基于89C2051单片机的激光打靶信号处理系统设计

目 录
1 引言 1
2 概述 2
2.1 激光打靶系统概述 2
2.2 本设计方案思路 3
2.3 研发方向和技术关键 3
2.4 主要技术指标 3
3 总体设计 4
3.1 激光的检测 4
3.2 靶位的划分 4
3.3 编码标准 5
3.4 成绩的传送和处理 5
3.5 其他说明 5
4 硬件设计 6
4.1 信号放大电路 6
4.2 整形电路 8
4.3 编码电路 9
4.4 串行传送 11
4.5 电平转换 13
5 软件设计 14
5.1 总体方案 14
5.2 程序流图 14
5.3 模块说明 15
6 制作与调试 18
6.1 硬件电路的布线与焊接 18
6.2 调试 18
7 结论 20
参考文献 21
致谢 22
附录 23
2.2 本设计方案思路
本设计以实现信号的良好检测和数据转换、传输为主要目的；以信号检测，信号编码和数据传输为主要设计内容。
在信号检测方面设计单脉冲小信号的放大电路和信号整形电路；在信号编码方面，要解决多路信号的编码问题，还要考虑到编码的优先选择问题；在脱靶问题的处理方法上，对打靶和信号采集传送进行同步化处理（详见第二章的硬件设计部分），把脱靶的情况与中靶的情况归为一类处理；数据传输采用UART串口通信。
2.3 研发方向和技术关键
（1）合理划分激光靶的光电探测器，提高系统的精度；
（2）单脉冲小信号的放大和整形；
（3）多路优先编码器的扩展；
（4）与微机进行数据传输，方便成绩的统计、保存、显示和查询。
2.4 主要技术指标
（1）激光脉宽： 大于1ms
（2）激光脉冲响应幅度：约10 mv
（3）打靶距离： 30米
（4）串行输出帧格式： 射击次数 ＋ 所击中的光电探测器的编号
3 总体设计
激光打靶系统是一种集光、电于一体的系统，其工作原理是激光枪发出的激光束，打到光电传感器上，经光电传感器将光信号转换为电信号，电信号经过信号处理后由单片机发送到计算机的串行口，然后在计算机上完成成绩显示、查询和保存等功能。
激光打靶系统结构的组成框图如图3-1所示。该系统包括半导体激光枪、模块式探测器、数字信号处理和发送电路、计算机数据处理程序等四部分。
3.1 激光的检测[7,8]
每次打靶，激光枪发出一个激光脉冲。如果激光脉冲击中光电靶，利用光生伏特效应，光电靶上的探测器把光信号转换成电信号，因此激光的检测就是对探测器响应电信号的检测。光电探测器的响应是一个单脉冲小信号，整个检测过程包括：信号放大、波形整形，检测输出是标准的脉冲数字信号。
3.2 靶位的划分
把一个激光靶划分为38块探测器，中心10环为一块探测器；9.8.7.6环分别有8块探测器；5环有5块探测器。根据不同靶位上的探测器来判断所击中的位置，包括环数：10.9.8.7.6.5；偏离方向：上.下.左.右.左上.左下.右上.右下。
若信号击中两块或四块探测器的交界，则只取其中一块为有效，记为有效的探测器满足以下条件：
（1）环数高；
（2）偏离方向为斜向（例如：上和右上两方向，选择右上）。
根据上述要求，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=13236以及硬件电路设计的需要，对不同的探测器进行编码，见图3-2（右）。

图3-2 靶位划分与编号

（1）主程序：
MAIN:
MOV SP,#0X60  ；堆栈初始化
 CALL INIT     ；各寄存器参数设置
MOV 40H,#0x01 ；打靶次数置1  
AJMP $        ；等待中断
（2）初始化程序：
INIT:            
MOV TMOD,#0X21；波特率发生器
MOV TL1,#0XFD ；波特率 9600bps
MOV TH1,#0XFD
CLR ET1       ；禁止timer1 
SETB PT1      ；时钟1 优先级:高          
MOV SCON,#0x40；串口工作模式1,SM2=0,REN=0
MOV PCON,#0   ；波特率 9600bps
SETB EA       ；中断允许
CLR PS        ；关闭串口中断
CLR ES        ；串口优先级:低     
SETB EX0      ；开外部中断INT0 SETB IT0      ；下降沿有效
CLR PX0       ；INT0 优先级:低
SETB TR1      ；时钟1 开始计数
RET
（3）中断服务程序：
_INT0:         ；ISR中断服务程序
NOP
CALL DELAY_2MS ；同步延时
MOV P1,#0xff  ；读P1口前先置1
MOV A,P1      ；读P1口
CALL INT0_SEND
RET
1
2
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5
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7
8
9
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