潘曉兵

摘要：隨機信號計數(shù)系統(tǒng)以幅度甄別芯片、定時/計數(shù)器和單片機為核心，外加程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、譯碼器、顯示器和鍵盤等組成，計數(shù)系統(tǒng)設有9個計數(shù)通道，可對9個不同幅度等級的隨機信號進行幅度甄別和幅度分離，每個計數(shù)通道計數(shù)1個幅度等級的信號，計數(shù)系統(tǒng)的通道數(shù)較多，通用性較強。

關鍵詞：隨機信號;LM3914;幅度甄別;計數(shù)系統(tǒng);單片機

中圖分類號：TP319? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：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)和自動控制等方面有時會用到散隨機信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這類信號出現(xiàn)的時間是隨機的，幅度也是隨機的，例如天體脈沖檢測，空氣塵埃檢測，其信號比較復雜，波形千變?nèi)f化，幅度和時間沒有規(guī)律可循，為論述方便，設隨機信號的波形如圖1所示。

圖1中信號的最大幅度為2.0伏，幅度分為10個等級，級差為0.2V，要求計數(shù)系統(tǒng)對上述9個幅度較大的信號進行幅度甄別和幅度分離，并對各種幅度的信號分別進行計數(shù)。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1硬件框圖

計數(shù)系統(tǒng)以LM3914電平幅度甄別芯片、Inte 8253定時/計數(shù)器和Intel 8031單片機為核心，外加Inte 2764程序存儲器、Inte 6264數(shù)據(jù)存儲器、74LS138譯碼器、顯示器、鍵盤、時鐘電路、復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/計數(shù)器構成9通道計數(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級電阻分壓器和10級電壓比較器等，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腳為信號輸入端， 1、10-18腳為信號輸出端，隨著5腳輸入端信號幅度的逐步提高，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個輸出端，3片定時/計數(shù)器8253只有9個輸入端，因此將LM3914最低幅度輸出端1腳的輸出信號作為干擾信號或噪聲，不進行計數(shù)，只對18-10腳的9個輸出信號進行計數(shù)。幅度甄別芯片LM3914的18-10腳依次與3片定時/計數(shù)器8253-1、8253-2和8253-3的各個輸入端連接。定時/計數(shù)器8253-1、8253-2和8253-3的各個輸出端均與單片機8031的數(shù)據(jù)總線Data Bus： D0-D7連接，定時/計數(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，隨機信號從LM3914的輸入端5腳輸入，如圖4所示。

圖4中9個計數(shù)通道自左向右依次編號為通道1、通道2、通道3……，通道9，0.2V

3 系統(tǒng)工作過程

計數(shù)系統(tǒng)上電或復位后，首先對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3片8253-3初始化，使其工作于計數(shù)方式，再分別向9個計數(shù)通道送計數(shù)初值，由于8253計數(shù)器是減值計數(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)的計數(shù)值。計數(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。

計數(shù)系統(tǒng)設有數(shù)字鍵1-9，功能鍵如T通信鍵和打印鍵P，按1鍵時，顯示器顯示出通道號1及其通道1的計數(shù)值，按2鍵時，顯示器顯示出通道號2及其通道2的計數(shù)值，依次類推，按T通信鍵時，計數(shù)系統(tǒng)與PC機進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)共享，按P打印鍵時，驅(qū)動微打打印出通道1-9一定時段內(nèi)的數(shù)據(jù)，供統(tǒng)觀和分析之用。

4 結(jié)論

計數(shù)系統(tǒng)以LM3914電平幅度甄別芯片和3片定時/計數(shù)器8253為主角， 8031單片機、2764程序存儲器、6264數(shù)據(jù)存儲器、74LS138譯碼器、顯示器、鍵盤、時鐘電路、復位電路和通信電路組成單片機處理系統(tǒng)，LM3914簡化了傳統(tǒng)的采用多個運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，計數(shù)系統(tǒng)的通道數(shù)較多、通用性較強，能對時間和幅度都不確定的隨機信號按幅度進行區(qū)分并對各種幅度的脈沖信號分別進行計數(shù)，適用于大氣監(jiān)測、環(huán)境保護、工業(yè)生產(chǎn)、遠程監(jiān)控和自動控制等領域。

參考文獻：

[1] 何立民，編著.單片機應用系統(tǒng)設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[2] 劉守義，編著.單片機應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

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

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

[5] 錢辰.基于STM32的塵埃粒子計數(shù)器控制系統(tǒng)設計[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2017.

【通聯(lián)編輯：梁書】