图2-1 数据采集电路图

（2）信号预处理单元硬件设计

由于光电对管接收到的电信号比较微弱，不能直接使用，所以要对该电信号进行预处理，将电信号放大后再通过单片机读取数据。所以此时需要用LM339电压比较器将原来得到的电信号进行放大。LM339电压比较器芯片的内部装有四个独立的电压比较器，其引脚图如图2-2所示。

   图2-2 LM339引脚图

LM339的每个比较器都有两个输入端和一个输出端，“+”端表示为同相输入端，“-”端表示为反相输入端。在比较正负端电压时，将正端输入一个+5V的固定电压作为门限电平，负端加上一个10k的滑动变阻器来调节该端的输入电压值。同时，在使用该芯片时，输出端与正端之间要加上一个上拉电阻R6，输出端与负端之间还要加上一个电容来过滤干扰信号，如图2-3所示。当正端输入电压>负端输入电压时，输出管截止，相当于输出端开路，此时输出+5V电压；当正端输入电压<负端输入电压时，输出管饱和，相当于输出管接低电位，此时输出0V电压。当接收管收到发射管的光线时，接收管的负端会导通，输出端电压值就会变成0V。P3。2为输出信号端口。

频率的测量有许多方法，频率测量的精准度不仅与所测频率范围的大小有关，还与被测量对象的特性有关。要想达到较高的测量准确度，测量设备的精度不仅要高，还要有较好的测量方法。在经过LM339对原信号进行放大处理后，此信号即可作为输入信号加至单片机的P3。2引脚来测得所测量信号的频率。当单片机的P3。2引脚电平发生跳变时，计数器的值加一。否则，系统处于等待状态，直到该引脚再次出现电平跳转时才开始计数 。

图2-3 信号预处理硬件电路

（3）单片机系统

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51内部结构图如图2-4所示：

图2-4 AT89S51单片机片内结构图

① 单片机AT89S51功能部件和特性：

·8位微处理器（CPU）；

·数据存储器（128B RAM）；

·程序存储器（4KB Flash ROM）；

·4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）；

·1个全双工的异步串行口；

·2个可编程的16位定时器/计数器；

·1个看门狗定时器；

·中断系统具有5个中断源、5个中断向量；

·特殊功能寄存器（SFR）26个；

·低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式；

·3个程序加密锁定位。文献综述

② AT89S51单片机相比于AT89C51有如下优点：

·增加在线可编程功能ISP（In System Program）；

·数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程；

·增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；

·增加断电标志；

·增加掉电状态下的中断恢复模式。

    本系统的核心部分为单片机，通过单片机从LM339读数据，然后处理，再通过单片机送到液晶显示。

LM339比较器的每次输出值只有两种情况：要么输出0，要么输出1。因此单片机每次也只能读到0或者1这两个不同信号。其中单片机的P3。2口接LM339的输出端，P3。2电平每跳变一次，单片机计数器的值就相应的加一。