1、吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书基 于 MCU 的 薄 膜 按 键 寿 命 测 试 系 统A Testing System for Thin-film Key Life Based on MCU吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- I -独 创 声 明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 毕 业 设 计 (论 文 )， 是 本 人 在 指 导 老 师 的 指 导 下 ，独 立 进 行 研 究 工 作 所 取 得 的 成 果 ， 成 果 不 存 在 知 识 产
2、 权 争 议 。 尽 我 所 知 ，除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 设 计 （ 论 文 ） 不 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体已 经 发 表 或 撰 写 过 的 作 品 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。本 声 明 的 法 律 后 果 由 本 人 承 担 。作 者 签 名 : 二 一 年 九 月 二 十 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 使 用 授 权 声 明本 人 完 全 了 解 滨 州 学 院 关 于 收 集 、 保 存 、 使 用 毕 业 设 计 （ 论
3、文 ） 的 规 定 。本 人 愿 意 按 照 学 校 要 求 提 交 学 位 论 文 的 印 刷 本 和 电 子 版 ， 同 意 学 校 保 存学 位 论 文 的 印 刷 本 和 电 子 版 ， 或 采 用 影 印 、 数 字 化 或 其 它 复 制 手 段 保 存 设计 （ 论 文 ） ； 同 意 学 校 在 不 以 营 利 为 目 的 的 前 提 下 ， 建 立 目 录 检 索 与 阅 览服 务 系 统 ， 公 布 设 计 （ 论 文 ） 的 部 分 或 全 部 内 容 ， 允 许 他 人 依 法 合 理 使 用 。（ 保 密 论 文 在 解 密 后 遵 守 此 规 定 ）作 者 签 名
4、: 二 一 年 九 月 二 十 日基 于 MCU 的 薄 膜 按 键 寿 命 测 试 系 统- II -摘 要按 键 的 寿 命 测 试 是 一 项 重 复 性 、 机 械 性 的 工 作 ， 然 而 ， 按 键 的 使 用 寿 命 是 一 项 需 要测 试 的 指 标 。 按 键 的 寿 命 一 般 在 几 十 万 次 到 上 百 万 次 之 间 ， 由 人 工 测 试 几 乎 是 不 可 能 的 ，需 设 计 自 动 按 键 系 统 对 其 测 试 。本 按 键 寿 命 测 试 系 统 是 一 种 测 试 按 键 使 用 寿 命 的 设 备 ， 其 基 本 工 作 原 理 是 利 用 电
5、磁 铁的 往 复 运 动 来 模 拟 人 手 敲 击 键 盘 的 动 作 。 本 设 计 主 要 实 现 自 动 按 键 ， 将 采 集 到 的 按 键 次数 等 数 据 进 行 处 理 并 实 时 的 显 示 在 液 晶 屏 上 ， 从 而 能 直 观 的 读 出 薄 膜 按 键 被 按 压 的 次 数且 最 终 测 出 使 用 寿 命 。 整 个 系 统 主 要 由 机 械 固 定 装 置 和 P89LPC936 单 片 机 及 其 相 关 外 围 电路 两 大 部 分 组 成 。 机 械 固 定 装 置 用 来 对 单 片 机 及 其 外 围 电 路 、 电 磁 铁 及 其 驱 动 电
6、路 分 别进 行 固 定 并 使 之 在 一 个 工 作 界 面 上 ， 且 确 保 电 磁 铁 探 头 的 中 心 点 与 被 测 试 按 键 的 中 心 点在 同 一 条 水 平 线 上 ， 同 时 底 部 采 用 滑 轨 支 架 和 可 移 动 的 滑 轨 来 灵 活 调 节 两 部 分 的 距 离 ， 方便 对 系 统 的 测 试 、 控 制 和 操 作 。 单 片 机 结 合 按 键 扫 描 电 路 、 液 晶 显 示 电 路 、 蜂 鸣 报 警 电路 、 电 磁 铁 驱 动 电 路 等 子 模 块 对 采 集 到 的 按 键 信 号 进 行 处 理 、 分 析 、 显 示 ， 并
7、用 单 片 机内 部 EEPROM 对 数 据 进 行 保 存 记 录 ， 其 中 的 错 误 处 理 方 式 在 检 测 到 错 误 次 数 达 到 一 定 值 后会 自 动 存 储 数 据 并 断 开 系 统 来 保 护 整 个 装 置 。 本 设 计 是 机 电 结 合 的 成 功 应 用 。关 键 词 ： 按 键 寿 命 ； 单 片 机 ； 电 磁 铁吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- III -AbstractKey life testing is a repetitive, mechanical work, However, the key to life is
8、a need to test indicators. The key life in hundreds of thousands of times between millions, from the manual testing is almost impossible to take Auto-key system designed for its test.The key life test system is a key life test equipment, its basic work principle is the back and forth that makes use
9、of electromagnet to is exercised to imitate the action that the hand pounds a keyboard. This design mainly carries out an automatic key and carry on the datas like key number of times,etc collected the processing combine solid of show at in the LCD screen, can keep views reading thus a thin film key
10、 drive press press of number of times and finally test to find out service life. The whole system is mainly fixedly equiped by machine with the P89 LPC936 list slice machine and it related outer circle electric circuit the two greatest parts constitute. Machine fixedly equips to use come to list sli
11、ce machine and it outer circle electric circuit, electromagnet and it drives electric circuit respectively carry on fix and make it on a work interface, and ensure the central point stretching forward electromagnet and be tested the central point of key on-line in the same level, at the same time bo
12、ttom adoption slippery track support with can move of slippery track come vivid regulate two parts of distances, the convenience is to test, control and operation of system. Microcontroller with key scan circuit, liquid crystal display circuit, buzzer alarm circuit, solenoid driver circuit sub-modul
13、es such as the buttons on the collected signal processing, analysis, display, and use the internal EEPROM of the MCU data record-keeping, in which the error handling the number of errors detected reaches a certain value will automatically store data and disconnect the system to protect the whole dev
14、ice. This design is the successful application of mechanical and electrical integration.Key Words： Key Life； MCU； Electromagnet基 于 MCU 的 薄 膜 按 键 寿 命 测 试 系 统- IV -目 录摘 要 IAbstract II第 1 章 绪 论 1第 2 章 机 电 结 构 设 计 方 案 22.1 自 动 按 键 方 式 的 选 择 22.2 机 电 结 构 设 计 22.3 机 电 控 制 系 统 3第 3 章 机 械 固 定 装 置 设 计 53.1 装
15、 配 图 的 作 用 53.2 固 定 单 片 机 系 统 底 座 53.3 可 移 动 加 固 滑 块 63.4 固 定 电 磁 铁 底 座 6第 4 章 硬 件 系 统 功 能 电 路 分 析 74.1 P89LPC936 单 片 机 概 述 74.2 电 磁 铁 驱 动 模 块 84.2.1 达 林 顿 管 TIP12784.2.2 光 电 耦 合 器 TLP113 94.2.3 电 磁 铁 驱 动 电 路 94.3 按 键 扫 描 模 块 104.3.1 按 键 抖 动 的 成 因 及 消 除 104.3.2 按 键 扫 描 电 路 114.4 液 晶 显 示 模 块 114.4.1
16、驱 动 芯 片 HT1621 114.4.2 液 晶 驱 动 电 路 13第 5 章 系 统 整 体 工 作 原 理 155.1 技 术 参 数 分 析 155.2 系 统 运 行 原 理 16第 6 章 系 统 软 件 设 计 176.1 编 译 语 言 及 编 译 环 境 176.1.1 汇 编 语 言 概 述 176.1.2 C 语 言 概 述 17吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- V -6.1.3 编 译 环 境 概 述 176.2 程 序 流 程 分 析 186.2.1 系 统 总 体 流 程 框 图 186.2.2 自 适 应 处 理 流 程 框 图 196.3
17、 程 序 流 程 综 述 206.3.1 单 片 机 初 始 化 部 分 程 序 206.3.2 按 键 扫 描 及 自 适 应 处 理 部 分 程 序 206.3.3 HT1621 驱 动 部 分 程 序 226.3.4 液 晶 显 示 部 分 程 序 246.3.5 辅 助 按 键 部 分 程 序 246.3.6 错 误 处 理 部 分 程 序 266.3.7 EEPROM 读 写 部 分 程 序 26结 论 28参 考 文 献 29附 录 1 系 统 总 体 电 路 图 30附 录 2 系 统 实 物 图 片 31致 谢 32吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- 1 -第
18、 1 章 绪 论按 键 以 简 单 、 灵 活 、 易 操 作 等 特 性 被 广 泛 应 用 在 生 活 中 的 方 方 面 面 。 其 种 类 繁 多 ，具 体 有 薄 膜 按 键 、 轻 触 按 键 、 贴 片 按 键 、 直 插 按 键 、 自 锁 按 键 、 多 档 按 键 等 形 式 的 封装 。 在 对 工 业 产 品 和 日 常 用 品 的 操 作 中 ， 按 键 是 进 行 人 机 接 触 的 主 要 方 式 ， 是 人 们 实现 对 装 置 控 制 的 主 要 手 段 。 在 实 际 应 用 中 ， 按 使 用 频 率 主 要 将 按 键 分 为 高 频 率 按 压 按键
19、和 低 频 率 按 压 按 键 ， 如 相 机 、 液 晶 显 示 器 等 设 备 中 所 用 按 键 即 可 归 类 为 低 频 率 按 压按 键 ， 而 焦 化 测 温 仪 中 所 用 按 键 即 可 归 类 为 高 频 率 按 压 按 键 。 按 键 在 被 高 频 率 按 压 使用 时 ， 其 使 用 寿 命 无 疑 成 为 一 项 必 须 考 虑 和 测 试 的 指 标 。 薄 膜 按 键 的 寿 命 一 般 在 几 十万 次 到 上 百 万 次 之 间 ， 由 人 工 测 试 几 乎 是 不 可 能 的 ， 这 就 需 要 设 计 出 一 个 可 靠 的 机 电结 合 系 统 实
20、现 对 按 键 的 自 动 测 试 。本 设 计 主 要 实 现 自 动 按 键 ， 将 采 集 到 的 按 键 次 数 等 数 据 进 行 处 理 并 实 时 的 显 示 在液 晶 屏 上 ， 从 而 能 直 观 的 读 出 已 按 键 的 次 数 。 直 到 检 测 到 自 动 按 键 装 置 运 行 正 常 但 计数 值 不 再 增 加 且 系 统 报 错 并 停 止 工 作 ， 这 时 所 显 示 的 数 据 即 为 薄 膜 按 键 的 使 用 寿 命 。从 总 体 论 证 和 整 体 工 程 来 看 ， 本 设 计 主 要 需 进 行 以 下 七 个 方 面 的 工 作 ：1 机 电
21、 结 合 方 案 的 论 证 分 析 。2 机 械 固 定 装 置 的 设 计 与 绘 制 。3 自 动 按 键 装 置 的 驱 动 控 制 。4 按 键 的 采 集 扫 描 与 处 理 。5 实 时 显 示 按 键 测 试 的 数 据 。6 EEPROM 对 配 置 参 数 和 数 据 的 保 存 记 录 。7 错 误 的 判 断 处 理 与 系 统 保 护 。整 个 系 统 对 采 集 到 的 按 键 信 号 进 行 处 理 ， 并 用 单 片 机 内 置 的 EEPROM 对 数 据 进 行保 存 记 录 ， 其 中 的 错 误 处 理 函 数 在 检 测 到 错 误 次 数 达 到 一
22、 定 值 后 会 自 动 存 储 测 试 数 据并 断 开 电 磁 铁 ， 达 到 对 整 个 系 统 的 保 护 。 机 电 结 合 控 制 与 各 个 部 分 的 良 好 配 合 是 系 统可 靠 运 行 的 保 证 。基 于 MCU 的 薄 膜 按 键 寿 命 测 试 系 统- 2 -第 2 章 机 电 结 构 设 计 方 案2.1 自 动 按 键 方 式 的 选 择经 过 现 场 测 试 得 出 ， 机 械 按 键 需 165g 左 右 的 压 力 被 按 下 ， 薄 膜 按 键 则 需 380g 左 右的 压 力 才 能 被 按 下 。 所 以 要 测 试 薄 膜 按 键 的 寿 命
23、 ， 施 压 荷 重 应 至 少 大 于 380g。1 电 机 自 动 按 键电 机 的 精 度 较 高 ， 驱 动 方 式 灵 活 ， 但 转 速 太 高 ， 不 能 输 出 较 大 力 矩 ， 要 想 实 现 无 极调 速 得 配 变 频 器 且 需 要 编 码 控 制 。 因 为 所 要 测 试 的 薄 膜 按 键 寿 命 在 几 十 万 次 到 上 百 万次 之 间 ， 所 以 电 机 的 使 用 寿 命 也 是 一 个 需 重 点 考 虑 的 因 素 。2 电 磁 铁 自 动 按 键电 磁 铁 的 磁 性 有 无 可 以 由 通 断 电 来 控 制 ， 磁 性 强 弱 可 以 由 电
24、 流 大 小 来 控 制 。 用 电 磁铁 做 动 力 来 源 有 四 大 优 势 ： 1) 耗 能 小 ， 2) 储 能 能 力 强 ， 3) 控 制 方 法 容 易 ， 4) 运 行 速度 便 于 控 制 。3 气 压 调 节 器 按 键气 压 调 节 器 通 过 电 磁 阀 给 直 动 气 缸 供 应 所 需 气 压 使 其 上 下 运 动 ， 从 而 达 到 自 动 按 键的 目 的 。 这 种 方 式 理 论 上 可 取 ， 但 成 本 高 且 装 置 庞 大 ， 不 易 进 行 操 作 控 制 。4 本 设 计 采 用 的 按 键 方 式综 合 上 述 分 析 考 虑 ， 本 系
25、统 采 用 电 磁 铁 自 动 按 键 ， 且 所 选 电 磁 铁 在 额 定 电 压 下 工作 时 所 提 供 的 吸 引 力 应 在 380g 以 上 。 具 体 从 体 积 大 小 、 固 定 方 式 、 使 用 寿 命 、 额 定 电压 下 提 供 的 压 力 等 方 面 综 合 比 较 论 证 后 ， 发 现 型 号 为 MK0837HH-01 的 电 磁 铁 各 项 指 标都 符 合 条 件 。 其 相 关 参 数 如 下 ：电 压 ： DC12V电 流 ： 1.2A力 量 ： 通 电 DC12V， 6mm 行 程 时 ， 吸 引 力 在 400g 以 上除 综 合 考 虑 的 因
26、 素 满 足 本 设 计 外 ， 其 所 提 供 的 额 定 值 也 都 达 到 所 需 要 求 ， 符 合 薄膜 按 键 需 要 380g 压 力 被 按 下 的 条 件 ， 最 终 选 择 型 号 为 MK0837HH-01 的 电 磁 铁 。2.2 机 电 结 构 设 计本 设 计 是 机 电 配 合 应 用 的 很 好 实 例 ， 机 械 设 计 的 固 定 装 置 用 来 对 单 片 机 及 其 外 围电 路 、 电 磁 铁 及 其 驱 动 电 路 分 别 进 行 固 定 并 使 之 在 一 个 工 作 界 面 上 ， 且 确 保 电 磁 铁 探头 的 中 心 点 与 被 测 试 按 键 的 中 心 点 在 同 一 条 水 平 线 上 ， 同 时 底 部 采 用 滑 轨 支 架 和 可 移动 的 滑 轨 来 灵 活 调 节 两 部 分 的 距 离 ， 方 便 对 系 统 的 测 试 、 控 制 和 操 作 。
