扁平线测试仪的设计与实现

目录摘要： 2一、引言 2二、基本要求 3三、技术指标 3四、案论证与比较 4五、硬件系统原理说明 41.扁平线信号源 52.选择检测单元模块 63.单片机控制模块 84.电源电路 95.方波频率信号产生电路 106.译码显示电路 10六、软件系统设计说明 111、主程序设计 112、六位二进制计数编码和六十四计数BCD码产生子程序 123、障信号处理子程序 14结束语： 16参考文献及资料： 16扁平线测试仪的设计与实现鲍勇佛山市高级技工学校摘要：本篇论文系统地阐述了利用单片机实现扁平线的测试仪的工作原理、设计方法、性能分析、并总结出了测试的方法。系统采用自带8KROM的AT89C52(不需要外扩ROM)实现系统的检测和线号的锁存功能，并采用外部的数字集成电路（9片74LS151）组成了选择电路，依次对扁平线进行检测，同时采用了LED静态显示，更直观的显示了扁平线的短路和断路线号，给维修带来了很大的方便。通过试验与测试系统到达了设计要求。此设计具有集成度高、通用性强、硬件价格低廉、有较好的应用前景。【关键词】扁平线单片机断路短路一、引言扁平线就是硬件设备与硬件设备之间传递信息的数据线。它的主要作用就是连接设备、传输信息，使用方便、快捷；并且，扁平线都是由一组线组成，有20位、26位、40位和64位等多种规格，所以一次能够传送多位数据，适合现代技术发展的需要，对生产生活中重大的作用。在实际的设计工作中，往往要进行数据的传输，那么就要扁平线快速、准确的传输数据。但在设备的可靠性检测工作中，大都忽略了扁平线的检测，因为没有对它进行检测，如果在现场工作中使用了坏的扁平线，不仅会使在传送信号的数据，造成工作设备的错误操作，而且对检修时间造成了不必要的浪费。所以，我们要设计一套对扁平线进行数据可靠性检测的设备，这对实际的工作有很大的帮助。本设计系统使一套能够判断各类机器中所用64（可扩展为其它规格）扁平线短路或断路故障，并定位显示故障点所在线号的仪器设备。系统设计中本着准确、可靠、稳定的原则、采用硬件与软件配合的方法进行设计。整个系统主要包括三个模块：信号源模块、检测模块、显示模块。信号源模块主要为64针扁平线提供电源信号，由模拟电路实现。在检测模块中我们采用了单片机系统和数字集成电路技术，通过软件编程与外部数字集成电路配合，完成整个检测过程，并确定故障所在线号，最终将线号通过译码提供给显示模块，完成显示功能。在本系统中，单片机主要产生外部硬件电路所需要的二进制数编码，完成从1到64循环计数，实现对故障线号的锁存功能。通过实际的设计制作本系统已完成各项基本功能，并打到设计要求。由于本系统仪器具有价格低、检测方便、准确等优点，因此在实际中具有推广的价值。二、基本要求要求能够测出扁平线的断路或短路故障。要求能够定位显示故障点所在线号。框图如下所示扁平线插槽扁平线插槽显示三、技术指标检测准确率达100％。断路、短路故障定位显示准确率100％。四、案论证与比较1．方案一：利用数字集成电路与模拟电路配合实现扁平线、断路故障检测功能。利用分立元件提供给扁平线信号，通过数字集成电路对每根数据线的循环检测、计数、并锁存故障点线号，通过译码驱动显示模块或发光二极管完成显示功能。改方案充分利用了数字集成电路，元件在市场上较易购买，成本较低。但硬件电路复杂、部分功能实现比较复杂，易受到外界的干扰。2.方案二：如图所示89C51单片机系统为核心，通过软件编程与外部9片74LS151八选一数据选择器集成电路实现系统功能。单片机主要起检测、计数、锁存功能。此设计方案对完成仪器功能交易实现，性能价格比高，易于功能扩展。扁平线信号源数字继承电路扁平线信号源数字继承电路单片机译码显示3.方案三：采用89C52单片机系统与可编程逻辑控制器件（CPLD）配合实现功能。利用CPLD技术将外部硬件电路集成到单片机的CPLD芯片中，在通过单片机编程实现各功能。此方案使系统集成最优化，但由于CPLD芯片在市场中的价格较贵性能价格比高，在实际不易推广。五、硬件系统原理说明扁平线测试系统的硬件部分其工作原理框图如上图示：其工作原理：把待测扁平线的两端分别插入硬件中的两个插口，连接电源，单片机运行测试程序产生二进制编码去控制九片八选一的芯片，依次对扁平线从0到63的每一根线进行检测其电平信号（扁平线的电平信号由扁平线信号源提供）。第一轮检测断路，第二轮检测短路，断路与短路的检测转换通过单片机程序实现（外部电路通过开关来实现），并利用发光二极管指示检测的工作状态（即绿灯检测断路，红灯检测短路，只有红灯或绿灯亮的时候才能进行检测，外部电路通过开关来转换）.程序中同时对六位二进制编码进行调整产生与六位二进制同步的从0到64的计数，并送给译码显示单元显示当前检测到的线号，当单片机检测到故障信号时，将当前检测到的故障点所在线号锁存，把该线号通过数码管上显示出来。两轮检测完毕即完成检测功能，最后数码管显示“63”。1.扁平线信号源电路如图所示，根据设计要求进行分析，本设计方案中扁平线信号源提供的时高、低电平两种信号（接地为低电平信号，悬空为高电平信号）。由于扁平线在出现断路时其每一根均有可能，故在测试时对每一根都进行检测。出现短路则时两根线间的短路问题，如图示即双号与单号线的短路。检测原理为：KA闭合，给每一根线加上低电平，在另一端进行断路故障检测（如在另一端检测到断路，则检测结果为高电平，否则为低电平）。KA断开，如图示双号线为低电平，单号线为高电平，在扁平线的另一端对单号线进行短路检测（如在另一端检测到短路，则检测结果为低电平，经过反向器后为高电平送到单片机）。图中单号线接有二极管断的错误。电阻R4,R2的作用示起到限流的作用防止数字集成电路在工作时，目的在于起到隔离作用，避免电平信号的户串，导致故障判过热，通常限制在5mA左右，故有：R4=R2=5V/5Ma=1K，故在本设计中采用1千欧的电阻，对数字集成电路起限流作用。2.选择检测单元模块芯片介绍：八选一数据选择器（74LS151）数据选择器：把多个通道的信号传送到公共数据上去，完成这一功能的逻辑电路为数据选择器。74LS151功能表74LS151功能表上面所讨论的时一位数据选择器，如须选择多位数据时，可由几个一位数据选择器并联组成，即将它们的选择输入端和使能端连在一起。二位数据选择器的连接方法如下图所示：D0D0…….D7A—CSYD0…….D7A—CSY当需要进一步扩充数时，只需要相应的增加器件的数目。在本设计中就是采用了这种方法扩展了64位数据选择器（九片八选一芯片（74LS151）数字集成电路来实现的扩展）。允许自8条输入数据中选择1个。执行并行输入到串序输出的转换。有使能输入端，原、反码输出。可用作函数发生器。原理如下：在本系统中采用的使九片八选一芯片（74LS151）数字集成电路来实现。利用单片机89C52产生的六位二进制编码来依次选择64针扁平线检测。如图示，KA闭合时进行断路故障的检测，工作时由扁平线信号源给64针都加低电平，检测时输入的六位二进制编码当为00H时选中一号线输出，为01H选中2号线输出，依次类推检测。检测中无故障则各输出为低电平，若某根线断路则输出高电平。KA打开时进行短路故障的检测，工作时只检测单线号，如扁平线信号源图示，双号线都加上低电平，单号线由于开路即为高电平。当六位二进制编码为00H时选中1号，为02H时，选中3号，检测中无故障则各输出经反向器后为低电平，若两线之间存在在短路故障则输出经反向器为（对于01H、03H等检测单号线的编码通过外部电路使之部起作用）。上述断路或短路输出的故障信号高电平，提供给单片机，从而锁存显示扁平线的故障点所在线号。3.单片机控制模块芯片及部分电路的说明：根据设计要求,利用单片机进行编程并实现一些算法，完成控制功能，在本系统的设计中需要占用较多的口线，由于89C52比8031多了8K的内部ROM因此无需扩展外部存储器，从而89C52对应8031的P0口，P2口作高、低地址线的各口线可作为基本I/O口使用，这样就多添了许多I/O口线作为系统的I/O口使用，达到系统的要求，故系统在设计中采用了89C52芯片，其电路如图所示。单片机（80C52）芯片各部分的说明：P1口：是一个8位漏极开路的双向I/O口。在本系统中P1.0-P1.5作为六位二进制数编码输出；其中P1.0-P1.2与八片74LS151芯片的ABC相连，P1.3-P1.5与第九片74LS151芯片的ABC相连。P2口是一个具有内部上拉电路的8位双向I/O口。在本系统中P2.0-P2.7作为六十四计数BCD码输出，与译码显示电路相连。P3口是一个具有内部上拉电路的8位双向I/O口，P3口提供各种专用功能的引脚。P3.0作为故障信号输入端口；P3.1作为复位输入端口；P3.2作为计数溢出端口；P3.4作为脉冲输入端口；XTAL1:振荡器反向放大输入端和内部时钟发生器的输入端；XTAL2:振荡器反向放大输出端时钟信号的产生：在89C52芯片内部有一个高增益反向放大器，其输入端位芯片引脚。XTAL1,其输出端位引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。如下图所示：一般电容C1和C2取30PF左右。晶体的振荡器频率范围是1.2MHZ-12MHZ。晶体的震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也越快。但反过来运行速度对存储器的速度要求越高，对印刷板的工艺要求也越高。89C52在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHZ的石英晶体振荡器，而12MHZ主要在高速串行通信的情况下才使用。4.电源电路在本设计中单片机及外围设备的数字集成电路要求稳压器能提供稳定固定电压，并且要求有足够的输出电流，整个系统的电源由交流220V电经变压器滤波后由稳压集成块7805提供，因为稳压集成块7805具有1.5A的输出能力；内部含有限流技术，将继承稳压器所有的单元电路，其中包括取样电阻网络，都集成在一个芯片内，组成只有输出、输入和公共地三个端子的集成稳压器。在使用过程中，不必外接元件就能获得固定的稳定输出电压。具体电路如图所示：5.方波频率信号产生电路其具体电路如上图所示，为了得到频率稳定性高的脉冲信号，所以采用石英晶体振荡器，由于石英晶体具有稳定性好、品质因素高等特点，而且石英晶体的选频特性好。使用芯片介绍：双D型正沿触发器（74LS74）：双D型正沿触发器在正跳沿前接收输入信号，正跳沿后输入被封锁。因此可以构成二分频电路。双4位十进制计数器（74390）：原理说明：在原理图中，并联在两个反向器输入、输出的电阻R，其作用是使反向器工作在线性放大区。R的电阻，对于TTL门通常在0.7千欧――2千欧之间（在本设计中采用的是1千欧的电阻），电路中，电容C4用于两个反向器间的耦合，而C5的作用则是抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。故在设计我们采用74LS04和石英晶体等元件构成的石英晶体振荡器产生4MHZ的频率信号。信号经过74LS74和74LS390分频得到我们所需要的频率方波信号（如1MHZ等），信号送给单片机系统。6.译码显示电路七段译码器\驱动器（74LS48）管脚图：七段译码器\驱动器（74LS48）有效高电平输出；内部有升压电阻因而无需外部电阻；试灯输入；前/后沿灭灯控制；有灯光强度调制能力；输出最大电压5.5伏；吸收电流，74LS48位6毫安。系统设计采用静态显示，电路如下图示。由单片机P2.0—P2.7口产生的六十四计数BCD码经过BCD－译码器74LS48译码送给LED数码管显示，断路和短路检测分别采用两个发光二极管指示。六、软件系统设计说明在软件程序设计过程中，根据设计要求确定89C52芯片各功能管脚如下：P1.0-P1.5作为六位二进制数编码输出；其中P1.0-P1.2与八片74LS151芯片的ABC相连，P1.3-P1.5与第九片74LS151芯片的ABC相连。P2.0-P2.7作为六十四计数BCD码输出，与译码显示电路相连。P3.0作为故障信号输入端口；P3.1作为复位输入端口；P3.2作为计数溢出端口；P3.4作为脉冲输入端口；1、主程序设计如下图所示：2、六位二进制计数编码和六十四计数BCD码产生子程序程序流程图如下图所示，在0到64数范围内分阶段调整，当值小于10H时，即0－F时，用十进制调整指令DA以能满足要求对其直接进行调整，所以用DA指令直接进行调整。但是由于DA只对9以下的值进行调整，当值为10H<Z<20H时，DA调整后再进行加6调整。同理，再20H<X<30H范围内时，DA调整后需再进行加12调整；再30H<X<40H时范围内，DA调整后需再进行加18调整；只有这样才能得到正确的结果，完成功能要求。程序如下：x:movp2,amovr2,amova,r1incacjnea,#40h,ch2ajmpch9ch2:jncch4ajmpasdcp7:mova,#16hajmpxcp5:cjner1,#20h,cen2adda,#6hdaaajmpxcp8:mova,#32hajmpxcp9:mova,#48hajmpxcp6:cjner1,#30h,cen3;ajmpcp9cp3:jnecp0adda,#12hdaaajmpxcp0:cjner1,#40h,cen4ajmpch9cen4:jncch4adda,#18hdaaajmpxch9:mova,#3fhmovp1,amova,#63hmovp0,amovr2,amova,r1jkl:jbp3.3,p0ajmpjkl3、障信号处理子程序单片机89C52的P3.O接故障信号输出端，由高电平表示断路或短路故障，再故障信号到来时，系统程序跳到故障信号处理子程序，等待复位信号到来才重新工作。其流程图如下：程序如下：gz:movr1,amovp1,acjner1,#01h,cn2ajmpcn3cn2:mova,r2jzcn1incacn1:movp2,amovr2,amova,r1incaan1p3.1,#oefhgz1:jbp3.1,