轴瓦的圆度测量仪_毕业设计(编辑修改稿)

轴瓦的圆度测量仪_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

23 所示，主要由数据采集、数据处理和图形显示三部分组成。 首先，被测工件内放置数据采集装置实现对被测工件的信号获取，信号从传感器元件传送到数据控制器，控制器对原始的数据信号进行预处理。 控制器输出的数字信号输计算机数据采集卡，完成数据采集。 然后，计算机通过测量软件实现对曲轴孔圆度计算、图形显示及测量结果统计等操作。 图 23 曲轴测量原理图 数字显示电路设计 有上述工作原理，我画出来该系统的框图。 设计总体框图如图 24 所示。 河南机电高等专科学校毕业论文 6 图 24 总体设计框图 显示部分 对于 LED 显示有以下两种方案： 静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用 0 和 1 表示 ,若为 0 ,则表示 LED 无电流 ,即暗状态。 若为 1 则表示二极管被点亮。 若给每一个发光二极管一个驱动电路 ,一幅画面输入以后 ,所有 L ED 的状态保持到下一幅画。 对于静态显示方式 ,所需的译码驱动装置很多 ,引线多而复杂 ,成本高 ,且可靠性也较低。 动态显示，对一幅画面进行分割 ,对组成画面的各部分分别显示 ,是动态 显示方式。 动态显示方式 ,可以避免静态显示的问题。 但设计上如果处理不当 ,易造成亮度低 ,闪烁问题。 因此合理的设计既应保证驱动电路易实现 ,又要保证显示稳定 ,无闪烁。 动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式 , 复用的程度不是无限增加的 , 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短 , 发光的亮度等因素。 通过实验发现 , 当扫描刷新频率 (发光二极管的停闪频率 ) 为 50Hz, 发光二极管导通时间≥ 1m s 时 , 显示亮度较好 , 无闪烁感。 相敏检波 A/D 转换 单片机 CH452 芯片 数码管 键盘 时钟 /复位电路 轴瓦的圆度测量仪 7 电源模块选择 采用干电池作为 LED 显示 系统的电源，由于 LED 系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。 显示 系统 有时 要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。 采用一片 LM7805 三端稳压器，耗电电流为 100Ma 左右的电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我决定采用采用 LM7805 三端稳压器电源作为系统电源。 工作原理 当检测后的信号输出 到数字显示电路后，先经相敏检波电路进行检波，检波后，再进行 AD 转换，然后再输入到单片机进行数据处理。 之后经单片机对 CH452进行控制。 经 CH452 对键盘和数码管进行驱动。 本实验设计了 3 位数码管的显示电路 ，只要接地址输出相应的的数据，就可以实现对显示器的控制。 显示共 3 位，采用动态显示。 由于静态显示方式 ,所需的译码驱动装置很多 ,引线多而复杂 ,成本高 ,且可靠性也较低。 而动态显示可以避免静态显 示的问题，只是在设计时应注意合理的设计既应保证驱动电路易实现 ,又要保证图像稳定 ,无闪烁。 且动态显示易于制作和理解，又能巩固所学知识，达到毕业设计的目标。 我采用动态显示。 驱动电路的选择 驱动电路的选择采取并口输入，占用大量 I/O 口资源。 选取串口输入， I/O口资源使用较少。 所以我选用串口输入。 电路中行方向由 AT89C51 的 p0 口和 p2 口完成扫描，由于 p0 口没有上拉电阻，因此接一个 *8 的排阻上拉。 为提供负载能力，接 16 个 2N5551 的NPN 三极管驱动。 列方向则由 4— 16 译码器 74LS154 完成 扫描，它由 89C51的 控制。 同样，驱动部分则是 16 个 2N5401 的三极管完成的。 采用干电池作为 LED 显示系统的电源，由于 LED 系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。 显示系统有时要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。 采用一片 LM7805 三端稳压器，耗电电流为 100Ma 左右的电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我决定采用采用 LM7805 三端稳压器电源作为系统电源。 河南机电高等专科学校毕业论文 8 第 3 章 系统硬件设计 二级管相敏检波电路 二级管相敏检波电路（如图 31 所示）容易做到输出平衡，便于阻抗匹配。 图 31 二极管相敏检波电路 通过多次移动衔铁可以总结出以下结论： １．衔铁在中间位置时，无论参考 电压是正半周还是负半周，在负载 RL 上的输出电压始终为 0。 ２．衔铁在零位以上移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为正。 ３．衔铁在零位以下移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为负。 经过相敏检波电路后，正位移输出正电压， 负位移输出负电压。 差动变压器的输出经过相敏检波以后，特性曲线由图 32 的（ a）变成（ b），残存电压自动消失。 （ a） (b) 图 32 相敏检波前后的输出特性曲线 轴瓦的圆度测量仪 9 AD574A 转换器 AD574A 是美国模拟数字公司（ Analog）推出的单片高速 12 位逐次比较型 A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换器， 内部结构框图如图 33 所示。 其主要功能特性如下： （ 1） 分辨率： 12 位 （ 2） 非线性误差：小于 177。 1/2LBS 或 177。 1LBS （ 3） 转换速率： 25us （ 4） 模拟电压输入范围： 0—10V 和 0—20V， 0—177。 5V 和 0—177。 10V 两档四种 （ 5） 电源电压： 177。 15V和 5V数据输出格式： 12 位 /8 位芯片 （ 6） 工作模式：全速工作模式和单一工作模式 图 33 A/D 转换内部结构框图 AD574A 的引脚说明及接口电路 1. AD574A 的引脚说明 （如图 34 所示） ： 河南机电高等专科学校毕业论文 10 图 34 AD574 的引脚图 [1]. Pin1(+V)——+5V电源输入端。 [2]. Pin2——数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是 12 位或 8 位输出。 [3]. Pin3——片选端。 [4]. Pin4(A0)——字节地址短周期控制端。 与 端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。 须注意的是， 端 TTL电平不能直接 +5V或 0V连接。 [5]. Pin5——读转换数据控制端。 [6]. Pin6(CE)——使能端。 [7]. Pin7(V+)——正电源输入端，输入 +15V电源。 [8]. Pin8(REF OUT)——10V基准电源电压输出端。 [9]. Pin9(AGND)——模拟地端。 [10]. Pin10(REF IN)——基准电源电压输入端。 [11]. Pin(V)——负电源输入端，输入 15V电源。 [12]. Pin1(V+)——正电源输入端，输入 +15V电源。 [13]. Pin13(10V IN)——10V量程模拟电压输入端。 [14]. Pin14(20V IN)——20V量程模拟电压输入端。 [15]. Pin15(DGND)——数字地端。 [16]. Pin16—Pin27(DB0—DB11)——12 条数据总线。 通过这 12 条数据总线向外输出 A/D 转换数据。 轴瓦的圆度测量仪 11 [17]. Pin28(STS)——工作状态指示信号端，当 STS=1 时，表示转换器正处于转换状态，当 STS=0 时，声明 A/D 转换结束，通过此信号可以判别 A/D 转换器的工作状态，作为单片机的中断或查询信号之用。 2. AD574A 的接口电路 图 35 是 AT89C51 单片机与 AD574A 的接口电路，其中还使用了三态锁存器 74LS373 和 74LS00 与非门电路，逻辑控制信号由 ( 、和 A0) 有 AT89C51 的数据口 P0 发出，并由三态锁存器 74LS373 锁存到输出端 Q0、 Q1 和 Q2 上，用于控制 AD574A 的工作过程。 AD 转换器的数据输出也通过 P0 数据总线连至 AT89C51，由于我们只使用了 8 位数据口， 12 位数据分两次读进AT89C51，所以接地。 当 AT89C51 的 查询到 STS 端转换结束信号后，先将转换后的 12 位 A/D 数据的高 8 位读进 AT89C51，然后再将低 4 位读进AT89C51。 这里不管 AD574A 是处在启动、转换和输出结果，使能端 CE 都必须为 1，因此将 AT89C51 的写控制线和读控制线通过与非门 74LS00 与 AD574A 的使能端 CE 相连。 图 35 AD574A的接口电路 AT89C51 芯片介绍 AT89C51 是一种带 4 kB 闪烁可编程可擦除只读存储器 (Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory， FPEROM)的低电压、高性能 CMOS 型 8 位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 公司 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU和闪烁河南机电高等专科学校毕业论文 12 存储器组合在单个芯片中，能够进行 1 000 次写／擦循环，数据保留时间为 10 年。 他是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 因此，在 智能化电子设计与制作过程中经常用到 AT89C51 芯片。 其主要参数及引脚图及其功能如图 36 所示。 主要性能参数： 1．与 MCS51 产品指令系统完全兼容 2． 4k字节可重擦写 Flash闪速存储器 3． 1000 次擦写周期 4．全静态操作： 0Hz—24MHz 5．三级加密程序存储器 6． 128*8 字节内部 RAM 7． 32 个可编程 I /O 口线 8．低功耗空闲和掉电模式 9． 6 个中断源 图 36 AT89C51 单片机引脚图 AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4Kbytes 的可反复擦 写的只读程序存储器（ EPROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储器单元，内置功能强大的微型计算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案。 轴瓦的圆度测量仪 13 AT89C51 是一个低功耗高性能单片机， 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双工串行通信口， AT89C51 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。 其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 管脚说明： VCC:供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏极开路双向 1/0 口，每脚可吸收 8TTL门流。 当 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 Flash 编程时 ,P0 口作为原码输入口 ,当FLASH 进行校验时 ,P0 输出原码 ,此时 P0 外部必须被拉高 . P1 口 :P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口 ,P1 口缓冲器能接出4TTTL门电流 .P1口管脚写入 1后 ,被内部上拉为高 ,可用作输入 ,P1口被外部下拉为低电平时 ,将输出电流 ,这是由于内部上拉的缘故 .在 FLASH 编程和校验时 ,P1 口作为第八位地址接收。 P2 口 :P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口 ,P2 口缓冲器可接收 ,输出 4个 TTL 门电流 ,当 P2 口被写 “1”时 ,其管脚被内部上拉电阻拉高 ,且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口管脚被外部拉底，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 Flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向。