【正文】 知，P0口一般做數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用，P1口一般作I/O擴(kuò)展口用，P2口作高8位地址和I/O口擴(kuò)展的地址譯碼器用，P3口作中斷輸入、串行通信口使用。其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對(duì)控制寄存器的編程，用戶可以方便的選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ?。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0由TH0、TL0構(gòu)成，T1由THTL1構(gòu)成。TCON用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包含定時(shí)/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。這些寄存器的內(nèi)容靠軟件設(shè)置。①工作方式控制寄存器TMODTMOD用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及四種工作模式，低4位為定時(shí)器T0的方式控制字段，高4位為定時(shí)器T1的方式控制字段。定時(shí)器和外部計(jì)數(shù)方式選擇位C/：C/=0為定時(shí)器方式，采用晶振脈沖的12分頻信號(hào)為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)，亦即對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。C/=1為計(jì)數(shù)器方式，采用外部引腳（，）的輸入脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。門控位GATE：GATE為1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)受外部引腳輸入電平的控制（控制T0運(yùn)行，控制T1運(yùn)行）。②定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTR0為定時(shí)器T0的運(yùn)行控制位：該位由軟件置位和復(fù)位。當(dāng)GATE（）為1時(shí)，僅當(dāng)TR0等于1且（）輸入為高電平時(shí)才允許T0計(jì)數(shù)，TR0為0或輸入為低電平時(shí)都禁止T0計(jì)數(shù)。當(dāng)CPU響應(yīng)時(shí)，由硬件清“0”TF0。TR1為定時(shí)器T1的運(yùn)行控制位：該位由軟件置位和復(fù)位。當(dāng)GATE（）為1時(shí)，TR1為1而且輸入高電平時(shí)，才允許T1計(jì)數(shù)。TF1為T1的溢出標(biāo)志位：當(dāng)T1被允許計(jì)數(shù)后，T1從初值開始加1計(jì)數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時(shí)，置“1”TF1，并向CPU請(qǐng)求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)時(shí)，由硬件清“0”TF1，TF1也可以由程序查詢或清“0”。定時(shí)器工作在模式0時(shí)，為13位的計(jì)數(shù)器由TLX的低5位和THX的8位所構(gòu)成。C/=0時(shí)，電子開關(guān)打在上面振蕩器的12分頻信號(hào)作為計(jì)數(shù)信號(hào)，此時(shí)T1作為定時(shí)器。②模式1當(dāng)M1 M0為01時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選為工作于模式1。模式0為13位計(jì)數(shù)器，有關(guān)控制狀態(tài)位的含義（GATE、C/、TFX、TPX）和模式0相同。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的模式2為自動(dòng)恢復(fù)初值的（常數(shù)重裝入）8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，由THX作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLX計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置1溢出標(biāo)志TFX的同時(shí)，還自動(dòng)的將THX中的常數(shù)送至TLX，使TLX從初值重新開始計(jì)數(shù)。④模式3模式3是為了增加一個(gè)附加的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器而提供的，使MCS—51具有三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。定時(shí)器T1處于模式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)（此時(shí)T1可用來作串行口波特率發(fā)生器）。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0，TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/、GATE、TR0、。一般情況下，當(dāng)定時(shí)器T1用作串行口的波特率發(fā)生器時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0才工作在模式3。當(dāng)定時(shí)器T1的控制字M1 M0=OO時(shí)，定時(shí)器T1工作在模式0。當(dāng)定時(shí)器T1的控制字M1 M0=10時(shí)，定時(shí)器T1工作在模式2。在定時(shí)器T0為模式3時(shí)，定時(shí)器T1的控制條件只有兩個(gè)，即C/和M1 MO。⑶定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)作用是用來精確地確定某一段時(shí)間間隔（作定時(shí)器用）或累計(jì)外部輸入的脈沖個(gè)數(shù)（作計(jì)數(shù)器用）。當(dāng)8031內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選擇為定時(shí)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。當(dāng)采用12MHZ頻率的晶體時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1MHZ，輸入脈沖的周期間隔為1微秒。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用作記時(shí)器時(shí)，記數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳TO或T1。如在第一周期采得的值為1，而在下一個(gè)周期中采得的值為0則在緊跟著的再下一個(gè)中期中的S3P1期間，計(jì)數(shù)器加1。例如選用6MHZ頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為250KHZ，如果選用12MHZ頻率的晶體，則可輸入500HKZ的外部脈沖。 檢測(cè)方案可行性論證 火花成因直流電機(jī)產(chǎn)生火花的原因很復(fù)雜，既有電磁方面的原因，又有機(jī)械和化學(xué)方面的原因，有時(shí)還有各種因素綜合的結(jié)果，現(xiàn)只介紹其中最重要的換向火花，其他的電位差火花、環(huán)火等可參看相關(guān)文獻(xiàn)。在這種最理想的情況下，換向電流隨時(shí)間的變化是線性的，稱直線換向。若電抗電勢(shì)大于旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，則合成電勢(shì)大于零，如圖中曲線2所示。附加換向電流使后刷邊的電流密度增大而前刷邊的電流密度減小，由于電流密度分布不均是產(chǎn)生火花的主要原因，所以后刷邊的火花比前刷邊的嚴(yán)重，換向電流i與時(shí)間t為非線性關(guān)系。曲線3：當(dāng)旋轉(zhuǎn)電勢(shì)大于電抗電勢(shì)時(shí)，合成電勢(shì)小于零，如圖中曲線3所示。其結(jié)果是，前刷邊的電流密度大于后刷邊的電流密度，因此這種情況下前刷邊的火花較后刷邊的嚴(yán)重。歸納起來重要有：用光電被增管測(cè)定火花發(fā)光能量的方法；用巔值伏特計(jì)測(cè)定火花電壓的方法；用測(cè)定火花所輻射的電磁波的方法以及用測(cè)定火花場(chǎng)所的離子濃度的方法等。這些方法雖然各有所長，但是各有不盡人意之處，要么系統(tǒng)復(fù)雜昂貴，要么測(cè)量準(zhǔn)確度不高或者實(shí)現(xiàn)困難，因而未能形成正式的直流電機(jī)火花等級(jí)檢測(cè)儀器被工業(yè)生產(chǎn)所應(yīng)用。而先期的檢測(cè)儀器，很難滿足這些要求。上述方法的第一、三種方法需要拆開電機(jī)，因此不適合該畢設(shè)要求，而第二種方法測(cè)試精度很難把握、容易受到干擾，因此這三種方法都不適合本項(xiàng)目完成對(duì)飛機(jī)的檢測(cè)。則：式中電弧電流起始值；電弧持續(xù)時(shí)間；電弧電壓，但是，要準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)火花的電弧電壓及電弧電流是很困難的。對(duì)如此高速的換向器的換向和頻率為：27000*22/60=9900Hz?？梢酝ㄟ^濾波器將換向器的間隙頻率濾掉一大部分，在3K~300KHz范圍內(nèi)對(duì)電源兩端的回饋信號(hào)進(jìn)行提取。這種方法可以有效提取火花的能量信號(hào)，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明此方法適合本畢設(shè)的要求，因此選用此方法。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)單元之間又存在局部特征，這種局部特征體現(xiàn)為電信號(hào)（電流、電壓）的相互作用，可以在系統(tǒng)的合適位置取出相互作用后的信號(hào)，通過對(duì)相鄰單元的分析有效的提取我們關(guān)心的信號(hào)；基于這樣的思想，在對(duì)使用電瓶供電（或其它直流電源，紋波低于10mv）的直流電機(jī)帶載的工作系統(tǒng)中，直流電機(jī)在工作時(shí)，產(chǎn)生的換向器和火花信號(hào)是該系統(tǒng)中的擾動(dòng)信號(hào)，將此信號(hào)叫做此系統(tǒng)中的電源回饋信號(hào)，為了能夠得到較強(qiáng)的能量信號(hào)，可以在電源的兩端分別串接適宜大小的電感，通過濾波將電機(jī)換向信號(hào)部分濾掉，而后便可以得到換向器火花信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)放大、整型、脈沖保持電路后，送到單片機(jī)處理，得到火花系數(shù)，該火花系數(shù)可以反應(yīng)火花信號(hào)的能量。該檢測(cè)儀就是通過分離電刷兩端火花信號(hào)的這部分電壓，測(cè)量并保持其幅值的方法，來達(dá)到判明火花等級(jí)的目的。 原位檢測(cè)技術(shù)原位檢測(cè)是指對(duì)被檢測(cè)對(duì)象在其原來的安裝、裝配位置或生態(tài)組織上，進(jìn)行的檢查與測(cè)試。原位檢測(cè)技術(shù)可以追溯到古代，人們應(yīng)用手摸、眼看的方法鑒別貨幣的真?zhèn)?，確定病人病情等；在近代，醫(yī)生采用X射線透照人體骨骼與器官組織，采用聽筒尋找嬰兒在母體內(nèi)的胎心位置等都可視為原位檢測(cè)。這既耗費(fèi)大量作業(yè)時(shí)間，又不可避免的帶來損耗和造成人為故障。 原位檢測(cè)的方法和作用原位檢測(cè)有對(duì)工程結(jié)構(gòu)與機(jī)械零件的缺陷探測(cè)、設(shè)備的故障診斷、性能參數(shù)測(cè)定、狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)控、生物細(xì)胞組織的變化與病理觀察等內(nèi)容。除光學(xué)目視檢測(cè)法外，其他方法都是非直觀的間接的檢測(cè)方法。其主要用于探測(cè)結(jié)構(gòu)及零部件在使用當(dāng)中產(chǎn)生的疲勞裂紋，把握機(jī)械的損傷情況，監(jiān)視亞臨界缺陷的發(fā)展，保證材料或構(gòu)件安全可靠的工作，減少和防止事故的發(fā)生。例如，美國曾采用激光全息照相技術(shù)，對(duì)飛機(jī)機(jī)翼進(jìn)行原位檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，脈沖發(fā)生器發(fā)出一種應(yīng)力波進(jìn)入檢測(cè)部位。由于每種檢測(cè)技術(shù)的原理和適用范圍不同，因此只能根據(jù)被檢測(cè)件的特點(diǎn)，選擇其中之一或兩種進(jìn)行檢測(cè)，以增加檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。這當(dāng)然沒有離位檢測(cè)方便，但是離位檢測(cè)容易產(chǎn)生損傷或危害，且所需時(shí)間長，特別是在許多情況下不允許采用離位檢測(cè)時(shí)，例如體內(nèi)器官的檢測(cè)，必須在原位狀態(tài)進(jìn)行原位檢測(cè)。對(duì)設(shè)備零件來講，原位檢測(cè)主要內(nèi)容是探測(cè)其使用當(dāng)中產(chǎn)生的疲勞裂紋。一般來說，設(shè)備結(jié)構(gòu)與零件產(chǎn)生使用缺陷的區(qū)域，通常在檢測(cè)之前就已知道，因此從這一意義上講，原位檢測(cè)還是屬于局部檢測(cè)?？茖W(xué)性原則 原位檢測(cè)方法要適當(dāng)，檢測(cè)工藝要合理，檢測(cè)人員要專業(yè)化，例如射線和B超都可原位檢測(cè)人體的內(nèi)部器官組織，但檢測(cè)各種器官的準(zhǔn)確性有所不同。可靠性原則 原位檢測(cè)工藝實(shí)施檢測(cè)的結(jié)果要可靠，缺陷漏檢率及病體組織誤診率要低，這就要求有先進(jìn)的檢測(cè)儀，合理的檢測(cè)工藝和技能高的檢測(cè)人員。安全性原則 實(shí)施原位檢測(cè)，要保證檢驗(yàn)人員、裝備和儀器的安全。原位檢測(cè)技術(shù)將從一般傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)中分化出來，形成一門獨(dú)立的具有特色的檢測(cè)技術(shù)。 硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路由電源電路、自校電路、峰值檢測(cè)保持電路、放大電路、A/D電路和MCU電路六大部分構(gòu)成。于此同時(shí)，用15V電壓可供放大器和自校電路工作的電壓。它內(nèi)置保險(xiǎn)絲，防止由于電源過大或短路造成電路對(duì)系統(tǒng)的危害。自校電路是由單晶管組成的馳張震蕩器，能夠產(chǎn)生一定幅度和脈寬的脈沖信號(hào)，以模擬直流電機(jī)火花信號(hào)，通過C端輸入到儀器上進(jìn)行自校。T9 是一個(gè)單結(jié)晶體管，選擇了型號(hào)為BT33C的單結(jié)晶體管，此外它還有一些替代品：BT33B、BT33D、BT33E。此外它還有一些替代品：1N5924B、2CW52CW73。該電路實(shí)際上是一個(gè)幅值檢波器。峰值檢波要求負(fù)載阻抗要高，所以后面用T2MOS型場(chǎng)效應(yīng)管跟隨器來隔離。此放電的時(shí)間常數(shù)是充電間隔的200倍以上，所以峰值保持可以達(dá)到99%以上。即使短時(shí)間運(yùn)行直流電機(jī)，產(chǎn)生的階躍信號(hào)也會(huì)很快消失，這樣就可以準(zhǔn)確測(cè)出火花電壓的峰值。+14V輸入3DK4CT1C1R110MΩR22kΩ3DO1Sd輸出T2g 峰值檢測(cè)保持電路 放大電路設(shè)計(jì) 根據(jù)火花信號(hào)的特性，在放大器中采用型號(hào)為0P07的運(yùn)放。采用此放大器能夠得到適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，頻帶寬的脈沖信號(hào)。采用工業(yè)級(jí)芯片C8051單片機(jī)。其中的驅(qū)動(dòng)電路省略。其中系統(tǒng)的初始化和自檢模塊完成對(duì)MCU接口的初始化，初始化結(jié)束后通過設(shè)定的端口對(duì)LCD、波段開關(guān)、LED、蜂鳴器、數(shù)字電源電壓等進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)字系統(tǒng)自校通過將A/D轉(zhuǎn)換器輸入端接地，判斷采集的數(shù)據(jù)是否為零，若不為零，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集比較與剛才的數(shù)據(jù)是否一樣，若一致說明A/D口已壞，若不一致說明不歸零，將此不歸零的值記錄下來，提示錯(cuò)誤。中斷服務(wù)程序中要完成對(duì)采集的數(shù)據(jù)保存、分析、處理、顯示等操作。⑵從A/D轉(zhuǎn)換器中采集一個(gè)數(shù)據(jù)，判斷采集到的數(shù)據(jù)的次數(shù)計(jì)數(shù)器的值是否等于0。中斷開始關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)讀取鍵值鍵值是否變化是否自校鍵Counter=0?數(shù)字信號(hào)處理求平均值報(bào)警判決顯示清除數(shù)值緩沖區(qū)Counter=128恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)開中斷中斷返回?cái)?shù)字調(diào)零Counter=0采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)保存到數(shù)值緩沖區(qū) 中斷服務(wù)程序流程圖4 調(diào)試與分析本課題是設(shè)計(jì)電機(jī)火花原位檢測(cè)儀，由于儀器造價(jià)較高，又由于時(shí)間和精力的限制且出于商業(yè)保密性，不可能裝配或生產(chǎn)出一套完整的儀器提供全套電路，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)指導(dǎo)教師的要求完成部分硬件電路的搭接，因而我選擇了搭接檢測(cè)、采集、放大、保持電路。電路設(shè)計(jì)完成后，按線路圖及技術(shù)指標(biāo)要求采購元器件，同時(shí)進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)、加工，最后將元器件仔細(xì)核對(duì)后焊接安裝到電路板上。在以下排故的過程中發(fā)現(xiàn)電源和地之間沒有電壓值，最后經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)與電源相連的導(dǎo)線有損壞，之后又發(fā)現(xiàn)了一些虛焊現(xiàn)象，經(jīng)過解決最后進(jìn)行聯(lián)調(diào)。下面是放大器部分在實(shí)驗(yàn)板上連接時(shí)得到的數(shù)據(jù)：信號(hào)選擇F=10K，波形為方波，該信號(hào)經(jīng)放大后，通過二極管IN4001，得出的電壓值如表4—1所示：幅值（V）輸出（V）得出的結(jié)論是調(diào)節(jié)的幅度越大，輸出的電壓越大。在電源電路中，我用信號(hào)源代替了電源電路，發(fā)現(xiàn)效果也符合要求，所以簡化了電路。元器件清單如附錄1所示。結(jié) 論本次畢設(shè)是基于原位檢測(cè)技術(shù)對(duì)K8飛機(jī)電氣系統(tǒng)直流電機(jī)火花等級(jí)進(jìn)行檢測(cè)。這就需要我的測(cè)量方法要有創(chuàng)新，而且符合各種環(huán)境的需要。有了檢測(cè)方法，我需要設(shè)計(jì)一套完整的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該測(cè)試儀的功能。這就是這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，它能夠?qū)崿F(xiàn)我要求的所有功能?？傊ㄟ^這半年的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我收獲頗多。致 謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)剛剛開始的時(shí)候，由于我的題目所涉及到的知識(shí)面很廣，題目難度相當(dāng)大，不知道從何入手這時(shí)我的指導(dǎo)老師劉國昌老師和任茂林老師給了我很大幫助。任茂林老師給我講了原位檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、在K8飛機(jī)上的應(yīng)用以及我校在這方面取得的成就，這讓我對(duì)這個(gè)題目產(chǎn)生了濃厚的興趣，對(duì)我來說不再單純地把它當(dāng)成一項(xiàng)任務(wù)去完成，而是用心去研究摸索。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，劉老師和任老師對(duì)我更是耐心的指導(dǎo)和細(xì)心的督促，給我的設(shè)計(jì)提出了許多寶貴的建議，給我提供了非常好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并幫助我完善電路，使我的畢設(shè)工作能夠順利的進(jìn)行。在此我對(duì)兩位老師給予我的幫助表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn)[1] 任茂林，2005年增刊：4045[2] 朱全忠，2006年第一期：3337[3] ，1998：2224[4] 王石，2001年第4期：4346[5] ：3557[6] ：1920[7] ：696701[8] ：3439[9] ：3538[10] ：3824[11] ：2628附錄I 元器件清單名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注單片機(jī)80511個(gè)貼片式A/D轉(zhuǎn)換器AS11171個(gè)運(yùn)算放大器OP071個(gè)差動(dòng)放大器S80502個(gè)LCD顯示器LCM0451個(gè)單結(jié)晶體管BT331個(gè)穩(wěn)壓二極管IT5239B1個(gè)二極管IN40012個(gè)IN41482個(gè)電容1181。F/100V2個(gè)10181。F/100V1個(gè)電感50181