【正文】 uA，主要考慮的是在 電池供電時的停振問題。而 HC4060 電路工作電壓可以低一些。主要參數(shù)：供電：DC5V. 連續(xù)運行月誤差：≤ 15S。圖 利用晶振和4060產(chǎn)生2Hz信號第二種是高頻高精度晶體振蕩電路，也叫“高頻石英鐘電路”，由于原來是驅(qū)動步進電機的，所以其輸出間隔是 2*,我們僅僅使用單邊電路，可以得到 30 個脈沖/S。其供電電壓僅僅 ，工作電流不到 1uA，輸出電壓也很低，因此，使用分立的 PNP 三極管把電平提高到任意值。上面的電路無需太多調(diào)整，本身就有非常準確的精度。如果與單片機配套，單片機需要干的事情僅僅就是計數(shù)而已。對 5512F 電路，單片機還需要生成一個秒脈沖輸出信號。（ 的高低交替電平輸出）。主要參數(shù)： 供電：DC5V. 連續(xù)運行月誤差：≤ 6S。圖 以上兩種方法輸出都應(yīng)該外加高輸入阻抗的緩沖級。兩種方法產(chǎn)生的基準信號都十分精確。但市場上已經(jīng)較難購買到 5512F 電路了，而且工作電壓與其他電路不匹配，其輸出電壓還需要重新調(diào)整。4060芯片則是通用芯片，易用性好。因此，選用第一種方法進行設(shè)計。需要注意的是，第一種方法實質(zhì)是對32768Hz的晶振進行214分頻，得到的基準信號頻率是2Hz。即in＝2Hz。又。所以若要得到頻率為N的信號， 8253設(shè)置初值時，需要寫入N/2。 串口通信模塊在系統(tǒng)檢測過程中，單片機系統(tǒng)控制卡與擔負著人機交互和實驗數(shù)據(jù)處理任務(wù)的上位機之間，必須保持可靠的數(shù)據(jù)傳輸。串行通訊因其通訊線路簡單、應(yīng)用方便，而廣泛應(yīng)用于各種過程控制系統(tǒng)。因此，在檢測系統(tǒng)中，采用串行通訊實現(xiàn)系統(tǒng)上位機和下位機之間的數(shù)據(jù)傳輸。AT89C52單片機內(nèi)部有一個UART(通用異步接收/發(fā)送)工作方式的全雙工串行通訊接口，能夠同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。UART是可編程的全雙工的串行口，有兩個緩沖器SBUF，一個做為發(fā)送緩沖器，一個做為接收緩沖器。進行串行通信時,發(fā)送數(shù)據(jù)由TXD端送出,接收數(shù)據(jù)從RXD端輸入。單片機串行通訊接口共有四種工作方式，用戶可以用軟件編程的方法在串行控制寄存器SCON中寫入相應(yīng)的控制字，改變串行通訊接口的工作方式。本系統(tǒng)采用模式1，即8位UART，可變波特率。通信采用RS－232協(xié)議標準，只需要TXD、RXD和地線三條連線，TTL電平的“0”對應(yīng)＋5V～＋15V，“1”對應(yīng)－5V～－15V。因此，單片機系統(tǒng)與工控機之間串行通信的硬件電路比較簡單，只需通過電平轉(zhuǎn)換芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為232電平即可。將單片機AT89C52的全雙工異步通訊串行接口（、）同一片電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232相聯(lián)接，MAX232需要外接5個1uF或者22uF的電解電容作為電泵源，用來內(nèi)部耦合升壓，然后用RS232電纜線接到工控機的串口即可。因此實現(xiàn)串行通訊設(shè)計的關(guān)鍵在軟件程序設(shè)計，本文將在第五章中對其做詳細介紹。 串行通訊接口電路 信號切換模塊系統(tǒng)需要單片機對兩個探傷儀和每個探傷儀的兩個探頭進行切換和選擇，把這一部分都作為信號切換模塊。對探傷儀的選擇包括觸發(fā)不同的探傷儀和允許不同的探傷儀信號輸出，對探頭的切換就是允許不同的探頭信號輸出。探傷儀的觸發(fā)信號是數(shù)字信號，探傷儀和探頭的輸出是模擬信號。因此，雖然都是對信號進行控制，但原理不同。對于數(shù)字信號，使用通用的總線緩沖器即可完成控制；而對于模擬信號，一般采用模擬開關(guān)芯片和繼電器。模擬開關(guān)工作速度快，可重復(fù)次數(shù)多，使用方便，但一般接通電阻較大，一般都在幾十歐姆，MAX公司生產(chǎn)的模擬開關(guān)接通電阻可以低至幾個歐姆；繼電器開關(guān)速度較慢，一般為毫秒級，吸合次數(shù)有限，但導通電阻非常小，通常不到一歐姆，一般的繼電器是指機械繼電器。固態(tài)繼電器(SOLIDSTATE RELAYS)是一種新型的繼電器，簡寫成“SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點開關(guān)器件，它利用電子元件(如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導體器件)的開關(guān)特性，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關(guān)”，它問世于70年代，由于它的無觸點工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計算機控制方面得到日益廣泛的應(yīng)用。我們選用歐姆龍公司專為信號切換生產(chǎn)的5V1型繼電器。探頭的輸入阻抗只有不到一歐姆，示波器和采集卡的輸入阻抗則在一千歐姆以上，所以結(jié)合探傷儀和探頭不同的特點，綜合使用了以上各種控制方法：對于探傷儀觸發(fā)脈沖，使用74LS125和74LS126兩個總線緩沖器；對于探傷儀的輸出采用一個二選一模擬開關(guān)；對于探傷儀的探頭采用了幾個繼電器的組合。通過以上方法，綜合實現(xiàn)了對觸發(fā)脈沖、探傷儀、和探頭信號的切換控制。 傳感器輸入接口模塊傳感器輸入接口模塊：超聲掃描過程中，單片機必須記錄掃描的起點、終點以及工件轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，用來控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分，并且在檢測結(jié)束后把這些信息傳給上位機，以便后續(xù)處理。系統(tǒng)中利用安裝在數(shù)控機床上的MOC704T4槽型光電開關(guān)傳感器檢測齒輪的起點和終點位置。，器件通槽一側(cè)封裝一個GaAs紅外發(fā)光二極管，另一側(cè)對應(yīng)地安裝了一個硅NPN光電晶體管。 光電傳感器結(jié)構(gòu)圖時，外接電路給二極管加載工作電流使二極管發(fā)光，并通過槽壁上小孔照射到光敏晶體管上，使光敏晶體管導通。若有擋塊移至槽中并擋住槽壁上的小孔，光敏晶體管就接收不到光信號而截止。因此在系統(tǒng)檢測工作臺上對應(yīng)于被檢試件的起始、終止位置各安裝一個槽型光電開關(guān)傳感器，而在軸向移動的超聲探測器上安裝一擋塊，單片機可以通過槽型光電開關(guān)傳感器的光敏晶體管的導通狀態(tài)判斷出超聲探測器檢測的起始和終止位置。 抗干擾措施設(shè)計的單片機控制卡設(shè)備不可避免地要在電磁環(huán)境中工作，因此，必須采取防電磁干擾措施以解決電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。所謂電磁干擾是指引起電子設(shè)備工作失常的各種電磁效應(yīng)。工業(yè)現(xiàn)場中來自四面八方、錯綜復(fù)雜的干擾,將嚴重影響檢測控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。干擾是客觀存在的,實際中不可完全避免,只能設(shè)法加以消除或抑制到可以接受的程度。[35,36] 干擾的三要素 所有的電磁干擾都需要具備干擾源、敏感器和傳播途徑，統(tǒng)稱為電磁干擾的三要素。電磁干擾源通過干擾途徑對敏感起施加干擾和影響。電磁干擾源和敏感器并不是絕對的，某種設(shè)備的電磁干擾源可能自身就是敏感器，敏感器對于其他設(shè)備來說也可能就是電磁干擾源。 電磁干擾源的分類有很多種，按干擾源的存在區(qū)域可分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源；按干擾源頻率可分為工頻干擾源、甚低頻干擾源、載頻干擾源、射頻及視頻干擾源、微波干擾源、雷電及核電磁脈沖干擾源；按產(chǎn)生原因可分為放電干擾源、接觸干擾源、過渡現(xiàn)象干擾源、反射干擾源；還可分為人為干擾源和自然干擾源。電磁干擾的傳播途徑一般分為傳導耦合和輻射耦合兩種方式，通常也叫“路” 形式和“場”的形式干擾。傳導必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器發(fā)生干擾現(xiàn)象。其中包括共電源耦合、通過公共地線阻抗的耦合和公共負載干擾。輻射干擾是指通過空間傳播的電磁干擾。包括電場干擾、磁場干擾和電磁場干擾。在實際工程中,電磁干擾的傳播和耦合很少以單一形態(tài)發(fā)生,而是多種耦合特性的組合。針對不同的耦合方式采用不同的抑制干擾的措施，工程實踐中廣泛采用的濾波、屏蔽、接地、搭接和合理布局等抑制電磁干擾的技術(shù)措施都是有效的。 干擾分類干擾的主要類型根據(jù)干擾進入系統(tǒng)的渠道可分為：空間干擾、過程通道干擾和供電系統(tǒng)干擾。供電系統(tǒng)干擾：工業(yè)現(xiàn)場大功率設(shè)備的啟停，特別是大感性負載的啟停會造成電網(wǎng)的嚴重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落。由于大功率開關(guān)的通斷，電機的啟停，電焊等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏、甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾。以上類型的干擾都屬于供電系統(tǒng)干擾。過程通道干擾：過程通道干擾是指通過系統(tǒng)開關(guān)量輸入輸出通道和模擬量輸入輸出通道引入的干擾。在工業(yè)現(xiàn)場，輸入輸出的信號線和控制線很多，不可避免地要將干擾引入系統(tǒng)；當有大的電器設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者測量部件絕緣不好，都會使通道中串入很高的共模電壓或差模電壓；各通道的線路如果同處一根電纜中或綁扎在一起，各線路間會通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生相互間的干擾。這些類型的干擾均屬于過程通道干擾?？臻g干擾：空間干擾是指來自空間的各種干擾，如天體輻射的電磁波；通訊發(fā)射臺發(fā)出的電磁波；周圍的電器設(shè)備如發(fā)射機、中頻爐、可控硅逆變電源、電機等發(fā)出的電干擾和磁干擾。實際系統(tǒng)中存在的干擾可能不只一種，應(yīng)具體分析干擾的類型和產(chǎn)生原因，從而采用相應(yīng)的措施抑制干擾的影響。在齒輪檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計中，根據(jù)系統(tǒng)本身的特點,分別從單片機控制卡和檢測系統(tǒng)總體兩方面考慮采取抑制干擾的措施。 干擾抑制措施在齒輪檢測系統(tǒng)中，單片機控制卡起著控制檢測工作臺運動和協(xié)調(diào)檢測系統(tǒng)各部分的作用，因此單片機系統(tǒng)控制卡工作的可靠性和穩(wěn)定性對系統(tǒng)的正常工作有著舉足輕重的影響。由于單片機工作現(xiàn)場不僅有弱電設(shè)備，而且有很多強電設(shè)備；不僅有數(shù)字電路，而且有許多模擬電路，是一個強電與弱電，數(shù)字與模擬共存的復(fù)雜環(huán)境，各種形式的干擾和噪聲都有可能進入單片機系統(tǒng)，導致控制誤差加大，輸入輸出信號失真變形，嚴重時會使系統(tǒng)失靈。所以，必須采取有效的干擾抑制措施保證單片機系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行。在分析了干擾三要素后，就可以分別針對各個要素加以抑制和消除。首先需要消除、抑制干擾源，這是最積極主動而且最徹底的抗干擾措施，因為它能從根本上消除干擾；其次是切斷干擾傳遞途徑，干擾途徑籠統(tǒng)的可分為傳導和耦合，對于傳導，通常采用阻截或給予低阻通路的辦法，使干擾不能進入接收電路，對于耦合通常的辦法是屏蔽。對于敏感器，提高敏感器件的抗干擾性能，需要削弱接收電路對干擾的敏感度，不同的電路結(jié)構(gòu)對干擾的敏感度不同，一般高輸入阻抗電路比低輸入阻抗易接收干擾；模擬電路比數(shù)字電路易接收干擾；布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的易于接收干擾。另外再數(shù)據(jù)處理階段還可以采用軟件濾波。實際中的抑制措施都是以上措施的綜合應(yīng)用。整個檢測系統(tǒng)的抗干擾可以分為單片機控制卡和檢測系統(tǒng)兩個層面的抗干擾。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，主要從以下幾方面采取措施以保證單片機系統(tǒng)控制卡的穩(wěn)定性和可靠性。（一）單片機控制卡的抗干擾：電子元器件是構(gòu)成部件或系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元，元器件的正確選用是單片機系統(tǒng)可靠性的重要保證。要盡量選擇集成化程度高，抗干擾能力強，功耗小的電子器件；選用經(jīng)實踐檢驗證明性能優(yōu)良的定型元件；盡量選用符合國家標準和部頒標準的元器件，以保證可替換性。常用的電子元器件可分為TTL和CMOS兩大類。TTL器件是最為普通又非常流行的數(shù)字集成電路，而且非常容易上手，可以說是最古老的一種數(shù)字集成電路。結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、但功耗大。CMOS 標準（Complementary MetalOxideSimiconductor） 是互補型金屬氧化物半導體的簡稱，與 TTL 一樣，它也是一種半導體的制造工藝，由CMOS 工藝制造出的集成電路稱為CMOS器件，CMOS 器件耗電量極低，并且允許低電壓工作。現(xiàn)在的 CMOS 器件的性能已超過標準的TTL 器件，當今幾乎已經(jīng)不再使用真正的 TTL 器件了。即使是著名的 7400 系列的 TTL 器件，也已由 CMOS 工藝生產(chǎn)、被稱為 HCT 的系列器件所替代。CMOS 器件由于功耗極低、輸入阻抗高、抗干擾能力強、電壓范圍廣，而且出現(xiàn)了速度與TTL不相上下的高速HCT系列。已經(jīng)成為當今數(shù)字邏輯電路的主流。但TTL 器件的作用不可抹殺，時至今天也還有人在使用標準的TTL電路。單片機控制卡中大部分器件都采用CMOS系列。[42]首先，要考慮PCB板尺寸大小。尺寸過大，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，相鄰線路易受干擾。其次，確定PCB板尺寸后，確定主要和特殊器件的位置，將模擬電路和數(shù)字電路及電源電路分開，最后根據(jù)各功能單元對全部元器件進行布局。為提高抗干擾性能，元器件布局時應(yīng)遵循以下原則：（1）盡可能縮短高頻元器件連線，以減少分布參數(shù)和相互見電磁干擾。輸入輸出元件盡量遠離。（2）模擬、數(shù)字及高、中、低速邏輯電路要分開布局。以每個功能單元的核心元件為中心，圍繞它進行布局。元器件均勻、整齊、緊湊的排列在板上，盡量縮短各元器件的引線和連接。（3）相互間連線較多的器件要靠在一起。（4）位于電路板邊緣的器件，離電路板邊緣最低不小于2mm，一般大于5mm。電路板最好為長寬比3：2或者4：3的矩形。當尺寸大于200mm150mm時，還應(yīng)考慮其所承受機械強度。（5）所有元器件均安置在印制板的一面，焊接在另一面。開關(guān)、外接插頭和電源等盡量靠外布局，便于加工、安裝和維護。數(shù)字電路電源和信號電平轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生很大的沖擊電流，并在傳輸線和電源內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，形成嚴重的干擾。為了抑制這種干擾，可在電路中適當配置去藕電容。采用的具體措施為：在印刷電路板的電源入口VCC與GND之間并接去藕電容。并接的電容為一個大容量的電解電容（一般為10～100μF）～。這可以消除電源線和地線中的脈沖電流干擾。并接大電容是為了去掉低頻干擾成分，并接小電容是為了去掉高頻干擾成分?！?。去藕電容一方面提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能量，另一方面能旁路掉該器件的高頻噪聲。為提高電路抗干擾能力，在印刷電路板布線時應(yīng)遵循一下幾個原則：（1） 使數(shù)字信號線和模擬信號線遠離。模擬地與數(shù)字地分開。對低頻電路，地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地；高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地。對于數(shù)字電路，地線應(yīng)閉合成環(huán)路，以提高抗噪聲能力。（2） 盡量縮短傳輸導線的長度。高頻信號線盡可能縮短，最后在兩側(cè)用兩條平行地線夾住且少打過孔。（3）電源線和地線適當加寬。除了根據(jù)電流的大小，加大導線的寬度外，還采取使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，以增強系統(tǒng)抗噪聲的能力。雙面板應(yīng)放置地線網(wǎng)格，上下層垂直走線。相鄰層信號線為正交方向 （4）避免銳角、直角。采用45176。走線。以防高頻信號的反射。 （5）高頻時鐘信號及有些器件外接的晶體振蕩器區(qū)域下方也不應(yīng)走線，要鋪銅隔離。同時可將晶振外殼接地。（6）盡量少用過孔，減少電阻、電容、電感的數(shù)量。（二）系統(tǒng)抗干擾：檢測系統(tǒng)的干