电感式传感器仿形机床测量电路设计_毕业论文(编辑修改稿)

电感式传感器仿形机床测量电路设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

6 个状态 (s1— s6)组成，每个状态又持续 2个接荡周期，分为 P1和 P2 两个节拍。 这样，一个机器周期由 12 个振荡周期组成。 若采用 12MHz 的晶体振荡器，则每个机器周期为 1us，每个状态周期为1／ 6us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在 N 期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在 P2期间。 对于单周期指令， 当指令操作码读人指令寄存器时，使从 S1P2开始执行指令。 如果是双字节指令，则在同一机器周期的 s4 读人第二字节。 若为单字节指令，则在 51 期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加 1。 在加结束时完成指令操作。 多数 Mcs— 51 指令周期为 1— 2 个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需 4个机器周期。 对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx 指令例外， Movx 指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行 Movx 指令期间，外部数 据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。 二．引脚极其功能 MCS— 51 系列单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源引脚， 2个外接晶振的引脚， 4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及 32条输入输出 I/O 引脚。 下面按引脚功能分为 4个部分叙述个引脚的功能。 电源引脚 Vcc 和 Vss Vcc（ 40脚）：接 +5V 电源正端； Vss（ 20脚）：接 +5V 电源正端。 外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 脚）：接外部石英晶体的一端。 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚接地；对于 CHOMS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体的另一端。 在单片机内部，接至片内振荡器的反 传感器原理及工程应用论文 9 相放大器的输出端。 当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 对于 CHMOS 芯片，该引脚悬空不接。 控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP等 4 种形式。 （ A）． RST/VPD（ 9脚）： RST 即为 RESET， VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复 位或掉电保护端。 当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。 当 VCC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源 VPD（ +5V）为内部 RAM供电，以保证 RAM 中的数据不丢失。 （ B）． ALE/ P （ 30 脚）：当访问外部存储器时， ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在 P0口的低 （ C）． PSEN(29脚 ):片外程序存储器读选通输出端 ,低电平有效。 当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期 PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。 当访问外部数据存储器期间， PESN 信号将不出现。 （ D）． EA/Vpp（ 31 脚）： EA 为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。 当 EA端保持高 电平时，单片机访问片内程序存储器 4KB（ MS— 52 子系列为 8KB）。 若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。 当 EA 端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。 对于片内含有 EPROM 的单片机，在 EPROM编程期间，该引脚用于接 21V 的编程电源 Vpp。 /输出（ I/O）引脚 P0口、 P1 口、 P2口及 P3 口 (A).P0口（ 39 脚 ～ 22 脚）： ～ P0口。 当不接外部存储器与不扩展I/O 接口时，它可作为准双向 8 位输入 /输出接口。 当接有外部程序存储器或扩展I/O 口时， P0口为地址 /数据分时复用口。 它分时提供 8位双向数据总线。 对于片内含有 EPROM 的单片机，当 EPROM 编程时，从 P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。 (B).P1口（ 1脚 ～ 8脚）： ～ P1口，可作为准双向 I/O 接口使用。 对于 MCS— 52子系列单片机， 还有第 2 功能： /计数器2 的计数脉冲输入端 T2； /计数器 2 的外部控制端 T2EX。 对于 EPROM编程和进行程序校验时， P0口接收输入的低 8 位地址。 (C).P2口（ 21脚 ～ 28 脚）： ～ P2口，一般可作为准双向 I/O 接口。 当接有外部程序存储器或扩展 I/O 接口且寻址范围超过 256 个字节时， P2口用于高8 位地址总线送出高 8 位地址。 对于 EPROM 编程和进行程序校验时， P2口接收输入的 8位地址。 (D).P3口（ 10 脚 ～ 17 脚）： ～ 为 P3口。 它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1位用于第 2功能，而且 P3口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2功能。 综上所述， MCS— 51 系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点： 传感器原理及工程应用论文 10 1).单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第 2 功能； 2).单片机对外呈 3总线形式，由 P P0口组成 16 位地址总线；由 P0口分时复用作为数据总线。 电感式位移传感器的基本原理 根据 磁 路 的基本知识，线圈的自感可按下式计算 L=N2/Rm 其中 N— 线圈的匝数 ,Rm 磁路总 磁阻数 ,在气隙厚度较小的情况下，可以认为磁场是均匀的，其中 L为线圈自感， N为各 段 导 磁体的磁导率线圈的电感跟气隙厚度、气隙的面积、导磁体的长度等有关。 根据改变空气隙的厚度、空气隙的面积、磁体的长度来实现电感的变化，从而实现测量的作原理，自感式电感传感器可分为气隙型、截面型、螺管型。 气隙型传感器灵敏度高，对后续测量电路的放大倍数要求低，它的缺点是非线性严重，为了限制非线性，示值范围只能较小，由于衔铁在运动方向上受铁心的限制，故自由行程小。 截面型具有较好的线性，自由行程较大，制造装配比较方便，但灵敏度较低。 螺管型则结构简单，制造装配容易 :由于空气隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大。 此外，螺管型还具有自由行程可任意安排、制造方便等优点，在批量生产中的互换性较好，这给测量仪器的装配、调试、使用带来很大的方便，尤其在使用多个测微仪组合测量形状的时候。 因为螺管型的这些优点，所以我们采用螺管型差动式电感测头。 图为螺管型电感式传感器的结构图。 螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。 线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关。 设线圈长度为 l、线圈的平均 半径为 r、线圈的匝数为 N、衔铁进入线圈的长度 la、衔铁的半径为 ra、铁心的有效磁导率为 181。 m，则线圈的电感量 L与衔铁进入线圈的长度 la的关系可表示为 交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。 前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交流电桥也多采用双臂工作形式。 通常将传感器作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕组或紧耦合电感线圈。 输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，由于是交流信号，还要经 过适当电路处理才能判别衔铁位移的大小及方向。  222 22 )1(4 aam rllrl NL  l r x r a 1 2 图 2 螺管型电感传感器 1线圈 2衔铁 传感器原理及工程应用论文 11 正弦波发生电路的设计 我们设。