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1、目 录1项目计划11.1方案可行性分析11.1.1市场分析11.1.2技术可行性11.2项目执行计划22设计说明32.1各单元模块设计原理32.1.1电源部分32.1.2复位电路32.1.3晶振电路42.1.4数码管显示42.1.5A/D转换52.1.68路信号生成器52.1.7滤波电路62.1.8报警电路62.1.9按键部分62.1.10直流电机驱动电路72.1.11红外对管测速模块72.1.12选择电路82.2各单元模块设计流程82.2.1多路放大与巡回测量电路82.2.2直流小电机调速系统92.3部分源程序及注解102.3.1主函数102.3.2延迟函数112.3.3定时器123调试说明
2、153.1元器件检测153.1.1固定电阻153.1.2电位器153.1.3电容器153.1.4发光二极管163.1.5晶体三极管163.1.6红外对管163.2调试方法及步骤163.2.1八路电压测量163.2.2晶振173.2.3数码管显示173.3调试数据173.3.1八路电压测试数据173.3.2红外对管数据184总结185参考文献186附录186.1电路图196.2PCB图191 项目计划1.1 方案可行性分析1.1.1 市场分析在此次设计中，我们实现了通过一块单片机将两个完全不同的电路系统多路放大巡回测量电路系统和直流小电机调速系统整合在一起，并实现对其部分功能的扩展，从而节省了大
3、量的成本，使得系统设计整体成本不会过高，不会给公司带来巨大的经济压力，而且由于产品集成度比较高，可以提高产品的销售率，很快就会给公司带来投资回报。我们所设计的产品是一款适应现代生活发展的科技产品。面对现今电机和传感器的使用和普及，我们所设计的产品能够有效可行的节约能源和提高生活质量，适用于各种学校、工厂等场所。其环保卫生和节约能源消耗费用的作用对各大场所都有很强吸引力。1.1.2 技术可行性我们设计的系统整合了两个完全不同的电路系统，并在此基础之对它们的功能进行了相应的扩展，下面分别对其功能和指标进行描述：多路放大和巡回测量电路系统中实现了对八路不同的电压（05V）进行巡回测量用按键选择输入，
4、LED数码管显示通道号和电压值，8路输入电压调节通过1个电位器完成，测量及输出误差5等诸多功能，并在此基础上对其进行扩展，使其实现了对一路050mV的小信号，经放大后再采集，对应显示050.0，并增加上下超限报警功能。直流小电机调速系统采用光电对管实时在线检测直流电机转速用数码管显示电机转速按键设置电机转速，并使用PWM技术调节控制电机的转速，测量显示电机速度与键盘设置值相等。如图1.1.2-1为系统设计的总框图：多路选择按键MCU及基本外围电路LED显示多路信号报警数码管显示直流小电机测速电路驱动电路图1-1-2 系统设计总框图1.2 项目执行计划1 市场调查阶段：2011年10月1日-20
5、11年10月7日 2 经济状况及盈利能力预测阶段：2011年10月7日-2011年10月9日 3 产品研发阶段：2011年10月3日：由项目总监XX指导分配各人员负责产品的研发模块；2011年10月10日：由项目总监XX主持研讨会议，研究讨论研发过程所遇问题并提出解决方案；2011年10月 17日：由项目总监XX执导整合模块成果，确定研发实物。4 产品调试阶段：2011年10月19日-2011年10月21日5 前期宣传：2011年10月 23日-2011年10月28日6 资料整理：2011年11月1日-2011年11月10日7 投入生产：2011年11月11日-2011年11月15日8 主力宣
6、传：2011年11月15日-2011年11月20日9 市场推广及销售：2011年11月22日10 资金管理：2011年10月1日-2011年11月22日2 设计说明2.1 各单元模块设计原理2.1.1 电源部分图2-1-1 电源部分电源通过J1的排针输入，然后用J2的12盖上跳线帽接通，摘掉断开。然后电容C1、C2起到一定的滤波作用。R9为电源指示灯，接通电源时点亮。2.1.2 复位电路图2-1-2 复位电路通过按键S2设计的按键复位，右端接入STC12C5A60S2的9脚复位端。在上电的瞬间C7两端都是高电平，一段时间后，C7充电充满后，RST脚就会变成低电平，起到一个上电复位的作用。当按键
7、S2按下的时候，开关导通，这个时候电容C7两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压变低。根据串联电路电压为各处之和，这个时候电阻R17两端的电压变大，所以RST引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。2.1.3 晶振电路图2-1-3 晶振电路晶振全称为晶体振荡器，其作用在于产生原始的时钟频率，晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容那就可以得到晶振标称的谐振频率。我们在设计的时候振荡器和电容在选择时候应尽可能的与单片机靠近所以我们选择的晶振为22.1184MHz,而它的时钟周期就为1/2211
8、84us。晶振的负载电容为15pF或12.5pF，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的震荡电路就是比较好的选择，所以我们选择22P在作为其负载电路。2.1.4 数码管显示图2-1-4 数码管显示由P0口的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7送出位选信号，循环选中每个数码。当选中某个数码管后，P0口送出对应段选信号，只要保证位选信号的变化与段选信号的变化一一对应，而且每个数码管的显示时间得当，就能以动态扫描方式实现连续显示效果。因为P0口没有上拉电阻，所以需要排阻J3作为上拉电阻。2.1.5 A/D转换图2-1-5 A/D转换将P1口作为A/D的使用口，将P1.ASF
9、0-8设置为1，这样I/O口P1就可以作为A/D使用。将8路电压通过P1口经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号通过单片机输出，通过数码管显示。2.1.6 8路信号生成器图2-1-6 8路信号生成器该电路由R2电位器和R3R10电阻串联对5v电压进行分压，并且八路分得的电压值递减，得到八路不同的电压信号，并且输入单片机的AD转换口。因为最后一路信号已经很小了，无法直接测量，所以经过LM324放大后作为其中一路的电压输入信号。电阻R3R10即为分压电阻；R11用来得到一路小信号电压值；第一级放大为R20+R21与R19的比值，放大倍数为11倍，第二级放大通过R24滑动变阻器调节使其倍数为70/1
10、1倍，所以俩级放大为70倍。设置最后一路电压放大为可测量。2.1.7 滤波电路图2-1-7 滤波电路通过8路的电阻与电容构成的低通滤波器，滤掉高频成份，使电压更稳定。2.1.8 报警电路图2-1-8 报警电路实验中用两个发光二极管，LED1用于模拟电压4.43V上限报警，LED2灯闪烁2.1.9 按键部分图2-1-9 按键部分按键S3接入P3.2，当P3.2为低电平，代表S3被按下，在多路放大与巡回测量中执行通道号的加。按键S4接入单片机的P3.3口，当P3.3为低电平，代表S4被按下，来多路放大与巡回测量中执行通道号得减。2.1.10 直流电机驱动电路图2-1-10 直流电机驱动电路通过J4
11、直接接入直流电机的正负极，然后通过单片机的P3.5端口输出高电平，Q1导通，电机工作；当P3.5输出低电平时，Q1截止，电机停止工作。R33为限流电阻，一般为1K到10K。2.1.11 红外对管测速模块图2-1-11 红外对管测速模块J5为红外发射管，发送红外信号；R36为红外接收管，在电机的转子上面贴一个反射面，这样转子转到一个固定的地方，红外管就能接受反射回来的红外信号。R35可以控制I/O接受信号的敏感度，一般取值100K-300K。当R35较小时，Q2导通较难，故可工作的距离较小；反之，会较大。通过红外对管，控制三极管的导通，当红外对管无阻挡时，输出低电平；当红外对管之间有阻挡时，输出
12、高电平。这样使其产生高低电平变换，通过单片机采集信号，达到纪录电机转速的功能。2.1.12 选择电路图2-1-12 选择电路这个为功能模块选择电路，23脚接高，用于测电路电压；12脚接低，用于测量电机转速。2.2 各单元模块设计流程2.2.1 多路放大与巡回测量电路图2-2-1 多路放大与巡回测量电路图2.2.2 直流小电机调速系统图2-2-2 直流小电机调试系统图2.3 部分源程序及注解2.3.1 主函数void main()unsigned char i = 0;LED_HIGH = 1;LED_LOW = 1;SysInit();InitADC();Delay(1);for (i = 0
13、; i 8;TR0 = 1; /启动T0while ( !TF0 ); /等待T0溢出TR0 = 0; /停止T0TF0 = 0; /清除溢出标志 while ( -t != 0 ); /循环t次*/t = t;2.3.3 定时器void T1_ISR() interrupt 3#if HighLowBitsSelect /用的I/O口的高四位#if RefreshDirectioncode const unsigned char com4 = 0xE0,0xD0,0xB0,0x70;/从左到右显示#elsecode const unsigned char com4 = 0x70,0xB0,0
14、xD0,0xE0;/从右到左显示#endif#else /用的I/O口的低四位#if RefreshDirectioncode const unsigned char com4 = 0x0E,0x0D,0x0B,0x07;/从左到右显示#elsecode const unsigned char com4 = 0x07,0x0B,0x0D,0x0E;/从右到左显示#endif#endifstatic unsigned char n = 0;unsigned char ucTmp = 0;static unsigned short usTimeCount = 0; /时间计数器unsigned s
15、hort usTmp = 0;TR1 = 0; /暂停T1（重新定时前应当暂停）TL1 = T1_1MS;TH1 = T1_1MS 8;TR1 = 1; /重启T1SMG_SEG_SELECT = 0x00; /暂停显示（重要操作）#if HighLowBitsSelect /用的I/O口的高四位ucTmp = SMG_BIT_SELECT & 0x0F; /保护位选低四位数据SMG_BIT_SELECT = comn | ucTmp; /更新位选信号 #else /用的I/O口的低四位ucTmp = SMG_BIT_SELECT & 0xF0; /保护位选低四位数据SMG_BIT_SELEC
16、T = comn | ucTmp; /更新位选信号 #endifSMG_SEG_SELECT = DispBufn; /更新段选数据n+;n &= 0x03;/ 按键扫描 /if(ucDelayKey = 0) / 若刚才没按键则扫描按键if(KeyScan() != 0)/ 若有按键动作ucDelayKey = 500; / 设置延迟时间消颤约12mSelsebStill = 0;/ 松键状态标志else / 有按键利用DelayKey按键消颤if(-ucDelayKey = 0)/ 消颤或延时时间到？ucKey = KeyScan(); / 取有效键值if (ucKey = 1)if (0
17、 = Mode) /测电压模式下ucChannel+;if (9 = ucChannel)ucChannel = 1;ucDelayKey = 2500;Else /测转速模式下else if (ucKey = 2)if (0 = bStill)bStill = 1; /添加切换界面的代码Mode+; /模式的显示切换Mode &= 0x01;ucKey = 0;UpdateFlag = 1;if (usDelay) usDelay-;/时间计数器，用来计转数usTimeCount+;if (1000 = usTimeCount) /计1s的时间usTimeCount = 0;TR0 = 0;
18、 /停止计数usTmp = TH0;usTmp = 8;usTmp += TL0;Count = usTmp;TH0 = 0;TL0 = 0;TR0 = 1; /开始计数Test = !Test;3 调试说明3.1 元器件检测3.1.1 固定电阻首先观察外表，无损坏。对于内部，可用万用表电阻档的测量来核对。方法是把万用表拨到电阻档的适当量程，将两支笔（不分正负）分别与电阻器的两端引脚相接，即可测出实际的电阻值。3.1.2 电位器首先观察外表。电位器标志应该清晰，旋轴转动灵活，松紧适当，没有机械杂声。用手轻轻摇动焊片或者引脚，不应该有松动现象。把万用表电阻档拨到适当的量程，检测电位器或可调电阻器
19、的标称阻值是否正确。如果万用表的指针不动，则表明内部的电阻体已断开。3.1.3 电容器首先观察外表，标志应该清晰。用万用表的电阻最高量程来测量，万用表的指针先是向顺时针方向（R为0的方向）偏转一下，然后朝逆时针方向返回至R为无穷大的方向，这是电容器的充放电现象。如果万用表指针回不到无穷，则指针所指的数值，就是漏电电阻。一般电容器的漏电电阻是极大的，若下雨几M欧，表明电容器性能不良。3.1.4 发光二极管1. 测量反向电阻将万用表置于RX10K电阻档，用红表接发光二极管的正极（长引脚），黑表笔接负极（短引脚），万用表指示的电阻值应该非常大（通常无限大）。2. 测量正向电阻交换两支笔来测量，即红笔
20、负极，黑笔正极，万用表指针应该大幅度的偏转（通常为15K欧左右），这表明发光二极管是好的。这时，在较暗处仔细观察，可以看见发光二极管发出微弱的光线。3.1.5 晶体三极管对于一般的晶体三极管，万用表应拨到量程为RX100或RX1K的电阻档。用万用表的表笔分别去测试三极管任意1根引脚与其他2根引脚之间的电阻值，最多经过3次交换测试后，你必然可以找到其中有1根引脚与其他2根引脚都为“通”（电阻值较小）。在这种情况下，如果这1根引脚所接的黑表笔，那么所测的晶体三极管是NPN型；反之，如果这1根引脚所接的是红表笔，则是PNP型的。3.1.6 红外对管将万用表指针调制20K欧电阻档，测量红外对管的极间电
21、阻，以判别红外对管。判据一：在红外对管的端部不收光线照射的条件下调换表笔测量，发射管的正向电阻小，反向电阻大，且黑表笔接正极（长引脚）时，电阻小的（1K欧20K欧）是发射管。正反向电阻都很大的是接收管。判据二：黑表笔接负极（短引脚）时电阻大的是发射管，电阻小并且万用表数据随着光线强弱变化时，指针摆动的是接收管。3.2 调试方法及步骤3.2.1 八路电压测量使用万用表，将万用表量程拨为测试电压20V档。将万用表的黑笔置于单片机的20脚，然后把红笔置于单片机的1-8脚，测试输出电压，按设计原理，应该1-7号管脚的电压会逐渐降低，调整电位器R2，电压会发生变化。经过测试1-7号管脚输出电压正常。然后
22、将红笔置于LM324的3脚前R11和R12直接，测出其输入电压U1，再将红笔置于LM324的1脚，测出一级放大的电压U2，按照设计原理，应该是放大11倍。接着将红笔置于LM324的5脚前R22电阻，测出其输入电压U3，再将红笔置于LM324的7脚，测出二级级放大的电压U4，通过调节电位器R24，可使二级放大倍数变化。测试数据1第一次发现LM324无法起到放大作用。经过查询资料，发现LM324的最大输出为3.5V，而第一级放大已经3.3V了，照成第二级放大不成功。通过调节电位器R2，将电压降低。测试数据2显示LM324工作正常了，故障排除。3.2.2 晶振通过软件向单片机下载程序时，无法下载成功
23、。初步确定为晶振无法起振，分析有以下几个原因：1.晶振离单片机距离稍远；2.晶振与单片机直接的连线太细；3.晶振损坏。依次排除上面的问题，发现还是无法起振，最后发现是晶振旁边的2个电容被装错了，正常应该是20PF左右的，可是确焊上了2个104的电容。然后将电容换上22PF的，晶振正常工作，问题得以解决。3.2.3 数码管显示检测数码管共阴还是共阳。先把万用表调到测量二极管的档，红表笔接公共端（上或下中间的那个），黒表笔接其他端，若有段亮，则是共阳；对共阴，红黒表笔对换才会亮。3.3 调试数据3.3.1 八路电压测试数据表3-3-1-1 测试数据1第几路1234567电压（v）2.702.362
24、.021.681.341.000.67第八路U1U2U3U4电压（v）0.343.303.253.25表3-3-1-2 测试数据2第几路1234567电压（v）0.910.800.680.560.430.320.20第八路U1U2U3U4电压（v）0.0810.910.912283.3.2 红外对管数据没有阻挡时，14号管脚电压U1=0.025V。有阻挡时，14号管脚电压U2=4.87V。4 总结本次电子技术综合设计以单片机应用为基础，系统设计电路板。在本次设计中我们实现了通过一块单片机将两个完全不同的电路系统多路放大巡回测量电路系统和直流小电机调速系统整合在一起，并实现对其部分功能的扩展。我
25、们在设计中经历了三个阶段：构思原理图并画出相应的PCB阶段，制板焊接调试硬件阶段，写出相应的程序并再次调试阶段。本次设计实践强调软件和硬件的综合应用，这使我们在设计过程中遇到了很多的问题。为了解决这些问题，我们针对性的学习相关知识，并做了很多的仿真来检验我们的电路是否正确。在将电路板做完之后，又用万用表对电路板各点电压进行测试，以确定硬件之正确。最后再将程序烧入，然后再次调试。在课程设计过程中，我们有明确的分工，并密切配合，使得我们能够顺利完成设计任务。5 参考文献1.华成英、童诗白，模拟电子技术基础，北京：高等教育出版社，20062.李瀚荪，电路分析基础，北京：高等教育出版社，20063.杨志忠、卫桦林，数字电子技术基础，北京：高等教育出版社，20094.郑郁正，单片机原理及其应用，四川：四川大学出版社，20035.余小平、奚大顺，电子系统设计基础篇，北京：北京航空航天大学出版社，20106 附录6.1 电路图图6-1 电路图6.2 PCB图图6-2 PCB图图6-3 线路图图6-4 器件分布图
