【正文】 電壓完全吻合。可編程改變的串行時鐘極性與相位 。SPI可通過編程來控制傳輸速率 。 *Flash 片內(nèi)存儲器 64KB、和 XRAM 為 4KB。 C8051F020 單片機在指令上與8051 在完全兼容 ,但其性能遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)的 8051 單片機 , 片內(nèi)包括了 8052 的所有外設(shè)外 ,又外擴了更多豐富的外設(shè)。 SD 模式下 ， 主控制器使用 SD 總線訪問存儲卡 ,而對于普通的單片機是沒有硬件 SD 總線的 , 盡管軟件仿真一個 SD 總線 ,但其訪問速度會受到限制 , CPU時間會大量被占用 ,而對于 SPI 總線一般單片機都具有 ,本文對 SD 卡的讀寫就是通過 SPI 總線實現(xiàn)的 。 SD 卡是一種低電壓的 flash 閃存產(chǎn)品，有標(biāo)準(zhǔn)的 SD/SPI 兩種操作模塊。 第 15～ 16 腳 :空腳（有的用來接背 光） 。 比較 簡單， 而用 用數(shù)碼管 進行 動態(tài)顯示， 則 會占用很多時間來刷新顯 12位的 ADC 原理框圖 圖 LCD1602 實物圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 示，而 1602 則會快速 自動 地 完成此 功能。這種靈活性允許用軟件事件、外部硬件信號或周期性的定時器溢出信號觸發(fā)轉(zhuǎn)換。 C 的電壓基準(zhǔn)可通過 VREF 輸出引腳為其它系統(tǒng)部件或片內(nèi) ADC 產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。 5 腳則是參考基準(zhǔn)，如果接地，則 6 腳的輸出即為與地之間的相對電壓。 至177。 INA128 的封裝為 8 引腳塑料 DIP 和 SO8 表面襯底封裝其工作規(guī)定溫度范圍為 40 C? 至 +85 C? 。 如下圖： 圖 C8051F020 的引腳圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 放大電路的設(shè)計 根據(jù)測量系統(tǒng)的信號要求，傳感器輸出的信號為 mv 電壓信號，單片機無法直接采集所以需要采用放大電路進行放大。當(dāng) RST轉(zhuǎn)換為低電平后，系統(tǒng)退出復(fù)位， CPU從此初始狀態(tài)開始圖 C8051F020 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 進行工作。 最小單片機系統(tǒng) C8051F020 單片機芯片作為主控核心，包括晶振電路部分和基準(zhǔn)電壓電路。 MCU工作條件都可在工業(yè)溫度范圍 (45 Co ～ +85 Co )內(nèi)用 — 壓工作。這些 I/O 端口的工作條件與標(biāo)準(zhǔn) 8051 基本相同，但稍有一些修 改。 C8051F020 具有邊界掃描和調(diào)試電路接口，通過 4 位引得腳 JTAG 接口。 10. 具有 無個 捕捉 /比較模塊的定時器陣列 /可編程計數(shù)器 。 2. 全速、片內(nèi)非侵入式的在 線 系統(tǒng)調(diào)試接口 。 其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 角加速度傳感器 C8051F020 MCU INA128PA 放大模塊 LCD 顯示模塊 SD 卡讀寫模塊 USB 串口 圖 角加速度測量系統(tǒng)設(shè)計流程圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 四 章 測量系統(tǒng)硬件設(shè) 計 單片機最小系統(tǒng) 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)提高 。因此簡單實用且方便，便于各種旋轉(zhuǎn)角加速度的場合測量。產(chǎn)生剩余電壓的主要原因有：磁路不對稱、氣隙不均勻、輸出繞組與勵磁繞組不正交、以及溫升增加、繞組匝短路，繞組端部藕合，鐵芯片間短路、轉(zhuǎn)子杯材料不均勻、形狀不規(guī)格等。 電磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的工作原理 本傳感器的工作原理；在內(nèi)外定子鐵心之間產(chǎn)生勵磁磁場（ 氣隙磁場），杯形轉(zhuǎn)子繞組處于內(nèi)外定子鐵心之間氣隙磁場中，且與內(nèi)外定子鐵心位于同以軸心上，杯形繞組與轉(zhuǎn)軸連接可相對于內(nèi)外定子鐵心作旋轉(zhuǎn)運動。 勵磁磁場是由外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的勵磁繞組加上直流恒流源來作為內(nèi)定外定子鐵心之間的磁路的勵磁源所形產(chǎn)生的。當(dāng)轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) ( n? 0)時 ,空心杯轉(zhuǎn)子因切割磁力線從而產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢 rE ,同時在 rE 的作用下將產(chǎn)生感應(yīng)電流 rI ,從而在輸出繞組的軸線方向產(chǎn)生一個穩(wěn)定的磁通 r? 。 從上文分析可以得到 , 旋轉(zhuǎn)機械角加速度的測量關(guān)鍵問題在于角加速度的測量。 dtdnGD?3752 為動態(tài)轉(zhuǎn)矩 。 本課題研究的主要內(nèi)容 本文提出了一種新型的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)角加速度的測量方法 。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，如蘇聯(lián)和美國等，都比較注重角加速度傳感器的研究工作?？偟膩碚f目前直接來測量叫加速的的設(shè)備的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ,而間接來測量叫加速的的方法中對信號的處理比較困難 ,尤其突出的是延遲特性和噪聲放大的問題不容易解決 [6]。 1992 年 Godler 和 一些人設(shè)計出一種機械光電式角加速度傳感器 [3],將角加速度轉(zhuǎn)換成徑向位移 ,并利用光柵盤產(chǎn)生的干涉效應(yīng)檢測偏移 量來進行測量。然而對于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來講各種動態(tài)干擾都會以轉(zhuǎn)軸角加速度體的形式表現(xiàn)出來 , 因而快速準(zhǔn)確、有效的測量處轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機械角加速度是提升系統(tǒng)高精度控制的前提 。旋轉(zhuǎn)角加速度的測量是 機械測量中很常見的測量物理量之一。本系統(tǒng)就是對電機角加速度進行測量，并可以和 PC 機進行通信，顯示電機的角加速度，并觀察電機運行的基本狀況 。 南通大學(xué)杏林學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 南通大學(xué)杏林學(xué)院 2020 年 6 月 題目 ： 新型角加速度傳感器的研制 姓 名： 李 從 勇 指導(dǎo)教師： 張 齊 專 業(yè)： 自動 化（工業(yè)電氣自動化） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 轉(zhuǎn)軸角加速度是旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動時的一項重要參數(shù) ,旋轉(zhuǎn)體的角加速度在實踐中有著廣泛和重要的應(yīng)用。 進度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備注 － 查閱中外 參考文獻(xiàn)，翻譯一份英文資料。 研究目標(biāo)： 以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，構(gòu)成電磁式測量角加速度傳感器。它具有功能強、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代 [10]。這一信號經(jīng)過放大、濾波、解調(diào)、功放后形成一個與成正比的電流 f加到位于 飛輪浮子另一端的力矩器中，產(chǎn)生一個與慣性矩相反的恢復(fù)力矩使飛輪回 復(fù)到零位附近，這時慣性力矩和恢復(fù)力矩平衡，信號電流 f的大小即與被測的角加速度成正比。理論分析及試驗結(jié)果表明，衍射光柵干涉儀可以用來測量轉(zhuǎn)動參數(shù)，如角加速度、角速度和旋轉(zhuǎn)角。角加速度計中有一個 啞鈴狀的慣性質(zhì)量塊其質(zhì)量大部分分布在邊緣以提高轉(zhuǎn)動慣量，質(zhì)量塊通過兩端的兩個無定形磁彈性線與殼體形成聯(lián)結(jié)。 1992 年， Godler 等人報導(dǎo)了一種角加速度傳感器 [5] ，這種角加速度傳感器能單獨檢測角加速度信息，而不依賴角速度信號，并且該加速度計對載體的旋轉(zhuǎn)角度沒有限制。按照測量方法分類，角加速度計可分成直接測量法和間接測量法。角加速度測量代替原來通過幾個線加速度信號的合成來求取。參 與同一工作的其他同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。角加速度計還可以用于人體運動及關(guān)節(jié)動力學(xué)的分析、虛擬現(xiàn)實、石油勘探、地震監(jiān) 測等領(lǐng)域。 課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢： 測量角加速度的方法，從原理上講可以是多種多樣的，如純機械式的、電磁機械式的、物理的、化學(xué)的、光學(xué)的甚至放射線式的等等，而每種方法都可以制成不同結(jié)構(gòu)及性能的角加速度傳感器。對微分器有兩個重要的要求，即它們必須有足夠的噪聲衰減和足夠短的延遲特性。最后采用濾波裝置濾去由于彈性盤振動所造成的高頻噪聲。它的高彈性強度及彈性模量，并結(jié)合高的抗腐蝕特性，使得這種角加速度計適合工作在惡劣的工作環(huán)境下。這種角加速度計 的傳感部分由飛輪浮子、角度傳感器、力矩器、支承部件、浮液溫控裝置、導(dǎo)電游絲和密封殼體等部件組成。液環(huán)內(nèi)的特殊工作液體作為慣性質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)換器件運動時，因液體的流動導(dǎo)致 “轉(zhuǎn)換器件 — 液體”界面處電荷的轉(zhuǎn)移。 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設(shè)計思路對單片機模塊進行設(shè)計 [11]，要使單片機準(zhǔn)確顯示出來，所以整個單片機部分分為傳感器電路、時鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個部分使用 protel 進行畫圖。 電路硬件框圖與設(shè)計路線： 四 研究工作條件和基礎(chǔ) 研究工作條件： 軟件條件： KEIL等 硬件條件： 單片機等電子元件一批 研究基礎(chǔ) 已查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解相關(guān)傳感器及相應(yīng)設(shè)備性能及使用方法，利用已學(xué)過的單片機等方面的知識對課題進行研究。 完 成 開 題答辯 － 設(shè)計硬件電路。它可以直觀地反映出各種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)隨時間變化的機械角加速度的變化情況，可 應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)機械角加速度快速變化的測量場合。 異步電機 。 在國家現(xiàn)有技術(shù)中，中國實用新型專利號 LZ87208367 提供了一種磁電式的加速度傳感器。間接測量法是以微分電路或者微分算法對角速度信號進行微分處理來得到相應(yīng)的角加速度。液環(huán)內(nèi)的特殊工作液體作為慣性質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)換器件運動時，根據(jù)液體的流動導(dǎo)致“轉(zhuǎn)換器件 — 液體”界面處電荷的轉(zhuǎn)移。 理論意義與研究價值 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對于眾多運動物體的控制和監(jiān)控系統(tǒng)中，我們不但需要其角速度信息、角位移信息，更需要系統(tǒng)的角加速度信息。在戰(zhàn)艦以及飛行器中，同樣使用了角加速度傳 感器后系統(tǒng)對海浪及氣流等造成的穩(wěn)定性能控制得到了提升，使其系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強，從而有效地控制了飛行器的飛行或戰(zhàn)艦的行駛狀態(tài) [7]。在設(shè)計 測量 系統(tǒng)時 ，必須以系統(tǒng)工程的思想進行通盤考慮。J 為轉(zhuǎn)動慣量。 當(dāng)定子勵磁繞組外接頻率為f 的恒壓交流電源 u， 勵磁繞組中有電流流過，在直軸（即軸）上產(chǎn)生以頻率 f脈振的磁通。結(jié)合上述原理圖分析可得出 2u 正比于旋轉(zhuǎn)角加速度 ,從而可用此方法來測量旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角加速度。 如下圖所示為本旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和 AA 面剖視圖。此時在杯形繞組中產(chǎn)生的電勢與被測系統(tǒng)的非恒轉(zhuǎn)速運動的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)，杯形轉(zhuǎn)自產(chǎn)生的電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，該轉(zhuǎn)子電流是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，因此，該轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生氣隙磁場的磁勢幅值也跟隨著變化，該氣隙磁場磁勢幅值隨時間變化又與外輸出繞組相交鏈，從而在外輸出繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電勢，該電勢大小與被測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化的大小相對應(yīng)。為了減小剩余電壓，還可以采用以下方法：可將勵磁繞組和輸出繞組分開，分別嵌在內(nèi)、外定子鐵芯上。對于測量系統(tǒng)的硬件搭建和軟件編程，設(shè)計出一種以單片機為主的旋轉(zhuǎn)角加速度測量系統(tǒng)，保證了測量精度以及實時性。其價格低廉是最主要的優(yōu)勢。 5. 具有 可在 線 系統(tǒng)編程的 64K 字節(jié) 的 FLASH 存儲器 。 C8051F020 MCU 所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可 以由 用戶固件使能 /禁止和配置。不需要添加額外的目標(biāo) RAM、程序存儲器、定時器或者通信通道。 C8051F020 最特別的改進是使用了數(shù)字交叉開關(guān)。 CIP51 采用高速流水結(jié)構(gòu)，與以往的單片機結(jié)構(gòu)相比其讀寫指令 的速度有很大的提升。為了得到一個精確的內(nèi)部時鐘，可以在 XTAL1 和 XTAL2 之間接上一個晶體或陶瓷諧振器。在通電瞬間，電容可通過電阻充電，就導(dǎo)致了 RST端瞬間的高電平出現(xiàn)，只要保持此時間達(dá)到一定的長，單片機就可以有效的復(fù)位。 通過使用外部電阻的改變可實現(xiàn)萬倍放大的任一增益選擇 INA128 提供了具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增益等式。 *擁有低溫度漂移最大 *偏置電流輸入很低 最大 5nA。A 低靜態(tài)電流。 而每塊 INA128 放大增益數(shù)為； Gain=1+gk50R AD 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計 C8051F020 具有一個片內(nèi) 12 位 ADC ，一個高達(dá) 9 個通道的輸入多路選擇開關(guān)和可編程增益放大器。 8 個外部輸入通道可被配置為 4 個一個差分輸入或 4 個兩單端輸入。這些數(shù)據(jù)字可以用軟件控制為左對齊或右對齊。 第 3 腳： V0 是控制 顯示器 的 對比度調(diào)， 當(dāng)其腳 接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高 。 為了便于運行狀況監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集，要求大容量的存儲設(shè)備。采用 SD 卡進行中轉(zhuǎn)傳輸則是一種不錯的方案。 SD 卡的結(jié)構(gòu)如圖 所示 , SD 卡內(nèi)部