【正文】 ：銜鐵上下移動(dòng)相同距離時(shí)，輸出電壓相位相反，大小隨銜鐵的位移而變化。 諧振式測(cè)量電路 oU?O L0 LoU?T?C L(a) (b)GC L ffo L(a) (b) 圖 28 諧振式調(diào)幅電路 圖 29 諧振式調(diào)頻電路 （a）等效電路 （b）U 0 與 L 的關(guān)系 （a）等效電路 （b）f 與 L 的關(guān)系 諧振式測(cè)量電路分為：諧振式調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻電路。此電路特點(diǎn)：靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場(chǎng)合。通常把傳感器電感 L 和電容 C 接入一個(gè)振蕩回路中，其振蕩頻率 。圖 29（ b）表示 f 與 L 的關(guān)系曲線，它具有嚴(yán)重的非線性關(guān)系。3 電感傳感器接口電路的設(shè)計(jì) 電感傳感器接口電路的設(shè)計(jì)框圖振 蕩 器交 流放 大 相 敏檢 波 直 流放 大A/D轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī)穩(wěn) 壓 電 源LCD顯 示電 感傳 感器圖 31 電感傳感器接口電路的設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)共分為六大部分，分別為傳感器模塊、振蕩器電路模塊、相敏檢波電路模塊、交直流放大電路模塊、A/D 轉(zhuǎn)換單片機(jī)控制和液晶顯示電路模塊、電源模塊。（1）傳感器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的感應(yīng)元件，它能把位移的變化量轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾娦盘?hào)以供后續(xù)電路使用。振蕩源最重要的指標(biāo)是：電壓幅度穩(wěn)定和波形失真小。若是單一頻率對(duì)放大器也就不存在頻帶要求，這樣就有利于電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。相敏檢波的功能比較特殊，它能將交流的雙曲線型包路線還原成直線、這直線正可以代表傳感器鐵芯位移的變化量。（4）交直放大電路模塊是放大傳感器的輸出信號(hào)。（5）A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)控制和液晶顯示電路模塊是把放大后的傳感器信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸入單片機(jī)控制，最終將結(jié)果顯示在液晶顯示器上以便記錄數(shù)據(jù)。 電感傳感器接口電路的原理圖、工作原理及其功能圖 32 電感傳感器接口的電路的原理圖該電感傳感器接口電路的硬件電路主要包括電感式傳感器、正弦波振蕩器、放大器、相敏檢波器、A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)及液晶顯示（ LCD）。工件的微小位移經(jīng)電感式傳感器的測(cè)頭帶動(dòng)兩線圈內(nèi)銜鐵移動(dòng)，使兩線圈內(nèi)的電感量發(fā)生相對(duì)的變化。當(dāng)測(cè)頭帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，若上線圈的電感量增加，下線圈的電感量則減少；若上線圈的電感量減少，下線圈的電感量則增加。此信號(hào)經(jīng)放大，由相敏檢波器鑒出極性，得到一個(gè)與銜鐵位移相對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器輸入到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行液晶顯示出被測(cè)機(jī)械尺寸的微小位移變化。例如，檢查工件的厚度、內(nèi)徑、外徑、橢圓度、平行度、直線度、徑向跳動(dòng)等，被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械制造業(yè)、晶體管和集成電路制造業(yè)以及國(guó)防、科研、計(jì)量部門的精密長(zhǎng)度測(cè)量。它通過(guò)編制軟件實(shí)現(xiàn)儀表的高精度、智能化、多功能化，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與使用，已證明其精度高、操作方便、性能穩(wěn)定。從并聯(lián)諧振回路時(shí)得出結(jié)論可知：諧振時(shí)，回路電流遠(yuǎn)比外電路電流大，3兩端近似呈現(xiàn)純電阻特性。（2）振蕩條件分析 相位平衡條件：現(xiàn)在采用瞬時(shí)極性法分析圖所示的相位條件：設(shè)從反饋線的點(diǎn)b 處斷開(kāi)，同時(shí)輸入 vb 為(+) 極性的信號(hào)，由于在純電阻負(fù)載的條件下，共射電路具有倒相作用，因而其集電極電位瞬時(shí)極性為(－)，又因 2 端交流接地，因此 3 端的瞬時(shí)電位極性為 (+)，即反饋信號(hào) vf 與輸入信號(hào) vb 同相，滿足相位平衡條件。幅度平衡條件：電路的幅度平衡條件為 。當(dāng)加大 L2(或減小 L1)時(shí)，有利于起振。此電路接在晶體管（Q1，Q2）的發(fā)射極上，其電壓放大倍數(shù) K 略小于 1 靠自耦變壓升壓使反饋到 Q1 的基極電壓升高。12C反饋系數(shù)： 132401. .120WF?????式中 W12, W13 分別為振蕩變壓器 2 兩點(diǎn)和 3 兩點(diǎn)間的線圈匝數(shù)。所以，振蕩器的振蕩頻率為： KHzL???????這種接成射極輸出器形式的振蕩器有較高的負(fù)載能力。C4 為交流反饋信號(hào)提供交流通道，并有去耦濾波的功能。同時(shí)，C2 還是隔直電容，它能阻擋線圈 2 端間的直流成分流入基極。所以電路滿足了振蕩的平衡條件，振蕩可以繼續(xù)維持下去。V DV DV DV D4 為四個(gè)性能相同的二極管, 以同一方向串聯(lián)成一個(gè)閉合回路, 形成環(huán)形電橋。 參考信號(hào) u0 通過(guò)變壓器 T2 加入環(huán)形電橋的另一個(gè)對(duì)角線。平衡電阻 R 起限流作用, 避免二極管導(dǎo)通時(shí)變壓器 T2 的次級(jí)電流過(guò)大。u 0 的幅值要遠(yuǎn)大于輸入信號(hào) u2 的幅值, 以便有效控制四個(gè)二極管的導(dǎo)通狀態(tài), 且 u0 和差動(dòng)變壓器式傳感器激磁電壓 u1 由同一振蕩器供電， 保證二者同頻、同相（或反相） 。Δx 0 時(shí), u2 與 u0 為同頻同相, 當(dāng) u2 與 u0 均為正半周時(shí), 見(jiàn)圖 341 中（a）, 環(huán)形電橋中二極管 VDＶ D4 截止, VDV D3 導(dǎo)通, 則可得如圖 35（b）的等效電路。采用電路分析的基本方法, 可求得圖 35中（b）所示電路的輸出電壓 uL 的表達(dá)式: （35）21()LRun??同理當(dāng) u2 與 u0 均為負(fù)半周時(shí), 二極管 VDV D3 截止, VD VD4 導(dǎo)通。當(dāng) Δx0 時(shí),u 2 與 u0 為同頻反相。 相敏檢波電路在本系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)相敏檢波電路在本系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)如下圖 37，參考電壓與供電電壓從同一振蕩器取出。同理，在另半周期即“6”點(diǎn)為“”的半周期時(shí)，DD7 截止，D4 、D5 導(dǎo)通，沒(méi)有電流流到直流放大電路中。圖 37 相敏檢波設(shè)計(jì)電路 交直流放大部分的設(shè)計(jì)及其說(shuō)明圖 38 基本反相比例放大電路 反相比例放大電路的原理輸入信號(hào)從集成運(yùn)放的反相輸入端加入，則為反相型電路。圖中,RF 被稱為反饋電阻， Rr 被稱為輸入電阻，R P 被稱為平衡電阻。較大的閉環(huán)放大倍數(shù) KF 可以削弱失調(diào)電壓及其漂移的影響。根據(jù)實(shí)際需要，兼顧漂移誤差和閉環(huán)帶寬的要求，選擇閉環(huán)放大倍數(shù)。通常，R r 和 RF 的取值為 1K～1M，并盡可能通過(guò)選擇小阻值 Ri 的方法。從提高 KF 的準(zhǔn)確度考慮，R r 和 RF 的阻值以 1～100K 為宜。值得注意的是，大部分通用集成運(yùn)放輸出幅度低于電源電壓?；娟P(guān)系式為 KF=UO/Ui=RF/Rr (37)式(37)中，K F 為閉環(huán)放大倍數(shù)，有時(shí)用 20lgKF 表示，記為(dB)；U i 為輸入信號(hào)；U O 為輸出信號(hào)。 (39)??12/()IDO?式(39)中， 為集成運(yùn)放差模輸入電路； 為集成運(yùn)放輸出電阻。 UIO 為集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓。 (311)srR?r50 (312) n式(311)、(312)中， 為電路的輸入電阻； 為信號(hào)源內(nèi)阻。 交流放大電路在本系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)交流放大器電路如下圖 39。 、12K?A1分別為第一級(jí)、第二級(jí)的放大倍數(shù)。2K又上式 50 可知， =3K。圖 39 交流放大器的設(shè)計(jì) 直流放大電路在本系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)經(jīng)上述反相比例放大電路的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為 10 的直流放大器如下圖 310：圖 310 直流放大器的設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換單片機(jī)控制和液晶顯示部分的設(shè)計(jì)A/D 轉(zhuǎn)換單片機(jī)控制和液晶顯示電路設(shè)計(jì)如下圖 311：圖 311 A/D 轉(zhuǎn)換單片機(jī)控制和液晶顯示電路的設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對(duì)測(cè)量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測(cè)量電路性能。在對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不高的場(chǎng)合如電壓測(cè)量有廣泛的應(yīng)用。圖 312(b)為雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器的波形。（2） 7135 的應(yīng)用圖 313 ICL7135 的引腳圖㈠ 7135 主要特點(diǎn)如下：① 雙積型 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度慢。 ③ 具有自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能。 ④ 模擬出入可以是差動(dòng)信號(hào)，輸入電阻極高，輸入電流典型值 1PA。 ⑥ 有過(guò)量程（OR）和欠量程（UR）標(biāo)志信號(hào)輸出，可用作自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)。 ⑧ 對(duì)外提供六個(gè)輸入,輸出控制信號(hào)(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于數(shù)字電壓表外,還能與異步接收 /發(fā)送器,微處理器或其它控制電路連接使用。㈡ 7135 數(shù)字部分?jǐn)?shù)字部分主要由計(jì)數(shù)器、鎖存器、多路開(kāi)關(guān)及控制邏輯電路等組成。具體內(nèi)部轉(zhuǎn)換過(guò)程這里不做祥細(xì)介紹，主要介紹引腳的使用。若 R/H 由“1” 變“0”，則 7135 在完成本次A/D 轉(zhuǎn)換后進(jìn)入保持狀態(tài)，此時(shí)輸出為最后一次轉(zhuǎn)換結(jié)果，不受輸入的影響。若把 R/H 端用作啟動(dòng)功能時(shí)，只要在該端輸入一個(gè)正脈沖（寬度≥300ns），轉(zhuǎn)換器就從 AZ 階段開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。② /ST（26 腳）每次 A/D 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后，ST 端都輸出 5 個(gè)負(fù)脈沖，其輸出時(shí)間對(duì)應(yīng)在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的 5 個(gè)位選信號(hào)正脈沖的中間，ST 負(fù)脈沖寬度等于 1/2時(shí)鐘周期。因?yàn)槊總€(gè)選信號(hào)（D5D1 ）的正脈沖寬度為 200 個(gè)時(shí)鐘周期（只有 AZ 和 DE 階段開(kāi)始時(shí)的第一個(gè) D5 的脈沖寬度為 201 個(gè) CLK 周期），所以 ST 負(fù)脈沖之間相隔也是 200個(gè)時(shí)鐘周期。ST 信號(hào)主要用來(lái)控制將轉(zhuǎn)換結(jié)果向外部鎖存器、UARTs 或微處理器進(jìn)行傳送。因此利用 BUSY 功能，可以實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的遠(yuǎn)距離雙線傳送，其還原方法是將 BUSY 和 CLK“與”后來(lái)計(jì)數(shù)器，再減去 10001 就可得到原來(lái)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。該信號(hào)在 BUSY信號(hào)結(jié)束時(shí)變高。⑤ UR（28 腳）當(dāng)輸入電壓等于或低于滿量程的 9%，則一當(dāng) BUST 信號(hào)結(jié)束，UR 將會(huì)變高。⑥ POL（23 腳）該信號(hào)用來(lái)指示輸入電壓的極性。該信號(hào) DE 階段開(kāi)始時(shí)變化，并維持一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換調(diào)期。在正常輸入情況下，D5D1 輸出連續(xù)脈沖。利用這個(gè)特性，可使得顯示器件在過(guò)程時(shí)產(chǎn)生一亮一暗的直觀現(xiàn)象。在個(gè)、十、百、千四位數(shù)的內(nèi)容輸出時(shí)，BCD 碼范圍為 00001001，對(duì)于萬(wàn)位數(shù)只有 0 和 1 兩種狀態(tài)，所以其輸出的 BCD 碼為“0000”和“0001”。 最后還要說(shuō)明一點(diǎn)，由于數(shù)字部分以 DGNG 端作為接地端，所以所有輸出端輸出電平以 DGNG 作為相對(duì)參考點(diǎn)。 圖 315 ICL7135 與系統(tǒng)的連接圖 圖 316 CD4060 時(shí)鐘發(fā)生電路 （三） 與單片機(jī)系統(tǒng)的串行連接在 ICL7135 與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)，使用并行采集方式，要連接 BCD 碼數(shù)據(jù)輸出線，可以將 ICL7135 的/STB 信號(hào)接至 AT89S52 的 （INT0） 。圖 316 為 CD4060 時(shí)鐘發(fā)生電路，CD4060 計(jì)數(shù)為 14 級(jí)2 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且 CD4060 還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。該芯片具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，是采用 CMOS 工藝的 8 位單片機(jī)，與 AT89C51 完全兼容。 液晶顯示部分顯示接口用來(lái)顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M 行N 列個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416 個(gè)顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個(gè)字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。(一) 1601 使用說(shuō)明圖 318 1601 引腳圖表 31 LCD1601 液晶模塊的引腳引腳 符號(hào) 功能說(shuō)明1 GND 接地2 Vcc ＋5V3 VL 驅(qū)動(dòng) LCD，一般將此腳接地4 RS寄存器選擇 0：指令寄存器（WRITE）Busy flag,位址計(jì)數(shù)器（READ） 1：數(shù)據(jù)寄存器（ WRITE,READ）5 R/W READ/WRITE 選擇 1：READ 0：WTITE6 E 讀寫(xiě)使能（下降沿使能）7 DB0 低 4 位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線8 DB19 DB210 DB311 DB412 DB513 DB614 DB7高 4 位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線另外 DB7 也是一個(gè) Busy flag寄存器選擇，如表所示：表 32 寄存器選擇控制線操作RS R/W 操作說(shuō)明0 0 寫(xiě)入指令寄存器（清除屏幕…等）0 1 讀 Busy flag(DB7),以及讀取位址計(jì)數(shù)器（ DB0~DB6)值1 0 寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)Busy flag(DB7)：在此位未被清除為“0” 時(shí)，LCD 將無(wú)法再處理其他指令要求。表 33 LCD1601 161 顯示字的地址1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1600 01 02 03 04 05 06 07 40 41 42 43 44 45 46 47(2) 外部地址：DB7=1,亦即 80H＋內(nèi)部計(jì)數(shù)地址，可以用此方式將字顯示在某一位置