基于LM3914的随机信号计数系统

潘晓兵

摘要：随机信号计数系统以幅度甄别芯片、定时/计数器和单片机为核心，外加程序存储器、数据存储器、译码器、显示器和键盘等组成，计数系统设有9个计数通道，可对9个不同幅度等级的随机信号进行幅度甄别和幅度分离，每个计数通道计数1个幅度等级的信号，计数系统的通道数较多，通用性较强。

关键词：随机信号;LM3914;幅度甄别;计数系统;单片机

中图分类号：TP319     文献标识码：A

文章编号：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

现代工业生产、环境监测和自动控制等方面都要用到数据采集系统，其中以模拟量为采集对象的系统为多数，例如温度、湿度、压力、流速、位移和角度的变化都是模拟量。工业生产和自动控制等方面有时会用到散随机信号的数据采集系统，这类信号出现的时间是随机的，幅度也是随机的，例如天体脉冲检测，空气尘埃检测，其信号比较复杂，波形千变万化，幅度和时间没有规律可循，为论述方便，设随机信号的波形如图1所示。

图1中信号的最大幅度为2.0伏，幅度分为10个等级，级差为0.2V，要求计数系统对上述9个幅度较大的信号进行幅度甄别和幅度分离，并对各种幅度的信号分别进行计数。

2 系统硬件组成

2.1硬件框图

计数系统以LM3914电平幅度甄别芯片、Inte 8253定时/计数器和Intel 8031单片机为核心，外加Inte 2764程序存储器、Inte 6264数据存储器、74LS138译码器、显示器、键盘、时钟电路、复位电路和通信电路等组成，硬件框图如图2所示，图中三片定时/计数器构成9通道计数电路。

2.2 LM3914的主要功能

LM3914是10位电平幅度甄别芯片，内含输入缓冲器、10级电阻分压器和10级电压比较器等，电压比较器的同相输入端与电阻分压器相连，如图3所示。LM3914的5脚为信号输入端， 1、10-18脚为信号输出端，随着5脚输入端信号幅度的逐步提高，输出端1、18、17、16、15、14、13、12、11、10脚依次输出低电平，5脚的输入幅度范围为0～2.0V。

2.3 LM3914与8253的连接

上述LM3914有10个输出端，3片定时/计数器8253只有9个输入端，因此将LM3914最低幅度输出端1脚的输出信号作为干扰信号或噪声，不进行计数，只对18-10脚的9个输出信号进行计数。幅度甄别芯片LM3914的18-10脚依次与3片定时/计数器8253-1、8253-2和8253-3的各个输入端连接。定时/计数器8253-1、8253-2和8253-3的各个输出端均与单片机8031的数据总线Data Bus： D0-D7连接，定时/计数器8253-1、8253-2和8253-3各自的读写许可端均与8031的控制总线Ctrl Bus： WR、RD、CS连接，随机信号从LM3914的输入端5脚输入，如图4所示。

图4中9个计数通道自左向右依次编号为通道1、通道2、通道3……，通道9，0.2V

3 系统工作过程

计数系统上电或复位后，首先对8031内部RAM、特殊功能寄存器及堆栈及栈指针SP初始化，其次分别对3片8253-3初始化，使其工作于计数方式，再分别向9个计数通道送计数初值，由于8253计数器是减值计数器，从8253上读取的数据需通过数值转换程序把减值数转换为增值数，才能作为常规的计数值。计数值通过显示程序在显示器上显示，系统软件流程如图5所示。

计数系统设有数字键1-9，功能键如T通信键和打印键P，按1键时，显示器显示出通道号1及其通道1的计数值，按2键时，显示器显示出通道号2及其通道2的计数值，依次类推，按T通信键时，计数系统与PC机进行通信，实现数据传输和数据共享，按P打印键时，驱动微打打印出通道1-9一定时段内的数据，供统观和分析之用。

4 结论

计数系统以LM3914电平幅度甄别芯片和3片定时/计数器8253为主角， 8031单片机、2764程序存储器、6264数据存储器、74LS138译码器、显示器、键盘、時钟电路、复位电路和通信电路组成单片机处理系统，LM3914简化了传统的采用多个运算放大器组成的多路电压比较器，使幅度甄别电路非常简单，体积缩小许多，计数系统的通道数较多、通用性较强，能对时间和幅度都不确定的随机信号按幅度进行区分并对各种幅度的脉冲信号分别进行计数，适用于大气监测、环境保护、工业生产、远程监控和自动控制等领域。

参考文献：

[1] 何立民，编著.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[2] 刘守义，编著.单片机应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3] 余锡存，编著.单片机原理与接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

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[5] 钱辰.基于STM32的尘埃粒子计数器控制系统设计[D].镇江：江苏大学，2017.

【通联编辑：梁书】