一種基于單片機(jī)的計(jì)數(shù)器研制

張航 祝家奇 鄧云飛

摘 要：本文單片機(jī)計(jì)數(shù)器以單片機(jī)和各種元器件為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)電路硬件系統(tǒng)。計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的獲取、信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理、信號(hào)的記錄及顯示功能。借助Keil 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)C語言的編譯以適用單片機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，使用protel繪制電路原理圖及PCB印刷電路板。最終，將硬件電路與軟件程序結(jié)合以達(dá)到計(jì)數(shù)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)出一款具有七位數(shù)計(jì)數(shù)能力和自帶檢測功能的計(jì)數(shù)器。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；計(jì)數(shù)器

隨著計(jì)數(shù)器應(yīng)用越來越多，計(jì)數(shù)器有同步計(jì)數(shù)器、異步計(jì)數(shù)器、加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器以及不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器等[1， 2]。計(jì)數(shù)器的身影早已出現(xiàn)在了各行各業(yè)中，如物流、工程測量、航空、電力、采礦、儀表、自動(dòng)化控制、包裝、機(jī)械加工、冶金、制藥、機(jī)械、軍工、石化、運(yùn)輸計(jì)數(shù)、人流計(jì)數(shù)等[3， 4]。

基于國內(nèi)外研究分析，本次設(shè)計(jì)是用單片機(jī)、LCD顯示器、控制按鍵為元件來設(shè)計(jì)的計(jì)算器，主要實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)信號(hào)的采集，分析及輸出顯示功能，最終設(shè)計(jì)目標(biāo)是系統(tǒng)本身要有抗干擾能力、一定的穩(wěn)定性并能精確計(jì)數(shù)，能夠正確顯示、能進(jìn)行自測以及具有通用性。

1 電路設(shè)計(jì)

1）方案設(shè)計(jì)。

stm32系列的單片機(jī)則是高性能的單片機(jī)，運(yùn)行內(nèi)存比較大，能夠適應(yīng)較復(fù)雜環(huán)境使用，所以選用stm32系列單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于單片機(jī)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要分為幾大模塊，整個(gè)系統(tǒng)包括作為運(yùn)算核心的單片機(jī)芯片、按鍵輸入模塊、脈沖信號(hào)模塊、晶振電路模塊、顯示模塊以及外部電路集成，如圖1所示。

2）整體電路方案。

計(jì)數(shù)器以單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)核心，需要晶振電路、電源電路、復(fù)位電路、顯示電路等。由單片機(jī)芯片、脈沖電路、復(fù)位電路以及芯片外圍集成電路組成PCU電路，而由LCD顯示器與PWM調(diào)光電路組成液晶顯示模塊，如圖3所示。最后，電源系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)中最重要的模塊之一，如圖4所示。

2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)器的研制基于模塊化的思想，如圖5所示，整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)分為一個(gè)主程序調(diào)動(dòng)各個(gè)子程。

3 硬件設(shè)計(jì)

在PCB界面添加材料封裝，調(diào)整尺寸、邊框等，將元件布置好，如圖6所示。焊接PCB電路板，將各個(gè)原部件焊接在電路板上，組成計(jì)數(shù)器系統(tǒng)，如圖7所示。

安裝計(jì)數(shù)器系統(tǒng)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，CNT1通道信號(hào)提前，試驗(yàn)結(jié)果為通道記錄55個(gè)脈沖，通道2記錄54個(gè)脈沖，如圖8所示。光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，CNT2通道信號(hào)提前，試驗(yàn)結(jié)果為通道1記錄75個(gè)脈沖，通道2記錄76個(gè)脈沖，如圖9所示。最終，系統(tǒng)調(diào)試顯示測試成功。

4 結(jié)論

基于單片機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器系統(tǒng)主要由單片機(jī)芯片、按鍵輸入模塊、脈沖信號(hào)模塊、晶振電路模塊、顯示模塊以及外部電路集成。單片機(jī)計(jì)數(shù)器硬件電路為基礎(chǔ)，結(jié)合軟件程序達(dá)到計(jì)數(shù)的目標(biāo)。使用protel繪制電路原理圖和PCB圖，并進(jìn)行分析、修改。采用計(jì)算機(jī)c語言對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)的單片機(jī)運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行編程，在IAR環(huán)境中對(duì)c程序進(jìn)行編譯，并下載到IAR仿真器中完成仿真。最終，設(shè)計(jì)出一款具有七位數(shù)計(jì)數(shù)能力和自帶檢測功能的計(jì)數(shù)器。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐瑋，沈建良，等. AVR單片機(jī)快速入門.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]張祥雪，張立.單光子計(jì)數(shù)器的校驗(yàn)方法研究.光學(xué)技術(shù)，2007，33（4）：561563.

[3]沈建良，賈玉坤，等.STM32F10X系列ARM微控制器入門與提高.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[4]楊之廉，許軍.集成電路導(dǎo)論.北京：清華大學(xué)出版社，2012.