【正文】 采樣保持器 A/D 轉(zhuǎn)換器A/D 轉(zhuǎn)換器采樣保持器I/O接口電路CPU采樣保持器A/D 轉(zhuǎn)換器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換開關(guān)CPUI/O接口電路上兩種多通道形式的速度更慢，但可以節(jié)省硬件，可靠性也差。由于這種結(jié)構(gòu)形式是在每一個通道上都有的采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，所以允許各個通道能同時工作。和數(shù)字量（或開關(guān)量）輸入通道就是為此目的而開設(shè)的兩種檢測通道。 壓磁式傳感器電阻應(yīng)變式：測量范圍寬，精度高，壽命長，體積小，價格便宜，可在惡劣的條件下工作，應(yīng)用范圍最廣泛，但有一定的非線性誤差壓阻式：靈敏度高，機(jī)械滯后小，分辨率高，測量范圍大，體積小，功耗小，使用方便，但有較大的非線性誤差溫度誤差壓電式：線性好，頻響范圍寬，靈敏度高，遲滯小，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用方便，無需外加電源，抗聲、磁干擾能力強(qiáng)，溫度系數(shù)低（%.0C ） 。 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。 分辨率表示輸出量程與滿量程的輸入之比。 精確度傳感器的精確度包括精密度和正確度。如何根據(jù)測試目的和實踐條件，合理的選用傳感器時會經(jīng)常遇到的問題。各液壓閥的特性如下：表 24 各種閥的特性 輔助元件的選擇 郵箱尺寸的確定油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的 80%時的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、散熱平衡的原則來計算，這項計算在負(fù)載較大時是必須的，但對于一般的情況來說，油箱的有效容積可按液壓泵的額定流量來估算，公式為：V=αQV已知所選泵的總流量為 150010=15L參照下表系數(shù)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械α 12 24 57 612 10表 25α 系數(shù)的確定取 α=6，故 V=，最后確定郵箱的尺寸為長 L=580mm,寬 S=450mm,高H=370mm。電磁換向的工作原理為：通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動方向，當(dāng)電磁鐵斷電時，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置。 溢流閥的選用為了防止壓力過高而損害系統(tǒng)，必須安裝起安全作用的溢流閥。壁厚 δ 至少應(yīng)滿足 δ/D≧1/10,D=160,取 δ=30mm液壓缸的兩腔實際有效面積為：A 1= D2= 162=?A2= (D2－d 2)= (162－100)= 24?4?取 V=104= 強(qiáng)度校核(1)活塞桿的直徑 d 按下式校核 d≧ 其中 F 為活塞桿上的作用力，[σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力，最小許用4[]a?應(yīng)力為 110Mpad= = d=100[]a符合要求(2)壁厚 δ 按下式校核：δ≧ （ —1）2D[]??PY為缸筒試驗壓力，P N為缸的額定壓力，當(dāng) PN16Mpa 時，取 PY= ,即PY=20=25Mpaδ= = δ=30(1)23???符合要求3. 3 液圧泵的選擇液壓泵在整個循環(huán)中的最大工作壓力為 20Mpa，進(jìn)油路上的壓力損失為，壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大壓力為 ，則P=20++=21Mpa.液壓泵應(yīng)向液壓缸輸出流量為 計，則 q=溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為 3 L/min 則液壓泵流量規(guī)格最小為 L/min+3 L/min= L/min性能 外嚙合齒輪泵雙作用葉片泵限壓式變量液壓泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵螺桿泵輸出壓力 低壓 中壓 高壓 高壓 高壓 低壓流量調(diào)節(jié) 不能 不能 能 能 能 不能效率 能 較高 較高 高 高 較高輸出流量脈動很大 很小 一般 一般 一般 較小自吸特性 好 交差 較差 差 差 好對油的污染敏感性不敏感 較敏感 較敏感 很敏感 很敏感 不敏感噪聲 大 較大 較大 大 大 最小最后確定選取 10MCY14—1B 軸向柱塞泵，額定壓力為 ,轉(zhuǎn)速1500r/min。同時，采用壓力傳感器對液壓缸工作腔的油液壓力進(jìn)行檢測，將檢測到的壓力信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換放大器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、放大、并反饋給計算機(jī)。也就是用電機(jī)驅(qū)動液壓泵 [1]。2總體方案的確定說明微機(jī)控制恒應(yīng)力水泥壓力試驗機(jī)作為一種機(jī)電一體化產(chǎn)品不外乎由以下組成部分：圖 11 機(jī)電一體化系統(tǒng)圖 力的選擇按動力源的不同可分為：液動、氣動、電動三種。計算機(jī)實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的比例控制，來達(dá)到設(shè)計的要求。其工作過程為：首先由計算機(jī)發(fā)給控制器試驗信號，控制器對液壓缸進(jìn)行檢測，把檢測到的電壓信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換和放大后傳給計算機(jī)。本設(shè)計在綜合這兩種方法優(yōu)點的基礎(chǔ)上采用了直接數(shù)字控制技術(shù)的常用方法，并用微機(jī)對流體控制元件實現(xiàn)嵌入式的數(shù)字控制從而使水泥壓力試驗機(jī)的工作性能得到改善，能很好的滿足現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)對水泥檢測的要求。所以本設(shè)計采用液壓驅(qū)動。當(dāng)實驗開始時，由計算機(jī)給控制器發(fā)出試驗信號，控制器控制電液比例閥開口度的大小，再由電液比例閥來控制液壓缸對試件進(jìn)行加載。 計算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d由于負(fù)載最大為 250KN，常用液壓缸的機(jī)械效率 η 為 —，取 η=，查表，液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿 d 的關(guān)系可知：受壓縮，工作壓力 P (Mpa)活塞桿受力情況受拉伸P≦5 5≦P≦7 P≧7活塞桿直徑d()D （）D(0..)D 表 32 液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿 d 的關(guān)系計算液壓缸面積： = [(P1－P 2)D2+ P2 d2]= F?4?得 P1 D2= D2=D= =.圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為 D=160mm , d=== , d=100mm對于中壓系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)型和安裝方便上考慮，選擇結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的 S 型直通式單向閥—S10AK1. 其最高壓力為 ,其額定流量為 10260L/min,公稱直徑為 630?，F(xiàn)在簡單介紹經(jīng)濟(jì)實惠的電磁換向閥。由于電磁閥是本設(shè)計中的關(guān)鍵閥，故選擇 BYFB10H4,其最大壓力為,額定流量為 2—500L/min。序號 元件名稱 額定流量L/min調(diào)壓范圍 規(guī)格1 單向閥 15 S10AK12 溢流閥 40 732 YFL10K3 換向閥 60 WE6G51OAQ22050Z44 電液比例閥 2—500 BYFB10H44 傳感器的選擇 傳感器的選用原則工程上通常是直接作用于被測量，能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為同種或別種量輸出的器件為傳感器。為了保證傳感器在應(yīng)用中具有高的可靠性，必須選用條件適宜傳感器。 靈敏度是傳感器的輸出增量與輸出之比。 電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變式壓力傳感器時利用彈性敏感元件將北側(cè)里、壓力轉(zhuǎn)化為應(yīng)變、唯一等，然后通過粘貼與其表面的電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為位電阻值的變化，由轉(zhuǎn)化電路（通常為電橋輸入電壓或電流信號）阻值的變化為：ΔR/R(1+2u) ε式中 ε—敏感柵響應(yīng)變化，ε=Δ/l。 壓磁式傳感器在機(jī)械力的作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)力變化，使其磁道發(fā)生變化，當(dāng)鐵磁材料制成的壓磁元件線圈時期磁道率變化將引起線圈電感和阻抗變化，當(dāng)壓磁元件同時饒有一二次線圈并在一次線圈加以激勵電壓時，磁道率變化將導(dǎo)致線圈系數(shù)變化從而使輸出電勢變化。5 過程通道的一般結(jié)構(gòu)形式 過程通道的設(shè)計過程通道包括模擬量輸入電路、模擬量輸出通道和數(shù)字量輸入、輸出通道。上圖中的采樣保持器就是用來對變化的模擬信號進(jìn)行快速采樣，并在轉(zhuǎn)化過程中“保持”該信號，以減少轉(zhuǎn)換過程所造成的誤差。42 多通道共享一個 A/D 轉(zhuǎn)換器 多個通道共享采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器下圖是多個通道共享采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。儀表反復(fù)打起的特點是：共模抑制力強(qiáng)、輸入阻抗高、低漂移、增益可調(diào)。有些被測參數(shù)與轉(zhuǎn)換后的電信號之間成非線性關(guān)系，為提高測量轉(zhuǎn)換的靈敏度和便于控制的運算，需要進(jìn)行線性化處理，這可采用折線近似法或采用非線性的反饋放大達(dá)到線性化的目的。當(dāng) INH 為低電平時，改變 C、 B、A 的數(shù)值（從 0~111）通過譯碼器可以溢出 8 種狀態(tài)，在 8 個通道中（X0~X7）選中其中的一個通道使輸入和輸出接通。設(shè)置一個幅值為 Um 頻率為 F 的正弦信號 U=則其隨時間的變化率為 Du/ DT =UM2πf，它的最大值出現(xiàn)在信號過零時，所以，最大的轉(zhuǎn)換誤差為：Δu≈U2πfΔt式中 Δt 為 A/D 轉(zhuǎn)換時間。如LF19LF29LF398 等。因材，弄起清一些常出現(xiàn)的ADC 主要性能指標(biāo)術(shù)語的確切含義以及有關(guān)的基本概念是非常必要的（1） 分辨率對于 ADC 來說，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所輸入模擬電壓的變化量。（4） 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)化精度是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對實際值的準(zhǔn)確度。如滿量程為 10V 的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其絕對精度為 1/210/28=177。而完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需的時間（b 包括穩(wěn)定時間）即轉(zhuǎn)換時間，則是它的倒數(shù)。在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系太難過、測控系統(tǒng)和智能儀器儀表時，首先碰到的就是如何選擇合適的 A/D 轉(zhuǎn)換器以滿足應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計要求的問題。（2） 如何確定 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率A/D 轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的時間，這就是 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間；其倒數(shù)就是每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換速率。根據(jù)上面一系列的分析，再結(jié)合我們課題的要求以及應(yīng)用的廣泛性和價格的合理性我們選擇 A/D574 為這次課題中的 A/D 轉(zhuǎn)換器。它包括高速電流輸出開關(guān)電路、激光切割膜片式電阻網(wǎng)絡(luò)，故其精度高，可達(dá)177。10V 的模擬輸入。低功耗：典型功耗為 390mW。A0——轉(zhuǎn)換和讀字節(jié)選擇信號。表 42 AD574 真值表CE CS R/C 12/8 A0 操作0 禁止 1 禁止1 0 0 啟動 12 位轉(zhuǎn)換1 0 0 1 啟動 8 位轉(zhuǎn)換1 0 1 VLOGIC 一次讀取 12 位輸出數(shù)據(jù)1 0 1 DGND 0 讀取高 8 位輸出數(shù)據(jù)1 0 1 DGND 1 讀低位輸出數(shù)據(jù)尾隨 4 個 010VIN——模擬信號輸入。4）AD574 與模擬輸入量得連接通過改變 AD574 引腳 12 的外接電路，可使 AD574A 進(jìn)行單極性和雙極性模擬信號的轉(zhuǎn)換，因為 AD574A 有單極性輸入電路和雙極性輸入電路兩種方式，所以我們必須故居實際的需要來選定一種。另一種是 A/D 芯片內(nèi)部不帶三態(tài)輸出門，或雖有三態(tài)輸出門，但它不受外部信號控制，而是當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時自動開門的，如AD570 就是這種芯片，這類 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片的數(shù)據(jù)輸出線都不能和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線直接相連接，而應(yīng)外加輸入緩沖器 74LS244 或 74LS245。通過讀/寫信號或程序控制得到足夠?qū)挾鹊拿}沖信號。即把 A/D 轉(zhuǎn)換器送出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號（有時可能要外加一個反相器）作為中斷申請信號，送到 CPU 或中斷控制器的中斷請求輸入端。 因為 AD574A 有單極性輸入電路和雙極性輸入電路兩種方式，所以我們必須根據(jù)實際的需要來選定一種。例如，單片集成 D/A 轉(zhuǎn)換器 AD5741 的線性度（非線性誤差）為≦177。輸出形式是電流的，其 D/A 轉(zhuǎn)換器的建立時間是很短的；輸出形式是電壓的，D/A 轉(zhuǎn)換器的主要建立時間是其輸出運算放大器所需的響應(yīng)時間。（8）輸入數(shù)字電平指輸入數(shù)字信號分別為“1”和“0”時，對應(yīng)的輸入高低電平的起碼數(shù)值。D/A 轉(zhuǎn)換芯片的主要結(jié)構(gòu)特征與應(yīng)用特征選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器的特征雖然主要表現(xiàn)為芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的配置狀況。目前多數(shù) D/A 轉(zhuǎn)換器件均屬于電流輸出器件。③鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制。 DAC1210 的介紹（1）DAC1210 的主要性能及特點DAC1210（與 DAC120DAC1209 是一個系列）是雙列直插式 24 引腳集成電路芯片。Byte1/——Byte2 控制腳為高電平時選擇二個鎖存器，處于低電平時則改成寫 4 位輸入鎖存器。DI0—DI11—數(shù)據(jù)寫入 DI0 是最低有效位（LSB ） ，DI 11 是最高有效位（MSB） 。已在全溫度范圍內(nèi)統(tǒng)調(diào)了這些電阻。.AGND— 模擬地。工作時， CPU 先用兩條輸出指令把 12 位數(shù)據(jù)送到第一級數(shù)據(jù)緩沖器，然后通過第三條指令輸出指令把數(shù)據(jù)懂到第二級數(shù)據(jù)緩沖器，從而使 D/A 轉(zhuǎn)換器同時得到 12 位待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)4）DAC1210 的輸出DAC1210 是電流相加型 D/A 轉(zhuǎn)換器，有 IOUT1 和 IOUT2 兩個電流輸出端，通常要求轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出為電壓信號，因此外部應(yīng)加運算放大器將其輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓輸出。而控制軟件直接參與對系統(tǒng)的控制，一般以采樣周期（發(fā)送控制信號周期）的時間間隔執(zhí)行一次，這樣便對控制算法和程序運行時間同時提出了較高的要求，特別是對于高頻響應(yīng)的系統(tǒng)。剛開始時，由于是第一次搞這個題目，現(xiàn)成的材料很少，老師就耐心的給我們講解，并帶我們到工廠參觀，實地考察，在進(jìn)行設(shè)計的過程中涉及了許多以前的基礎(chǔ)知識，比如各種芯片的選用，連接，通道設(shè)計，A/D 和 D/A 的選用，結(jié)束的設(shè)計，零部件的設(shè)計，材料的選用?？傊要毩⑼瓿闪诉@次設(shè)計，達(dá)到了設(shè)計的要求，這是我們已經(jīng)學(xué)過的知識的一次很好的總結(jié)，為我們走向工作崗位打下了堅實的理論