【正文】 清除顯示幕 0 0 0 0 0 0 0 0 0 *光標(biāo)回到原點(diǎn) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *進(jìn)入模式設(shè)定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S顯示幕 ON/OFF 0 0 0 0 0 0 1 D C B移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *功能設(shè)定 0 0 0 0 1 DL N F * *字發(fā)生器地址設(shè)定0 0 0 1 AGC設(shè)置顯示地址 0 0 0 1 ADD忙碌標(biāo)志位 BF 0 0 1 BF顯示數(shù)據(jù) 1 0 寫(xiě)入數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù) 1 1 讀取數(shù)據(jù)I/D I/D=1 表示加 1， I/D=0 表示減 1S S=1 表示顯示幕 ON S=0 表示 OFFD D=1 表示顯示屏幕 ON D=0 表示顯示屏幕 OFFC C=1 表示光標(biāo) ON C=0 表示光標(biāo) OFFB B=1 表示閃爍 ON B=0 表示顯示閃爍 OFF（續(xù)表）S/C S/C=1 表示顯示屏幕移位 S/C=0 光標(biāo)移位R/L R/L=1 表示右移 R/L=0 表示左移DL DL=1 表示 8 位 DL=0 表示 4 位F F=1 表示 510 點(diǎn)矩陣 F=0 表示 57 點(diǎn)矩陣N N=1 表示 2 行顯示行 N=0 表示 1 行顯示行BF BF=1:內(nèi)部正在動(dòng)作 BF=0:可接收指令或數(shù)據(jù)碼（二） 液晶顯示部分與 89S52 的接口 A T 8 9 S 5 2L C DD 7 D 0ER / WR S圖 319 液晶與 89S52 接口如圖所示：用 89S52 的 P2 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 分別作為 LCD的 E、 。(1) 顯示地址：內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)地址：SB7=0(DB0～DB6)第一行00、002… …等，第二行 442… …等，可配合檢測(cè) DB7=1 (RS=0,R/W=1)讀取目前顯示字的地址，判斷是否需要換行。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD 液晶模塊，采用一個(gè) 161 的字符型液晶顯示模塊。 單片機(jī)部分圖 317 89S52 引腳圖單片機(jī)選用的是 ATMEL 公司新推出的 AT89S52，如圖 317 所示?；鶞?zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓的輸入必須對(duì)于模擬公共端 COM是正電壓。 ⑧ BBBB1（11113 腳）該四端為轉(zhuǎn)換結(jié)果 BCD 碼輸出，采用動(dòng)態(tài)掃描輸出方式，即當(dāng)位選信號(hào) D5=“1”時(shí)，該四端的信號(hào)為萬(wàn)位數(shù)的內(nèi)容，D4=“1”時(shí)為千位數(shù)內(nèi)容，其余依次類(lèi)推。⑦ 位驅(qū)動(dòng)信號(hào) DDDDD1（111120 腳）每一位驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)，脈沖寬度為 200 個(gè)時(shí)鐘周期，其中 D5 對(duì)應(yīng)萬(wàn)位選通，以下依次為千、百、十、個(gè)位。該信號(hào)在 INT 階段開(kāi)始時(shí)變低。④ OR（27 腳）當(dāng)輸入電壓超出量程范圍時(shí)，OR 將會(huì)變高。需要注意的是，若上一周期為保持狀態(tài)（R/H=“0”）則 ST 無(wú)脈沖信號(hào)輸出。注意：第一次轉(zhuǎn)換周期中的 AZ 階段時(shí)間為 900110001 個(gè)時(shí)鐘脈沖，這是由于啟動(dòng)脈沖和內(nèi)部計(jì)數(shù)器狀態(tài)不同步造成的。圖 314 ICL7135 的波形圖① R/H （25 腳）當(dāng) R/H=“1”（該端懸空時(shí)為“1” ）時(shí)， 7135 處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，每 40002 個(gè)時(shí)鐘周期完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換。 ⑨ 采用 28 外引線雙列直插式封裝，外引線功能端排列如圖 313 所示。⑤ 所有輸出端和 TTL 電路相容。② 在每次 A/D 轉(zhuǎn)換前，內(nèi)部電路都自動(dòng)進(jìn)行調(diào)零操作，可保證零點(diǎn)在常溫下的長(zhǎng)期穩(wěn)定。（1）雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理（a） (b)圖 312 A/D 轉(zhuǎn)換器（a）A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖 （b ） 雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器的波形圖雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理如圖 312(a)所示：對(duì)輸入模擬電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分，先對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行積分，將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時(shí)間間隔 T1，再利用計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，則計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行同樣的處理。用上述的理論可以分別計(jì)算出各電阻和電容的值，rRn47R具體值看下面的電路。本設(shè)計(jì)才用兩級(jí)反相比例電路的設(shè)計(jì)，電路的總的放大倍數(shù) 。 為集成運(yùn)放輸入失調(diào)電流。F=1/(1+︱K F︱)= Rr /（R r + RF） (38)式(38)中,F 為反饋系數(shù)。反相比例放大器的工作頻率為 0～100kHz 。K F 取值范圍： ～100。通常，根據(jù)與前級(jí)（信號(hào)源或電路）匹配要求選擇 Rr 的值，R r 阻值較小時(shí)可以削弱偏置電流、失調(diào)電流及其漂移的影響。所以該電路起到了相敏檢波的作用。采用上述相同的分析方法不難得到當(dāng) Δx0 時(shí), 不論 u2 與 u0 是正半周還是負(fù)半周, 負(fù)載電阻 RL 兩端得到的輸出電壓 uL 表達(dá)式總是為 (36)21()LLun???所以上述相敏檢波電路輸出電壓 uL 的變化規(guī)律充分反映了被測(cè)位移量的變化規(guī)律, 即 uL 的值反映位移 Δx 的大小, 而 uL 的極性則反映了位移 Δx 的方向。 (31)0012un? (32)2211根據(jù)變壓器的工作原理, 考慮到 O、M 分別為變壓器 T T2 的中心抽頭, 則有 （33）0012un? （34）2211?式中 n1, n2 為變壓器 T T2 的變比。R L為負(fù)載電阻。 輸入信號(hào) u2(差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的調(diào)幅波電壓)通過(guò)變壓器 T1 加到環(huán)形電橋的一個(gè)對(duì)角線。如果在 Q1 的基極輸入一正信號(hào)，Ie 就增加，則線圈 2 端的電位比一端為正，所以 3 端為正，1 端為負(fù)，因此通過(guò)線圈 3 端反饋到晶體管的信號(hào)也是為正的，故電路滿(mǎn)足正反饋的條件（相位平衡條件） 。穩(wěn)壓管 D3 用來(lái)進(jìn)一步穩(wěn)定振蕩器電源電壓，以保證振蕩器振幅的穩(wěn)定和頻率的穩(wěn)定；R3 是它的限流電阻。反饋信號(hào)由 L 的 1，3 端取出，加到C1 和 C2 上， C1，C2 的分壓將反饋信號(hào)加到 Q1 的基極上，因而在電感線圈抽頭固定的情況下，可以通過(guò)調(diào)整 的比值來(lái)調(diào)整反饋的強(qiáng)弱程度。由于 Av 較大，只要適當(dāng)選201VLA?取 L2/L1 的比值，就可實(shí)現(xiàn)起振。因此，當(dāng) L1 和 L2 的對(duì)應(yīng)端如圖所示，則當(dāng)選取中間抽頭 2 為參考電位(交流地電位)點(diǎn)時(shí)，首 1 尾 3 兩端的電位極性相反。目前，國(guó)內(nèi)常用的電感測(cè)微儀有指針式和數(shù)字式兩種，存在的問(wèn)題較多，如高精度測(cè)量范圍小，零位調(diào)節(jié)不方便、功能單一和通用性差等。交流阻抗相應(yīng)地變化，電橋失去平衡從而輸出了一個(gè)幅值與位移成正比，頻率與振蕩器頻率相同，相位與位移方向相對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)。正弦波振蕩器為電感式傳感器和相敏檢波器提供了頻率和幅值穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，正弦波振蕩器輸出的信號(hào)加到測(cè)量頭中由線圈和電位器組成的電感橋路上。由于傳感器輸出的電壓信號(hào)比較微弱，輸入單片機(jī)的信號(hào)很小，不容易捕捉，所以需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。（3）相敏檢波電路模塊：從放大器的輸出電壓中，將位移的變化信號(hào)解調(diào)出來(lái)，并分辨出傳感器的鐵芯位置是向上還是向下。（2）振蕩器電路模塊是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)激勵(lì)源，它向傳感器和相敏檢波提供合適的激勵(lì)電壓，其幅度一般在 12V 以下，頻率數(shù)千赫茲，電壓波為正弦波。經(jīng)上述四種電感傳感器測(cè)量電路的分析和比較，交流電橋式測(cè)量電路更符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，因此，本系統(tǒng)采用了變壓器式交流電橋測(cè)量電路的形式。 調(diào)頻電路的基本原理是傳感器電感 L 的變化將引起輸出電壓頻率的變化。由于 U 是交流電壓， 輸出指示無(wú)法判斷位移方向，必須配合相敏檢波電路來(lái)解決。將 代入01??? 0L=2()??式（220 ）得電橋輸出電壓與 成正比關(guān)系。對(duì)于高 Q 值的差動(dòng)式電感傳感器 ,有 ΔZ1+ΔZ2 jω(ΔL1+ΔL2)，? 則電橋輸出電壓為： (220)1212()(Z)oUUL????????＝銜鐵上移 ：兩個(gè)線圈的電感變化量 ΔLΔL 2 分別由式（210）及式（2?12）表示。RZ4163。 電感傳感器測(cè)量電路電感式傳感器的測(cè)量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。0??圖 23 變隙式電感傳感器的 L 特性?分析：當(dāng)銜鐵處于初始位置時(shí)，初始電感量為 （27）20SwL???當(dāng)銜鐵上移 時(shí)，傳感器氣隙減小 ，即 ， 則此時(shí)輸出電感為 L ???0????= L0+ΔL, 代入式 (2 6）式并整理 , 得 （28）2022()1wSLL??????因?yàn)?，所以可將上式用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)成級(jí)數(shù)形式為01??? （29）230001L?????????????????????由上式可求得電感增量 ΔL 和相對(duì)增量 ΔL/ L0 的表達(dá)式, 即 (210)2022L??????????????? （211）200?????????同理，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)體的初始位置向下移動(dòng) 時(shí)，有 ? （212）230001L?????????????????????? （213）23000?????對(duì)式（211 ） 、 （213 ）作線性處理，即忽略高次項(xiàng)后，可得 （214）0L???靈敏度為 （215）01LK???可見(jiàn)：變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，因此變隙式電感式傳感器適用于測(cè)量微小位移的場(chǎng)合。對(duì)于變隙式傳感器, 因?yàn)闅庀逗苄? 所以可以認(rèn)為氣隙中的磁場(chǎng)是均勻的。 ? I ——通過(guò)線圈的電流。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。電感式傳感器的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng),即利用線圈電感或互感的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。并且運(yùn)用單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具 Keil C51μvision2 對(duì)軟件設(shè)計(jì)中的程序進(jìn)行編寫(xiě)、編譯、模擬仿真。本系統(tǒng)用 ptotel 99 SE 軟件對(duì)各電路原理圖進(jìn)行了繪制。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容基于對(duì)電感傳感器測(cè)量電路的分析和初步研究，本課題將對(duì)傳統(tǒng)的電感傳感器精密測(cè)量電路系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，具體內(nèi)容如下：本文在對(duì)傳統(tǒng)的電感測(cè)微儀結(jié)構(gòu)及性能、電感傳感器位移測(cè)量系統(tǒng)的理論及應(yīng)用進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種具有體積小、成本低、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快、能滿(mǎn)足不同量程和不同分辨率等特點(diǎn)的電感傳感器接口電路。由于傳統(tǒng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)外設(shè)接口技術(shù)不但數(shù)據(jù)傳輸速率較低，獨(dú)占中斷、I/O地址、DMA 通道等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵資源，容易造成資源沖突問(wèn)題，而且使用時(shí)繁雜的安裝配置過(guò)程也給終端用戶(hù)帶來(lái)了諸多不便；目前大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集卡采用 PCI 接口設(shè)計(jì)，雖然數(shù)據(jù)傳輸率很高，但存在整個(gè)系統(tǒng)笨重、缺乏靈活性，不適合小型、便攜設(shè)備等缺點(diǎn)。上述方法不同程度的提高了電感測(cè)量系統(tǒng)精度，但是也存在一定的缺陷，如電路比較復(fù)雜，通用性不強(qiáng)等；軟件非線性補(bǔ)償很多算法復(fù)雜、計(jì)算量大不利于工程實(shí)際等。因此近幾年來(lái)人們紛紛研究提高其精度和性能的理論和措施，使測(cè)量電路系統(tǒng)不斷地改進(jìn)。在電感傳感器測(cè)頭的技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟情況下，如果靠繼續(xù)提高電感測(cè)頭的精度來(lái)提高系統(tǒng)整體精度將付出很高的代價(jià)，會(huì)增加系統(tǒng)成本。%，示值變動(dòng)性可以小至 ；國(guó)外也有許多公司和研究所研制和生產(chǎn)電感測(cè)頭，如 HF JENSEN,ENCODER，Durham Instruments 等，技術(shù)水平相當(dāng)成熟，生產(chǎn)的傳感器精度高且通用性好。我們必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┤ソ鉀Q電感測(cè)微系統(tǒng)存在的問(wèn)題，使之能在加工領(lǐng)域中得到更好的應(yīng)用。目前國(guó)產(chǎn)高精度傳感器的非線性指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到 %，已能滿(mǎn)足大部分需要，但對(duì)一些要求更高的場(chǎng)合，則無(wú)產(chǎn)品可供選擇。高精度電感式位移傳感器暨電子測(cè)量?jī)x是用于零件尺寸和形位測(cè)量與檢驗(yàn)的設(shè)備，由于精度高、性能穩(wěn)定、使用方便，在國(guó)內(nèi)、外得到廣泛應(yīng)用。位移傳感器是將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為與位移量有某種函數(shù)關(guān)系電信號(hào)輸出的裝置。就電感傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)而言，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電感測(cè)微系統(tǒng)還普遍存在如下問(wèn)題：高精度檔位量程范圍小，分辨率不高，漂移比較大，穩(wěn)定性差且系統(tǒng)智能化程度低，不易于擴(kuò)展等。精密的電感傳感器被用于圓柱度儀、輪廓儀、形狀測(cè)量?jī)x等精密、超精密測(cè)量設(shè)備中。不難看出，傳感器技術(shù)是涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防科研各領(lǐng)域的重要技術(shù)。傳感器是人類(lèi)探知自然界信息的觸覺(jué)，為人們認(rèn)識(shí)和控制相應(yīng)的對(duì)象提供條件