目錄摘要： 2一、引言 2二、基本要求 3三、技術指標 3四、案論證與比較 4五、硬件系統原理說明 41.扁平線信號源 52.選擇檢測單元模塊 63.單片機控制模塊 84.電源電路 95.方波頻率信號產生電路 106.譯碼顯示電路 10六、軟件系統設計說明 111、主程序設計 112、六位二進制計數編碼和六十四計數BCD碼產生子程序 123、障信號處理子程序 14結束語： 16參考文獻及資料： 16扁平線測試儀的設計與實現鮑勇佛山市高級技工學校摘要：本篇論文系統地闡述了利用單片機實現扁平線的測試儀的工作原理、設計方法、性能分析、并總結出了測試的方法。系統采用自帶8KROM的AT89C52(不需要外擴ROM)實現系統的檢測和線號的鎖存功能，并采用外部的數字集成電路（9片74LS151）組成了選擇電路，依次對扁平線進行檢測，同時采用了LED靜態顯示，更直觀的顯示了扁平線的短路和斷路線號，給維修帶來了很大的方便。通過試驗與測試系統到達了設計要求。此設計具有集成度高、通用性強、硬件價格低廉、有較好的應用前景。【關鍵詞】扁平線單片機斷路短路一、引言扁平線就是硬件設備與硬件設備之間傳遞信息的數據線。它的主要作用就是連接設備、傳輸信息，使用方便、快捷；并且，扁平線都是由一組線組成，有20位、26位、40位和64位等多種規格，所以一次能夠傳送多位數據，適合現代技術發展的需要，對生產生活中重大的作用。在實際的設計工作中，往往要進行數據的傳輸，那么就要扁平線快速、準確的傳輸數據。但在設備的可靠性檢測工作中，大都忽略了扁平線的檢測，因為沒有對它進行檢測，如果在現場工作中使用了壞的扁平線，不僅會使在傳送信號的數據，造成工作設備的錯誤操作，而且對檢修時間造成了不必要的浪費。所以，我們要設計一套對扁平線進行數據可靠性檢測的設備，這對實際的工作有很大的幫助。本設計系統使一套能夠判斷各類機器中所用64（可擴展為其它規格）扁平線短路或斷路故障，并定位顯示故障點所在線號的儀器設備。系統設計中本著準確、可靠、穩定的原則、采用硬件與軟件配合的方法進行設計。整個系統主要包括三個模塊：信號源模塊、檢測模塊、顯示模塊。信號源模塊主要為64針扁平線提供電源信號，由模擬電路實現。在檢測模塊中我們采用了單片機系統和數字集成電路技術，通過軟件編程與外部數字集成電路配合，完成整個檢測過程，并確定故障所在線號，最終將線號通過譯碼提供給顯示模塊，完成顯示功能。在本系統中，單片機主要產生外部硬件電路所需要的二進制數編碼，完成從1到64循環計數，實現對故障線號的鎖存功能。通過實際的設計制作本系統已完成各項基本功能，并打到設計要求。由于本系統儀器具有價格低、檢測方便、準確等優點，因此在實際中具有推廣的價值。二、基本要求要求能夠測出扁平線的斷路或短路故障。要求能夠定位顯示故障點所在線號。框圖如下所示扁平線插槽扁平線插槽顯示三、技術指標檢測準確率達100％。斷路、短路故障定位顯示準確率100％。四、案論證與比較1．方案一：利用數字集成電路與模擬電路配合實現扁平線、斷路故障檢測功能。利用分立元件提供給扁平線信號，通過數字集成電路對每根數據線的循環檢測、計數、并鎖存故障點線號，通過譯碼驅動顯示模塊或發光二極管完成顯示功能。改方案充分利用了數字集成電路，元件在市場上較易購買，成本較低。但硬件電路復雜、部分功能實現比較復雜，易受到外界的干擾。2.方案二：如圖所示89C51單片機系統為核心，通過軟件編程與外部9片74LS151八選一數據選擇器集成電路實現系統功能。單片機主要起檢測、計數、鎖存功能。此設計方案對完成儀器功能交易實現，性能價格比高，易于功能擴展。扁平線信號源數字繼承電路扁平線信號源數字繼承電路單片機譯碼顯示3.方案三：采用89C52單片機系統與可編程邏輯控制器件（CPLD）配合實現功能。利用CPLD技術將外部硬件電路集成到單片機的CPLD芯片中，在通過單片機編程實現各功能。此方案使系統集成最優化，但由于CPLD芯片在市場中的價格較貴性能價格比高，在實際不易推廣。五、硬件系統原理說明扁平線測試系統的硬件部分其工作原理框圖如上圖示：其工作原理：把待測扁平線的兩端分別插入硬件中的兩個插口，連接電源，單片機運行測試程序產生二進制編碼去控制九片八選一的芯片，依次對扁平線從0到63的每一根線進行檢測其電平信號（扁平線的電平信號由扁平線信號源提供）。第一輪檢測斷路，第二輪檢測短路，斷路與短路的檢測轉換通過單片機程序實現（外部電路通過開關來實現），并利用發光二極管指示檢測的工作狀態（即綠燈檢測斷路，紅燈檢測短路，只有紅燈或綠燈亮的時候才能進行檢測，外部電路通過開關來轉換）.程序中同時對六位二進制編碼進行調整產生與六位二進制同步的從0到64的計數，并送給譯碼顯示單元顯示當前檢測到的線號，當單片機檢測到故障信號時，將當前檢測到的故障點所在線號鎖存，把該線號通過數碼管上顯示出來。兩輪檢測完畢即完成檢測功能，最后數碼管顯示“63”。1.扁平線信號源電路如圖所示，根據設計要求進行分析，本設計方案中扁平線信號源提供的時高、低電平兩種信號（接地為低電平信號，懸空為高電平信號）。由于扁平線在出現斷路時其每一根均有可能，故在測試時對每一根都進行檢測。出現短路則時兩根線間的短路問題，如圖示即雙號與單號線的短路。檢測原理為：KA閉合，給每一根線加上低電平，在另一端進行斷路故障檢測（如在另一端檢測到斷路，則檢測結果為高電平，否則為低電平）。KA斷開，如圖示雙號線為低電平，單號線為高電平，在扁平線的另一端對單號線進行短路檢測（如在另一端檢測到短路，則檢測結果為低電平，經過反向器后為高電平送到單片機）。圖中單號線接有二極管斷的錯誤。電阻R4,R2的作用示起到限流的作用防止數字集成電路在工作時，目的在于起到隔離作用，避免電平信號的戶串，導致故障判過熱，通常限制在5mA左右，故有：R4=R2=5V/5Ma=1K，故在本設計中采用1千歐的電阻，對數字集成電路起限流作用。2.選擇檢測單元模塊芯片介紹：八選一數據選擇器（74LS151）數據選擇器：把多個通道的信號傳送到公共數據上去，完成這一功能的邏輯電路為數據選擇器。74LS151功能表74LS151功能表上面所討論的時一位數據選擇器，如須選擇多位數據時，可由幾個一位數據選擇器并聯組成，即將它們的選擇輸入端和使能端連在一起。二位數據選擇器的連接方法如下圖所示：D0D0…….D7A—CSYD0…….D7A—CSY當需要進一步擴充數時，只需要相應的增加器件的數目。在本設計中就是采用了這種方法擴展了64位數據選擇器（九片八選一芯片（74LS151）數字集成電路來實現的擴展）。允許自8條輸入數據中選擇1個。執行并行輸入到串序輸出的轉換。有使能輸入端，原、反碼輸出。可用作函數發生器。原理如下：在本系統中采用的使九片八選一芯片（74LS151）數字集成電路來實現。利用單片機89C52產生的六位二進制編碼來依次選擇64針扁平線檢測。如圖示，KA閉合時進行斷路故障的檢測，工作時由扁平線信號源給64針都加低電平，檢測時輸入的六位二進制編碼當為00H時選中一號線輸出，為01H選中2號線輸出，依次類推檢測。檢測中無故障則各輸出為低電平，若某根線斷路則輸出高電平。KA打開時進行短路故障的檢測，工作時只檢測單線號，如扁平線信號源圖示，雙號線都加上低電平，單號線由于開路即為高電平。當六位二進制編碼為00H時選中1號，為02H時，選中3號，檢測中無故障則各輸出經反向器后為低電平，若兩線之間存在在短路故障則輸出經反向器為（對于01H、03H等檢測單號線的編碼通過外部電路使之部起作用）。上述斷路或短路輸出的故障信號高電平，提供給單片機，從而鎖存顯示扁平線的故障點所在線號。3.單片機控制模塊芯片及部分電路的說明：根據設計要求,利用單片機進行編程并實現一些算法，完成控制功能，在本系統的設計中需要占用較多的口線，由于89C52比8031多了8K的內部ROM因此無需擴展外部存儲器，從而89C52對應8031的P0口，P2口作高、低地址線的各口線可作為基本I/O口使用，這樣就多添了許多I/O口線作為系統的I/O口使用，達到系統的要求，故系統在設計中采用了89C52芯片，其電路如圖所示。單片機（80C52）芯片各部分的說明：P1口：是一個8位漏極開路的雙向I/O口。在本系統中P1.0-P1.5作為六位二進制數編碼輸出；其中P1.0-P1.2與八片74LS151芯片的ABC相連，P1.3-P1.5與第九片74LS151芯片的ABC相連。P2口是一個具有內部上拉電路的8位雙向I/O口。在本系統中P2.0-P2.7作為六十四計數BCD碼輸出，與譯碼顯示電路相連。P3口是一個具有內部上拉電路的8位雙向I/O口，P3口提供各種專用功能的引腳。P3.0作為故障信號輸入端口；P3.1作為復位輸入端口；P3.2作為計數溢出端口；P3.4作為脈沖輸入端口；XTAL1:振蕩器反向放大輸入端和內部時鐘發生器的輸入端；XTAL2:振蕩器反向放大輸出端時鐘信號的產生：在89C52芯片內部有一個高增益反向放大器，其輸入端位芯片引腳。XTAL1,其輸出端位引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路。如下圖所示：一般電容C1和C2取30PF左右。晶體的振蕩器頻率范圍是1.2MHZ-12MHZ。晶體的震蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度也越快。但反過來運行速度對存儲器的速度要求越高，對印刷板的工藝要求也越高。89C52在通常應用情況下，使用振蕩頻率為6MHZ的石英晶體振蕩器，而12MHZ主要在高速串行通信的情況下才使用。4.電源電路在本設計中單片機及外圍設備的數字集成電路要求穩壓器能提供穩定固定電壓，并且要求有足夠的輸出電流，整個系統的電源由交流220V電經變壓器濾波后由穩壓集成塊7805提供，因為穩壓集成塊7805具有1.5A的輸出能力；內部含有限流技術，將繼承穩壓器所有的單元電路，其中包括取樣電阻網絡，都集成在一個芯片內，組成只有輸出、輸入和公共地三個端子的集成穩壓器。在使用過程中，不必外接元件就能獲得固定的穩定輸出電壓。具體電路如圖所示：5.方波頻率信號產生電路其具體電路如上圖所示，為了得到頻率穩定性高的脈沖信號，所以采用石英晶體振蕩器，由于石英晶體具有穩定性好、品質因素高等特點，而且石英晶體的選頻特性好。使用芯片介紹：雙D型正沿觸發器（74LS74）：雙D型正沿觸發器在正跳沿前接收輸入信號，正跳沿后輸入被封鎖。因此可以構成二分頻電路。雙4位十進制計數器（74390）：原理說明：在原理圖中，并聯在兩個反向器輸入、輸出的電阻R，其作用是使反向器工作在線性放大區。R的電阻，對于TTL門通常在0.7千歐――2千歐之間（在本設計中采用的是1千歐的電阻），電路中，電容C4用于兩個反向器間的耦合，而C5的作用則是抑制高次諧波，以保證穩定的頻率輸出。故在設計我們采用74LS04和石英晶體等元件構成的石英晶體振蕩器產生4MHZ的頻率信號。信號經過74LS74和74LS390分頻得到我們所需要的頻率方波信號（如1MHZ等），信號送給單片機系統。6.譯碼顯示電路七段譯碼器\驅動器（74LS48）管腳圖：七段譯碼器\驅動器（74LS48）有效高電平輸出；內部有升壓電阻因而無需外部電阻；試燈輸入；前/后沿滅燈控制；有燈光強度調制能力；輸出最大電壓5.5伏；吸收電流，74LS48位6毫安。系統設計采用靜態顯示，電路如下圖示。由單片機P2.0—P2.7口產生的六十四計數BCD碼經過BCD－譯碼器74LS48譯碼送給LED數碼管顯示，斷路和短路檢測分別采用兩個發光二極管指示。六、軟件系統設計說明在軟件程序設計過程中，根據設計要求確定89C52芯片各功能管腳如下：P1.0-P1.5作為六位二進制數編碼輸出；其中P1.0-P1.2與八片74LS151芯片的ABC相連，P1.3-P1.5與第九片74LS151芯片的ABC相連。P2.0-P2.7作為六十四計數BCD碼輸出，與譯碼顯示電路相連。P3.0作為故障信號輸入端口；P3.1作為復位輸入端口；P3.2作為計數溢出端口；P3.4作為脈沖輸入端口；1、主程序設計如下圖所示：2、六位二進制計數編碼和六十四計數BCD碼產生子程序程序流程圖如下圖所示，在0到64數范圍內分階段調整，當值小于10H時，即0－F時，用十進制調整指令DA以能滿足要求對其直接進行調整，所以用DA指令直接進行調整。但是由于DA只對9以下的值進行調整，當值為10H<Z<20H時，DA調整后再進行加6調整。同理，再20H<X<30H范圍內時，DA調整后需再進行加12調整；再30H<X<40H時范圍內，DA調整后需再進行加18調整；只有這樣才能得到正確的結果，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、障信號處理子程序單片機89C52的P3.O接故障信號輸出端，由高電平表示斷路或短路故障，再故障信號到來時，系統程序跳到故障信號處理子程序，等待復位信號到來才重新工作。其流程圖如下：程序如下：gz:movr1,amovp1,acjner1,#01h,cn2ajmpcn3cn2:mova,r2jzcn1incacn1:movp2,amovr2,amova,r1incaan1p3.1,#oefhgz1:jbp3.1,