軸瓦的圓度測量儀畢業(yè)設(shè)計

1、 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 軸瓦的圓度測量儀 系 部: 自 動 控 制 系 專 業(yè): 生產(chǎn)過程自動化 班 級: 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師: 二零一二年五月 編編 號號 摘要摘要 隨著計算機(jī)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，檢測技術(shù)和數(shù)字顯示技術(shù)發(fā)生了革命性 的變化。檢測儀器儀表正朝智能化、集成化、多功能化的方向發(fā)展。軸瓦類零件 是機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一類零件，研究與開發(fā)孔類零件的測量設(shè)備對于提高設(shè) 備的裝配精度、延長設(shè)備壽命具有重要意義。本課題以軸瓦曲軸為研究對象，開 發(fā)了一種圓度自動檢測系統(tǒng)。 本文在分析了自動檢測系統(tǒng)和數(shù)字顯示系統(tǒng)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，遵循方便、實 用、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計原則，對軸瓦圓

2、度檢測系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計。系統(tǒng)硬件的核心 采用了性價比較高的 pc 機(jī)、plc、at89c51、ad574a 等。硬件設(shè)計采用了以 現(xiàn)代傳感技術(shù)與信號處理技術(shù)為支撐的方案。該系統(tǒng)利用差動變壓器，實現(xiàn)了數(shù) 據(jù)的快速、高精度采集。選用 plc 和步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集的精確控制。采用 高性能的數(shù)顯電路進(jìn)行快速而精確的顯示。另外，本文還依據(jù)差動變壓器、步進(jìn) 電機(jī)的工作原理確定了選擇自動檢測系統(tǒng)器件的原則。對于系統(tǒng)的軟件部分，主 要進(jìn)行了實現(xiàn)控制操作和人機(jī)交互操作的程序設(shè)計。該程序?qū)崿F(xiàn)了良好的人機(jī)對 話、數(shù)據(jù)處理和存儲功能。 在數(shù)字顯示部分通過比較獨立式按鍵和矩陣式按鍵的區(qū)別選出了一種最優(yōu)的鍵盤 設(shè)

3、置方式。 本論文設(shè)計的機(jī)車曲軸圓度自動顯示系統(tǒng)與傳統(tǒng)儀器相比，在測量方法、 數(shù)據(jù)處理方式等方面有很大優(yōu)勢。利用本系統(tǒng)進(jìn)行圓度測量誤差顯示不僅可靠性 高、實時性強(qiáng)，而且顯示精度也有了大幅提高。 關(guān)鍵詞：圓度；傳感器；數(shù)字顯示；at89c51 abstract the rapid developments of the computer and sensor technology have brought about a new revolutionary change in the measuring instrument the measuring instrument is tending

4、to be multifunctions、integrated and intelligenthole pans is one kind of components which is widely used in modem machineresearching and developing this kind of measuring instrument for improving the assembling accuracy， extend the life of equipment is of great importancethis paper take the 10comotiv

5、e engine crankshaft hole as research object，and has developed a round aperture of automatic detection system based on the analysis of trends in the development of automatic detection system and the basis of follow principles that concluded convenience，practical and economical。the hardware and softwa

6、re of the system is designedsystem hardware core adapts a costeffective pc and the plcthe hardware design took modern sensory technology and signal treatment technology as the scheme supportchoose eddy current sensor to gather the signals and realize high accuracy gathering of the dataand choose plc

7、、stepmotor that can control the data acquisition accuracyin addition，the paper determined high accuracy automatic detection system device principle which according to the principle of the eddy current sensor and step- motorthe paper describes design method and application of various modules forming

8、the software system in detailmeanwhile a corresponding program is developedthis program realizes good man-machine interface function quickly and reliability signal processing function strongly date signal storage and transact function finally, four roundness errors evaluation methods and basic princ

9、iples are stated in this paperthose methods include the minimum circumscribed circle、the least square circle method、the maximum inscribed circle and the minimum region method compared with traditional instrument，the measuring instrument designed in the papers has great advantages in the measurement

10、method，data processing methods and so onusing this system to measure roundness， can get a high reliability， realtime，and accuracy has also increased substantially key words：roundness；sensor；automatic measurement；mcs 目錄目錄 第第 1 章章 緒論緒論.1 1.1 選題的背景及意義.1 1.2 研究的意義.1 1.3 軸瓦曲軸檢測現(xiàn)狀分析.2 1.3.1 圓度誤差檢測現(xiàn)狀.2 1.3

11、.2 曲軸檢測技術(shù)概況.3 1.4 論文研究的內(nèi)容.3 第第 2 章章 系統(tǒng)總體分析系統(tǒng)總體分析.4 2.1 總體設(shè)計.4 2.1.1 自動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu).4 2.2 曲軸圓度自動檢測系統(tǒng).5 2.3 數(shù)字顯示電路設(shè)計.6 2.4 顯示部分.6 2.5 驅(qū)動電路的選擇.7 2.6 電源模塊選擇.7 2.7 工作原理.7 第第 3 章章 系統(tǒng)系統(tǒng)硬硬件設(shè)計件設(shè)計.8 3.1 二級管相敏檢波電路.8 3.2 ad574a 轉(zhuǎn)換器.9 3.2.1 ad574a 的引腳說明及接口電路.10 3.3 at89c51 芯片介紹 .12 3.4 時鐘電路.14 3.5 復(fù)位電路.15 3.6 程序及數(shù)據(jù)存

12、儲器設(shè)定.15 3.7 鍵盤接口概述.16 3.7.1 獨立式按鍵.18 3.7.2 矩陣式鍵盤及其接口電路.18 3.8 鍵值的分析.20 3.9 ch452 概述 .22 第第 4 章章 結(jié)論與展望結(jié)論與展望.25 4.1 結(jié)論.25 4.2 展望.25 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).26 致謝致謝.27 附錄一附錄一.28 附錄二附錄二.25 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 選題的背景及研究的意義選題的背景及研究的意義 隨著我國加入世界貿(mào)易組織，我國的各行各業(yè)的產(chǎn)品都要參與國際的競爭， 都 要遵守優(yōu)勝劣汰的規(guī)則。而產(chǎn)品要想在競爭中勝出，立于不敗之地，產(chǎn)品的質(zhì)量 是關(guān)鍵。在機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品中，產(chǎn)品的

13、質(zhì)量與產(chǎn)品加工的精度有密切關(guān)系， 且產(chǎn)品的質(zhì)量好壞將直接決定產(chǎn)品的性能和壽命。 國外發(fā)動機(jī)缸體的生產(chǎn)加工自動化程度高，多有主動測量裝置，加工和測量精度 高，其尺寸及形位參數(shù)在加工時就可以保證。 而國內(nèi)缸體加工設(shè)備相對落后，加工精度難以保證，往往靠加工后的一些檢測手 段來控制。目前國內(nèi)大多數(shù)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家的檢測主要采用機(jī)械式的量具，例如 缸徑表等作為檢測工具，其檢測精度低、檢測參數(shù)單一、檢測效率也低無法滿足 生產(chǎn)的要求。傳統(tǒng)的氣動測量儀檢測效率低、無法區(qū)分尺寸誤差與形狀誤差，測 量精度較低。三坐標(biāo)測量機(jī)檢測精度高，但其檢測效率太低，而且對周圍環(huán)境要 求較高，只能采用抽檢的方式，不能滿足批量分組檢

14、測的要求。特別是在曲軸圓 度的測量中，因其具有測量點數(shù)多，采集數(shù)據(jù)多的特點，傳統(tǒng)的量具更是無法勝 任。因此，國內(nèi)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠，特別是高速發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠，急需高效率、高精度 的專用檢測設(shè)備，實現(xiàn)對關(guān)鍵零部件的全面檢測，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 1.2 研究的意義研究的意義 中國是工業(yè)大國，圓度檢測儀器具有巨大市場，然而，國內(nèi)目前的研究水平離這 個需求還有一定的差距。研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的圓度檢測系統(tǒng)，對于擺脫 對進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，推進(jìn)我國儀器數(shù)字化改造，提高檢測行業(yè)的水平很有必要。 并且通過研制高速、高精度圓度檢測系統(tǒng)，還可以提高我國圓度儀的檔次技術(shù)水 平，加快高檔圓度檢測儀器國產(chǎn)化，抵制國外

15、產(chǎn)品對我國儀器儀表市場的沖擊， 尤其是對開發(fā)圓柱度儀等同類產(chǎn)品都具有促進(jìn)意義。 通過研制軸瓦曲軸圓度檢測系統(tǒng)可以解決生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的監(jiān)控能力，為質(zhì)量管 理者提供決策參考。這一檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)曲軸圓度的全自動檢測，檢測 時間大大縮短，實現(xiàn)在線和非在線的產(chǎn)品檢測的要求。通過實施本系統(tǒng)，能有效 的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證穩(wěn)定可靠的檢測精度。 本課題的研究成果具有較好的開放性，可以推廣應(yīng)用于各種的大型孔類零件的自 動非接觸式尺寸檢測中。如果應(yīng)用于在線制造系統(tǒng)中，可以大量縮短生產(chǎn)的檢測 時間。同時該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于孔類零部件的半成品的檢測，比較適應(yīng)國內(nèi)企業(yè) 提出車間生產(chǎn)系統(tǒng)的需求。提高了生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)

16、效率和對生產(chǎn)加工質(zhì)量的控制， 防止大批量廢品的出現(xiàn)，避免不必要的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，使檢測人員從繁 重的勞動中解放出來。 1.3 軸瓦曲軸檢測現(xiàn)狀分析軸瓦曲軸檢測現(xiàn)狀分析 131 圓度誤差檢測概況圓度誤差檢測概況 圓度誤差是指回轉(zhuǎn)體的同一正截面上實際輪廓對其理想圓的變動量，機(jī)械零件回 轉(zhuǎn)表面輪廓的圓度誤差對機(jī)器和儀器的功能有直接的影響，它是高精度回轉(zhuǎn)體零 件的一項重要精度指標(biāo)，也是檢驗回轉(zhuǎn)體類零件加工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。目前， 圓度儀仍為圓度誤差測量的最有效手段，按照結(jié)構(gòu)的不同，可將圓度儀分為兩種： 主軸旋轉(zhuǎn)式和工作臺旋轉(zhuǎn)式。 主軸旋轉(zhuǎn)式：被測零件放置在工臺上固定不動，儀器的主軸帶傳感器和測

17、頭一起 回轉(zhuǎn)。測量時零件固定不動，可用來測量較大零件的圓度誤差。 工作臺旋轉(zhuǎn)式：傳感器和測頭固定不動，被測零件放置在儀器的回轉(zhuǎn)工作臺上， 隨工作臺上一起回轉(zhuǎn)，這種儀器常制成緊湊的臺式儀器，適于測量小型零件的圓 度誤差，其測量原理為當(dāng)儀器測頭與實際被測圓輪廓接觸時，實際被測圓輪廓的 半徑變化量就可以通過測頭反應(yīng)出來，此變化量由傳感器接收，并轉(zhuǎn)換成電信號 輸送到電氣系統(tǒng)，經(jīng)放大器、濾波器運(yùn)到微機(jī)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理打印及 顯示結(jié)果。 圓度儀可以保證很高的采樣精度和評定精度，評定方法符合標(biāo)準(zhǔn)的要求并配有專 用的微機(jī)，工作效率高不失為一種理想的測量儀器。但是圓度儀的成本高，價格 昂貴，對操作環(huán)境、

18、條件的要求嚴(yán)格，通常僅限于計量室中使用，不能用于車間 現(xiàn)場。另外，圓度儀作為一種高精度儀器，調(diào)整和操作比較繁瑣，測試效率低。 如果頻繁地用于一般零件的測量，在經(jīng)濟(jì)上也不合理。再者，圓度儀由于其規(guī)格 所限只能用于中小型零件圓度誤差的測量，這樣就使圓度儀的使用受到一定的限 制。 對于中小型精密零件的測量，坐標(biāo)測量機(jī)也是一種精確有效的測量手段。在測量 時被測截面圓輪廓上選定若干測點一一測出它們的坐標(biāo)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求 解圓度誤差值。不過測量成本高，效率也不盡人意，與它們在測量孔間關(guān)系的卓 越性能相比，用它們在生產(chǎn)中測孔發(fā)揮不了其優(yōu)勢。 在生產(chǎn)實際中，目前仍采用一些手工檢測方法。內(nèi)徑千分表是最常用

19、的內(nèi)孔量具， 在測量深孔或小批量工件時，它的適用性極好，而且投資不高。氣動量儀是一種 有效的高精度孔徑測量手段，但它比較適合于穩(wěn)定的加工過程，有時難以適應(yīng)大 量生產(chǎn)的現(xiàn)場工作環(huán)境。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后它能帶數(shù)字顯示和輸出，因而也能用于統(tǒng)計 過程控制，不過其體積變得過大，成本也大大提高。 相比之下，數(shù)顯內(nèi)徑千分表的性能更為優(yōu)秀。因為它能在一次操作過程中獲取最 小值一一就是孔徑值，而傳統(tǒng)的內(nèi)徑千分表往往要幾次操作才能讀準(zhǔn)孔徑值。所 以，在汽車發(fā)動機(jī)的缸徑測量方面已成為有效的檢測手段?，F(xiàn)在，用碳纖維測桿 的內(nèi)徑千分表已可測達(dá) 2m 的深孔。內(nèi)徑分厘卡可能是最廣泛使用的孔徑測量手 段，常用于 1300mm 孔徑

20、的測量。內(nèi)徑分厘卡的型式已有了許多變化，有機(jī)械 式和電子式、兩點式和三點式、測微螺旋式和手槍按動式等。有的已能達(dá)到 1um 的重復(fù)測量精度和 23um 的測量精度。 132 曲軸檢測技術(shù)概況曲軸檢測技術(shù)概況 目前國內(nèi)大多數(shù)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家對曲軸的檢測主要采用機(jī)械式的量具，例如 缸徑表等作為檢測工具，其檢測精度低、檢測參數(shù)單一、檢測效率也低，無法滿 足生產(chǎn)的要求。 對曲軸圓度誤差的在線測量方法正處于研究階段，還沒有研制出用于在線高 精度、準(zhǔn)確測量孔圓度誤差的設(shè)備。而本課題研究的孔徑圓度自動測量系統(tǒng)既能 達(dá)到實驗室精密測量精度，又能實現(xiàn)在線測量。滿足了廠家提出的技術(shù)要求。 14 論文研究的內(nèi)容論文研

21、究的內(nèi)容 本課題的研究目標(biāo)是采用數(shù)字顯示的先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計制造出滿足廠家檢測精 度要求的軸瓦曲軸圓度顯示設(shè)備。而如何確定數(shù)字顯示設(shè)備的系統(tǒng)組成，設(shè)計功 能合理的電路，以實現(xiàn)對孔輪廓的測量結(jié)果的顯示，將是我們研究的主要內(nèi)容。 具體有以下幾點： 1了解國內(nèi)現(xiàn)有圓度及誤差顯示的方法，建立孔徑圓度自動顯示系統(tǒng)理論模型。 2了解數(shù)字顯示系統(tǒng)的指標(biāo)，工藝要求，確定顯示系統(tǒng)的精度要求。分析數(shù)字 顯示元件的技術(shù)指標(biāo)。 3繪制單片機(jī)數(shù)字顯示系統(tǒng)流程圖，實現(xiàn)鍵盤的輸入、檢測結(jié)果的顯示、保存 等功能。 4. 通過對數(shù)字顯示電路中的器件的性能的研究，設(shè)計出合理的數(shù)字顯示電路。 第第 2 章章 系統(tǒng)總體分析系統(tǒng)總體分析

22、2.1 總體設(shè)計總體設(shè)計 211 自動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)自動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 檢測系統(tǒng)在測量過程中，首先由傳感器將被測物理量從研究對象中檢測出來 并轉(zhuǎn)換成電量，然后輸出。現(xiàn)代檢測技術(shù)包含了更多的后續(xù)處理技術(shù)，如根據(jù)需 要對第一次變換后的電信號進(jìn)行時域或頻域處理，最后以適當(dāng)形式輸出。信號的 這種變換、處理和傳輸過程決定了檢測系統(tǒng)的基本組成和它們的相互關(guān)系，檢測 系統(tǒng)及其組成見圖 2-1。 圖 2-1 檢測系統(tǒng)及其組成 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的應(yīng)用類型大致可分為：檢測型和控制型兩類，檢測型又可分 為基本型和標(biāo)準(zhǔn)接口型。檢測型完成對被測參量的測量任務(wù)，對測量的準(zhǔn)確度要 求較高；控制型一般應(yīng)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對

23、快速、實時和可靠性要求較高。 檢測型中的基本型一般由傳感器、信號調(diào)理電路、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù) 字信號處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等組成，完成對多點多參量的動態(tài)或靜態(tài)測量任務(wù)。 傳感器完成信號的獲取任務(wù)。它將被測參量(一般為模擬量)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的便于 處理的電信號輸出。被測參量范圍很廣，可以是電參量或非電參量。緊接其后的 信號調(diào)理電路將微弱信號放大到與數(shù)據(jù)采集板中 ad 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換電壓范圍相 適配，通過濾波抑制干擾噪音信號的高頻分量，將信號頻帶壓縮以降低采樣頻率， 避免在模數(shù)轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生混疊。利用磁性變壓器、光電或電容性器件等，耦合傳輸 有用信號，阻隔高電壓浪涌以及較高的共模電壓，既保護(hù)操作人員也保護(hù)昂

24、貴的 測量設(shè)備，同時輸出規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號。數(shù)據(jù)采集卡(板)將采樣后的信號進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換成為幅值離散的數(shù)字量。將其送入計算機(jī)、單片機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)等各 類微處理器。通過軟件編程實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)運(yùn)算等數(shù)字處理工作以及完成智能化信 息處理的功能。將運(yùn)算結(jié)果以 crt 顯示或數(shù)字顯示等多種形式輸出給用戶，也 可通過數(shù)字接口實現(xiàn)與其他計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換，或通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程交換。 圖 2-2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成 數(shù)據(jù)處理的通用系統(tǒng)可以分為數(shù)據(jù)輸入(獲取)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備(硬件、軟 件)和數(shù)據(jù)輸出設(shè)備。用于數(shù)據(jù)處理的通用系統(tǒng)的組成部件如圖 2-2 所示。 首先被測物成為采集系統(tǒng)的目標(biāo)物，傳感器獲取被測目標(biāo)的信號

25、，并轉(zhuǎn)換為 電信號傳送給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后，把數(shù)字信 號送入數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器使用依據(jù)各種數(shù)據(jù)處理算法編制的程序?qū)?shù)據(jù)信 號進(jìn)行處理、形狀擬合、形態(tài)學(xué)分析，得到最終的測量結(jié)果，如尺寸、角度、個 數(shù)、坐標(biāo)，從而根據(jù)測量結(jié)果實現(xiàn)最終的檢測目的。 22 曲軸圓度自動檢測系統(tǒng)曲軸圓度自動檢測系統(tǒng) 曲軸圓度自動檢測系統(tǒng)的測量模型如圖 2-3 所示，主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理 和圖形顯示三部分組成。首先，被測工件內(nèi)放置數(shù)據(jù)采集裝置實現(xiàn)對被測工件的 信號獲取，信號從傳感器元件傳送到數(shù)據(jù)控制器，控制器對原始的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行 預(yù)處理?？刂破鬏敵龅臄?shù)字信號輸計算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡，完成數(shù)據(jù)

26、采集。然后，計 算機(jī)通過測量軟件實現(xiàn)對曲軸孔圓度計算、圖形顯示及測量結(jié)果統(tǒng)計等操作。 圖 2-3 曲軸測量原理圖 2.3 數(shù)字顯示電路設(shè)計數(shù)字顯示電路設(shè)計 有上述工作原理，我畫出來該系統(tǒng)的框圖。設(shè)計總體框圖如圖 2-4 所示。 圖2-4 總體設(shè)計框圖 2.4 顯示部分顯示部分 對于 led 顯示有以下兩種方案： 靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用 0 和 1 表示,若為 0 , 則表示 led 無電流,即暗狀態(tài);若為 1 則表示二極管被點亮。若給每一個發(fā)光二 極管一個驅(qū)動電路,一幅畫面輸入以后,所有 l ed 的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于 靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多,引線

27、多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。 動態(tài)顯示，對一幅畫面進(jìn)行分割,對組成畫面的各部分分別顯示,是動態(tài)顯示 方式。動態(tài)顯示方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當(dāng),易造成 亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證顯示穩(wěn)定, 無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式, 復(fù)用的程度不是無限 增加的, 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的 暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短, 發(fā)光的亮度等因素。通過實驗發(fā)現(xiàn), 當(dāng) 掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為 50hz, 發(fā)光二極管導(dǎo)通時間1m s 時, 顯示亮度較好, 無閃爍感。 相敏

28、檢波 a/d 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)ch452 芯片 數(shù)碼管 鍵盤 時鐘/復(fù) 位電路 2.6 電源模塊選擇電源模塊選擇 采用干電池作為 led 顯示系統(tǒng)的電源，由于 led 系統(tǒng)耗電量較大，使用干 電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。顯示系統(tǒng)有時要懸掛在墻上，電 池總量大，使用會有較大安全隱患。 采用一片 lm7805 三端穩(wěn)壓器，耗電電流為 100ma 左右的電源作為系統(tǒng)電源， 不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全 可靠。 基于以上分析，我決定采用采用 lm7805 三端穩(wěn)壓器電源作為系統(tǒng)電源。 2.7 工作原理工作原理 當(dāng)檢測后的信號輸出到數(shù)字顯示電路后，先經(jīng)

29、相敏檢波電路進(jìn)行檢波，檢波 后，再進(jìn)行 ad 轉(zhuǎn)換，然后再輸入到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。之后經(jīng)單片機(jī)對 ch452 進(jìn)行控制。經(jīng) ch452 對鍵盤和數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動。本實驗設(shè)計了 3 位數(shù)碼 管的顯示電路，只要接地址輸出相應(yīng)的的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對顯示器的控制。顯 示共 3 位，采用動態(tài)顯示。 由于靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠 性也較低。而動態(tài)顯示可以避免靜態(tài)顯示的問題，只是在設(shè)計時應(yīng)注意合理的 設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍。且動態(tài)顯示易于制 作和理解，又能鞏固所學(xué)知識，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計的目標(biāo)。我采用動態(tài)顯示。 2.5 驅(qū)動電路的選擇驅(qū)動電路

30、的選擇 驅(qū)動電路的選擇采取并口輸入，占用大量 i/o 口資源。選取串口輸入， i/o 口資源使用較少。所以我選用串口輸入。 電路中行方向由 at89c51 的 p0 口和 p2 口完成掃描，由于 p0 口沒有上拉 電阻，因此接一個 4.7k*8 的排阻上拉。為提供負(fù)載能力，接 16 個 2n5551 的 npn 三極管驅(qū)動。列方向則由 416 譯碼器 74ls154 完成掃描，它由 89c51 的 p1.0-p1.3 控制。同樣，驅(qū)動部分則是 16 個 2n5401 的三極管完成的。 采用干電池作為 led 顯示系統(tǒng)的電源，由于 led 系統(tǒng)耗電量較大，使用 干電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社

31、會的要求。顯示系統(tǒng)有時要懸掛在墻上， 電池總量大，使用會有較大安全隱患。 采用一片 lm7805 三端穩(wěn)壓器，耗電電流為 100ma 左右的電源作為系統(tǒng) 電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用 更加安全可靠。 基于以上分析，我決定采用采用 lm7805 三端穩(wěn)壓器電源作為系統(tǒng)電源。 第第 3 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 二級管相敏檢波電路二級管相敏檢波電路 二級管相敏檢波電路（如圖 3-1 所示）容易做到輸出平衡，便于阻抗匹配。 圖 3-1 二極管相敏檢波電路 通過多次移動銜鐵可以總結(jié)出以下結(jié)論： 銜鐵在中間位置時，無論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)

32、載 rl 上 的輸出電壓始終為 0。 銜鐵在零位以上移動時，無論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載 rl 上得到的輸出電壓始終為正。 銜鐵在零位以下移動時，無論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載 rl 上得到的輸出電壓始終為負(fù)。 經(jīng)過相敏檢波電路后，正位移輸出正電壓， 負(fù)位移輸出負(fù)電壓。差動變壓 器的輸出經(jīng)過相敏檢波以后，特性曲線由圖 3-2 的（a）變成（b），殘存電壓自 動消失。 （a） (b) 圖 3-2 相敏檢波前后的輸出特性曲線 3.2 ad574a 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 ad574a 是美國模擬數(shù)字公司（analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的

33、混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗 低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻 容件即可構(gòu)成一個完整的 a/d 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-3 所示。其主要功能 特性如下： （1） 分辨率：12 位 （2） 非線性誤差：小于1/2lbs 或1lbs （3）轉(zhuǎn)換速率：25us （4）模擬電壓輸入范圍：010v 和 020v，05v 和 010v 兩檔 四種 （5）電源電壓：15v 和 5v 數(shù)據(jù)輸出格式：12 位/8 位芯片 （6）工作模式：全速工作模式和單一工作模式 圖 3-3 a/d 轉(zhuǎn)換內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 3.2.1 ad574a 的引腳說明及接口電路的引腳說明

34、及接口電路 1. ad574a 的引腳說明（如圖 3-4 所示）： 圖 3-4 ad574 的引腳圖 1. pin1(+v)+5v 電源輸入端。 2. pin2數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是 12 位或 8 位輸出。 3. pin3片選端。 4. pin4(a0)字節(jié)地址短周期控制端。與 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù) 輸出格式。須注意的是， 端 ttl 電平不能直接+5v 或 0v 連接。 5. pin5讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 6. pin6(ce)使能端。 7. pin7(v+)正電源輸入端，輸入+15v 電源。 8. pin8(ref out)10v 基準(zhǔn)電源電壓輸出端。 9.

35、pin9(agnd)模擬地端。 10. pin10(ref in)基準(zhǔn)電源電壓輸入端。 11. pin(v-)負(fù)電源輸入端，輸入-15v 電源。 12. pin1(v+)正電源輸入端，輸入+15v 電源。 13. pin13(10v in)10v 量程模擬電壓輸入端。 14. pin14(20v in)20v 量程模擬電壓輸入端。 15. pin15(dgnd)數(shù)字地端。 16. pin16pin27(db0db11)12 條數(shù)據(jù)總線。通過這 12 條數(shù)據(jù)總線向外 輸出 a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 17. pin28(sts)工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) sts=1 時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換 狀態(tài)，當(dāng) st

36、s=0 時，聲明 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別 a/d 轉(zhuǎn)換器的工 作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用。 2. ad574a 的接口電路 圖 3-5 是 at89c51 單片機(jī)與 ad574a 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存 器 74ls373 和 74ls00 與非門電路，邏輯控制信號由( 、和 a0) 有 at89c51 的數(shù)據(jù)口 p0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74ls373 鎖存到輸出端 q0、q1 和 q2 上，用于控制 ad574a 的工作過程。ad 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通 過 p0 數(shù)據(jù)總線連至 at89c51，由于我們只使用了 8 位數(shù)據(jù)口，12 位數(shù)據(jù)分兩 次讀進(jìn) a

37、t89c51，所以接地。當(dāng) at89c51 的 p3.0 查詢到 sts 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 a/d 數(shù)據(jù)的高 8 位讀進(jìn) at89c51，然后再將低 4 位讀 進(jìn) at89c51。這里不管 ad574a 是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端 ce 都 必須為 1，因此將 at89c51 的寫控制線和讀控制線通過與非門 74ls00 與 ad574a 的使能端 ce 相連。 圖 3-5 ad574a 的接口電路 3.3 at89c51 芯片介紹芯片介紹 at89c51 是一種帶 4 kb 閃爍可編程可擦除只讀存儲器(falsh programmable and erasa

38、ble read onlymemory，fperom)的低電壓、高性能 cmos 型 8 位微處 理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 公司高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍 存儲器組合在單個芯片中，能夠進(jìn)行 1 000 次寫擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為 10 年。 他是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方 案。因此，在智能化電子設(shè)計與制作過程中經(jīng)常用到 at89c51 芯片。其主要參 數(shù)及引腳圖及其功能如圖 3-6 所示。 主要性能參數(shù)： 1與 mcs-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼

39、容 24k 字節(jié)可重擦寫 flash 閃速存儲器 31000 次擦寫周期 4全靜態(tài)操作：0hz24mhz 5三級加密程序存儲器 6128*8 字節(jié)內(nèi)部 ram 732 個可編程 i /o 口線 8低功耗空閑和掉電模式 96 個中斷源 圖 3-6 at89c51 單片機(jī)引腳圖 at89c51 是一個低電壓，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4kbytes 的可反 復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（eprom）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 （ram），器件采用 atmel 公司的高密度、非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 flash 存

40、儲器單元，內(nèi)置功能 強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 at89c51 提供了高性價比的解決方案。 at89c51 是一個低功耗高性能單片機(jī)，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出 （i/o）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工 串行通信口，at89c51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用 的微處理器和 flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 flash 存儲器可有效 地降低開發(fā)成本。 管腳說明： vcc:供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個 8 位漏極開路雙向 1/0 口，每腳可吸收 8ttl 門流。當(dāng) p1 口的管腳第

41、一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲 器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 flash 編程時,p0 口作為原碼輸入口, 當(dāng) flash 進(jìn)行校驗時,p0 輸出原碼,此時 p0 外部必須被拉高. p1 口:p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口,p1 口緩沖器能接出 4tttl 門電流.p1 口管腳寫入 1 后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,p1 口被外部下拉 為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故.在 flash 編程和校驗時,p1 口 作為第八位地址接收。 p2 口:p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口,p2 口緩沖器

42、可接收,輸出 4 個 ttl 門電流,當(dāng) p2 口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并 因此作為輸入時，p2 口管腳被外部拉底，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 p2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2 口輸出 地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址 數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程 和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門電流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們

43、被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作 為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能 p3.0 rxd （串行輸入口） p3.1 txd （串行輸出口） p3.2 /int0 (外部中斷 0 ) p3.3 /int1 （外部中斷 1） p3.4 t0 （記時器 0 外部輸入） p3.5 t1 （記時器 1 外部輸入） p3.6 /wr （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7 /rd （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位

44、器件時，要保持 rst 腳兩個機(jī)器周期的高電 平時間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以 不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用做對 外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用做外部存儲器時，將 跳過一個 ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉 高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 /

45、psen:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī) 器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen 信號 將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset：當(dāng)/ea 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間，此 引腳也用于施加 12v 編程電源（vpp）。 xtal1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2： 來自反向振蕩器的輸出。 3.4 時鐘電路時鐘電路 由 at8

46、9c51 的 18，19 腳的時鐘端(xtall 及 xtal2)以及 12 mhz 晶振 x1、電容 c2，c3 組成，采用片內(nèi)振蕩方式如圖 3-7 所示。 圖 3-7 時鐘電路 3.5 復(fù)位電路復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以 防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。 采用簡易的上電復(fù)位電路，主要由電阻 r1，r2，電容 c1，開關(guān) k1 組成， 分別接至 at89c51 的 rst 復(fù)位輸入端如圖 3-8 所示。 圖 3-8 復(fù)位電路圖 3.6 程序及數(shù)據(jù)存儲

47、器設(shè)定程序及數(shù)據(jù)存儲器設(shè)定 因為單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器6只有 128 byte，非常有限，運(yùn)行大一點的程序 就顯得捉襟見肘，而且程序存儲器空間也只有 4k，大一點的程序就存儲不下， 尤其是在存儲漢字點陣信息的時候，每個漢字 32byte，100 個漢字就到了 3.2kb，程序也只有不到 1kb 的容量了。 在這時候必須外接存儲器來擴(kuò)展，那 單片機(jī)怎么知道我們當(dāng)前使用的是內(nèi)部程序存儲器還是外部程序存儲器呢？所以 就需要設(shè)定單片機(jī)是使用外部程序存儲器還是內(nèi)部程序存儲器，89c51 把 31 腳設(shè) 定為此功能，如果把 31 腳接地，則采用外部程序存儲器，如果把 31 腳接 vcc， 則默認(rèn)采用內(nèi)部程序

48、存儲器。我們暫時只是顯示幾十個漢字研究原理，所以僅僅 用內(nèi)部存儲器就足夠了，所以把 31 腳接高電位，就僅僅使用內(nèi)部的 4k 程序存儲 空間。如（圖 3-9）所示。但是在現(xiàn)實大屏幕顯示應(yīng)用中，一般要擴(kuò)展 rom，比 如 24c08（8k 的 e2prom），因為大量的數(shù)據(jù)是有電腦傳送過來的，每個單片 機(jī)只是負(fù)責(zé)自己控制的一行字符，這些數(shù)據(jù)是要隨時更新的，采用 rom 可以隨 時更新內(nèi)容，而且一般的顯示程序優(yōu)化以后的代碼 4k 也夠用了。 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11

49、2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale /p 30 txd 11 rxd 10 u7 89c51 +5 jz 24mh z c330p c230p c1 10u +5 r2 sw2 r1 10k 圖 3-9 89c51 的基本外部電路 3.7 鍵盤接口概述鍵盤接口概述 1按鍵開關(guān)去抖動問題 機(jī)械式按鍵再按下或釋放時

50、，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時 間的觸點機(jī)械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖 3-10 所示，抖動時 間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 510 ms。 圖 3-10 （a）鍵輸入和(b)鍵抖動 在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按 下或釋放被錯誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸 點機(jī)械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。這一點可從硬件、軟件兩方 面予以考慮。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。 在硬件上可采用在鍵輸出端加 r-s 觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去 抖動電路。圖

51、3-11 是一種由 r-s 觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)， 觸點抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。 圖 3-11（a）雙穩(wěn)態(tài)消抖電路和(b) 單穩(wěn)態(tài)消抖電路 軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個 10 ms 左右（具體 時間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉 合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測 到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。 2. 一個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能： (1) 檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點抖 動的影響。 (2) 有可靠的邏輯處

52、理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作 對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。 (3) 準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。 3.7.1 獨立式按鍵獨立式按鍵 單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。 1. 獨立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨立式按鍵是直接用 i/o 口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨 占用一根 i/o 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 i/o 口線的狀態(tài)。獨立式按鍵 電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根 i/o 口線，因此，在按 鍵較多時，i/o 口線浪費(fèi)較大，不宜采用。 2. 矩陣式鍵

53、盤 i/o 端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時，行線與 列線發(fā)生短路。 特點： （1）占用 i/o 端線較少。 （2）軟件結(jié)構(gòu)教復(fù)雜。 3. 鍵盤掃描控制方式 （1）程序控制掃描方式 鍵處理程序固定在主程序的某個程序段。 特點：對 cpu 工作影響小，但應(yīng)考慮鍵盤處理程序的運(yùn)行間隔周期不能太 長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。 （2）定時控制掃描方式 利用定時/計數(shù)器每隔一段時間產(chǎn)生定時中斷，cpu 響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行 掃描。 特點：與程序控制掃描方式的區(qū)別是，在掃描間隔時間內(nèi)，前者用 cpu 工 作程序填充，后者用定時/計數(shù)器定時控制。定時控制掃描方式也應(yīng)考慮定時時間

54、 不能太長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。 （3）中斷控制方式 中斷控制方式是利用外部中斷源，響應(yīng)鍵輸入信號。 特點：克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時響應(yīng)鍵輸入的缺 點，既能及時處理鍵輸入，又能提高 cpu 運(yùn)行效率，但要占用一個寶貴的中斷 資源。 3.7.2 矩陣式鍵盤及其接口電路矩陣式鍵盤及其接口電路 1. 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu) 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接 到5v 上（如圖 3-12 所示）。當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按 下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這 是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，

55、矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各 按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此， 必須將行線、列線信號配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。 圖 3-12 矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu) 2. 矩陣式鍵盤按鍵的識別 識別按鍵的方法很多，其中，最常見的方法是掃描法。下面以圖 3-3 中 8 號 鍵的識別為例來說明掃描法識別按鍵的過程。 按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無鍵按下時處在高電平。 顯然，如果讓所有的列線也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會引起行線電平 的變化，因此，必須使所有列線處在低電平。只有這樣，當(dāng)有鍵按下時，該鍵所 在的行電平才會由高電平變?yōu)榈碗娖?/p>

56、。cpu 根據(jù)行電平的變化，便能判定相應(yīng)的 行有鍵按下。8 號鍵按下時，第 2 行一定為低電平。然而，第 2 行為低電平時， 能否肯定是 8 號鍵按下呢？回答是否定的，因為 9、10、11 號鍵按下，同樣會使 第 2 行為低電平。為進(jìn)一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時刻都處在低電 平，可在某一時刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時刻， 讓下一列處在低電平，依此循環(huán)，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵 盤掃描。采用鍵盤掃描后，再來觀察 8 號鍵按下時的工作過程，當(dāng)?shù)?0 列處于低 電平時，第 2 行處于低電平，而第 1、2、3 列處于低電平時，第 2 行卻處在高電 平

57、，由此可判定按下的鍵應(yīng)是第 2 行與第 0 列的交叉點，即 8 號鍵。 3. 鍵盤的編碼 對于獨立式按鍵鍵盤，因按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實際需要靈活編碼。對于矩陣 式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號惟一確定，因此可分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn) 制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高 4 位是行號，低 4 位是列號。如圖 9-15 中 的 8 號鍵，它位于第 2 行，第 0 列，因此，其鍵盤編碼應(yīng)為 20h。采用上述編碼 對于不同行的鍵離散性較大，不利于散轉(zhuǎn)指令對按鍵進(jìn)行處理。因此，可采用依 次排列鍵號的方式對按排進(jìn)行編碼。以圖 7.5 中的 44 鍵盤為例，可將鍵號編碼 為：01h、02h、03h、0eh、0f

58、h、10h 等 16 個鍵號。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過 計算或查表的方法實現(xiàn)。 4.鍵盤設(shè)計 （1）通過分析此數(shù)字電路的功能，我們需要設(shè)計一個 4x4 鍵盤如 3-13 所示。 圖 3-13 4x4 鍵盤圖 （2）鍵功能介紹 0-9 用來鍵輸入數(shù)字。 功能鍵進(jìn)行功能選擇，確定鍵對所選功能進(jìn)行確定，調(diào)零鍵是對顯示器調(diào)零。 按鍵 e0 顯示規(guī)定差，分別按下 e-、e+依次顯示負(fù)向偏差和正向偏差。 3.8 鍵值的分析鍵值的分析 單片機(jī)從鍵盤接口獲得鍵值后究竟執(zhí)行什么操作，完全取決于鍵盤解釋程 序。鍵值分析常用的方法有： 1.查表法 查表法的核心是一個固化在 rom 中的功能子程序入口地址轉(zhuǎn)移表。如表 3-

59、 1 所示。在轉(zhuǎn)移表內(nèi)存有各個功能子程序的入口地址，根據(jù)鍵值代碼查閱此表獲 得相應(yīng)功能的子程序入口地址，從而可以轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的命令處理子程序。 表表 3-1 功能子程序轉(zhuǎn)移地址功能子程序轉(zhuǎn)移地址 功能子程序入口地址 子程序 1入口地址 1 子程序 2入口地址 2 子程序 3入口地址 3 ： 2. 狀態(tài)分析法 確定 2功能 5 1 調(diào)零8 4 e0e+ 0 7 3 6 e-9 狀態(tài)是系統(tǒng)理論中的一個基本概念。系統(tǒng)狀態(tài)是表示系統(tǒng)的最小一組變量。 只要知道了在 t=t0時的狀態(tài)變量和 tt0時的輸入，那么就能完全確定系統(tǒng)在 tt0任何時間內(nèi)的行為。智能化測量控制儀表的鍵值分析程序也是一個系統(tǒng)。 在 t

60、0時刻以前的按鍵序列 kc-1、kc-2、.決定了 tt0時按鍵 kc輸入后系統(tǒng) 的行為。因此，所謂程序的當(dāng)前狀態(tài)（簡稱現(xiàn)狀，以 prest 表示）就是按鍵序 列 kc-1、kc-2、.所帶來的影響系統(tǒng)行為的信息總和，即： prest=f（kc-1、kc-2、.） 每個狀態(tài)下，各按鍵都有確定的意義。在不同的狀態(tài)，統(tǒng)一按鍵具有不同 的意義。引入狀態(tài)概念后，只需在存儲器內(nèi)開辟存儲單元“記住”當(dāng)前狀態(tài)，而 不必記住以前各次按鍵的情況，就能對當(dāng)前按鍵的的意義做出正確的解釋，因而 簡化了程序設(shè)計。 在任一個狀態(tài)下，當(dāng)按下某個按鍵時，執(zhí)行某處理程序并變遷到下一個狀 態(tài)（稱為次態(tài)，以 nexst 表示） ，