基于STC12C5A32S2同视机控制系统的设计

2018-04-17李会杰李俊廷任超越

长春工业大学学报 2018年1期

李会杰，　李俊廷*，　任超越

(1.长春工业大学机电工程学院，吉林长春　130012;2.长春工业大学电气与电子工程学院，吉林长春　130012)

0　引　言

同视机又名大型弱视镜或斜视镜，是从Worth弱视镜演变过来的。同视机的主要功能是对双眼功能的检查，以及与视网膜相对应的斜视度数的测定，按照不同的诊断眼位斜视度变化规律，分析眼球的运动状况。而且能够针对患者的病情做相应的脱抑制训练、异常视网膜的矫正训练和弱视治疗。同视机是检查斜视、弱视的基本医疗设备，其主要的设计思想是运动结构能够围绕眼睛的任意方向做旋转运动，其旋转运动主要包括围绕X轴的外展和内收运动，围绕Y轴的上、下旋转运动，围绕Z轴的内旋和外旋运动。

同视机是集治疗与检测融合为一体的眼科光电仪器。它的主要检测对象是融像、立体视等双眼视觉功能和诊断主客异常视网膜对应、测量斜视角度、隐斜、后像、弱斜视等眼科疾病，是检查斜视和弱视检测必备的医疗检测仪器。其主要使用人群是儿童，针对于远视性弱视、近视性弱视、屈光不正性弱视等相对应的弱视患者。

1　同视机的总体电路设计

为了实现同视机的各项功能，总体结构主要包括单片机(STC12C5A32S2/AD/PWM)、键盘输入、数码管显示、A/D信号采集、L9110电机驱动、TIP142 LED灯驱动、蜂鸣器、RS232串口通讯和电源八部分，总体电路设计如图1所示。

图1总体电路设计

2　软件程序设计

2.1　主程序的设计

系统的软件主要采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。主程序对模块进行初始化，而后调用键盘、A/D转换、显示等模块，通过控制这些模块来实现同视机的各项功能。电路设计如图2所示。

2.2　中断定时子程序

文中的中断定时是每60 s执行一次函数，中断定时的程序设定首先设定初值，由于电路用的外部晶振是11.059 2的标准晶振。在转载初值时是45 872的定时为50 ms。如果想要定时60 s，在每隔600 s就让F制动加1，也就是12个50 ms，让该程序执行100周期，即F=100就是60 s。

图2　电路设计

2.3　键盘子程序

先判断所有按键中是否存在按下的按键，文中按键与单片机I/O链接方式是：采用低电平触发方式链接(当按键被按下时I/O的电平变为低电平)。也就是说，当I/O口上的数据为0FH时，这就说明了开关按键是没有被按下的，相反单片机的I/O口读到的数据并不是0FH，此时按键被按下。如果单片机判定按键被按下，就要对按键的位置进行识别，一般采用扫码识别。扫码识别过程如下：在每一列上送高电平，然后检查所有行的电平状态，如果全部呈现为高电平，说明该按键不在该行中，如果该行中存在低电平，说明按键就在该行中，那么行与列的交点就确定了按键的位置[2]。

键盘程序框图如图4所示。

图3　中断定时子程序框图

图4　键盘程序框图

2.4　显示子程序

采用数码管显示，采用方式为动态显示方式。动态驱动原理是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，并且增加位选和段选，通过控制电路来控制每个数码管的COM公共端，位选的控制是通过数码管各自的I/O线来控制[3]。当单片机输出数码管的字形编码时，所有的编码会同时送到所有的数码管的端口上，但最后能显示出字形的数码管要取决于单边对位选的控制，所以，可以通过位选来控制哪一个数码来显示字形[4]。

通过对LED数码管的轮流控制来实现数码管的动态显示。在对数码管的控制中，要事先设计好每一个数码显示的时间，文中对数码显示的时间设定为2～3 ms。这样设定的原因是人类视觉的暂留现象，以及有着余晖效应的二极管，尽管没有同时点亮，只要扫描时间在一定的范围内，对于人眼是能够同时看见数码同时显示，在实验长时间的显示过程中也不会出现波动[5]。

显示程序框图如图5所示。

图5　显示程序框图

2.5　A/D数据转换子程序

STC12C5A32S2系列单片机本身含有ADC模块，所以不需要外部设计A/D和D/A转换器。该芯片的ADC是从高位到低位的顺序与单片机固定的数值进行比较,使数字在该D/A转换器最小误差范围内趋近于实际模拟值。对于文中使用的A/D转换器,具有速度高和低功耗的特点[6]。A/D转换器的工作原理是使用实验得到的模拟量与进行A/D转换的寄存器所设定的固定的数字量进行比较，最后将每一次比较的结果存储起来，并且由逐次比较器输出结果。ADC_RES和ADC_RESL分别储存A/D和D/A转换的数据结果，对于ADC 控制是由ADC_CONTR完成的。单片机中的A/D转换结束标志位ADC_FLA是程序发送中断请求和满足程序查询的一个设定值。ADC_CONTR中的CHS2_HS0控制寄存器控制着模拟通道的选择。SPEED1和SPEED0寄存器是用来控制ADC转换的速率。ADC控制寄存器中的ADC_POWER位控制是否上电位。

2.6　PWM应用子程序

本设计是通过单片机I/O口的输出来实现PWM波，通过控制单片机的输出频率能够实现PWM波的频率变换。在确定PWM波的频率为500 Hz的情况下，单片机可以控制PWM的占空比，从而实现单片机对直流电机转动速度的控制。通过PWM脉冲的占空比的改变就能随意控制大小。以固定的时间T，通过改变大小的方法，从而实现对占空比的调节。文中采用STC12C5A32S2单片机为控制核心，该芯片采用T0定时计数器的工作模式中的模式2是使用8位自动从装工作方式。在程序初始化时，TL0和TH0被装载相同的数值[7]。当TL0计数溢出时，硬件就自动将TH0中的初值装入TL0中，从而实现自动循环。这里的定时时间t是通过如下计算得到的

t=(28-T0初值)×Tosc×12

(1)

式中：Tosc----振荡周期。

把酒临风：科技创新不是一个急功近利的问题，在中国你成功之后别人可能会抄袭，但在法治国家不行，你抄袭就重罚你，谁都不能随便侵犯他人，如果真做到这一点，我们的科技创新就能产出更多成果。也就是说完善的财产保护制度，才能让大家看到技术创新暴富的可能性。

(2)

按照式(2)可以计算得到定时器最小的定时时间。设晶振频率为12 MHz。