【正文】 工作電壓完全吻合?？删幊谈淖兊拇袝r(shí)鐘極性與相位 。SPI可通過(guò)編程來(lái)控制傳輸速率 。 *Flash 片內(nèi)存儲(chǔ)器 64KB、和 XRAM 為 4KB。 C8051F020 單片機(jī)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(jī) , 片內(nèi)包括了 8052 的所有外設(shè)外 ,又外擴(kuò)了更多豐富的外設(shè)。 SD 模式下 ， 主控制器使用 SD 總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)卡 ,而對(duì)于普通的單片機(jī)是沒(méi)有硬件 SD 總線(xiàn)的 , 盡管軟件仿真一個(gè) SD 總線(xiàn) ,但其訪(fǎng)問(wèn)速度會(huì)受到限制 , CPU 時(shí)間會(huì)大量被占用 ,而對(duì)于 SPI 總線(xiàn)一般單片機(jī)都具有 ,本文對(duì) SD 卡的讀寫(xiě)就是通過(guò) SPI 總線(xiàn)實(shí)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(lái)接背 光） 。 比較 簡(jiǎn)單， 而用 用數(shù)碼管 進(jìn)行 動(dòng)態(tài)顯示， 則 會(huì)占用很多時(shí)間來(lái)刷新顯 12 位的 ADC 原理框圖 圖 LCD1602 實(shí)物圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 示，而 1602 則會(huì)快速 自動(dòng) 地 完成此 功能。這種靈活性允許用軟件事件、外部硬件信號(hào)或周期性的定時(shí)器溢出信號(hào)觸發(fā)轉(zhuǎn)換。 C 的電壓基準(zhǔn)可通過(guò) 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(duì)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 為 C8051F020 的引腳圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 放大電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)要求，傳感器輸出的信號(hào)為 mv 電壓信號(hào)，單片機(jī)無(wú)法直接采集所以需要采用放大電路進(jìn)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(kāi)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(jì)（論文） 15 進(jìn)行工作。 最小單片機(jī)系統(tǒng) C8051F020 單片機(jī)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(guò) 4 位引得腳 JTAG 接口。 10. 具有 無(wú)個(gè) 捕捉 /比較模塊的定時(shí)器陣列 /可編程計(jì)數(shù)器 。 2. 全速、片內(nèi)非侵入式的在 線(xiàn) 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(xiě)模塊 USB 串口 圖 角加速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 四 章 測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè) 計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)提高 。因此簡(jiǎn)單實(shí)用且方便，便于各種旋轉(zhuǎn)角加速度的場(chǎng)合測(cè)量。產(chǎn)生剩余電壓的主要原因有：磁路不對(duì)稱(chēng)、氣隙不均勻、輸出繞組與勵(lì)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(lì)磁磁場(chǎng)（ 氣隙磁場(chǎng)），杯形轉(zhuǎn)子繞組處于內(nèi)外定子鐵心之間氣隙磁場(chǎng)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(duì)于內(nèi)外定子鐵心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 勵(lì)磁磁場(chǎng)是由外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的勵(lì)磁繞組加上直流恒流源來(lái)作為內(nèi)定外定子鐵心之間的磁路的勵(lì)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(shí) ,空心杯轉(zhuǎn)子因切割磁力線(xiàn)從而產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) rE ,同時(shí)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(xiàn)方向產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的磁通 r? 。 從上文分析可以得到 , 旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度的測(cè)量關(guān)鍵問(wèn)題在于角加速度的測(cè)量。 dtdnGD ?3752 為動(dòng)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(cè)量方法 。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家，如蘇聯(lián)和美國(guó)等，都比較注重角加速度傳感器的研究工作?？偟膩?lái)說(shuō)目前直接來(lái)測(cè)量叫加速的的設(shè)備的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ,而間接來(lái)測(cè)量叫加速的的方法中對(duì)信號(hào)的處理比較困難 ,尤其突出的是延遲特性和噪聲放大的問(wèn)題不容易解決 [6]。 1992 年 Godler 和 一些人設(shè)計(jì)出一種機(jī)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(pán)產(chǎn)生的干涉效應(yīng)檢測(cè)偏移 量來(lái)進(jìn)行測(cè)量。然而對(duì)于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來(lái)講各種動(dòng)態(tài)干擾都會(huì)以轉(zhuǎn)軸角加速度體的形式表現(xiàn)出來(lái) , 因而快速準(zhǔn)確、有效的測(cè)量處轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)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(cè)量是 機(jī)械測(cè)量中很常見(jiàn)的測(cè)量物理量之一。本系統(tǒng)就是對(duì)電機(jī)角加速度進(jìn)行測(cè)量，并可以和 PC 機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的角加速度，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本狀況 。 南通大學(xué)杏林學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 南通大學(xué)杏林學(xué)院 20xx 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(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng) 化（工業(yè)電氣自動(dòng)化） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 轉(zhuǎn)軸角加速度是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的一項(xiàng)重要參數(shù) ,旋轉(zhuǎn)體的角加速度在實(shí)踐中有著廣泛和重要的應(yīng)用。 進(jìn)度計(jì)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(cè)量角加速度傳感器。它具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡(jiǎn)單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動(dòng)各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代 [10]。這一信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、解調(diào)、功放后形成一個(gè)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(gè)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(shí)慣性力矩和恢復(fù)力矩平衡，信號(hào)電流 f 的大小即與被測(cè)的角加速度成正比。理論分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，衍射光柵干涉儀可以用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)，如角加速度、角速度和旋轉(zhuǎn)角。角加速度計(jì)中有一個(gè) 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(dòng)慣量，質(zhì)量塊通過(guò)兩端的兩個(gè)無(wú)定形磁彈性線(xiàn)與殼體形成聯(lián)結(jié)。 1992 年， Godler 等人報(bào)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(dú)檢測(cè)角加速度信息，而不依賴(lài)角速度信號(hào)，并且該加速度計(jì)對(duì)載體的旋轉(zhuǎn)角度沒(méi)有限制。按照測(cè)量方法分類(lèi)，角加速度計(jì)可分成直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。角加速度測(cè)量代替原來(lái)通過(guò)幾個(gè)線(xiàn)加速度信號(hào)的合成來(lái)求取。參 與同一工作的其他同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。角加速度計(jì)還可以用于人體運(yùn)動(dòng)及關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)的分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、石油勘探、地震監(jiān) 測(cè)等領(lǐng)域。 課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)： 測(cè)量角加速度的方法，從原理上講可以是多種多樣的，如純機(jī)械式的、電磁機(jī)械式的、物理的、化學(xué)的、光學(xué)的甚至放射線(xiàn)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(duì)微分器有兩個(gè)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(pán)振動(dòng)所造成的高頻噪聲。它的高彈性強(qiáng)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(jì)適合工作在惡劣的工作環(huán)境下。這種角加速度計(jì) 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(duì)于轉(zhuǎn)換器件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因液體的流動(dòng)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(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì) [11]，要使單片機(jī)準(zhǔn)確顯示出來(lái)，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個(gè)部分使用 protel 進(jìn)行畫(huà)圖。 電路硬件框圖與設(shè)計(jì)路線(xiàn)： 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(jī)等電子元件一批 研究基礎(chǔ) 已查閱國(guó)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(guò)的單片機(jī)等方面的知識(shí)對(duì)課題進(jìn)行研究。 完成開(kāi)題答辯 － 設(shè)計(jì)硬件電路。它可以直觀地反映出各種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)隨時(shí)間變化的機(jī)械角加速度的變化情況，可 應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)機(jī)械角加速度快速變化的測(cè)量場(chǎng)合。 異步電機(jī) 。 在國(guó)家現(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利號(hào) LZ87208367 提供了一種磁電式的加速度傳感器。間接測(cè)量法是以微分電路或者微分算法對(duì)角速度信號(hào)進(jìn)行微分處理來(lái)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(duì)于轉(zhuǎn)換器件運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)液體的流動(dòng)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?jī)r(jià)值 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)于眾多運(yùn)動(dòng)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(duì)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(qiáng)，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(jì) 測(cè)量 系統(tǒng)時(shí) ，必須以系統(tǒng)工程的思想進(jìn)行通盤(pán)考慮。J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 當(dāng)定子勵(lì)磁繞組外接頻率為f 的恒壓交流電源 u， 勵(lì)磁繞組中有電流流過(guò)，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(lái)測(cè)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(shí)在杯形繞組中產(chǎn)生的電勢(shì)與被測(cè)系統(tǒng)的非恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)，杯形轉(zhuǎn)自產(chǎn)生的電勢(shì)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(chǎng)的磁勢(shì)幅值也跟隨著變化，該氣隙磁場(chǎng)磁勢(shì)幅值隨時(shí)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(shì)，該電勢(shì)大小與被測(cè)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化的大小相對(duì)應(yīng)。為了減小剩余電壓，還可以采用以下方法：可將勵(lì)磁繞組和輸出繞組分開(kāi)，分別嵌在內(nèi)、外定子鐵芯上。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的硬件搭建和軟件編程，設(shè)計(jì)出一種以單片機(jī)為主的旋轉(zhuǎn)角加速度測(cè)量系統(tǒng)，保證了測(cè)量精度以及實(shí)時(shí)性。其價(jià)格低廉是最主要的優(yōu)勢(shì)。 5. 具有 可在 線(xiàn) 系統(tǒng)編程的 64K 字節(jié) 的 FLASH 存儲(chǔ)器 。 C8051F020 MCU 所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可 以由 用戶(hù)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(chǔ)器、定時(shí)器或者通信通道。 C8051F020 最特別的改進(jìn)是使用了數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)。 CIP51 采用高速流水結(jié)構(gòu)，與以往的單片機(jī)結(jié)構(gòu)相比其讀寫(xiě)指令 的速度有很大的提升。為了得到一個(gè)精確的內(nèi)部時(shí)鐘，可以在 XTAL1 和 XTAL2 之間接上一個(gè)晶體或陶瓷諧振器。在通電瞬間，電容可通過(guò)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(shí)間達(dá)到一定的長(zhǎng)，單片機(jī)就可以有效的復(fù)位。 通過(guò)使用外部電阻的改變可實(shí)現(xiàn)萬(wàn)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(jì) C8051F020 具有一個(gè)片內(nèi) 12 位 ADC ，一個(gè)高達(dá) 9 個(gè)通道的輸入多路選擇開(kāi)關(guān)和可編程增益放大器。 8 個(gè)外部輸入通道可被配置為 4 個(gè)一個(gè)差分輸入或 4 個(gè)兩單端輸入。這些數(shù)據(jù)字可以用軟件控制為左對(duì)齊或右對(duì)齊。 第 3 腳： V0 是控制 顯示器 的 對(duì)比度調(diào)， 當(dāng)其腳 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高 。 為了便于運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集，要求大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。采用 SD 卡進(jìn)行中轉(zhuǎn)傳輸則是一種不錯(cuò)的方案。 SD 卡的結(jié)構(gòu)如圖 所示 ,