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簡易直線位移測量系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文-在線瀏覽

2025-08-14 21:59本頁面
  

【正文】 數(shù)字化、精度高、抗干擾能力強、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點,在機床加工、檢測儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用[4]。參照光柵原理,設(shè)計一種簡易的位移測量系統(tǒng)。本課題不論是從現(xiàn)實市場的需求上,還是從當今技術(shù)環(huán)境上, 都滿足了如今位移測量的基本需求。直線編碼器的信號由單片機系統(tǒng)采集處理。可通過計算機人機接口界面顯示直線位移的大小。單片機的計數(shù)程序為普通的累加程序,定時采用內(nèi)部脈沖定時中斷溢出的方法計時。圖11簡易直線位移測量系統(tǒng)框圖第二章 硬件設(shè)計圖21 編碼器如圖21此次設(shè)計采用了帶孔的直尺來代替光柵尺(主尺A),而副尺B則使AB信號產(chǎn)生90度的相位差,使接受到的AB信號正交。單片機因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名,具體說就是把中央處理器CPU(Central processing unit)。只讀存儲器ROM(Read only memory)。雖然單片機只是一個芯片,但從組成和功能上看,它已具有了計算機系統(tǒng)的屬性[11]。簡稱單片機。圖22為單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機只需要與適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合,便可成為一個單片機控制系統(tǒng)[11]。在單片機的電路和結(jié)構(gòu)中,有許多嵌入式應(yīng)用的特點。 通用型單片機是一種基本芯片,他的內(nèi)部資源比較豐富,性能全面且適用性強,能覆蓋多種應(yīng)用需要。然而在單片機的控制應(yīng)用中,有許多時候是專門針對某個特定產(chǎn)品的,例如電度表和 IC 卡讀寫器上的單片機等。由于專用單片機芯片是針對一種產(chǎn)品或一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的,設(shè)計時已經(jīng)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化,軟硬件資源利用的最優(yōu)化。但一個單片機芯片并不能把計算機的全部電路都集成到其中,例如組成諧振電路和復位電路的石英晶體,電阻,電容等,這些元件在單片機系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。從中可以看到單片機和單片機系統(tǒng)的差別,即:單片機只是一塊芯片,而單片機系統(tǒng)則是在單片機芯片的基礎(chǔ)上擴展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計算機系統(tǒng)[11]。在單片機系統(tǒng)中,單片機處于核心地位,是構(gòu)成單片機系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。微計算機(單片機)在這種情況下誕生了,它為我們改變了什么?縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域,從導彈的導航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC 卡、電子寵物等,這些都離不開單片機。 1. 工業(yè)自動化方面 自動化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài),提高經(jīng)濟效益,改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動強度。 在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中,機電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用,在這種集機械、微電子和計算機技術(shù)于一體的綜合技術(shù)中,單片機將發(fā)揮越來越大的作用。 此外,單片機的使用還有助于提高儀器儀表的精度和準確度,簡化結(jié)構(gòu)、減小體積及重量而易于攜帶和使用,并具有降低成本,增強抗干擾的能力,便于增加顯示、報警和自診斷等功能。智能化家用電器將給我們帶來更大的舒適和方便,進一步改善我們的生活質(zhì)量,把我們的生活變的更加豐富多彩。 5. 軍事裝備方面 科技強軍、國防現(xiàn)代化離不開計算機,在現(xiàn)代化的飛機、軍艦、坦克、大炮、導彈火箭和雷達等各種軍用裝備上,都有單片機深入其中[12]。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司,所以有很多公司在做以8051為核心的單片機,當然,功能或多或少有些改變,以滿足不同的需求,其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機,它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。如圖23圖24所示 。 向CPU發(fā)出中斷請求的來源稱之為中斷源。 1. 外中斷 外中斷是由外部信號引起的,共有兩個中斷源,即外部中斷“0”和外部中斷“1”。外部中斷請求有兩種信號方式,即電平方式和脈沖方式,可通過有關(guān)控制位進行定義。 3. 串行中斷 串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送的需要而設(shè)置的。在MCS51單片機中,用于此目的的控制寄存器共有四個,即定時器控制寄存器、中斷允許控制寄存器、中斷優(yōu)先控制寄存器以及串行口控制寄存器。寄存器地址88H,位地址8FH~88H。 6. 中斷允許控制寄存器(IE) 寄存器地址A8H,位地址AFH~A8H。 7. 中斷優(yōu)先級控制寄存器(IP) MCS51的中斷優(yōu)先級控制只定義了高、低兩個優(yōu)先級。IP寄存器地址B8H,位地址為BFH~B8H。 8. 定時器/計數(shù)器的控制寄存器 與定時器/計數(shù)器應(yīng)用有關(guān)的控制寄存器有: (1) 定時器控制寄存器(TCON) (2) 工作方式控制寄存器(TMOD) AT89S52芯片概述 AT89S52是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)(如圖25),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案圖25 AT89S52封裝和引腳分配-5V,一般我們選用+5V電壓。是一個強大易用的功能。 具有雙工UART串行通道。 雙數(shù)據(jù)指示器。 全新的加密算法,這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?,程序的保密性大大加強,這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。比如80589C51等等早期MCS51兼容產(chǎn)品。因此我們選用AT89S51單片機來作為本系統(tǒng)的核心部分。MAX232芯片的引腳如圖27所示:第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源,提供給RS232串口電平的需要。由11114腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 主要特點:符合所有的RS232C技術(shù)標準 只需要單一 +5V電源供電 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力,能夠產(chǎn)生+10V和10V電壓V+、V 功耗低,典型供電電流5mA 內(nèi)部集成2個RS232C驅(qū)動器 內(nèi)部集成兩個RS232C接收器 RS232 (DB9) 串口介紹圖28 RS232(DB9)接口RS232(DB9)的引腳如圖28所示:1 :DCD :載波檢測。 2 :RXD:此引腳用于接收外部設(shè)備送來的數(shù)據(jù);在你使用Modem時,你會發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍,說明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進入。 4 :DTR:數(shù)據(jù)終端就緒;當此引腳高電平時,通知Modem可以進行數(shù)據(jù)傳輸,計算機已經(jīng)準備好。 6 :DSR:數(shù)據(jù)設(shè)備就緒;此引腳高電平時,通知計算機Modem已經(jīng)準備好,可以進行數(shù)據(jù)通訊了。 8 :CTS: 清除發(fā)送;此腳由Modem控制,用以通知計算機將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。RS232(DB9)和MAX232芯片的連接方法如圖29所示。1V177。 (6)差動輸入電壓范圍很大,甚至能等于vcc; LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器,該電壓比較器的特點是:1)失調(diào)電壓小,典型值為2mV;2)電源電壓范圍寬,單電源為236V,雙電源電壓為177。18V;3)對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬;4)共模范圍很大,為0~()Vo;5)差動輸入電壓范圍較大,大到可以等于電源電壓;6)輸出端電位可靈活方便地選用。由于LM339使用靈活,應(yīng)用廣泛,所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器,如IR233ANI33SF339等,它們的參數(shù)基本一致,可互換使用。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。用作比較兩個電壓時,任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓(也稱為門限電平,它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點),另一端加一個待比較的信號電壓。當“”端電壓高于“+”端時,輸出管飽和,相當于輸出端接低電位。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管,在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻(稱為上拉電阻,選315K)。因為當輸出晶體三極管截止時,它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。 LM339可構(gòu)成 單限比較器、 遲滯比較器 、雙限比較器(窗口比較器) 、振蕩器等。此次設(shè)計中對信號的四細分的實現(xiàn)是靠LM339芯片組成的電壓比較器將A、B信號轉(zhuǎn)換為正交方波信號,而后程序便能夠比較A、B信號不同時刻的狀態(tài)而得出四種組合狀態(tài),從而實現(xiàn)了四細分。.圖211 電壓比較電路 光敏二極管簡介光敏二極管也叫光電二極管。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流,此時光敏二極管截止。當光線照射PN結(jié)時,可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對,使少數(shù)載流子的密度增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。光敏二極管工作原理:光敏二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。 光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。當有光照時,攜帶能量的光子進入PN結(jié)后,把能量傳給共價鍵上的束縛電子,使部分電子掙脫共價鍵,從而產(chǎn)生電子空穴對,稱為光生載流子。這種特性稱為“光電導”。如果在外電路上接上負載,負載上就獲得了電信號,而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。第三章 軟件程序設(shè)計 上位機VB程序設(shè)計 VB流程圖圖31 上位機流程圖如圖31所示VB程序初始化之后等待數(shù)據(jù)接收,接收到數(shù)據(jù)之后分別讀取位移計數(shù)和時間計數(shù),將其以十進制進行計算,最后顯示在所設(shè)計的界面上。 Visual 圖33 Vis
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