基于LM3914的隨機(jī)信號(hào)計(jì)數(shù)系統(tǒng)

潘曉兵

摘要：隨機(jī)信號(hào)計(jì)數(shù)系統(tǒng)以幅度甄別芯片、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和單片機(jī)為核心，外加程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、譯碼器、顯示器和鍵盤等組成，計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)有9個(gè)計(jì)數(shù)通道，可對(duì)9個(gè)不同幅度等級(jí)的隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行幅度甄別和幅度分離，每個(gè)計(jì)數(shù)通道計(jì)數(shù)1個(gè)幅度等級(jí)的信號(hào)，計(jì)數(shù)系統(tǒng)的通道數(shù)較多，通用性較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：隨機(jī)信號(hào);LM3914;幅度甄別;計(jì)數(shù)系統(tǒng);單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP319? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）32-0230-02

Abstract： The core of random signal counting system is amplitude discriminator chip， timer /counter and single chip microcomputer， It consists of program memory， data memory， decoder， display and keyboard， the counting system has 9 counting channels， It can distinguish and separate the amplitude of 9 random signals with different amplitude levels， each counting channel counts 1 amplitude level signal， there are many channels in the counting system， so it has strong versatility.

Key words： random signal; LM3914; amplitude discrimination; counting system; single chip microcomputer

1 引言

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測和自動(dòng)控制等方面都要用到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中以模擬量為采集對(duì)象的系統(tǒng)為多數(shù)，例如溫度、濕度、壓力、流速、位移和角度的變化都是模擬量。工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)控制等方面有時(shí)會(huì)用到散隨機(jī)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這類信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間是隨機(jī)的，幅度也是隨機(jī)的，例如天體脈沖檢測，空氣塵埃檢測，其信號(hào)比較復(fù)雜，波形千變?nèi)f化，幅度和時(shí)間沒有規(guī)律可循，為論述方便，設(shè)隨機(jī)信號(hào)的波形如圖1所示。

圖1中信號(hào)的最大幅度為2.0伏，幅度分為10個(gè)等級(jí)，級(jí)差為0.2V，要求計(jì)數(shù)系統(tǒng)對(duì)上述9個(gè)幅度較大的信號(hào)進(jìn)行幅度甄別和幅度分離，并對(duì)各種幅度的信號(hào)分別進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1硬件框圖

計(jì)數(shù)系統(tǒng)以LM3914電平幅度甄別芯片、Inte 8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器和Intel 8031單片機(jī)為核心，外加Inte 2764程序存儲(chǔ)器、Inte 6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、74LS138譯碼器、顯示器、鍵盤、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和通信電路等組成，硬件框圖如圖2所示，圖中三片定時(shí)/計(jì)數(shù)器構(gòu)成9通道計(jì)數(shù)電路。

2.2 LM3914的主要功能

LM3914是10位電平幅度甄別芯片，內(nèi)含輸入緩沖器、10級(jí)電阻分壓器和10級(jí)電壓比較器等，電壓比較器的同相輸入端與電阻分壓器相連，如圖3所示。LM3914的5腳為信號(hào)輸入端， 1、10-18腳為信號(hào)輸出端，隨著5腳輸入端信號(hào)幅度的逐步提高，輸出端1、18、17、16、15、14、13、12、11、10腳依次輸出低電平，5腳的輸入幅度范圍為0～2.0V。

2.3 LM3914與8253的連接

上述LM3914有10個(gè)輸出端，3片定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253只有9個(gè)輸入端，因此將LM3914最低幅度輸出端1腳的輸出信號(hào)作為干擾信號(hào)或噪聲，不進(jìn)行計(jì)數(shù)，只對(duì)18-10腳的9個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。幅度甄別芯片LM3914的18-10腳依次與3片定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253-1、8253-2和8253-3的各個(gè)輸入端連接。定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253-1、8253-2和8253-3的各個(gè)輸出端均與單片機(jī)8031的數(shù)據(jù)總線Data Bus： D0-D7連接，定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253-1、8253-2和8253-3各自的讀寫許可端均與8031的控制總線Ctrl Bus： WR、RD、CS連接，隨機(jī)信號(hào)從LM3914的輸入端5腳輸入，如圖4所示。

圖4中9個(gè)計(jì)數(shù)通道自左向右依次編號(hào)為通道1、通道2、通道3……，通道9，0.2V

3 系統(tǒng)工作過程

計(jì)數(shù)系統(tǒng)上電或復(fù)位后，首先對(duì)8031內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器及堆棧及棧指針SP初始化，其次分別對(duì)3片8253-3初始化，使其工作于計(jì)數(shù)方式，再分別向9個(gè)計(jì)數(shù)通道送計(jì)數(shù)初值，由于8253計(jì)數(shù)器是減值計(jì)數(shù)器，從8253上讀取的數(shù)據(jù)需通過數(shù)值轉(zhuǎn)換程序把減值數(shù)轉(zhuǎn)換為增值數(shù)，才能作為常規(guī)的計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)值通過顯示程序在顯示器上顯示，系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。

計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)有數(shù)字鍵1-9，功能鍵如T通信鍵和打印鍵P，按1鍵時(shí)，顯示器顯示出通道號(hào)1及其通道1的計(jì)數(shù)值，按2鍵時(shí)，顯示器顯示出通道號(hào)2及其通道2的計(jì)數(shù)值，依次類推，按T通信鍵時(shí)，計(jì)數(shù)系統(tǒng)與PC機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)共享，按P打印鍵時(shí)，驅(qū)動(dòng)微打打印出通道1-9一定時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)，供統(tǒng)觀和分析之用。

4 結(jié)論

計(jì)數(shù)系統(tǒng)以LM3914電平幅度甄別芯片和3片定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253為主角， 8031單片機(jī)、2764程序存儲(chǔ)器、6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、74LS138譯碼器、顯示器、鍵盤、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和通信電路組成單片機(jī)處理系統(tǒng)，LM3914簡化了傳統(tǒng)的采用多個(gè)運(yùn)算放大器組成的多路電壓比較器，使幅度甄別電路非常簡單，體積縮小許多，計(jì)數(shù)系統(tǒng)的通道數(shù)較多、通用性較強(qiáng)，能對(duì)時(shí)間和幅度都不確定的隨機(jī)信號(hào)按幅度進(jìn)行區(qū)分并對(duì)各種幅度的脈沖信號(hào)分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，適用于大氣監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何立民，編著.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[2] 劉守義，編著.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[3] 余錫存，編著.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[4] 李全利，遲榮強(qiáng)，編著.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[5] 錢辰.基于STM32的塵埃粒子計(jì)數(shù)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2017.

【通聯(lián)編輯：梁書】