基于单片机的振动观测仪的设计与制作学士学位论文文档格式.docx
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3.3模数转换模块（ADC0804）6
3.3.1ADC0804基本原理6
3.3.2ADC0804的规格及引脚图7
3.4复位电路8
3.5电源电路部分9
3.6主控电路系统图10
四.系统软件设计10
4.1系统软件设计流程图11
4.2串口通信电路部分11
4.2.1串口通信工作原理11
4.3串口通信开发平台12
4.4系统调试13
五．收获与展望14
六．谢词............................................14
参考文献：
14
附录一：
程序15
附录二：
PCB图19
附录三：
元器件清单20
基于单片机的振动观测仪的设计与制作
作者：
冯双喜指导教师：
邝雄
（海南师范大学物理与电子工程学院，海口，571158）
摘要：
传感器测得振动的模拟信号经过模数转换（ADC0804）模块转换成数字信号送入单片机，单片机再将数字信号用数码管显示出来；
同时将数字信号通过串口在电脑上显示测得振动的波形，并用发光二极管闪烁显示波形的变化情况。
关键词：
传感器；
电脑显示波形；
单片机
DesignandManufactureofvibroscopeBasedonSCM
Author:
FengShuangXiTutor:
KuangXiong
（CollegeofPhysicsandElectronicEngineering,HainanNormalUniversity,Haikou571158,China）
Abstract:
sensorsthatthevibrationoftheanalogsignalaftermodulusconversion（ADC0804）moduleconvertedintodigitalsignalsintoasingle-chipmicrocomputer,SCManddigitalsignalwithadigitaltubewillbeshown;
Andatthesametime,todigitalsignalthroughaserialportonthecomputerinthevibrationofthewaveformdisplay,andtheflashinglightemittingdiodeshowsthechangeofthewaveform.
Keywords:
sensors;
Computerdisplaywaveform;
Single-chipmicrocomputer
前言
当今社会上，有越来越多振动现象产生，这些振动现象究竟哪些对人是有利的哪些对人是有害的呢！
为了研究这些振动现象我用单片机进行了振动观测仪的设计与制作。
一.设计要求
1.1任务：
观测振动的波形，通过振动的波形观测和分析波形的变化趋势和振动强度，同时将数据进行保存，便于以后的分析和对比观测。
1.2参数：
主要包含振动的频率和振幅，振幅主要反映的是波动的强度，频率
主要是反映振动的速率。
二.设计思想
2.1设计思路
本电路分三条显示测得的波形，一是测得的波形用发光二极管的闪烁显示波形的变化，二是测得的波形变化通过数码管显示波形的变化情况，三是将测得的波形通过串口接入电脑上在电脑上显示测得的波形图。
2.2系统原理
本系统是用STC89C52单片机来控制的模块化的设计，通过传感器模块SC0073采集测得的波形振动数据的模拟量经过ADC0804模数转换将模拟量转换成数字量，将数字量送入单片机，在单片机的控制下通过发光二极管、数码管、电脑同时通过不同的形式显示测得的振动波形。
2.3系统方案论证
方案一：
本系统是利用STC89C52为控制核心的波形振动观测仪，通过采用HKG-07A传感器主要用来检测脉搏跳动引起指尖内微血容积发生的变化，预处理时间长，受温度、湿度的影响导致稳定性差。
方案二：
本系统是利用STC89C52为控制核心的波形振动观测仪，通过采用SC0073动态微压传感器检测振动的幅度，该传感器对具有灵敏度高，抗过载及冲击波能力强，抗干扰性好、操作简便、体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。
所以采用方案二。
2.4系统方案设计
本系统振动观测仪是一种新型的自动观测振动现象的产生，并用数码管显示振动的幅度。
系统总体构成包括SC0073传感器模块、AD转换模块、复位电路、电源电路、显示模块等五大模块。
总体框图如图1所示。
图1系统总体框图
三.系统的硬件设计与实现
3.1STC89C52单片机的功能介绍
3.1.1STC89C52引脚封装
STC89C52引脚功能介绍（其引脚图如图2所示）：
图252单片机引脚图
Vcc（40）：
电源电压GND（20）：
接地
P0口（32-39）：
P0口是一个8位双向I/O接口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用。
P1口（1-8）：
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1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P0写“1”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平时，此时可作输入口。
作为输入口使用时，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。
P2口（21-28）：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1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P2写“1”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平时，此时可作输入口。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）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口输出P2锁存器的内容。
P3口（10-17）：
P3是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3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P3写“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口，此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
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所示：
表2P3口的第二功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0）
P3.5
T1（定时/计数器1）
P3.6
WR（外部数据存储器写通道）
P3.7
RD（外部数据存储器读通道）
RESET（9）：
复位信号输入端。
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。
ALE/PROG（30）：
地址锁存有效信号输出端。
当访问片外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，一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的，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。
PSEN（29）：
程序存储允许输出端。
是片外程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP（31）：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），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。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1（19）：
振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。
XTAL2（18）：
振荡器反相放大器的输出端。
通过XTAL1、XTAL2外接晶振后，即可构成自激振荡器，驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。
3.1.2STC89C52主要性能参数
1．具有8k字节可擦写FlashROM
2．1000次擦写周期
3．全静态操作：
0Hz—24MHz
4．三级加密程序存储器
5．256字节片内RAM
6．32个可编程I/O口线
7．3个16位定时器/计数器
8．6个中断源
9．低功耗空闲和掉电方式
10．可编程串行UART通道
3.2微压传感器SC0073模块工作原理
传感器（SC0073）通过力敏元件采集波形振动的模拟量通过输出端接入模数转换芯片（ADC0804）进行转换，其输出端要通过一个10K的上拉电阻接到高电平上，另一端接地。
图4SC0073模块工作原理图
3.2.1SC0073模块性能指标
压力范围：
≤1Kpa
灵敏度：
≥0.2mv/pa
非线性度：
≤1%F.S
频率响应：
1—1000HZ
标准工作电压：
3V（DC）
扩充工作电压：
1.5-6V（DC）
标准负载电阻：
10K
扩充电阻：
5K-20K
3.3模数转换模块（ADC0804）
3.3.1ADC0804基本原理
ADC0804是将模拟信号转换成数字信号（A/D转换器即模拟/数字转换器），信号输入端可以是转换器的输出或传感器。
3.3.2ADC0804的规格及引脚图
图5ADC0804引脚图
时钟信号输入端。
:
内部时钟发生器的外接电阻端，振荡无条件（R,C）频率范围100KHZ—1460KHZ，与
端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其振荡频率是1/（1.1RC）。
片选信号输入端，低电平有效，一旦
有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。
A/D转换结束信号，低电平表示本次转换已完成。
外部读取转换转换后的结果控制信号的输出端。
当
为L0时，转换后的数据才会输出，当
为HI时，DB0-DB7处于高阻抗状态。
启动转换器的控制输入端，既是ADC的转换开始（
=0时），当
由HI变为L0时，转换器被清除；
回到HI时，开始转换。
DB0-DB7:
具有三态特性的8位数字信号输出端。
VIN（+）VIN（-）：
差动模拟电压输入端，输入单端正电压时，VIN（-）应接地；
当为差动输入时，直接加入VIN（+）与VIN（-）。
AGND模拟信号接地端。
DGND数字信号接地端。
VREF：
参考电压输入端，决定量化单位。
VCC：
电源电压5V或电路参考电压输入端。
表3ADC0804转换功能
十六进制
二进制
与满刻度的比率
相对电压值VREF=2.560伏
高四位字节
低四位字节
高四位电压
低四位电压
F
1111
15/16
15/256
4.800
0.300
E
1110
14/16
14/256
4.480
0.280
D
1101
13/16
13/256
4.160
0.260
C
1100
12/16
12/256
3.840
0.240.
B
1011
11/16
11/256
3.520
0.220.
A
1010
10/16
10/256
3.200
0.200
9
1001
9/16
9/256
2.880
0.180
8
1000
8/16
8/256
2.560
0.160
7
0111
7/16
7/256
2.240
0.140.
6
0110
6/16
6/256
1.920
0.120.
5
0101
5/16
5/256
1.600
0.100
4
0100
4/16
4/256
1.280
0.080
3
0011
3/16
3/256
0.960
0.060
2
0010
2/16
2/256
0.640
0.040.
1
0001
1/16
1/256
0.320
0.020.
0000
3.4复位电路
该系统采用外部复位电路采用按键手动复位[]
MCS-52单片机的上电加按键手动复位电路如下图7所示。
当复位按键按下后，复位端通过
的小电阻与+5v电源接通，电容迅速放电，使RST引脚为高电平；
当复位按键弹起后，+5V电源通过大电阻
电阻对
电容重新充电，RST引脚端出现复位正脉冲。
其持续时间取决于RC电路的时间常数。
图6上电自动复位电路图7按键手动复位电路
3.5电源电路部分
稳压电源LM7805[]
LM7805是三端正电源稳压电路，它的封装形式为To-220.它有一系列固定的电压输出，应用非常广泛。
每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护，使它基本上不会损坏。
如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流。
虽然是按照固定电压值来设计的。
但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。
如下图8所示，
、
为滤波电容，
可以稳压在5V,可以给单片机提供稳定的电源。
图85V直流稳压电源
3.6主控电路系统图
本系统是用微压传感器（SC0073）模块采集波形振动的数据通过模数转换芯片（ADC0804）进行转换，转换后的数据送入单片机的P2口，在经过单片机的P3口控制发光二极管通过串口在电脑上显示测得的波形，数码管显示测得波形的幅度。
根据系统要求及各模块所实现功能,设计出主控电路系统如图3所示：
图3主控电路图
四．系统软件设计
4.1软件设计流程图
4.2串口通信电路部分
4.2.1串口通信工作原理
MAX232是把TTL电平从0V和5V转换到3V～15V或-3V～-15V之间。
原理图如下图9所示，首先TTL电平TXD发送数据时，若发送低电平0，这时
导通，PCRXD由空闲时的低电平变高电平（如PC用中断接收的话会产生中断），满足条件。
发送高电平1时，TXD为高电平，
截止，由于PCRXD平时是-3V～-15V，通过
和
将其拉低PCRXD至-3～-15V，此时计算机接收到的就是1。
下面再反过来，PC发送信号，由单片机来接收信号。
当PCTXD为低电平-3V～-15V时，单片机RXD被
拉到5V高电平；
当PCTXD变高时,
导通，RXD被
拉到低电平，这样便实现的双向转换。
图9RS232电平与TTL电平转换电路
4.3串口通信开发平台
在系统开发过中充分考虑到人性化的控制，因此基于VisualBasic6.0设计了一套振动波形观测平台。
VB包含了许多基于不同功能的控件，其中就包括串口通信控件，控件中包含基于串口通信的方法和事件类型。
在平台软件设计中初始化串口是其中重要部分，串口的初始化包含串口号选择、接收缓冲区大小、接收数据类型、串口状态和是否清空缓冲区等等，
如下是上位机串口初始化函数：
PrivateSubForm_Load（）
DimiAsInteger,jAsInteger
kk=0
liu=0
rliu=0
Callinit
MSComm1.Settings="
9600,N,8,1"
MSComm1.CommPort=3'
设定串口，为1为comm1
MSComm1.InBufferSize=8
MSComm1.OutBufferSize=2
IfMSComm1.PortOpen=TrueThenMSComm1.PortOpen=False'
关串口
MSComm1.RThreshold=4
MSComm1.SThreshold=1'
MSComm1.InputLen=0
MSComm1.InputMode=1
IfMSComm1.PortOpen=FalseThenMSComm1.PortOpen=True
MSComm1.InBufferCount=0'
清空接收缓冲区
'
Text1.Text=0
EndSub
在PC机与下位机设备通信过程中波特率设置为9600，串口号为3，缓冲区大小设置为8个字节。
当串口有数据传输到PC机时，会引发MSComm1_OnComm（）事件，在事件中主要负责将数据存入缓冲区，并且将数据调整为符合显示界面要求的值。
然后根据前后值利用Line方法划线。
如下是事件触发函数:
PrivateSubMSComm1_OnComm（）
DimrecAsInteger
DimnAsInteger
intInputLen=MSComm1.InBufferCount
SelectCaseMSComm1.CommEvent
CasecomEvReceive
bytInput=MSComm1.Input
Forn=0TointInputLen-1
'
Text1.Text=bytInput（n）
rec=bytInput（n）
liu=rec*19.6
Form1.Line（kk-20,rliu）-（kk,liu）,RGB（255,255,255）
rliu=liu
kk=kk+20
Ifkk>
=10000Then
kk=0
Cls
EndIf
Nextn
EndSelect
4.4系统调试
调试前首先检查电路连线是否正确，再检查元器件的安装情况，检查元器件引脚之间有无短路和虚焊现象，尤其是电源和地脚，电解电容、发光二极管、电源“+”、“-”极不要接反。
把经过准确测量的电源接入电路。
观察有无异常现象，包括有无元器件发热、冒烟有异味、电源是否有短路现象等；
如有出现上术象发生，应立刻断开电路电源，检查电路故障并根据检查结果对参数进行修正。
经多次调试得到了想要达到的效果，在电脑上显示所测得的振动波形，在数码管上显示测得振动的波形的振幅。
图10系统调试图
五．收获与展望
六.谢词
历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在写论文和制作实物过程中遇到了很多的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。
尤其要强烈感谢我的论文指导老师邝雄老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行论文的修正和改进。
另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。
在此向帮助和指导过我的各位老师表示最诚挚的谢意。
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。
本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
[1]牛昱光.单片机原理与接口技术[M].北京:
电子工业出版社
[2]郭天祥.51单片机C语言教程入门提高开发拓展全攻略[M].北京.电子工业出版社，2009-6
[3]张常年.国外电子元器件.北方工业大学工学院[J].北京,2002-2,
（2）:
20-23.
[4]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京.高等教育出版社，2006-5
[5]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京.高等教育出版社，2006-7
[6]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.电子工业出版社.2006-6（4）
程序
1.开发平台程序
DimliuAsDouble
DimrliuAsDouble
DimkkAsInteger
PrivateSubCommand1_Click（）
IfMSComm1.PortOpen=TrueThenMSComm1.PortOpen=False
End
MSComm1.CommPort=4'
IfMSComm1.PortOpen=TrueThenM
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