3.計(jì)步器系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1 加速度傳感器電路

　　因?yàn)橛?jì)步器控制系統(tǒng)需要傳感器提供電信號(hào)，而由加速度傳感器模塊省略了調(diào)理電路和濾波電路，所以在電路設(shè)計(jì)與制作時(shí)較為方便。本身我們也可以選擇振動(dòng)傳感器，而考慮到精確問(wèn)題，最后選擇了加速度傳感器。理論上加速度傳感器如果被測(cè)物處于勻加速直線運(yùn)動(dòng)中應(yīng)該是加速度傳感器有測(cè)量值而振動(dòng)傳感器沒(méi)有，不過(guò)實(shí)際中基本可以用加速度傳感器只要讀值不為0即可認(rèn)為有震動(dòng)。

　　3.1.1 加速度傳感器的選擇

　　由于加速度傳感器是電路的核心部分，所以它的選擇格外重要，在選擇傳感器時(shí)我們應(yīng)該注重以下幾點(diǎn)。

　�。�1）靈敏度的選擇

　　靈敏度原則上來(lái)說(shuō)是越靈敏越好， 最小加速度測(cè)量值也稱最小分辨率， 考慮到后級(jí)放大電路噪聲問(wèn)題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離最小可用值，以確保最佳信噪比。最大測(cè)量極限要考慮加速度計(jì)自身的非線性影響和后續(xù)儀器的最大輸出電壓，估算方法：最大被測(cè)加速度×傳感器的電荷/電壓靈敏度， 以上數(shù)值是否超過(guò)配套儀器的最大輸入電荷/電壓值，建議如已知被測(cè)加速度范圍可在傳感器指標(biāo)中的“參考量程范圍”中選擇(兼顧頻響、重量)，同時(shí)，在頻響、重量允許的情況下，靈敏度可考慮高些，以提高后續(xù)儀器輸入信號(hào)，提高信噪比。

　　在兼顧頻響、重量的同時(shí)，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：土木工程原型和超大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在 0.1g～10g 左右， 可選 3000pC/g～300pC/g 的加速度計(jì)，13機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)在 10g～100g 左右，可選擇 20pC/g～200pC/g 的加速度計(jì)，沖擊可選 0.1pC/g～20pC/g 左右的加速度計(jì)。

　�。�2）頻率選擇

　　選擇加速度計(jì)的頻率應(yīng)高于被測(cè)物的振動(dòng)頻率，有倍頻分析要求的加速度計(jì)頻響應(yīng)更高。土木工程是低頻，加速度計(jì)可選擇 0.2Hz～1kHz 左右，機(jī)械設(shè)備一般是中頻段，可根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、設(shè)備剛度等因素綜合估計(jì)頻率，選擇 0.5Hz～5kHz 的加速度計(jì)。沖擊測(cè)量高頻居多。

　　加速度計(jì)的安裝方式不同也會(huì)改變使用頻響(對(duì)振動(dòng)值影響不大)，安裝面要平整、光潔，安裝選擇應(yīng)根據(jù)方便、安全的原則。這里給出同一只 KD1005 加速度計(jì)不同安裝方式的使用頻率：螺釘 5kHz，環(huán)氧或“502”4kHz，磁吸盤(pán) 1.5kHz，雙面膠0.5kHz，由此可見(jiàn)，安裝方式對(duì)測(cè)試頻響影響很大，應(yīng)注意選擇。

　　加速度計(jì)的重量、靈敏度與使用頻率成反比，靈敏度高，重量大，使用頻率低，這也是選擇的技巧。

　�。�3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指敏感材料晶體片感受振動(dòng)的方式及安裝形式，有壓縮和剪切兩大類，常見(jiàn)的有中心壓縮、平面剪切、三角剪切、環(huán)型剪切。中心壓縮頻響高于剪切型，剪切型的環(huán)境適應(yīng)性好于中心壓縮型。如配用積分型電荷放大器測(cè)量速度、位移時(shí)，最好選用剪切型產(chǎn)品，這樣所得信號(hào)波動(dòng)小，穩(wěn)定性好。

　　內(nèi)置的概念是將電荷/電壓轉(zhuǎn)換放大電路置于加速度計(jì)內(nèi)， 成為具有電壓輸出功能的傳感元件。它可分雙電源(四線)及單電源(二線并帶偏置的稱 ICP)兩種，下面所指內(nèi)裝電路專指 ICP 型。目前，內(nèi)置電路傳感器在國(guó)內(nèi)使用較多的方面是用于機(jī)械故障、樁基檢測(cè)，不少在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目上也在使用該類產(chǎn)品。ICP 傳感器的芯線作供電并又是信號(hào)輸出通道。內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計(jì)算：如選用目前最為通用的 100mV/g,可測(cè) 50g 以內(nèi)振動(dòng)，因?yàn)樵搨鞲衅鲃?dòng)態(tài)范圍±5Vp，如測(cè)量 100g，則用 50mV/g 的加速度計(jì)，其余以此類推。內(nèi)置電路的優(yōu)勢(shì)是低價(jià)位，抗干擾好，可長(zhǎng)線使用，但它的耐高溫、可靠性不如電荷輸出產(chǎn)品，且動(dòng)態(tài)范圍也因輸出電壓和偏置電壓的作用而受到限制。

　�。�5）環(huán)境影響

　　某些測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較為惡劣，考慮的因素較多，如防水、高溫、安裝位置、強(qiáng)磁電場(chǎng)及地回路等，均會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的影響。防水有兩個(gè)概念，淺層防水和深層防水，尤以深層防水為難，如三峽工程永久船閘閘門(mén)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，水深近百米，它涉及地回路干擾、高壓滲水、導(dǎo)線防護(hù)、長(zhǎng)期可靠性等諸多問(wèn)題。多數(shù)廠商給出的溫度范圍為可用值，而不是高溫狀況的靈敏度，實(shí)際上，高溫時(shí)靈敏度偏差較大，特殊用戶應(yīng)向廠商索取專用的高溫時(shí)的靈敏度指標(biāo)，靈敏度指標(biāo)是保證測(cè)試準(zhǔn)確的關(guān)鍵。加速度計(jì)永久安裝在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)受到人為碰撞，應(yīng)選擇工業(yè)型產(chǎn)品，在加速度計(jì)外加裝防護(hù)罩，這可同時(shí)起絕緣、防塵的作用，對(duì)出線方向有要求也應(yīng)向廠商提出，對(duì)于不能觸及的部位，可用手持式加速度計(jì)(帶長(zhǎng)探針)。14絕緣、地回路及磁電場(chǎng)輻射：輻射較強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)選擇特殊外殼材料的加速度計(jì)和專用導(dǎo)線，此類研究國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)。對(duì)于多點(diǎn)接地、潮濕等現(xiàn)場(chǎng)，要解決好測(cè)試干擾則可用浮地或絕緣型加速度計(jì)。 為了克服多點(diǎn)接地產(chǎn)生地回路電流影響測(cè)試，可以選用浮地或絕緣傳感器。沒(méi)有特殊要求且干擾不大的工況，可用絕緣型加速度計(jì)。而永久型監(jiān)測(cè)或干擾大的工況則應(yīng)采用浮地型。這二種命名的區(qū)別在于絕緣型傳感器的外殼為信號(hào)地，底座采取絕緣方法，而浮地型產(chǎn)品的外殼為屏蔽層，要采取三線方式。附加質(zhì)量：在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上安裝的加速度計(jì)的質(zhì)量只要小于結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量的 1/10 即可，認(rèn)為對(duì)被測(cè)信號(hào)無(wú)大影響。

　　3.1.2 幾種重要的加速度傳感器

　　（1）ADXL335

　　ADXL335 是一種熱對(duì)流式三軸加速度傳感器,經(jīng)信號(hào)調(diào)理電壓輸出,最大測(cè)量范圍為±2g,X 和 Y 軸的帶寬從 0.5Hz 到 1600Hz,Z 軸帶寬從 0.5Hz 到 550Hz,具有良好的零 g 偏壓穩(wěn)定性和良好的靈敏度精確度,特別適合于低頻、 高精度的控制、 測(cè)量場(chǎng)合。

圖 10.ADXL335　　　　　　　　　　　圖 11.ADXL335 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　　�。�2）MMA7260

　　MMA7260 三軸高靈敏度加速度傳感器，是一種電容式加速度傳感器，融合了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，并且具有4種不同的高靈敏度選擇模式.

圖 12.MMA7260　　　　　　　　　圖 13.MMA7260 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　
　　

（3）MMA7455

　　MMA745 是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI） 、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度計(jì)，具有信號(hào)調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測(cè)、可配置通過(guò)中斷引腳（INT1 或 INT2）檢測(cè) 0g、以及脈沖檢測(cè)（用于快速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)）等功能。0g 偏置和靈敏度是出廠配置，無(wú)需外部器件。客戶可使用指定的 0g 寄存器和 g-Select 量程選擇對(duì) 0g 偏置進(jìn)行校準(zhǔn)， 量程可通過(guò)命令選擇 3 個(gè)加速度范圍（2g/4g/8g） 。MMA745xL 系列具備待機(jī)模式，使它成為以電池為電源的手持式電子器件的理想選擇。

　圖 14.MMA7455

　　在加速度傳感器的選擇上我們采取的是成本，功能，性能綜合考慮的原則。對(duì)于ADXL335 來(lái)說(shuō)精度過(guò)高，它一般用于高精度，例如軍工等。對(duì)于 MMA7260 來(lái)說(shuō)它的精度沒(méi)有 ADXL335 高，但它具有的多功能切換是多功能智能儀器的不二之選，但是由于計(jì)步器只是需要加速度傳感器而已， 對(duì)于使用 MMA7260 來(lái)說(shuō)， 顯得過(guò)于奢侈了。而最后的 MMA7455，它的精度一般，但它足夠計(jì)算人們?cè)诓叫谢蛘吲懿綍r(shí)候的頻率，而且它的內(nèi)部電路如信號(hào)調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測(cè)等功能齊全，所以綜上所述我們選擇 MMA7455 作為本次設(shè)計(jì)的傳感器芯片。

　　3.1.3 MMA7455的工作原理與管腳排列

　　MMA7455 數(shù)字三軸加速度傳感器模塊核心為MMA7455L數(shù)字三軸加速度傳感器，該模塊設(shè)計(jì)板卡線路經(jīng)過(guò)高電磁兼容設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標(biāo)識(shí)清晰，擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。MMA7455L 芯片安裝在帶DIP 插腳的印刷電路板（PCB）上。模塊主要參數(shù)包括 Z 軸自測(cè)，低壓操作：2.4V – 3.6V，用于偏置校準(zhǔn)的用戶指定寄存器，可編程閥值中斷輸出，電平檢測(cè)17模式運(yùn)動(dòng)識(shí)別（沖擊、震動(dòng)、自由下落） ，脈沖檢測(cè)模式單脈沖或雙脈沖識(shí)別，靈敏度 64 LSB/g @ 2g /8g 10 位模式，8 位模式的可選靈敏度（±2g、±4g、±8g），可靠的設(shè)計(jì)、高抗震性（5000g） ，環(huán)保型產(chǎn)品，低成本。
MMA7455加速度傳感器由2部分組成：G-單元和信號(hào)調(diào)理ASIC電路，如圖15所示。G-單元是機(jī)械結(jié)構(gòu)，它是用半導(dǎo)體制作技術(shù)、由多晶硅半導(dǎo)體材料制成，并且是密封的，圖1中的積分、放大、濾波、溫度補(bǔ)償、控制邏輯和EEPROM相關(guān)電路、 振蕩器、時(shí)鐘生成器、以及自檢等電路組成，完成G-單元測(cè)量的電容值到電壓輸出的轉(zhuǎn)換。

　　圖 15

　　G-單元的等效電路如圖 16 所示，它相當(dāng)于在 2 個(gè)固定的電容極板中間放置 1
個(gè)可移動(dòng)的極板。當(dāng)有加速度作用于系統(tǒng)時(shí)，中間極板偏離靜止位置。用中間極板偏離靜止位置的距離測(cè)量加速度，中間極板與其中一個(gè)固定極板的距離增加，同時(shí)與另一個(gè)固定極板的距離減少，且距離變化值相等。距離的變化使得 2 個(gè)極板間的電容改變(如圖 2 所示)，電容值的計(jì)算公式是：C=Ae/D，其中 A 是極板的面積，D是極板間的距離，e 是電介質(zhì)常數(shù)。 信號(hào)調(diào)理 ASIC 電路將 G-單元測(cè)量的 2 個(gè)電容值轉(zhuǎn)換成加速度值，并使加速度與輸出電壓成正比。當(dāng)測(cè)量完畢后在 INT1/INT2 輸出高電平， 用戶可以通過(guò) I2C 或 SPI 接口讀取 MMA7455L 內(nèi)部寄存器的值， 判斷運(yùn)動(dòng)的方向。自檢單元用于保證 G-單元和加速計(jì)芯片的電路工作正常，出電壓成比例。　

　　　　　　　　　圖 16　　　　　　　　　　　　　圖 17.MMA7455 的管腳排列


　　

圖 18.MMA7455

　　對(duì)于 MMA7455 的引腳功能，
　　引腳 1 DVDD_IO 為 3.3V 電源輸入端（數(shù)字）
　　引腳 2 GND 為接地線
　　引腳 3 N/C 為空引腳，不接或接地
　　引腳 4 IADDR0 為 I2C 地址 0 位
　　引腳 5 GND 為接地
　　引腳 6 AVDD 為 3.3V 電源輸入端（模擬）
　　引腳 7 CS 為 SPI 使能(0)，I2C 使能(1)
　　引腳 8 INT1/DRDY 為中斷 1/數(shù)據(jù)就緒
　　引腳 9 INT2 為中斷 2
　　引腳 10 引腳 11 N/C 為空引腳，不接或接地
　　引腳 12 SDO 為 SPI 串行數(shù)據(jù)輸出
　　引腳 13 SDA/SDI/SDO為I2C 串行數(shù)據(jù)輸出/SPI 串行數(shù)據(jù)輸入/3 線接口串行數(shù)據(jù)
輸出。
　　引腳14 SCL/SPC為I2C 時(shí)鐘信號(hào)輸出/SPI 時(shí)鐘信號(hào)輸出。

　　3.1.4 MMA7455與單片機(jī)的接口電路

　　MMA7455與單片機(jī)的接口電路非常簡(jiǎn)單，分別是SDA與SCL兩個(gè)接口與單片機(jī)
相連。傳感器其他部分如接地，接電源，懸空等都是固定接法。在VCC端口接3.3V到5V電源供電均可，另有兩個(gè)10千歐的電阻保護(hù)電路。

　　由于采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，只需看到SDA，SCL分別接到14,15引腳。

　　圖19.傳感器與單片機(jī)連接圖

　　3.2 單片機(jī)系統(tǒng)電路

　　3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能將會(huì)更加的完善，因而單片機(jī)的應(yīng)用將更加普及。單片機(jī)在家電，電子，軍工等控制方面得到更加廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)將是智能儀器應(yīng)用最多的。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由組成單片機(jī)系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機(jī)之外，還需要包括電源供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。

　　3.2.2 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介

　　AT89S52是一種低功耗、 高性能CMOS 8位微控制器， 具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造， 與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令
和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

　　AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)， 全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式�？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏 輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)，P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。

　　P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。此外，P1.0 和 P1.1 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） 。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。

　　引腳號(hào)第二功能：

　　P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入） ，時(shí)鐘輸出
　　P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）
　　P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）
　　P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）
　　P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）
　　P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。

　　P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用端口引腳第二功能：

　　P3.0 RXD(串行輸入口)
　　P3.1 TXD(串行輸出口)
　　P3.2 INTO(外中斷 0)
　　P3.3 INT1(外中斷 1)
　　P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0)
　　P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1)
　　P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)
　　P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通
　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將
是單片機(jī)復(fù)位。

　　ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。

　　PSEN： 程序儲(chǔ)存允許 （PSEN） 輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)， 當(dāng) AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。EA/VPP： 外 部 訪 問(wèn) 允 許 ， 欲 使 CPU 僅 訪 問(wèn) 外 部程 序 存 儲(chǔ) 器（ 地 址為0000H-FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。

　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。
　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。

　　圖20.單片機(jī)系統(tǒng)電路

　　3.3 LCD顯示電路

　　3.3.1 LCD1602簡(jiǎn)介

　　在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。

　　1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。 它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成， 每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂�以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好） 。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行， 每行 16 個(gè)字符液晶模塊 （顯示字符和數(shù)字） 。 市面上字符液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。

圖21 LCD1602

　　3.3.2 LCD1602管腳功能

　　1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：

　　引腳 1：VSS 為電源地
　　引腳 2：VCC 接 5V 電源正極
　　引腳 3：V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高
　　引腳 4：RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。
　　引腳 5：RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。
　　引腳 6：E(或 EN)端為使能端,高電平時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。
　　引腳 7～14：D0～D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。
　　引腳 15～16：空腳或背燈電源。15 腳背光正極，16 腳背光負(fù)極。

　　圖 22 1602 管腳圖

　　3.3.3 LCD1602顯示電路設(shè)計(jì)

　　1602與單片機(jī)的接法較為固定，1602 液晶的控制管腳都接到了單片25機(jī)管腳上，在功能設(shè)置指令中可以將液晶設(shè)為8 位數(shù)據(jù)接口和4 位數(shù)據(jù)接口，當(dāng)然也可以當(dāng)四位數(shù)據(jù)接口來(lái)用。液晶電源正端接5V，負(fù)端接地，背光正端接5V，負(fù)端接地。此外，液晶的偏壓管腳（VO）接到一個(gè)電位器的中間抽頭，電位器的兩端分別接5V 和地，這樣就可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)1602 液晶對(duì)比度的調(diào)節(jié)。但由于考慮到最后制作PCB板的空間有限，不設(shè)計(jì)液晶對(duì)比度問(wèn)題。

　　圖 23 LCD 與單片機(jī)連接圖


　

　3.4 開(kāi)關(guān)與電源電路

　　3.4.1 開(kāi)關(guān)電路

　　在開(kāi)關(guān)電路中，根據(jù)計(jì)步器所要實(shí)現(xiàn)的功能，我設(shè)定了 3 個(gè)基本按鍵，分別代表開(kāi)始、停止與重新開(kāi)始。它們的功能是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，分別與單片機(jī)相接，達(dá)到所要求的目的。在具體設(shè)計(jì)中，我采用四角開(kāi)關(guān)，在接線時(shí)注意對(duì)角接為導(dǎo)通，平角接為短路。

 　圖 24.按鍵電路

　　三個(gè)按鍵分別接單片機(jī)的 p14p15p16 口，其中按鍵一是開(kāi)始，在計(jì)步器通電后，按開(kāi)始按鍵才能計(jì)數(shù)，不按開(kāi)始鍵則無(wú)法計(jì)數(shù)。按鍵二為停止鍵，在計(jì)步器工作到一段時(shí)間使用者希望查看當(dāng)前計(jì)步狀態(tài)，則可以停止當(dāng)前計(jì)步。按鍵三為重新開(kāi)始，特別注意的是重新開(kāi)始無(wú)需再按按鍵一， 即可在原有的步數(shù)上繼續(xù)計(jì)步。 如要清零，則可以使用單片機(jī)復(fù)位鍵。

　　3.4.2 電源電路

　　電源電路中，我采用三節(jié)五號(hào)電池，4.5V 足夠帶動(dòng)單片機(jī)、傳感器、LCD運(yùn)作。只需要配上合適的電池盒，用導(dǎo)線在 PCB 板上焊好即可。簡(jiǎn)單，方便。

　　圖 25.電源電路

　　在電源電路中放置了一個(gè) LED 小燈泡，用來(lái)檢測(cè)電源是否損壞或者沒(méi)有連接好。（未完待續(xù)）

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