杭州电子科技大学本科毕业设计
v??vo因而，放大器的增益：
R1 (4-1)
R1?RfAVf?RfvoR1?Rf (4-2) ??1?vSR1R1?AVf?0，所以 vo与vS同相。
图4-3 同相放大器
（2）外围电路
光电传感器对外部光线也有响应，因此必须滤除这种干扰。由于背景光线是持续信号，其响应主要是直流量，在第一级放大器输入端的前面设计接入一个1uf电容C1起到隔离直流作用，能起到很好的效果。第二级的1uf电容C2用于两级放大器的耦合。
第一级放大器输入端和地之间接R3；第二级放大器输入端和地之间接R7。使得:
?R3?R1//R2 (4-3) ??R7?R5//R6这样，运放的正、负输入端对地的等效电阻相等，从而降低运放的电压偏移。 4.1.4 电路参数
（1） 输入脉冲幅度： Ui?3~5mv （2） 输入电阻： Ri?10k?
（3） 输出电阻： Ro?1k?
（4） 放大倍数： A?A1?A2?10?100?1000 （5） 放大器级数： 两级，前级A1?100；后级A2?10 （6） 耦合方法： 电容耦合
4.2 整形电路[11]
光电池的输出脉冲并不是规则的矩形脉冲信号，而是类似升余弦信号。再经放大后也会产生失真，因此必须对信号进行整形。采用常用的CD4093 施密特触发器便可实现整形功能，改善脉冲波形，确保后续编码器的正常编码。
施密特触发器不仅可以进行波形整形，它的迟滞特性还可以有效地克服噪声
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和干扰的影响，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会有错误的输出。施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到阈值电压时，电路状态发生转换，通过电路内部的正反馈过程使得输出电压的波形的边沿变得很陡峭。利用施密特触发器可以实现有效脉冲的识别见图4-5。
图4-4 施密特触发器的电压传输特性 （a）同相输出； （b）反相输出
图4-5 利用施密特触发器实现有效脉冲的识别
4.3 编码电路[11]
对于38路信号通道，必须对其进行编码以便于信号识别和传输。38路信号按照设计方案编码为1－38号，脱靶无信号记为0号。对多个探测器同时接收到信号的情况，对应于探测器的码号就是取码号大的探测器为有效，采用优先编码器便可实现编码的优先选择。
商用的单个优先编码器的编码输入最多只有8路，要构成更多路的优先编码器，可以采用6片8－3优先编码器进行扩展为40－6优先编码器。 4.3.1 编码电路图
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图4-6 40-6优先编码器电路图
4.3.2 电路原理
（1）优先编码器（74HC148）
8－3线优先编码器的功能表如图3-7。待编码的8条输入线 I7~I0采用8中取1码，逻辑0有效，编码后的输出A2A1A0 用反码表示。可以看出，编码器是以输入为0的最高优先编码的，而低位若同时输入0，则是无意义的。此外，电路还设有选通输入，即使能端EI，它也是逻辑0有效；输出还设有允许输出端Eo及允许扩展端Gs，利用它们可判断出A2A1A0是否有效，以及是否允许扩展编码。 根据真值表，写出编码器的逻辑表达式如下：
A2?EI?I7?EI?I7?I6?EI?I7?I6?I5?EI?I7?I6?I5?I4
?EI(I7?I7I6?I7I6I5?I7I6I5I4)
?EI(I7?I6?I5?I4) (4-3)
故： A2?EI(I7?I6?I5?I4) (4-4) 同理： A1?EI(I7?I6?I5I4I3?I5I4I2) (4-5)
A0?EI(I7?I6I?I6I4I3?I6I4I2I1) (4-6)
而允许输出为： EoE0?EI?I7I6I5I4I3I2I1I0 (4-7) 允许扩展端是： Gs?EI?EI?I7I6I5I4I3I2I1I0?EI?Eo (4-8)
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图4-7 8-3 线优先编码器真值表（74HC148）
（2）8-3线优先编码器扩展为40-6线优先编码器（图4-6）
5片74HC148并排用作输入，其输入从低位片到高位片排列为I0 ～I39。每一个高位片的输出允许端Eo接其相对低位片的使能端EI。这样，当总使能EI＝0时，允许电路进行编码工作，若高位片的诸输入中有一个为0时，该片的Eo＝1，Gs＝0，这样就禁止了低位片的编码，以此类推，5片74HC148的输入端编码便具有了优先性。
5片74HC148的允许扩展端Gs按低位片至高位片的顺序分别接到第六片74HC148的I0、I1、I2、I3、I4输入端，而I5、I6、I7端则接高电平（表示无输入）。这样第六片74HC148的三位输出便表示整个40-6线优先编码器的高三位A5、
A4、A3。而40-6线优先编码器的低三位输出A2、A1、A0与前5片74HC148的输出端一致。
由于74HC148的输出端不是三态门，不能直接连接在一起。而把5片74HC148的同名输出端接到74LS30（8输入的与非门）取与非便可以解决这个问题。同时输出取反，输出为逻辑1有效。为使高三位输出与低三位输出一致，用CD4049反相器对高三位取反。
40-6线优先编码器的六个输出均为逻辑1有效，可以接到后续的2051单片机进行串行传输。
4.4 串行传送
为实现将编码器输出的6位并行信号串行传送，同时实现数据发送和打靶射击的同步性。采用89C2051单片机便可实现要求。 4.4.1 单片机及外围电路图
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图4-8 2051单片机及其外围电路图
4.4.2 电路原理
（1）编码器的输出通过2051 P1口的低6位（高2位接地为逻辑0）输入。 （2）选用11.0592 MHz的晶振构成单片机的时钟，这样在串口工作方式1下可得到准确的9600bps的串行波特率，方便计算机的接收。
（3）单片机接有复位开关按钮。
（4）实现打靶和信号采集传送的同步化。
由于采用单片机的外部中断0（INT0）作为数据串行传送的使能端，且INT0设为下降的跳变沿有效。使能开关（激光枪的开关）一端接地，另一端接INT0，又经上拉电阻接到电源，这样当开关按下时，便有下降沿的跳变信号输入INT0，产生中断。
同时，开关又要同步控制激光枪的发射。因此开关又接激光头的负端，从而控制激光头负端的接地，只有当开关按下时，激光头两端才有工作电压。
这样，同一个开关既控制单片机的中断，又同时控制激光枪的发射，从而达到打靶和信号采集传送这两个“动作”的同步化。 4.4.3 AT89C2051单片机[12]
AT89C2051单片机是AT89C51的简化型号，其指令系统和内部RAM均与AT89C51相同。不同的是它的内部ROM为2k，而89C51为4k，而且2051比89C51少了P0和P2输入/输出口以及外部ROM、RAM的扩展端，因此在引脚上2051只有20个脚。AT89C2051单片机主要适用于较为简单的微控制系统。在本系统中，用到AT89C2051的6个外部I/O口，一个外部中断和串行输出口。