換芯片,行列式鍵盤作為人機交互部分，LCD1602（乍為顯示部分。在軟件設計中，本畢設采用模塊化程序設計思想，將軟件分為主程序模塊、LCD顯示

23、模塊，按鍵處理模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊，每個模塊又由若干小模塊組成。對軟件部分采用這種模塊化處理方式具有多種優(yōu)點，一方面能使軟件的結(jié)構(gòu)清晰，另一方面有利于軟件的調(diào)試和修改。除此之外，本論文分析了設計過程中存在的一些現(xiàn)象和問題，并針對此做出了相應的改進。最后，由于能力有限，本論文還列出了設計中未解決的問題。沈陽化工大學學士學位論文第二章光纖智能位移計的測量原理第二章光纖智能位移計的測量原理2.1結(jié)構(gòu)原理反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。具原理如圖2-1所示：光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖160光從光源耦合到光源光纖，通過光

24、纖傳輸，射向反射片，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接受到的光源與反射體表面性質(zhì)、反射體到光纖探頭距離有關170當反射表面位置確定后，接收到的反射光光強隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當光纖探頭緊貼反射片時，接收器接收到的光強為零180隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強逐漸增加，到達最大值點后又隨兩者的距離增加而減小。圖2-2所示就是反射式光纖位移傳感器的輸出特性曲線，利用這條特性曲線可以通過對光強的檢測得到位移量。光源光纖jG接收光纖圖2-1反射式位移傳感器原理圖2-2反射式光纖位移傳感器輸出特性光纖位移傳感器的位移、輸出電壓特性曲線呈如圖2.2所示的拋

25、物線形，由圖可以看出，具輸出曲線有一個前坡和一個后坡。兩個坡的線性都很好，頂部域線性很差，因此可以利用其線性較好的前后坡進行測量，目前國內(nèi)外所使用的光纖位移傳感器僅僅是利用其線性較好的前坡190沈陽化工大學學士學位論文2.2光纖位移傳感器原理第二章光纖智能位移計的測量原理本設計采用的是傳光型光纖，它由兩束光纖混合后，組成Y型光纖，半圓分布即雙D型一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距X,由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，另一束光纖接收光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，而光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電量大小與間距X有

26、關，因此可用于測量位移200光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示，由其結(jié)構(gòu)我們可以看出，由光纖位移傳感器制作的光纖智能位移計比較適宜測量微小距離，其電氣原理圖如圖2-4所示。光纖位移傳感器模板測量架測微頭圖2-3光纖傳感器安裝示意圖圖2-4光纖位移傳感器接線圖接主控粕性界表2.3 設計的工作原理一個設計的開始，首先要進行系統(tǒng)的總體設計，也就是是在了解系統(tǒng)設計的任務要求后對系統(tǒng)做出初步設計。認真分析任務要求，設計系統(tǒng)框圖，并比較選擇合適的光纖傳感器。根據(jù)設計要求，該設計需要將光纖檢測技術與計算機技術相結(jié)合，對位移進行自動測量，并能顯示實時數(shù)據(jù)，光纖測位移的工作原理圖如圖2-5所示圖2-5工作原理沈

27、陽化工大學學士學位論文第二章光纖智能位移計的測量原理設計主要包括硬件設計和軟件設計兩部分。首先，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能選擇硬件芯片，繪制硬件電路圖，用PROTEUS件繪制電路原理圖和PCB圖；其次，在完成硬件電路圖的基礎上，畫出軟件流程圖；再次，根據(jù)電路原理圖連接實際電路，編寫程序；最后，在檢查確認硬件電路無誤后，分部分對軟件進行調(diào)試，部分調(diào)試完成后進行整體調(diào)試，并在調(diào)試結(jié)束后進行實時位移測量和數(shù)據(jù)顯示。本設計采用LCD顯示，10個按鍵，主要選用了中央處理器AT89C52,LCD1602MCP3001A/D專換器等。2.4 光纖位移計的工作流程首先，由光纖位移傳感器接收距離信號，接著將信號轉(zhuǎn)換

28、為模擬量輸出，并且通過信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為串行A/D轉(zhuǎn)換接口芯片MCP300何接U的05V電壓信號，并由其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入單片機，通過采樣模塊進行數(shù)據(jù)處理得到位移值，通過LCD1602®時顯示出來。此外本設計有報警功能，將采樣值同預先設定的報警上、下限進行比較，當超出報警范圍時由單片機控制蜂鳴器發(fā)聲，與此同時LCD顯示“outmeasure!”，方便操作人員對檢測對象的及時的準確的監(jiān)控。沈陽化工大學學士學位論文第三章光纖智能位移計的硬件設計第三章光纖智能位移計的硬件設計3.1 器件選取及介紹3.1.1 器件選擇主要有AT89C52、LCD1602、行列式鍵盤、蜂鳴器、MCP30013.

29、1.2 AT89C52介紹AT89C52g一個低電壓，高性能CMOS的單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM,器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用21,其引腳如圖3-1所示：19工XTAI1P00/AD03918科人IAL1P0.0/AD0P01/AD138P0.I/ADIP02/AD237XTAI2P03/AD3369pnA!1VA35P0.4/AD4pn匚;/ADA34P0.5/A

30、D5pnA/ADA33P0.6/AD6RQTPA7/AD73229RSIP0.7/AD7DOn/AQ21P2.0/A822P2.1/A9poo/An23P2.2/AI0DQCKIDOQ/Add2430PSENP2.3/AII2531ALEP2.4/A12匚ADOA*1Q261EAP2.5/A13DOo/Ad/|27P2.6/A14DO7/A*1二28P2.7/A15DarironoC/OVC102P1.0/T2P3.0/RXDD1d/TOCVDQA/TVn113PI.I/T2EXP3.I/TXDp*loDQ9/IMTn124Pl.2P3.2/INT0DaqDOO/IKITd135P1.3P3.

31、3/INT1146P1.4P3.4/T0口dUDQC/Td157P1.5P3.5/T1168P1.6P3.6/WR17P1.7P3.7/RD圖3-1PDIP封裝的AT89C52I腳圖沈陽化工大學學士學位論文第三章光纖智能位移計的硬件設計單片機總共有40個引腳，根據(jù)功能可以將其分為三部分，分別為：電源與晶振引腳、控制引腳和I/O端口。連接好電源與晶振電路后，單片機可以通過控制引腳和I/O端口讀取需要的信息，輸出需要的控制信號。3.1.3 LCD1602介紹如圖3-2所示，LCD160四共有16個引腳接口，其詳細介紹如下：第1腳：VSS作為電源地，使用時接地。第2腳：VDD®用時接5V電

32、源正極。第3腳：VEE作為1602的對比度調(diào)整端，對比度隨接入電位的變高而降低。此引腳在使用時通常加一個電位器，通過控制電位將對比度控制在合理范圍內(nèi)，從而避免產(chǎn)生“鬼影”。第4腳：RS用于選擇寄存器。輸入為高電平（1）時選擇數(shù)據(jù)寄存器，輸入為低電平（0）時選擇指令寄存器。第5腳：RW的讀寫信號線，高電平（1）時進行讀操作，低電平（0）時進行寫操作。第6腳：E為使能端，高電平（1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。第714腳：D0-D吠8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。在仿真中，這兩個引腳不可以使用。LCD16021I2I3I4I5I6I7l8l9l0hl

33、1hl4|圖3-2LCD1602仿真圖沈陽化工大學學士學位論文第三章光纖智能位移計的硬件設計3.1.4 MCP3001介紹IN+:正模擬量輸入。IN-:負輸入。VREF:基準電壓輸入。CLK:時鐘輸入。DO:數(shù)字量輸出。-CS:片選輸入。數(shù)字量輸出：DO=1024*VIN/VREF其中，VIN=V(IN+)-V(IN-)其管腳如圖3-3所示：VREFCLKDOIN+IN-CS圖3-3MCP3001仿真管腳圖3.2 硬件接線圖3.2.1 AT89C52最/4系統(tǒng)本設計采用手動加上電復位方式進行復位，其中，晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。兩個引腳

34、XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。在片外跨接一晶振和兩個匹配電容C1、C2。就構(gòu)成一個自激振蕩器。振蕩頻率根據(jù)實際要求的工作速度，從幾百千赫至24MHz10沈陽化工大學學士學位論文第三章光纖智能位移計的硬件設計可適當選取某一頻率。匹配電容C1、C2要根據(jù)石英晶體振蕩器的要求選取。當品振頻率為12MHz寸，C1、C2一般選30pF左右。最小系統(tǒng)如圖3-4所示:C1復位一R1C310UF220R2HrVCCVC230pF30pFX1CRYSTAL18U119.XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0

35、.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P3.1/TXDP3.2/INT0-P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WR-P1.7P3.7/R9AT89C52123-4293013139D038DI3/-D236D335-D434D533-D632D721222324252627228io1112T3141511617圖3-4AT89C52最小系統(tǒng)圖3.2.2 LCD160

36、2接口電路如圖3-5所示，LCD1602由P0驅(qū)動，其中RP1為阻排，作為上拉電阻使用LCD1LM016LRP14.7kP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A939D038D137D236D335D434D533D632D721227D891DDD1234DDDD圖3-5LCD1602與AT89C52連接圖3.2.3 MCP3001接口電路11沈陽化工大學學士學位論文第三章光纖智能位移計的硬件設計MCP300猿準電壓為4V,端子連接如圖3-6所示:U2+4v1/DCCPI|Z7模

37、擬量輸入VREFCLKDO62IN+V|CLKVIDOUTIN-CSMCP3001圖3-6MCP3001接口線路圖3.2.4 鍵盤接口電路鍵盤由行列式按鍵組成，由P2口控制，具體連接圖如圖3-7所示:U119XTAL1P00/AD03918P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A1038p736935,34'33322129222324PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P3.0/RX

38、DP1.1/T2EXP3.1/TXDP1.2P3.2/INT0302531261272810211312413P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD5146157168_17AT89C52圖3-73x3行列鍵盤連接圖3.2.5 報警電路報警電路硬件連接見圖3-8,使用蜂鳴器進行報警，當采樣值高于預先設定的報警上下限值時，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，且LCD顯示“outmeasure!”。12沈陽化工大學學士學位論文VCCR3DOUT100RSQ1kLS1NPNSPEAKERCSCLKRWER419XXTAL1P0.0/AD0P0

39、.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EA-P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P3.0/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INI1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD391838373635-93433-3229130212212324125-3126111272810211112-34131

40、45615116/817AT89C52V第三章光纖智能位移計的硬件設計圖3-8報警電路其中，Q1為三極管，主要用來放大控制電流，從而進一步起到放大聲音的效果。3.2.6 總體硬件電路圖系統(tǒng)的總體硬件圖如圖3-9所示，單片機的1、2、3腳分別與MCP300的6、5、7腳連接，單片機的4、5、6腳分別與LCD1的4、5、6腳連接，從而對采集與顯示進行相應的控制。整個系統(tǒng)中有10個按鍵，其中復位鍵由硬件電路決定，其余9個按鍵的功能通過軟件編程實現(xiàn)。整個硬件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理到顯示報警的功能。U119XTAL1X1CRYSTAL18XTAL2R19RSTCLKP1.2VREFC

41、LKDODOUTR4EIN-aT89C52SPEAKERRSRWP1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0/T2P1.1/T2EXR3100PFPFALEDOUTCS2930IIMCP3001U2CLKLCD1LM016LRP147kDDDDDDDDDP0.4/AD4P0.5/AD5P2.7/A15P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.6/AD6P0.7/AD7P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.0/A8P2.1/A9P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5

42、/T1P3.6/WRP3.7/RDIEinR510k圖3-9硬件電路總體圖13沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計第四章光纖智能位移計的軟件設計4.1 主程序設計主程序流程如圖4-1所示，main()函數(shù)運行后，首先對系統(tǒng)使用變量進行初始化，賦予變量初值以便程序能夠正常運行。變量初始化結(jié)束后，還要進行LCD初始化,設置LCD工作模式。緊接著對LCD進行操作，使其顯示“measurestart?”以實現(xiàn)人機交流，使操作者知道整個系統(tǒng)已經(jīng)準備完畢，等待操作者進行相應操作。7圖4-1主程序流程發(fā)出以上提示后，主程序進入鍵盤掃描程序，且循環(huán)進行此程序。因此，只有當按鍵位置發(fā)生變化時，

43、位移計才會根據(jù)鍵值進行相應操作。測量、顯示函數(shù)，均作為子函數(shù)，當有按鍵按下時被調(diào)用執(zhí)行。4.2 LCD1602程序設計14沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計當系統(tǒng)需要利用1602進行顯示時，其流程如圖4-2所示：首先，調(diào)用Busy()函數(shù)(返回值為1時代表1602為忙碌狀態(tài)，返回值為0時代表1602非忙碌狀態(tài))，且當返回值為1時，對Busy()函數(shù)進行循環(huán)調(diào)用，直至返回值為00當返回值為0后，立即調(diào)用清屏函數(shù)對LCD進行清屏，再根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理的情況設置顯示位置，最后，寫入需要現(xiàn)實的數(shù)據(jù)。返回值為00當返回值為0后，立即調(diào)用清屏函數(shù)對LCD®行清屏，再根據(jù)不同的

44、數(shù)據(jù)處理的情況設置顯示位置，最后，寫入需要現(xiàn)實的數(shù)據(jù)。1602程序流程圖4-21602程序流程4.3 鍵盤處理程序鍵盤處理程序是軟件設計的重點，在主程序中被循環(huán)調(diào)用，同時，其它子程序又都是在鍵盤處理程序中進行調(diào)用，因此鍵盤處理程序設計的合理與否顯得尤為重要。其總的程序工作流程如圖4-3所示：15鍵盤掃描總程序流程圖4-3鍵盤掃描總程序流程沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計當主程序運行時，循環(huán)調(diào)用鍵盤處理函數(shù)，但每次調(diào)用后鍵盤處理函數(shù)都執(zhí)行一樣的操作。首先其調(diào)用hitkey()函數(shù)，判斷是否有鍵盤按下，如果返回值為0,則返回主程序繼續(xù)執(zhí)行其它程序，如果返回值為1,此時調(diào)用延時

45、函數(shù)延時200ms(利用延時函數(shù)消除干擾信號的影響)，如果返回值仍然為1,則調(diào)用相應函數(shù)讀取鍵值并進行相應的跳轉(zhuǎn)。4.3.1 hitkey()函數(shù)hitkey()函數(shù)，工作流程如圖4-4所示，其中keycode為讀取的P2口值，當沒有按鍵按下時，其值為0x07。因此，當沒有按鍵按下時(keycode&0x07)=0x07,此時函數(shù)返回值為0;反之，當有按鍵按下時，函數(shù)返回值為1。16沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計4.3.2 鍵值掃描鍵值掃描函數(shù)scan_key()流程見圖4-5,主要采用行列掃描法，對9個按鍵進行掃描，得到相應的掃描碼，取反后作為按鍵的鍵值，交由

46、鍵值跳轉(zhuǎn)程序使用。圖4-5鍵值掃描函數(shù)scan_key()程序流程圖4.3.3 鍵值跳轉(zhuǎn)鍵值跳"$函數(shù)key_manage(),主要用于接收scan_key()函數(shù)的返回值，并利用switch函數(shù)調(diào)用按鍵對應的子函數(shù)其流程如圖4-6所示17圖4-6鍵值跳轉(zhuǎn)程序流程圖沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計4.4 具體按鍵對應子函數(shù)4.4.1 設定鍵設定鍵對應子程序為keyl(),其程序流程圖如圖4-7所示，其中H_flg與L_flg分別為上限設置標志和下限設置標志，均設定為全局變量，上限、下限對應程序key2()、key3()中進行相應的改變。當H_flg=1時能夠只能

47、進行上限值設定，當L_flg=1時能夠且只能進行下限設定，均為0時，不能進行任何操作。18圖4-7設定鍵對應程序key1()沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計4.4.2 上限鍵、下限鍵如圖4-8、圖4-9所示：上下限函數(shù)主要通過改變上下限標志H_flg和L_flg來確定將要改變的是上線還是下限，通過調(diào)用SCANkey()來改變上下限的相應數(shù)值。圖4-8上限鍵對應子函數(shù)key2()程序流程圖19圖4-9下限鍵對應子函數(shù)key3()程序流程圖沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計4.4.3 增加鍵、減少鍵如圖4-10、圖4-11所示，增減鍵通過左右移標志位來確定

48、要改數(shù)值的高低位,改變數(shù)值后立即顯示改變后的值。圖4-10增加鍵對應子函數(shù)key4()程序流程20沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計4.4.4 左移鍵、右移鍵如圖4-12、圖4-13所示，左右移鍵對應函數(shù)key7()、key8()僅改變左右移標志位數(shù)值，除此之外不進行任何操作。圖4-12左移對應程序key7()流程圖4-13右移對應程序key8()流程21沈陽化工大學學士學位論文第四章光纖智能位移計的軟件設計4.4.5 測量（mm）鍵、測量（cm）鍵如圖4-14所示，測量鍵對應的函數(shù)首先進行距離測量，然后對測量的數(shù)據(jù)進行處理，得到實際要顯示的結(jié)果，最后進行顯示；延時20ms

49、后子程序結(jié)束，返回主程序繼續(xù)執(zhí)行其它程序，直至按下復位鍵或切斷電源。整個過程實現(xiàn)了對位移的實時測圖4-14測量函數(shù)流程4.5 MCP3001讀取如圖4-15所示，通過Read_MCP函數(shù)控制MCP3001進行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，由于MCP3001為10為A/D轉(zhuǎn)換器，所以要屏蔽高六位以獲取有效轉(zhuǎn)換值，將有效轉(zhuǎn)換值返回后結(jié)束。圖4-15MCP3001數(shù)據(jù)讀取流程圖22第五章運行結(jié)果及分析沈陽化工大學學士學位論文第五章運行結(jié)果及分析上電后即如圖5-1所示，顯示measurestart?”，以提醒操作系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，操作者可以做適當?shù)臏y量。止匕時,三極管輸入為低電平，蜂鳴器不響。LCD1LM016L

50、RP14.7k1DVSW01234567RREDDDDDDDD012DDDU119X1CRYSTALXTAL2C230pFRSTR3DOUTP1.0/T2100Q1+4vCSCLKRSRWP1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ALEEAP1.1/T2EXP1.21.C130PFP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD739D037D2_LRRR510k設定報警下限模擬量輸入U2VREFIN+IN-CLKDOCSP2.0/A8mmmm)4測量（P2.7/A15P3.0/RXDP2.4/A12P2.5/A13P

51、2.6/A14P3.6/WRP3.7/RDP2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1CSMCP3001人機交互圖5-1上電后顯示“measurestart?按下【報警上限】鍵后，如圖5-2所示，顯示默認報警上限，此時，三極管輸入為低電平，蜂鳴器不響。LCD1LM016L復位R1RP14.7k3C322010uF模擬量輸入，卜C130pFX1CRYSTAL1918U1XTAL1XTAL2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5.39D03834D1D4D5R510kR3DOUT100SPEAKERCSCLKRSRWER41k293RSTPSENALETAP1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C52+4v葉U2VREFCLKDOP0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INTP3.4/