【正文】 這種 驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的外圍驅(qū)動電路 、 顯示驅(qū)動程序簡單、占用 CPU 處理時(shí)間少、驅(qū)動 邏輯 修改 、 升級方便 。 由 FPGA 實(shí)現(xiàn)光柱顯示驅(qū)動電路，其硬件驅(qū)動模型如圖 320 所示。 Data 為 8位 數(shù)據(jù) /控制信號輸入端， Addr 為地址信號輸入線，用于區(qū)分 Data 輸入端輸入的是顯示數(shù)據(jù)還是控制信號。 單片機(jī)下載調(diào)試模塊 ADμc812 的用戶程序可以用兩種方式寫入到單片機(jī)內(nèi)部程序存儲器，一 37 種是通過標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串 行接口進(jìn)行串行下載寫入即在線編程模式；第二種方式和 E2PROM 的編程方式相同， 通過專門的編程器并行寫入，即并行編程。 (2) 資源占用問題 ADμC812 具有 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即：定時(shí)器 0、定時(shí)器 1 和定時(shí)器 2。 電源模塊 ADμC812 電源電路 ADμC812 的輸入電壓為 +5V。 40 圖 326 ADμC812 下載電路 在對 ADμC812 進(jìn)行下載和調(diào)試時(shí) 發(fā)現(xiàn)的一些應(yīng)注意的問題及其解決辦法介紹如下 ： (1) PSEN 引腳 在具備 上述 RS232 接口電路之后，還需通過一個(gè)與地相連的 1kΩ 電阻將ADμC812 的 PSEN 引腳拉至低電平才能進(jìn)入在線調(diào)試和下載狀態(tài)。 當(dāng)單片機(jī)處于在線調(diào)試時(shí)，定時(shí)器 1 被占用，用戶在程序中必須將定時(shí)器屏蔽才能正常運(yùn)行，在線下載功能不受此影響。指軟件系統(tǒng) 代碼 容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補(bǔ)充。即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。第二是 42 在環(huán)境惡劣干擾嚴(yán)重情況下，軟件必須保證也能可靠運(yùn)行。 顯示數(shù)據(jù)部分的工作則是由定時(shí)器 2 來 定時(shí)采樣數(shù)據(jù) ， 再將測量數(shù)據(jù)送到 LED 光柱和 LCD 液晶顯示器 進(jìn)行顯示 的，采用這種方法 可以使顯示數(shù)據(jù)的刷新 速度保持一致， 如果將采集顯示代碼也放于主程序循環(huán)中，則在 與計(jì)算機(jī)通訊或讀寫存儲器 時(shí)， 程序的 執(zhí)行時(shí)間 比較長 ， 將 導(dǎo)致數(shù)據(jù)顯示 刷新 速度變慢 ， 給用戶停頓或死機(jī)的感覺 。 ADμC812 的軟件既 可以采用匯編語言實(shí)現(xiàn)，又可以采用 C51 語言實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件的可測試性具有兩方面的含義：其一是指比較容易地制定出測試準(zhǔn)則，并根據(jù)這些準(zhǔn)則對軟件進(jìn)行測定；其二是軟件設(shè)計(jì)完成后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運(yùn)行，證明準(zhǔn)確無誤后才可投入實(shí)際運(yùn)行。在軟件的設(shè)計(jì) 方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是最好的一種方法，這種設(shè)計(jì)方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個(gè)子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)。 (4) P1 口 值得注意的是，在 ADμC812 中端口 0、 2 和 3 是雙向端口，而端口 1 是只輸入端口 ,P1 口的電路包括了位鎖存器和輸入緩沖器，但沒有輸出驅(qū)動器，因而 P1 口只能被配置為數(shù)字輸入或模擬輸入，不能用于輸出。值得強(qiáng)調(diào)的是， PSEN 引腳與地之間連上 1kΩ 電阻并不一定就能保證 PSEN 為低電平。 ADμC812 電源電路如 圖 324 所示。所有 3 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器均可配置作為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，此功能和普通單片機(jī)相同。下載電路如圖 323 所示。其電路原理如圖 321 所示。 輸出管腳為 R_Out[0..9]， G_Out[0..9]， Seg_Out[0..9]；輸入管腳為 CS，WR， CLK， Addr， Data[0..7]。 S 1S 2S 9S 8S 7S 6S 5S 4S 3S 0R 1G 1R 2G 2R 1 0G 1 0? ? 圖 319 三色 LED 光柱原理圖 發(fā)光二極管驅(qū)動方式為共陽極驅(qū)動 ，采用動態(tài)掃描方式完成整個(gè)顯示，減小顯示電路功耗 。 采 用 專用芯片 (LM391 IC9504 、 CS0100 等 )實(shí)現(xiàn)驅(qū)動 ， 該類驅(qū)動芯片的數(shù)據(jù)輸入一般為模擬信號，因此 非常 適合應(yīng)用于模擬電路中 ，而不適合 應(yīng)用于 數(shù)字電路 。平衡連線是無噪聲的，因?yàn)檫@兩根信號線都傳遞幾乎相同大小的反向電流，大多數(shù)噪聲電壓在這兩根導(dǎo)線上或多或少都同時(shí)出現(xiàn)，任何在一個(gè)導(dǎo)線上出現(xiàn)的噪聲電壓或從電纜外部 耦合 進(jìn)入導(dǎo)線的干擾都被在另一根導(dǎo)線上的噪聲電壓所抵消。 外部通訊模塊 本儀器要求能 實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī) 的網(wǎng)絡(luò)化測量和管理 功能 ， 這就需要設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)的通訊接口。 尋址格式如 下 表所示： 器件類型地址 可編程地址 讀 /寫 響應(yīng)位 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R=1/W=0 ACK 對于 RAM 及 E2PROM 是 器件類型 編碼為： 1010。 30 4. 開始數(shù)據(jù)傳輸 (START)后 ， 停止數(shù)據(jù)傳輸 (STOP)之前 ， SCL 高電平期間 ， SDA 上數(shù) 據(jù) 、 命令為有效 。 外擴(kuò) 的存儲芯片 為 FM24C256 串行存儲器 ， 存儲空間為 8KB， 用于保存用戶測量的數(shù)據(jù) 。 29 存儲 模塊 存儲部分主要 用于存儲測量數(shù)據(jù)和保存當(dāng)前儀器的設(shè)置狀態(tài) ，對于測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大，需要外擴(kuò)存儲器來實(shí)現(xiàn) 。 圖 313 LCD 顯示電路 利用滑動變阻器可以調(diào)節(jié) LCD 顯示屏的 對比 度。鍵盤輸入采用編碼鍵盤實(shí)現(xiàn) 。 24 圖 39 ADμC812 的功能方框圖 ADμC812 的引腳排列如圖 310 所示。器件包括在工業(yè)溫度范圍內(nèi)用的3V 和 5V 電壓工作兩種規(guī)格，它有 52 引腳、塑料四方形扁平封裝形式可供使用。 RC 電路有利于濾除一些高頻率噪聲，看似是濾波器電路，但實(shí)際上其截止頻率遠(yuǎn)在 AD 采樣的奈奎斯特頻率之上，其主要功能是保證抑制 ADC 輸入在切換通道時(shí)的沖擊，由于在選擇新通道時(shí)，來自轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的 2pF 取樣電容器的駐留電荷會產(chǎn)生瞬間沖擊，在保持之前，信號源必須消除這種瞬時(shí)沖擊，可以通過在軟件中加入延時(shí)來穩(wěn)定信號，或者通過硬件 方法，即采用快速運(yùn)放來穩(wěn)定信號。其模擬輸入電壓范圍為 0VVREF，內(nèi)部提供高精度、低漂移并經(jīng)過工廠標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)的 基準(zhǔn)電壓，同時(shí)也可由外部基準(zhǔn)經(jīng) VREF驅(qū)動，可在 引腳電壓范圍內(nèi)。 20 低通濾波器 通過濾波電路，將相敏整流后的信號轉(zhuǎn)化為直流信號，以反映位移量的變化，而被濾除的高頻信號為干擾信號、器件元件的噪聲、以 及相敏整流信號的各種。 相敏整流器 本課題采用的是方波相敏 整流 電路，如圖 34 所示 ： 19 圖 34 相敏整流電路 圖中 A1 為過零檢測器， A2 和三極管構(gòu)成了相敏整流器。該信號調(diào)理模塊，通過測 量電橋?qū)㈦姼辛孔兓儞Q為電信號，最終輸出正比于電感量變化的直流電壓信號 [8]。 9． 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。為了使硬件電路設(shè)計(jì)趨向合理，借鑒別人的成功經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中著重考慮到如下幾個(gè)方面 [7]： 1． 盡可能選擇典型電 路。 單個(gè)線圈的電感為： l rNL 220??? (21) 當(dāng)進(jìn)入線圈的鐵芯長度為 cl ，則線圈的電感為： 22220 ])1([l rllrNL ccr ??? ??? (22) 當(dāng)鐵芯長度增加 cl? 時(shí)，則電感量的變化為： 2220 )1(l lrNL crc ???? ??? (23) 式中 N — 單個(gè)線圈的匝數(shù)； 0? — 空氣的磁導(dǎo)率； r— 線圈半徑； l — 線圈長度； 13 cr — 鐵芯半徑； cl — 鐵芯長度； r? — 鐵芯磁導(dǎo)率； cl? — 鐵芯長度變化量； 例如現(xiàn)有一單線圈 式 傳感器與一差動式傳感器，其各種情況均相同，線圈匝數(shù) N =1000 ，線 圈半徑 r = ， 線圈 長度 l =25mm ， 磁芯 半徑cr =，鐵芯長度 cl =25mm， cl? =，這里的磁導(dǎo)率是指物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值，故空氣中的磁導(dǎo)率 0? 可取值為 1，查表可得，鐵芯磁導(dǎo)率 r? =。所以，近年來這種類型傳感器的使用逐漸減少。截面型具有較好的線性，自幼行程較大，制造裝配比較方便，但靈敏度較低。 電感傳感器 電感 式 傳感器的特點(diǎn) 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化實(shí)現(xiàn)測量的一種裝置，其核心部分是可變自感或可變互感， 在將被測量轉(zhuǎn)換成線圈自感或線圈互感的變化時(shí)，一般要利用磁場作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象。 如應(yīng)變式壓力傳感器中的應(yīng)變片就是傳感元件，它的作用是將彈性載體的變形轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。 3. 電子柱量儀和控制軟件之間通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)目標(biāo)如下： 1. 通過自感式差動傳感器可測量工件的形位誤差或尺寸誤差，并用 LED三色光柱對結(jié)果進(jìn)行顯示。 自上世紀(jì) 九十 年代以來， LED 作為一種新型光源有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。量儀設(shè)計(jì)師們自然想到量儀直列拼臺式的優(yōu)點(diǎn)。這一變化是出人意料的，因?yàn)槊绹歉?biāo)氣動量儀的發(fā)源地，為何變化如此之快呢？因?yàn)殡娮又績x克服了浮標(biāo)氣動量儀的許多缺點(diǎn)，如測量頭初始間隙小，線性不好，浮標(biāo)容易粘在玻璃管上等等。新檢測技術(shù)不斷揭示了傳統(tǒng)制造技術(shù)的不足之處，促使工藝師們進(jìn)一步改善和創(chuàng)新；新制造技術(shù)有反過來對檢測技術(shù)提出了更高的要求，二者相輔相成，互相促進(jìn)。 RS485 Serial munication protocol 3 目 錄 摘要 ............................................................................................................................. 1 ABSTRACT ............................................................................................................... 2 第 1 章 緒論 ............................................................................................................... 5 課題背景及來源 .............................................................................................. 5 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................................. 5 課題研究內(nèi)容 .................................................................................................. 7 設(shè)計(jì)目的 ................................................................................................... 7 設(shè)計(jì)目標(biāo) ................................................................................................... 7 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ................................................................................................... 8 第 2 章 傳感器測量原理 ........................................................................................... 9 傳感器的定義及構(gòu)成 ...................................................................................... 9 電感傳感器 .................................................................................................... 10 電感式傳感器的特點(diǎn) ............................................................................. 10 電感式傳感器的分類 ............................................................................. 10 本設(shè)計(jì)中傳感器的工作原理 ....................................