扁平線測試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目錄摘要： 2一、引言 2二、基本要求 3三、技術(shù)指標(biāo) 3四、案論證與比較 4五、硬件系統(tǒng)原理說明 41.扁平線信號源 52.選擇檢測單元模塊 63.單片機(jī)控制模塊 84.電源電路 95.方波頻率信號產(chǎn)生電路 106.譯碼顯示電路 10六、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明 111、主程序設(shè)計(jì) 112、六位二進(jìn)制計(jì)數(shù)編碼和六十四計(jì)數(shù)BCD碼產(chǎn)生子程序 123、障信號處理子程序 14結(jié)束語： 16參考文獻(xiàn)及資料： 16扁平線測試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)鮑勇佛山市高級技工學(xué)校摘要：本篇論文系統(tǒng)地闡述了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)扁平線的測試儀的工作原理、設(shè)計(jì)方法、性能分析、并總結(jié)出了測試的方法。系統(tǒng)采用自帶8KROM的AT89C52(不需要外擴(kuò)ROM)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的檢測和線號的鎖存功能，并采用外部的數(shù)字集成電路（9片74LS151）組成了選擇電路，依次對扁平線進(jìn)行檢測，同時(shí)采用了LED靜態(tài)顯示，更直觀的顯示了扁平線的短路和斷路線號，給維修帶來了很大的方便。通過試驗(yàn)與測試系統(tǒng)到達(dá)了設(shè)計(jì)要求。此設(shè)計(jì)具有集成度高、通用性強(qiáng)、硬件價(jià)格低廉、有較好的應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】扁平線單片機(jī)斷路短路一、引言扁平線就是硬件設(shè)備與硬件設(shè)備之間傳遞信息的數(shù)據(jù)線。它的主要作用就是連接設(shè)備、傳輸信息，使用方便、快捷；并且，扁平線都是由一組線組成，有20位、26位、40位和64位等多種規(guī)格，所以一次能夠傳送多位數(shù)據(jù)，適合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需要，對生產(chǎn)生活中重大的作用。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，往往要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，那么就要扁平線快速、準(zhǔn)確的傳輸數(shù)據(jù)。但在設(shè)備的可靠性檢測工作中，大都忽略了扁平線的檢測，因?yàn)闆]有對它進(jìn)行檢測，如果在現(xiàn)場工作中使用了壞的扁平線，不僅會(huì)使在傳送信號的數(shù)據(jù)，造成工作設(shè)備的錯(cuò)誤操作，而且對檢修時(shí)間造成了不必要的浪費(fèi)。所以，我們要設(shè)計(jì)一套對扁平線進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠性檢測的設(shè)備，這對實(shí)際的工作有很大的幫助。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)使一套能夠判斷各類機(jī)器中所用64（可擴(kuò)展為其它規(guī)格）扁平線短路或斷路故障，并定位顯示故障點(diǎn)所在線號的儀器設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中本著準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定的原則、采用硬件與軟件配合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：信號源模塊、檢測模塊、顯示模塊。信號源模塊主要為64針扁平線提供電源信號，由模擬電路實(shí)現(xiàn)。在檢測模塊中我們采用了單片機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字集成電路技術(shù)，通過軟件編程與外部數(shù)字集成電路配合，完成整個(gè)檢測過程，并確定故障所在線號，最終將線號通過譯碼提供給顯示模塊，完成顯示功能。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)主要產(chǎn)生外部硬件電路所需要的二進(jìn)制數(shù)編碼，完成從1到64循環(huán)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對故障線號的鎖存功能。通過實(shí)際的設(shè)計(jì)制作本系統(tǒng)已完成各項(xiàng)基本功能，并打到設(shè)計(jì)要求。由于本系統(tǒng)儀器具有價(jià)格低、檢測方便、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際中具有推廣的價(jià)值。二、基本要求要求能夠測出扁平線的斷路或短路故障。要求能夠定位顯示故障點(diǎn)所在線號?？驁D如下所示扁平線插槽扁平線插槽顯示三、技術(shù)指標(biāo)檢測準(zhǔn)確率達(dá)100％。斷路、短路故障定位顯示準(zhǔn)確率100％。四、案論證與比較1．方案一：利用數(shù)字集成電路與模擬電路配合實(shí)現(xiàn)扁平線、斷路故障檢測功能。利用分立元件提供給扁平線信號，通過數(shù)字集成電路對每根數(shù)據(jù)線的循環(huán)檢測、計(jì)數(shù)、并鎖存故障點(diǎn)線號，通過譯碼驅(qū)動(dòng)顯示模塊或發(fā)光二極管完成顯示功能。改方案充分利用了數(shù)字集成電路，元件在市場上較易購買，成本較低。但硬件電路復(fù)雜、部分功能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，易受到外界的干擾。2.方案二：如圖所示89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，通過軟件編程與外部9片74LS151八選一數(shù)據(jù)選擇器集成電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。單片機(jī)主要起檢測、計(jì)數(shù)、鎖存功能。此設(shè)計(jì)方案對完成儀器功能交易實(shí)現(xiàn)，性能價(jià)格比高，易于功能擴(kuò)展。扁平線信號源數(shù)字繼承電路扁平線信號源數(shù)字繼承電路單片機(jī)譯碼顯示3.方案三：采用89C52單片機(jī)系統(tǒng)與可編程邏輯控制器件（CPLD）配合實(shí)現(xiàn)功能。利用CPLD技術(shù)將外部硬件電路集成到單片機(jī)的CPLD芯片中，在通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)各功能。此方案使系統(tǒng)集成最優(yōu)化，但由于CPLD芯片在市場中的價(jià)格較貴性能價(jià)格比高，在實(shí)際不易推廣。五、硬件系統(tǒng)原理說明扁平線測試系統(tǒng)的硬件部分其工作原理框圖如上圖示：其工作原理：把待測扁平線的兩端分別插入硬件中的兩個(gè)插口，連接電源，單片機(jī)運(yùn)行測試程序產(chǎn)生二進(jìn)制編碼去控制九片八選一的芯片，依次對扁平線從0到63的每一根線進(jìn)行檢測其電平信號（扁平線的電平信號由扁平線信號源提供）。第一輪檢測斷路，第二輪檢測短路，斷路與短路的檢測轉(zhuǎn)換通過單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)（外部電路通過開關(guān)來實(shí)現(xiàn)），并利用發(fā)光二極管指示檢測的工作狀態(tài)（即綠燈檢測斷路，紅燈檢測短路，只有紅燈或綠燈亮的時(shí)候才能進(jìn)行檢測，外部電路通過開關(guān)來轉(zhuǎn)換）.程序中同時(shí)對六位二進(jìn)制編碼進(jìn)行調(diào)整產(chǎn)生與六位二進(jìn)制同步的從0到64的計(jì)數(shù)，并送給譯碼顯示單元顯示當(dāng)前檢測到的線號，當(dāng)單片機(jī)檢測到故障信號時(shí)，將當(dāng)前檢測到的故障點(diǎn)所在線號鎖存，把該線號通過數(shù)碼管上顯示出來。兩輪檢測完畢即完成檢測功能，最后數(shù)碼管顯示“63”。1.扁平線信號源電路如圖所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，本設(shè)計(jì)方案中扁平線信號源提供的時(shí)高、低電平兩種信號（接地為低電平信號，懸空為高電平信號）。由于扁平線在出現(xiàn)斷路時(shí)其每一根均有可能，故在測試時(shí)對每一根都進(jìn)行檢測。出現(xiàn)短路則時(shí)兩根線間的短路問題，如圖示即雙號與單號線的短路。檢測原理為：KA閉合，給每一根線加上低電平，在另一端進(jìn)行斷路故障檢測（如在另一端檢測到斷路，則檢測結(jié)果為高電平，否則為低電平）。KA斷開，如圖示雙號線為低電平，單號線為高電平，在扁平線的另一端對單號線進(jìn)行短路檢測（如在另一端檢測到短路，則檢測結(jié)果為低電平，經(jīng)過反向器后為高電平送到單片機(jī)）。圖中單號線接有二極管斷的錯(cuò)誤。電阻R4,R2的作用示起到限流的作用防止數(shù)字集成電路在工作時(shí)，目的在于起到隔離作用，避免電平信號的戶串，導(dǎo)致故障判過熱，通常限制在5mA左右，故有：R4=R2=5V/5Ma=1K，故在本設(shè)計(jì)中采用1千歐的電阻，對數(shù)字集成電路起限流作用。2.選擇檢測單元模塊芯片介紹：八選一數(shù)據(jù)選擇器（74LS151）數(shù)據(jù)選擇器：把多個(gè)通道的信號傳送到公共數(shù)據(jù)上去，完成這一功能的邏輯電路為數(shù)據(jù)選擇器。74LS151功能表74LS151功能表上面所討論的時(shí)一位數(shù)據(jù)選擇器，如須選擇多位數(shù)據(jù)時(shí)，可由幾個(gè)一位數(shù)據(jù)選擇器并聯(lián)組成，即將它們的選擇輸入端和使能端連在一起。二位數(shù)據(jù)選擇器的連接方法如下圖所示：D0D0…….D7A—CSYD0…….D7A—CSY當(dāng)需要進(jìn)一步擴(kuò)充數(shù)時(shí)，只需要相應(yīng)的增加器件的數(shù)目。在本設(shè)計(jì)中就是采用了這種方法擴(kuò)展了64位數(shù)據(jù)選擇器（九片八選一芯片（74LS151）數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展）。允許自8條輸入數(shù)據(jù)中選擇1個(gè)。執(zhí)行并行輸入到串序輸出的轉(zhuǎn)換。有使能輸入端，原、反碼輸出?？捎米骱瘮?shù)發(fā)生器。原理如下：在本系統(tǒng)中采用的使九片八選一芯片（74LS151）數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)89C52產(chǎn)生的六位二進(jìn)制編碼來依次選擇64針扁平線檢測。如圖示，KA閉合時(shí)進(jìn)行斷路故障的檢測，工作時(shí)由扁平線信號源給64針都加低電平，檢測時(shí)輸入的六位二進(jìn)制編碼當(dāng)為00H時(shí)選中一號線輸出，為01H選中2號線輸出，依次類推檢測。檢測中無故障則各輸出為低電平，若某根線斷路則輸出高電平。KA打開時(shí)進(jìn)行短路故障的檢測，工作時(shí)只檢測單線號，如扁平線信號源圖示，雙號線都加上低電平，單號線由于開路即為高電平。當(dāng)六位二進(jìn)制編碼為00H時(shí)選中1號，為02H時(shí)，選中3號，檢測中無故障則各輸出經(jīng)反向器后為低電平，若兩線之間存在在短路故障則輸出經(jīng)反向器為（對于01H、03H等檢測單號線的編碼通過外部電路使之部起作用）。上述斷路或短路輸出的故障信號高電平，提供給單片機(jī)，從而鎖存顯示扁平線的故障點(diǎn)所在線號。3.單片機(jī)控制模塊芯片及部分電路的說明：根據(jù)設(shè)計(jì)要求,利用單片機(jī)進(jìn)行編程并實(shí)現(xiàn)一些算法，完成控制功能，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要占用較多的口線，由于89C52比8031多了8K的內(nèi)部ROM因此無需擴(kuò)展外部存儲器，從而89C52對應(yīng)8031的P0口，P2口作高、低地址線的各口線可作為基本I/O口使用，這樣就多添了許多I/O口線作為系統(tǒng)的I/O口使用，達(dá)到系統(tǒng)的要求，故系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用了89C52芯片，其電路如圖所示。單片機(jī)（80C52）芯片各部分的說明：P1口：是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。在本系統(tǒng)中P1.0-P1.5作為六位二進(jìn)制數(shù)編碼輸出；其中P1.0-P1.2與八片74LS151芯片的ABC相連，P1.3-P1.5與第九片74LS151芯片的ABC相連。P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電路的8位雙向I/O口。在本系統(tǒng)中P2.0-P2.7作為六十四計(jì)數(shù)BCD碼輸出，與譯碼顯示電路相連。P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電路的8位雙向I/O口，P3口提供各種專用功能的引腳。P3.0作為故障信號輸入端口；P3.1作為復(fù)位輸入端口；P3.2作為計(jì)數(shù)溢出端口；P3.4作為脈沖輸入端口；XTAL1:振蕩器反向放大輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；XTAL2:振蕩器反向放大輸出端時(shí)鐘信號的產(chǎn)生：在89C52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，其輸入端位芯片引腳。XTAL1,其輸出端位引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。如下圖所示：一般電容C1和C2取30PF左右。晶體的振蕩器頻率范圍是1.2MHZ-12MHZ。晶體的震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也越快。但反過來運(yùn)行速度對存儲器的速度要求越高，對印刷板的工藝要求也越高。89C52在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHZ的石英晶體振蕩器，而12MHZ主要在高速串行通信的情況下才使用。4.電源電路在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)及外圍設(shè)備的數(shù)字集成電路要求穩(wěn)壓器能提供穩(wěn)定固定電壓，并且要求有足夠的輸出電流，整個(gè)系統(tǒng)的電源由交流220V電經(jīng)變壓器濾波后由穩(wěn)壓集成塊7805提供，因?yàn)榉€(wěn)壓集成塊7805具有1.5A的輸出能力；內(nèi)部含有限流技術(shù)，將繼承穩(wěn)壓器所有的單元電路，其中包括取樣電阻網(wǎng)絡(luò)，都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，組成只有輸出、輸入和公共地三個(gè)端子的集成穩(wěn)壓器。在使用過程中，不必外接元件就能獲得固定的穩(wěn)定輸出電壓。具體電路如圖所示：5.方波頻率信號產(chǎn)生電路其具體電路如上圖所示，為了得到頻率穩(wěn)定性高的脈沖信號，所以采用石英晶體振蕩器，由于石英晶體具有穩(wěn)定性好、品質(zhì)因素高等特點(diǎn)，而且石英晶體的選頻特性好。使用芯片介紹：雙D型正沿觸發(fā)器（74LS74）：雙D型正沿觸發(fā)器在正跳沿前接收輸入信號，正跳沿后輸入被封鎖。因此可以構(gòu)成二分頻電路。雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74390）：原理說明：在原理圖中，并聯(lián)在兩個(gè)反向器輸入、輸出的電阻R，其作用是使反向器工作在線性放大區(qū)。R的電阻，對于TTL門通常在0.7千歐――2千歐之間（在本設(shè)計(jì)中采用的是1千歐的電阻），電路中，電容C4用于兩個(gè)反向器間的耦合，而C5的作用則是抑制高次諧波，以保證穩(wěn)定的頻率輸出。故在設(shè)計(jì)我們采用74LS04和石英晶體等元件構(gòu)成的石英晶體振蕩器產(chǎn)生4MHZ的頻率信號。信號經(jīng)過74LS74和74LS390分頻得到我們所需要的頻率方波信號（如1MHZ等），信號送給單片機(jī)系統(tǒng)。6.譯碼顯示電路七段譯碼器\驅(qū)動(dòng)器（74LS48）管腳圖：七段譯碼器\驅(qū)動(dòng)器（74LS48）有效高電平輸出；內(nèi)部有升壓電阻因而無需外部電阻；試燈輸入；前/后沿滅燈控制；有燈光強(qiáng)度調(diào)制能力；輸出最大電壓5.5伏；吸收電流，74LS48位6毫安。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示，電路如下圖示。由單片機(jī)P2.0—P2.7口產(chǎn)生的六十四計(jì)數(shù)BCD碼經(jīng)過BCD－譯碼器74LS48譯碼送給LED數(shù)碼管顯示，斷路和短路檢測分別采用兩個(gè)發(fā)光二極管指示。六、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明在軟件程序設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定89C52芯片各功能管腳如下：P1.0-P1.5作為六位二進(jìn)制數(shù)編碼輸出；其中P1.0-P1.2與八片74LS151芯片的ABC相連，P1.3-P1.5與第九片74LS151芯片的ABC相連。P2.0-P2.7作為六十四計(jì)數(shù)BCD碼輸出，與譯碼顯示電路相連。P3.0作為故障信號輸入端口；P3.1作為復(fù)位輸入端口；P3.2作為計(jì)數(shù)溢出端口；P3.4作為脈沖輸入端口；1、主程序設(shè)計(jì)如下圖所示：2、六位二進(jìn)制計(jì)數(shù)編碼和六十四計(jì)數(shù)BCD碼產(chǎn)生子程序程序流程圖如下圖所示，在0到64數(shù)范圍內(nèi)分階段調(diào)整，當(dāng)值小于10H時(shí)，即0－F時(shí)，用十進(jìn)制調(diào)整指令DA以能滿足要求對其直接進(jìn)行調(diào)整，所以用DA指令直接進(jìn)行調(diào)整。但是由于DA只對9以下的值進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)值為10H<Z<20H時(shí)，DA調(diào)整后再進(jìn)行加6調(diào)整。同理，再20H<X<30H范圍內(nèi)時(shí)，DA調(diào)整后需再進(jìn)行加12調(diào)整；再30H<X<40H時(shí)范圍內(nèi)，DA調(diào)整后需再進(jìn)行加18調(diào)整；只有這樣才能得到正確的結(jié)果，完成功能要求。程序如下：x:movp2,amovr2,amova,r1incacjnea,#40h,ch2ajmpch9ch2:jncch4ajmpasdcp7:mova,#16hajmpxcp5:cjner1,#20h,cen2adda,#6hdaaajmpxcp8:mova,#32hajmpxcp9:mova,#48hajmpxcp6:cjner1,#30h,cen3;ajmpcp9cp3:jnecp0adda,#12hdaaajmpxcp0:cjner1,#40h,cen4ajmpch9cen4:jncch4adda,#18hdaaajmpxch9:mova,#3fhmovp1,amova,#63hmovp0,amovr2,amova,r1jkl:jbp3.3,p0ajmpjkl3、障信號處理子程序單片機(jī)89C52的P3.O接故障信號輸出端，由高電平表示斷路或短路故障，再故障信號到來時(shí)，系統(tǒng)程序跳到故障信號處理子程序，等待復(fù)位信號到來才重新工作。其流程圖如下：程序如下：gz:movr1,amovp1,acjner1,#01h,cn2ajmpcn3cn2:mova,r2jzcn1incacn1:movp2,amovr2,amova,r1incaan1p3.1,#oefhgz1:jbp3.1,