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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除传感器原理及应用课程设计班 级： 测控0941 姓 名： 王恩泽 学 号： 14 指导教师： 冯璐 张立新 撰写日期： 2012.12.13 【精品文档】第 22 页目 录第一章 引言1第二章 课程设计内容与要求分析32.1课程设计内容32.2课程设计要求分析32.3 课程设计意义3第三章 相关基础理论和基础知识概述43.1 震动传感器相关概述43.2 STC89C51单片机相关概论113.3 NE555 时基电路相关概述15第四章 振动传感器检测设计174.1硬件设计174.3 软件系统设计19第五章总结22参考文献23附录12424附录225
2、25第一章 引言人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传
3、感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业
4、生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：第一代是结
5、构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技
6、术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要的特征。近年来，随着计算机技术的发展，检测设备也逐渐向数字化方向发展，为此，大量的模拟式检测设备均进行了数字化改进。振动探测器是以探测入侵者走动或破坏活动时产生的震动信号来触发报警的探测器。震动传感器是震动探测器的核心部件。常用的振动探测器有位移式传感器（机械式）、速度传感器（电动式）、加速度传感器（压电晶体式）等，振动探测器基本上属于面控制型探测器。可用于墙振动入侵探测器、ATM机振动入侵探测器、地音振动入侵探测器、报警控制器银行ATM、金库、仓库、保险柜、展品柜等防护，常闭输出，自动复位或锁存，防拆本产品适用于各
7、种结构的银行金库、部队的武器库、国家炸药库、毒品库、贵重物资库等的安全防护。第二章 课程设计内容与要求分析2.1课程设计内容1以MCS-51系列单片机为核心器件组成振动检测装置设计，采用传感器应用设计；2利用振动传感器测量震动信号，用单片机检测结果，然后通过数码管显示。2.2课程设计要求分析1设计一个用振动传感器检测震动的检测装置。2本项目为典型的传感器应用电路设计。3利用振动传感器测量振动的的信号，用发光二级管指示，用示波器观察传感器输出的结果，用单片机监测输出结果，然后通过数码管。2.3 课程设计意义振动探测器是以探测入侵者走动或破坏活动时产生的震动信号来触发报警的探测器。震动传感器是震动
8、探测器的核心部件。常用的振动探测器有位移式传感器（机械式）、速度传感器（电动式）、加速度传感器（压电晶体式）等，振动探测器基本上属于面控制型探测器 第三章 相关基础理论和基础知识概述3.1 震动传感器相关概述3.1.1 传感器相关概述传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同
9、一芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底（基板）上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺（溶胶、凝胶等）生产。完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。按测
10、量目分类：1物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的；2化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的敏感元件制成的。3生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。按其构成分类：1基本型传感器：是一种最基本的单个变换装置。2组合型传感器：是由不同单个变换装置组合而构成的传感器。3应用型传感器：是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。按作用形式分类：1按作用形式可分为主动型和被动型传感器。2主动型传感器又有作用型和反作用型，此种传感器对被测对象能发出一定探测信号，能检测探测信号在被测对象中
11、所产生的变化，或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型，检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例，而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。3被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号，如红外辐射温度计、红外摄像装置等。传感器静态特性：传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主
12、要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。1线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。2灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。3迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。4重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程
13、度。5漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。6分辨力：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。7阈值：当传感器的输入从零值开始缓慢增加时，在达到某一值后输出发生可观测的变化，这个输入值称传感器的阈值电压。传感器动态特性：所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求
14、得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。传感器的线性度：通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。3.1.2 振动传感
15、器相关概述在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC 技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。振动传感器是将振动信号（加速度、速度及位移）转换成电信号的装置，振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电
16、量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量M，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量N，最后由机电变换部分再将N变换为电量E，因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。图3-1 振动传感器的工作原理在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。1机械式的测量方法将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。2光学式的测量方法将工程振动的参量转换为光学信号，
17、经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。3电测方法将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得最广泛的测量方法。常用振动传感器有以下几种：1压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐振频率较高，为了降低谐振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降低两谐振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送到TTL电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可。2机械振动式：传统
18、的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。3微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理，其工作性能更可靠。输出开关信号直接与TTL电路和或者单片机输入电路相连接，电路结构简单。输出阻抗高，静态工作电流小。一般来说，振动传感器在机械接收原理方面，只有相对式、惯性式两种，但在机电变换方面，由于变换方法和性质不同，其种类繁多，应用范围也极其广泛。在现代振动测量中所用的传感器，已不是传统概念上独立的机械测量装置，它仅是整个测
19、量系统中的一个环节，且与后续的电子线路紧密相关。由于传感器内部机电变换原理的不同，输出的电量也各不相同。有的是将机械量的变化变换为电动势、电荷的变化，有的是将机械振动量的变化变换为电阻、电感等电参量的变化。一般说来，这些电量并不能直接被后续的显示、记录、分析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器，必须附以专配的测量线路。测量线路的作用是将传感器的输出电量最后变为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。因此，振动传感器按其功能可有以下几种分类方法：按机械接收原理分：相对式、惯性式；按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式；按所测机械量分：位移传感器、速度
20、传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。以上三种分类法中的传感器是相容的。1相对式电动传感器电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。2电涡流式传感器电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（010 kHZ），
21、线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。3电感式传感器依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。4电容式传感器电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。5惯性式电动传感器惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够
22、的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度， r x&为线圈在磁场中的相对速度。从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信号来说，感应电动势是同被测振动速度成正比的，所以它实际上是一个速度传感器。6压电式加速度传感器压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体（如人工极化陶瓷
23、、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。）在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生，这种从机械能（力，变形）到电能（电荷，电场）的变换称为正压电效应。而从电能（电场，电压）到机械能（变形，力）的变换称为逆压电效应。因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在振动测量中，由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正比，所以压电式传感器是加速度传感器。7压电式力传感器在振动试验中，除了测量振动，还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优
24、点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。8阻抗头阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，它的优点是，保证测量点的响应就是激振点的响应。使用时将小头（测力端）连向结构，大头（测量加速度）与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。9电阻应变式传感器电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实
25、现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见的是电阻应变式的传感器。电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原长变化，从而应变片阻值变化，实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。3.2 STC89C51单片机相关概论本系统中选用MCS-51单片机，它是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51单片机与其的前一代产品MCS-48单片机相比，结构更先进，功能更强，在MCS-48的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条。MCS-51系列单片
26、机主要有8031、8051和8751类型产品，这里选用的是与这三种系列类型的单片机功能都是差不多的STC89C51。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器1000次擦写周期4.05.5V的工作电压范围全静态工作模式：0Hz33MHz三级程序加密锁1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源全双工串行UART通道低功耗空闲和掉电模式中断可从空闲模唤醒系统看门狗（WDT）及双数据指针掉电标识和快速编程特性灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）图3-2 STC89C51单片机引脚图功能特性概述：STC89C51
27、提供以下标准功能：4K 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16 位定时计数器，一个5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能说明。Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用
28、时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。
29、端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK(用于ISP编程)P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外中断0）P3.3/INT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0外部输入）P3.5T1（定时/计数器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）表3-1 P3口第二功能P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入
30、口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流
31、（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器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使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALEPROG：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。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时
32、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F1ash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M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。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无效。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AT89S51 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。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。EAVPP：外部访
33、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中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。3.3 NE555 时基电路相关概述3.3.1电路结构及逻辑功能图3-3 555时基电路的电路结构及引脚图 图3-3为555时基电路
34、的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下： 1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一般情况下选用5V。 3脚：OUT（或Vo）输出端。 2脚：TR低触发端。 6脚：TH高触发端。 4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：CO(或VC)为控制
35、电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。 7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作
36、为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。 在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示. 表3-2 555时基电路功能表 555时基电路的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。第四章 振动传感器检测设计4.1硬件设计4.1 振动测试仪及其检测装置介绍振动测试仪主要由2个振动传感器和1个信号放大电子组件组成。振动传感器基于电磁感应定律，振动时，传感器内部的线圈中会产生相应
37、大小的感应电动势。经传感器输出的电压信号，通过电子组件放大、检波及变换后，将信号转化为飞机可以接收的信号并通过指示器指示出来。4.2 硬件系统设计本检测装置可以按照维护要求对传感器和电子组件实现离位测量。硬件系统主要由交流电源、直流电源、电动振动台、PC104计算机系统、8038函数发生器、信号采集处理模块、通讯模块以及相应调理电路等组成。硬件系统设计原理如图4-1。图4-1 硬件系统设计原理振动传感器测试时，由电动振动台提供标准的频率、幅度和加速度可调的机械振动，传感器感应振动并产生相应电动势，并将其输入A/D板进行A/D转换。电子组件是测试的重点，其本身由115 V15% 400 Hz 1
38、0%的交流电源驱动，计算机程序通过D/A转换输出一定大小电压，控制函数发生器 8038输出频率可调的正弦信号，此振动模拟信号经组件上的测量插座接入组件，经组件调理放大后输出相应的电压，此电压同样输入A/D板进行转换。经A /D板处理的采集数据输入计算机后，由计算机分析，并与后台数据库中的标准数据相比较，最后给出测试报告。另外，系统同时提供通讯模块，用户可以将数据上传至PC机进行详细分析。4.2.1主要技术实现PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的IEEE-P996工业控制总线，其信号定义和PC/AT基本一致是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统，提供完备的外部接口。本系统中采用以48
39、6DXCPU为核心的pc104模块，能够很好地实现所需的实时测量任务，通过外部接口和外围设备连接，完成输入、显示、数据存储等工作。数据采集处理模块采用相应的DMM-XT模块，该模块集成有16路12位A/D输入和2路12位D/A输出，最大采样速率为100KHz可以实现工作电压的精确测量。电动振动台采用某公司ES-1型通用振动台,提供5-4500Hz频率范围的模拟振动。通讯模块则采用 RS232-RS485转换模块，确保信号传输性能良好。数据通过RS485串行总线上传到上位机后可以利用配套的软件进行独立分析。4.2.2 函数发生器电路的设计函数发生器电路是电路设计的核心部分，本装置中采用8038构
40、造频率可调函数发生器。8038函数发生器是一种能产生方波、三角波、锯齿波和正弦波的大规模集成电路。通过计算机可控制其产生频率可调的正弦波。工作原理图见图2。测量用正弦波由三角波经正弦波变换器变换而得并由2号引脚引出，将此信号接入待测电子组件为其提供正弦模拟信号。通过调整1k和10k两个电位器，可以使正弦波失真度减小到0.5%左右。6号和8号引脚间的电压由D/A控制，通过程序调节两引脚间的输入电压，控制函数发生器按维护要求提供202000Hz频率可变的信号。 图4-2工作原理图4.3 软件系统设计该系统软件基于系统，通过中断控制进行实时采集、存储及性能判断，软件的流程图如图4-3所示：图软件流程
41、图.3.1 初始化模块的编程主要用STC89C51单片机最小系统板。单片机及其外围电路见图4-2。由5V电源给单片机供电，该芯片的P3.0P3.4用作无线接收模块的输入端口，由于PT2272输出的是高电平，所以在程序初始化后，P3.0P3.4为均低电平。EXTRN-INT：PUSH ACCPUSH pswMOV PSW,#018HMOV DPTR,#78FFHMOVX A,DPTRMOV R1,#030HMOV R1,APOP PSWPOP ACCRETI显示子程序：DISPLAY:MOV A,31H MOV B,#10DIV ABMOV B-BIT,AMOV A-BIT,BMOV DPTR
42、,#NUMTAB MOV R0,#4DPL1:MOV R1,#250 DPLOP:MOV A,A-BIT MOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2.0ACALL D1MSSETB P2.0MOV A,B-BIT MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACLR P2.1 ACALL D1MSSETB P21DJNZ R1,DPLOPDJNZ R0,DPL1RETD1MS:MOV R7,#80DJNZ R7,SRET 首地址是78FFH，当A/D转换结束时会向单片机发出中断请求信号，触发单片机的外部中断，此时单片机响应中断，进入中断服务程序，读取转换数据。第五章总结光阴似箭,日月如
43、梭,这也是大学四年最后一次课设。自己的黄金时期能够在大学度过是非常的幸运的事情，在这四年的时间中既学到理论知识，更体会到生活的丰富多彩，学到做人处事的方法。课程设计是对本学期专业课所学知识的巩固和深化,是理论知识和实际操作的结合,实践需要理论的指导，理论不能脱离实际。课程设计让我学会了发现问题，提出问题,分析问题,解决问题的能力。这些将对我以后的工作和人生产生深远的影响。在交上自己课程设计作品及论文之际，我衷心地感谢罗忠宝老师对我的指导。至课程设计开始以来，罗忠宝老师对我的学习，设计给予了极大的关心，对我课题的构思、设计、调试都给予了细心的指导。毕业设计当中罗忠宝老师给我提供了详细的与设计有关
44、的资料和设计过程当中需要使用的元器件。在设计调试当中罗忠宝老师一直在我们身边关心指导我们，他那严谨的治学态度，认真负责的工作作风，朴实无华的生活态度都给我留下了深刻的印象，这些也将成为我今后学习生活中永远学习的楷模。此外，还要感谢所有在我完成课程设计过程中给予帮助的老师和同学。王恩泽 2012.12.13参考文献1 李广弟,朱月秀,王秀山编著.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,20012 何立民编著.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,19993 蔡美琴等编著.MCS-51 单片机系统及应用.北京:高等教育出版社,19924 郭维芹编著. 实用模拟电子技术.北京:电子工业出版社,19995 王永山编著.微型计算机原理与应用.西安:西安电子科技大学出版社,19996 卢艳军编著.单片机基本原理及应用系统.北京:机械工业出版社,2005附录1附录2