【文章內(nèi)容簡介】 L1RL0CLK8279/CS/RD/WRIRQCNTL OUTB0~B3SHIFTVSS OUTA0~A3SL0SL1SL2+5V0198。172。209。161。210。235。194。235。181。231。194。13245673130292827262524188。252。197。204。G1G2AG2B74LS138 鍵盤接口電路 數(shù)碼顯示接口電路 智能儀器儀表的顯示器通常采用LED(發(fā)光二極管顯示器)，因?yàn)?LED成本低，與單片機(jī)接口靈活。但LED只能顯示數(shù)字和少量簡單字符，而不能顯示漢字形等。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 ~字符A ~ F、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“”及小數(shù)點(diǎn)“.”。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管工作原理：共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。本設(shè)計(jì)選用了四塊共陽極數(shù)碼管組成了顯示模塊。 數(shù)碼顯示電路 模擬部分電路設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)信號(hào)的獲得與處理 該電路由光電隔離組成 圖 基準(zhǔn)信號(hào)處理電路圖光電編碼器輸出的信號(hào)，經(jīng)過光電隔離電路處理，獲得一與輸入信號(hào)同頻的方波信號(hào)，用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。一、提取基準(zhǔn)信號(hào)的意義 (1) 轉(zhuǎn)速測量的需要：轉(zhuǎn)速的測量是通過對基準(zhǔn)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。(2) 提取不平衡相位的需要：由動(dòng)平衡原理知，要進(jìn)行動(dòng)平衡必須準(zhǔn)確地測得不平衡振動(dòng)信號(hào)的振幅和相位，其中相位為振幅與基準(zhǔn)信號(hào)上升沿之間的夾角?；鶞?zhǔn)信號(hào)為相位的測量提供相位基準(zhǔn)。(3) 提取不平衡振動(dòng)信號(hào)的需要：由測振傳感器拾取的振動(dòng)信號(hào)是轉(zhuǎn)子不平衡故障及其它故障引起的各種振動(dòng)和環(huán)境噪聲的總和。為了有效地對機(jī)器實(shí)施動(dòng)平衡，就必須將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行選頻濾波，把有用的不平衡振動(dòng)信號(hào)從混雜的振動(dòng)信號(hào)中提取出來。為提高儀器的自動(dòng)化水平，便于同一機(jī)器在不同轉(zhuǎn)速下實(shí)施動(dòng)平衡，智能動(dòng)平衡儀采用了中心頻率可由基準(zhǔn)信號(hào)控制的跟蹤濾波器MF10CCN，因此要求要有穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)信號(hào)?；鶞?zhǔn)信號(hào)的提取方法:本系統(tǒng)采用光電編碼器產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)。U1的工作電壓為9~30V范圍可任選，光柵盤上的光柵輻條組成了光柵碼盤，R1和 R2為限流電阻，V1和V2分別是發(fā)紅外光的二極管和光敏三極管。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵轉(zhuǎn)盤也隨之旋轉(zhuǎn)。由VV2和光柵轉(zhuǎn)盤的聯(lián)合作用，光敏三極管輸出N個(gè)電脈沖信號(hào)。由此可知，由光電編碼器輸出的U的頻率f是由轉(zhuǎn)速n決定的，有f=nN為光電編碼器輸出信號(hào)和轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n的關(guān)系。 光電譯碼器工作原理圖 振動(dòng)信號(hào)的硬件處理，為振動(dòng)信號(hào)的硬件處理過程。由于從振動(dòng)傳感器輸出的正弦振動(dòng)信號(hào)中含有豐富的諧波成分，為了從很強(qiáng)的干擾信號(hào)中提取有用的不平衡信號(hào)，首先使信號(hào)通過低通濾波電路，然后通過程控放大、跟蹤濾波電路，將信號(hào)中的高頻干擾成分濾除后由ACH端口輸入到8098單片機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。采用開關(guān)電容有源濾波集成電路構(gòu)成四階帶通濾波器，基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng) 100倍頻后作為濾波器的外部時(shí)鐘，它與其它跟蹤濾波器相比，具有穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡單、易于整定等優(yōu)點(diǎn)。下面從測振傳感器的選擇、振動(dòng)信號(hào)的預(yù)處理等幾個(gè)方面詳細(xì)討論電路的設(shè)計(jì)過程。程控放大程控放大跟蹤濾波跟蹤濾波倍頻處理光電隔離振動(dòng)信號(hào)1振動(dòng)信號(hào)2低通濾波低通濾波基準(zhǔn)信號(hào)單片機(jī)圖 振動(dòng)信號(hào)的硬件處理圖一、測振傳感器的選擇 測振傳感器是把被測對象的機(jī)械振動(dòng)量(位移、速度、加速度)轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的電量(如電流、電壓)的器件。用于振動(dòng)測量的傳感器種類較多，下面介紹幾種常用的測振傳感器的工作原理。壓電式傳感器 工作原理是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將被測對象的機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電量的變化。壓電式傳感器具有體積小、重量輕、精度高及靈敏度高、工作頻率范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是傳感器的靈敏度隨環(huán)境溫度、濕度的變化和壓電材料本身的時(shí)效而變化，必須經(jīng)常校準(zhǔn)。磁電式速度傳感器工作原理是利用電磁感應(yīng)原理將傳感器可動(dòng)圈與固定圈的相對速度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。主要優(yōu)點(diǎn)是永久磁鐵感應(yīng)出電動(dòng)勢，傳感器本身不需要電源；容易獲得高靈敏度，可測微小變化；輸出信號(hào)大，輸出阻抗低，電氣性能穩(wěn)定性好，不受外部噪聲干擾。對后接電路無特殊要求，且電路簡單。主要缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍有限。綜合上述傳感器的特點(diǎn)，系統(tǒng)選用磁電式速度傳感器用于振動(dòng)的測量，并用雙芯屏蔽線將信號(hào)傳輸?shù)絻x器。磁電式傳感器的輸出信號(hào)易受外界脈沖的干擾，采用雙芯屏蔽線有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，提高振動(dòng)信號(hào)的信噪比。二、振動(dòng)信號(hào)的預(yù)處理的關(guān)鍵電路 一階低通濾波電路，其傳遞函數(shù)為：用取代s，且令，得出電壓放大倍數(shù)為： 一階低通濾波電路放大電路放大電路采用的是阻容耦合共射放大電路，電容C2用于連接放大電路和負(fù)載。 阻容耦合共射放大電路A/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓電路 A/D轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果為： 式中V 為模擬信號(hào)電壓，為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓源電壓，為模擬地電位?？梢?，A/D轉(zhuǎn)換的精度與有很大的關(guān)系，為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，采用以LM336為核心的精密電壓源，通過調(diào)節(jié)電位器保證輸出電壓的精度 。：圖 參考電壓源 程控信號(hào)放大電路 傳感器輸出的電壓信號(hào)比較小，與A／D轉(zhuǎn)換輸入端口不匹配，必須在A／D轉(zhuǎn)換前加一個(gè)信號(hào)放大電路，選用超低漂移高精度運(yùn)算放大器OPO7。又由于通道數(shù)較多，各通道參數(shù)的精度、量程不同，因此，監(jiān)測到的信號(hào)需要根據(jù)不同的通道，選擇合適的放大倍數(shù)，更好地完成信號(hào)的放大處理，為A／D轉(zhuǎn)換器提供更為精確的采集信號(hào)。 ，采用4路選擇開關(guān)CD4052芯片來選擇放大倍數(shù)Ki。，Q8輸出端口控制CD4052芯片，選擇X0，X1，X2，X3，實(shí)現(xiàn)電阻R1，R2，R3，R4的切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)改變放大倍數(shù)的目的。放大倍數(shù)：Ki=Ri/R(i=1，2，3，4)本文取R1=R2=R3=R4=100KΩ圖 為了提高儀器的精度,使預(yù)處理的振動(dòng)信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍內(nèi),通常需要進(jìn)行量程切換。一般的動(dòng)平衡儀器量程選擇是人工進(jìn)行的，首先測出振幅的最大值，根據(jù)其大小選擇合適的量程。對于不同量程的切換，軟件中并未作出相應(yīng)的處理，為了計(jì)算方便，往往原始振動(dòng)測量和試加重測量是在同一量程下進(jìn)行的，由于A/D轉(zhuǎn)換在1/2量程至滿量程之間的轉(zhuǎn)換精度最高，使原始振動(dòng)和試加重振動(dòng)測量處于同一量程檔，無疑降低了測量精度。因此不但要使送入A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)在其量程范圍內(nèi)，而且應(yīng)盡量使信號(hào)在1/2量程到滿量程之間，以取得較好的轉(zhuǎn)換精度。