张洁--位移测量系统的毕业设计
摘要
在控制领域中,经常需要进行各种位移量的测量。在实际的工业位置控制领域中，为了提高控制精度，准确地对控制对象进行检测是十分重要的。传统的机械测量位移装置已远远不能满足现代生产的需要，而数字式传感器光电编码器,能将角位移量转换为与之对应的电脉冲输出, 主要用于机械位置和旋转速度的检测，具有精度高，体积小等特点，因此本设计决定采用光电编码器进行位移检测。
本设计为采用光电编码器来实现位移测量及其仿真，实现测量来自外部的不同的位移值及显示。具体应用AT89C51单片机为核心，光电编码器进行位移测量，同时以LCD液晶显示模块显示。本设计采用的光电编码器输出电压为5V，输出信号经四倍频电路处理后送入单片机进行计数处理，最后送入LCD模块显示。
本文从位移测量原理入手，详细阐述了位移测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。
关键词：位移测量，光电编码器，单片机，LCD显示模块
Abstract
In the control field, a variety of displacement measurements often need to be carried out. In actual industry position control domain, to increase the control precision, carries on the examination to the controlled member is accurately very important.The traditional machinery survey displacement installs has not been able to satisfy the modern production by far the need, but the digital sensor electro-optic encoder, can transform the angular displacement into with it correspondence electricity pulse output, mainly uses in the mechanical position and the velocity of whirl examination, has the precision to be high, volume small and so on characteristics, therefore this design decided that uses the electro-optical encoder to carry on the displacement to examine.
This design to use the electro-optical encoder to realize the displacement survey and the simulation, realizes the survey from the exterior different displacement value and the demonstration. Makes concrete using at89C51 monolithic integrated circuit is the core, the electro-optical encoder carries on the displacement to survey, simultaneously by LCD liquid crystal display module demonstration. This design uses the electro-optical encoder output voltage is 5V, the output signal after four doubling circuit processing sends in the monolithic integrated circuit to carry on counting processing, finally sends in the LCD module demonstration.
In this paper, detailed working process of displacement measurement system is started with principle of displacement measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality.
Key words:The displacement surveys, electro-optical encoder, microcontroller, LCD display module
目录
第一章绪论2222222222222222222222222222222222222222222222222
1.1位移测量及其传感器简介2222222222222222222222222222222222
1.2国内外位移测量技术简介2222222222222222222222222222222222
第二章原理说明及方案选择22222222222222222222222222222222222
2.1 位移测量理论的简要介绍2222222222222222222222222222222222
2.2 方案选择及原理222222222222222222222222222222222222222222
2.2.1鉴相原理222222222222222222222222222222222222222222222
2.2.2用软件实现脉冲的鉴相和计数222222222222222222222222222
2.2.3用硬件实现脉冲的鉴相和计数222222222222222222222222222
2.2.4用单片机内部计数器实现可逆计数22222222222222222222222
2.3 位移测量参数及电路参数分析222222222222222222222222222222
2.3.1MCS-51的定时器/计数器简介2222222222222222222222222222
2.3.2定时器模式选择位2222222222222222222222222222222222222第三章系统电路的设计2222222222222222222222222222222222222222
3.1 硬件电路的设计2222222222222222222222222222222222222222222
3.1.1 单片机的选择22222222222222222222222222222222222222222
3.1.2 AT89C51的介绍2222222222222222222222222222222222222222
3.1.3 光电编码器的选择2222222222222222222222222222222222222
3.1.4 1XP8001-1简介2222222222222222222222222222222222222222
3.2 软件的设计22222222222222222222222222222222222222222222222第四章显示部分22222222222222222222222222222222222222222222222
4.1 LED显示器222222222222222222222222222222222222222222222222
4.2 LCD显示器222222222222222222222222222222222222222222222222
4.2.1 LCD的分类及特点22222222222222222222222222222222222222
4.2.1笔段式LCD液晶显示器的驱动22222222222222222222222222222
4.2.2 LCD显示模块LCDM（LIQUID CRYSTAL DISPLAY MODULE）222222
4.3 LCD显示器的驱动接口22222222222222222222222222222222222222第五章仿真实现222222222222222222222222222222222222222222222222
5.1 PROTEUS仿真软件简介222222222222222222222222222222222222222
5.2 KEIL与PROYEUS的联合使用2222222222222222222222222222222222结论22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222谢辞22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222参考文献2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222附录一系统电路原理图22222222222222222222222222222222222222222222附录二程序清单22222222222222222222222222222222222222222222222222附录三仿真电路图222222222222222222222222222222222222222222222222
第一章绪论
1.1位移测量及其传感器简介
位移是线位移和角位移的统称。位移测量在机械工程中应用很广，在机械工程中不仅经常要求精确地测量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等许多参数的测量，也是以位移测量为基础的。
位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。如测量方向和位移方向不重合，则测量结果仅是该位移在测量方向的分量。
位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量点、测量方向和测量系统。位移测量系统是由位移传感器、相应的测量放大电路和终端显示装置组成。位移传感器的选择恰当与否，对测量精度影响很大，必须特别注意。
针对位移测量的应用场合，可采用不同用途的位移传感器。表1.1-1中列出了较常见的位移传感器的主要特点和使用性能。
表1.1-1 常用位移传感器一览表
本设计使用了其中可直接转换成数字量的角度编码器中的光电编码器。光电编码器是一种高精度的角位移传感器。它在角度测量、位移测量和速度测量中有着广泛的应用。因其具有直接输出数字量、响应快、精度高、抗干扰能力强、分辨率高、输出稳定等特点,其应用范围不仅仅局限于角位移,角速度测量等场合,在直线位移,尤其是大位移测量领域也越来越广泛的应用。本课题即是用单片机与光电编码器来实现大位移的测量。
1.2 国内外位移测量技术简介
第九届CIMT2005中国国际机床展览会上展示了当今世界位移测量技术最新的发展和最新型的位移传感器，并将数控技术和数控机床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的发展，也将数显技术和数显量具推向一个新的高度。其中最新发展主要体现在三个方面：
（1）绝对式光栅尺在控制系统中逐步取代现在通用的增量式光栅尺，并广泛应用于反馈控制系统和数控机床。
（2）单场扫描光栅尺将逐步取代现在通用的四场扫描光栅尺。
（3）目前普遍采用的增量式容栅测量系统是不能防水的，在不改变数显卡尺的栅式结构条件下采用变电感的测量系统，就能防水，容栅的防护等级也提高了。另外在增量式码道旁边再增加绝对式码道，采用绝对式编码技术通电后不需要对零，在点位测量时也不会产生超速错误。今后普及型的量具仍会采用容栅测量系统，而防水型的都会采用电磁感应测量系统。
现代位移测量系统普遍采用光栅、磁栅、感应同步器、球栅和容栅等栅式测量系统，都是应用了重复周期的结构设计，位移的测量都是采用增量测量方法，也就是在确定初始点后要用读出从初始点到所在位置的增量数（步距）来确定位置。因此设备在开机后每个轴需要移动一个位置寻找参考标记。近几年来为了解决开机后机床各个轴在不移动的情况下，光栅尺就能够提供当前绝对位置的数据，德国HEIDENHAIN、日本三丰（MITUYOYO）、西班牙FAGOR等公司都开发了绝对式光栅尺，并成功用于数控机床，配备了绝对式光栅尺的机床或生产线在重新开机后立刻重新获得各个轴的绝对位置以及刀具的空间指向，因此可以立刻从中断处开始继续原来的加工程序，这就大大地提高了数控机床的有效加工时间。绝对式测量是现代测量技术发展的趋势，在位移移传感器上会得到普遍的应用，日本三丰公司已将增量式容栅数显卡尺用新一代绝对式容栅数显卡尺替代，新推出的防水数显卡尺也采用绝对式电磁感应测量系统。日本KF-G公司正在研发绝对式磁栅尺，即将推出新产品。英国-ALCMM公司也在推出绝对式球栅传感器。总之绝对式直线传感器有显著优点，是当前发展起来的新一代产品，将使数控机床反馈控制系统提高到一个新的高度。
本设计使用的是光栅式光电轴角编码器。光栅式光电编码器正向着高分辨力的方向发展。如日本尼康公司生产的2HR32400 轴角编码器, 每转可输出1296万个脉冲(0.1″),可谓日本的最高分辨力。我国在光电轴角编码器的开发方面上也已经取得了长足的进展,1985年航天部一院计量站研制的精密数显转台,分辨力0.01″;1995年中科院长春光机所和中国计量科学研究院联合研制出的角度基准,分辨力0.001″,精度P+V=0.05″(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角
仪的增量式光电轴角编码器分辨力达到了0.02″,测角精度R≤0.04″。
目前市场上有销售的光电编码器按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测量仪设有记忆电路，其数码管无闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测量仪，所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，这使得转速测量仪实现小型化。单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活。
第二章原理说明及方案选择
2.1 位移测量理论的简要介绍
位移测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。
在位移控制系统中,为了提高控制精度,准确测量控制对象的位移是十分重要的。目前,检测位移的方法有两种：
（1）使用位置传感器,测量到的位移量由变送器经A/ D 转换成数字量,送至系统进行进一步处理。此方法虽然检测精度高,但在多路、长距离位置监控系统中,由于其成本昂贵、安装困难,因此并不适用。
（2）使用光电编码器。光电编码器是高精度控制系统常用的位移检测传感器。当控制对象发生位置变化时,光电编码器便会发出A、B 两路相位差90°的数字脉冲信号。正转时A 超前B 为90°,反转时B 超前A 为90°。脉冲的个数与位移量成比例关系,因此,通过对脉冲计数就能计算出相应的位移。该方法不仅使用方便、测量准确,而且成本较低,在电力拖动系统中经常采用这种位置测量方法。
2.2 方案选择及原理
使用光电编码器测量位移,准确无误的计数起着决定性作用。由于在位置控制系统中,电机既可以正转,又可以反转,所以要求计数器既能实现加计数,又能实现减计数。相应的计数方法可以用软件实现,也可以用硬件实现。使用软件方式对光电编码器的脉冲进行方向判别和计数降低了系统控制的实时性,尤其当使用光电编码器的数量较多时,且其可靠性也不及硬件电路。但其外围电路比较简单,所以在计数频率不高的情况下,使用软件计数仍有一定的优势。对编码器中输出的两路脉冲进行计数主要分两个步骤:首先要对编码器输出的两路脉冲进行鉴相,即判别电机是正转还是反转;其次是进行加减计数,正转时加计数,反转时减计数。
2.2.1鉴相原理
脉冲鉴相的方法比较多,既可以用软件实现,也可以用一个 D 触发器实现。图1 是编码器正反转时输出脉冲的相位关系。
图2.2-1 编码器输出波形
由图1 中编码器输出波形可以看出,编码器正转时A 相超前B 相90°,在A 相脉冲的下降沿处,B 相为高电平;而在编码器反转时,A 相滞后B 相90°,在A 相脉冲的下降沿处,B 相输出为低电平。这样,编码器旋转时通过判断B 相电平的高低就可以判断编码器的旋转方向。
2.2.2用软件实现脉冲的鉴相和计数
编码器输出的A 向脉冲接到单片机的外部中断INT0 ,B 向脉冲接到I/ O 端口P1. 0 ,如图2 所示。当系统工作时,首先要把INT0 设置成下降沿触发,并开相应中断。当有效脉冲触发中断时,执行中断处理程序,判别 B 脉冲是高电平还是低电平。若是高电平,则编码器正转,加1 计数;若是低电平,则编码器反转,减1计数。图2是软件方法的计数与判向电路。
图2.2-2 软件方法的计数与判向电路
2.2.3用硬件实现脉冲的鉴相和计数
硬件计数在执行速度上有软件计数不可比拟的优势,通常采用多个可预置 4 位双时钟加减计数器74LS193 级联组成的加减计数电路。如图3 所示,P0、P1、P2、P3 为计数器的4 位预置数据端,与数据输入锁存器相接;QA、QB、QC、QD 为计数器的4 位数据输出端,与数据输出缓冲器相接;MR为清零端,与上电清零脉
冲相接;PL 为预置允许端,由译码控制电路触发;CU 为加脉冲输入端,CD 为减脉冲输入端;TCU 为进位输出端;TCD 为借位输出端。
图2.2-3 加减计数芯片74LS193
当CU 和CD 中一个输入脉冲时,另一个必须处于高电平,才能进行计数工作。而从编码器直接输出的A、B 两路脉冲不符合要求,不能直接接到计数器的输入端,但可以利用这两路脉冲之间的相位关系对其进行鉴相后再计数。
图4 给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路,鉴相电路用1 个D 触发器和2 个与非门组成,计数电路用3 片74LS193 组成。当光电编码器顺时针旋转时, A 相超前B 相90°,D 触发器输出 Q(W1) 为高电平,Q(W2) 为低电平,与非门N1 打开, 计数脉冲通过(W3) , 送至双向计数器74LS193 的加脉冲输入端CU ,进行加法计数;此时,与非门N2 关闭,其输出为高电平(W4) 。当光电编码器逆时针旋转时, A 相比 B 相延迟90°,D 触发器输出 Q(W1) 为低电平,Q(W2) 为高电平,与非门N1 关闭,其输出为高电平(W3) ;此时,与非门N2 打开,计数脉冲通过(W4) ,送至双向计数器74LS193 的减脉冲输入端CD ,进行减法计数。图4是光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数。
图2.2-4 光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数
2.2.4用单片机内部计数器实现可逆计数
对以上两种计数方法进行分析可知,用纯软件计数虽然电路简单,但是计数速度慢,难以满足实时性要求,而且容易出错,用外接加减计数芯片的方法,虽然速度快,但硬件电路复杂,由图4 可以看出,要制作一个12 位计数器需要5 个外围芯片,成本较高。我们可以用单片机内部的计数器来实现加减计数。单片机8051 片内有2 个16 位定时器(定时器0 和定时器1) ,单片机8052 还有一个定时器(定时器2) ,这3 个定时器都可以作为计数器使用。但单片机8051 内部的计数器是加 1 计数器,所以不能直接应用,必须经过适当的软件编程来实现其“减”计数功能。硬件电路如图5所示。
图2.2-5 单片机内部计数器加减计数的硬件结构我们可以把经过D触发器之后的脉冲,即方向控制脉冲（DIR）接到单片机的外部中断INT0端，同时经过反向器后再接到另一个外部中断INT1，并且把计数脉冲A接到单片机的片内计数器T0端即可，相对外部计数芯片来说，使用这种方法电路相对要简单的多。系统工作时，先要把两个中断设置成下降沿触发，并打开相应的中断。当方向判别脉冲（DIR）由低—高跳变时，INT1中断，执行相应的中断程序，进行加计数；而当方向判别脉冲由高—低跳变时，INT0中断，执行相应的中断程序，进行“减”计数（实际是重新复值，进行加计数）。下面是软件编程思路（在C语言环境下来实现计数功能）：
#include
int data k=1;
void service_int0() interrupt 0 using 0
{ k-- ;/*标志位减1*/
TR0=0 ;/*停止计数*/
TH0= -TH0 ;
TL0= -TL0 ;/*把计数器重新复值，此时相当于减计数*/
TR0=1 ;/*开始计数*/
}
void service_int1() interrupt 2 using 1
{ k++ ;/*标志位加1*/
TR0=0 ;/*停止计数*/
TH0= -TH0 ;
TL0= -TL0 ;/*把计数器重新复值，此时相当于加计数*/
TR0=1 ;/*开始计数*/
}
void timer0(void) interrup 1 using2
{ if(k=0)
/*反向计数满*/
else if(k=1)
/*计数为0*/
else
/*正向计数满*/
}
void main(void)
{TCON=0X05 ;/*设置下降沿中断*/
TMOD=0X05 ;/*T0为16位计数方式*/
IE=0X87 ;/*开中断*/
TH0=0 ;
TL0=0 ;/*预置初值*/
}
此方法采用中断的形式进行计数,硬件电路比较简单,程序也不复杂,执行速度较快。
以上分别介绍了利用软件、外接计数芯片及单片机内部计数器实现对编码器输出脉冲进行计数的方法。利用软件计数,硬件电路简单,但占用了较多的CPU 资源,执行速度较慢。利用外接计数芯片的方法计数,计数速度较快,但要用较多的外围芯片,硬件电路复杂。利用单片机内部计数器实现加减计数,在编码器旋转方向不频繁改变的情况下,计数速度很快,而且外围电路简单,编程也不复杂,只是占用了2 个外部中断和1 个内部计数器。
综上所述选用第三种计数方法，即利用单片机内部计数器实现可逆计数。
2.3 位移测量参数及电路参数分析
在本设计的仿真中，光电编码器产生的A,B相方波用PROTUES中的信号源加不同的起始时间来模拟。一个用原始的，还有一个用延时1/4周期。方向时将两个信号调换就行了。
2.3.1MCS-51的定时器/计数器简介
2个16位的定时/计数器，有多种工作方式。
定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速
率是晶振频率的1/12，当计数器启动后，每个机器周期计数器自动加1。
定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计P3.4(T0脚）P3.5(T1脚）负跳变次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。
如图2.3-1及表2.3-1
图2.3-1 TMOD寄存器用于定时/计数的操作方式及工作模式指令格式
表2.3-1操作方式选择位
2.3.2定时器模式选择位
C/T＝0，定时器模式，每一个机器周期计数器自动加1。
C/T＝1，计数器模式，在单片机T0引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。GATE＝0，定时/计数器工作不受外部控制。
GATE＝1，定时/计数器T0的起停受INT0引脚的控制。
1.计算计数初始值
因为系统的晶振频率为fosc=12MHz，则机器周期Tm=12/fosc=1μs。
设计数初始值为X：
X=216-t
d /Tm=216-13105/1=15535
0 0 说明
0 0 0 13位定时器/计数器，由TL0低五位和TH0高八位组成
工作方式
0 1 1 16位定时器/计数器，由TL0低八位和TH0高八位组成
1 0
2 8位定时器/计数器，由TL0低八位组成
1 1 3 TL0低八位和TH0高八位分别位8位定时器/计数器
则（TH0）=00111100B＝3CH，（TL0）=10101111B=AFH
2.设置工作方式
方式0：M1M0=01；定时器模式：C/T=1；
定时/计数器启动不受外部控制： GATE=0；
因此，（TMOD）=05H。
关于测速电路的参数，本次设计采用了如下方案：
AT89C51单片机属于CMOS型8位单片机，其在片内的振荡器电路由晶体控制的单极线性反相器组成，同HMOS型所用方法一样，要求用晶体控制的感性阻抗方波振荡器，但也存在一些差别，其一为89C51可在软件的控制下关闭振荡器，其二为89C51的内部时钟电路由XTAL2引脚上的信号来驱动。本次设计中的振荡器可用晶体作为感性电抗与外部电容组成并联共振槽路。晶体的特性与电容值的大小（C1、C2）并不严格，高质量的晶体对任何频率都可取用30pF的电容，对于廉价应用中，可采用陶瓷共振器，这时C1、C2一般取47pF；这里选取频率12MHZ 晶振，电容C1、C2为30pF。看门狗电路电路参见图2.3-2
图2.3-2 MAX813L看门狗电路
图中，电阻R1和R2分压产生1.25V电源门限值。当此脚的电压低于1.25V 时，即电源电压低于额定值时，PFO将产生一个脉冲信号，可以用于向CPU发出中断申请，使CPU完成应急处理。此功能可完成电源电压的监测。
P1.0喂狗信号，在软件的编制中通过对P1.0的位操作向MAX813L的看门狗输入端输入一个负脉冲。如果程序出现“跑飞”现象，程序将不能正常运行，这个定时发出的脉冲也得不到保障。当单片机超过1.6秒未向MAX813L的看门狗输入端发脉冲信号，MAX813L内部的定时器将会强制将WDO拉到低电平，这个低电平通过MR产生复位信号。单片机复位后从初始状态开始运行，从而保证系统的可靠性，起到了看门狗的作用。此电路同时兼有上电复位和按键复位功能。
第三章系统电路的设计
3.1 硬件电路的设计
位移测量设计的整个系统框图如下：
图 3.1-1 系统硬件组成图
在上面的系统硬件组成图中A相、B相都是光电编码器产生的，这两个信号的前沿和后沿都对应着光电码盘的1/4节距的信息。因此在实际中为了提高光电编码器的定位精度通常采用四倍频方法进行处理。本系统设计了一种四倍频电路，其原理图如图3.1-2所示，相应的时序图如图3.1-2所示。由时序图3.1-2可以看出，A和B信号经四倍频电路后，输出信号为XA，XB两个信号，在同一时刻，XA，XB只有一个是脉冲信号，另一个是高电平。因此，将XA，XB两个信号连接到单片机相应的端口上，对这两个信号分别进行判断、计数和计算，就可以得出相应的电机转向和位移量。
图 3.1-2 四倍频电路原理
图3.1-3 四倍频电路时序图
3.1.1 单片机的选择
随着大规模集成电路（LSI）制造技术的飞速发展，单片机也随之迅猛发展，其发展历史大致分为三个阶段：
第一阶段（1976年—1978年）：初级单片微处理器阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。此系列的单片机具有8位CPU，并行I/O端口，8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但是没有串行口。
第二阶段（1978年—现在）：高性能单片机微处理器阶段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，该类型单片机具有串行I/O 端口，有多种中断处理系统，16位时序同步计数器，RAM，ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片甚至还有A/D转换接口。由于该系列单片机应用领域极其广泛，各公司正大力改进其结构与性能。
第三阶段（1982年—现在）：8位单片机，经处理器改良型及16位单片机微处理器阶段。
在本次设计中，有多种型号的单片机可供选择，具体型号如89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52单片机都可以较好地完成本次设计的要求，因此设计者选用了近来应用较为广泛的89C51型单片机。
一个单片机应用系统的硬件电路设计应包含有两个部分内容:
第一是系统扩展，即当单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O 口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。
第二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、D/A、A/D转换器等，并设计相应的接口电路。因此，系统的扩展和配置应遵循下列原则:
1.尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。
2.系统的扩展与外围设备配置应满足系统功能的要求，并留有适当的余量，
以便进行二次开发。
3.硬件结构应与应用软件方案统一考虑，软件能实现的硬件功能尽可能用
软件来实现，但需注意的是软件实现占用CPU的时间，而且，响应时间比硬件长。
4.单片机外接电路较多时，应考虑其驱动能力，减少芯片功耗，降低总线负载。
3.1.2 AT89C51介绍
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）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、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，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。
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。此外，89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电模式。89C51的芯片引脚图如下所示：
主要特性：
2与MCS-51 兼容
24K字节可编程闪烁存储器
2寿命：1000写/擦循环
2数据保留时间：10年
2全静态工作：0Hz-24Hz
2三级程序存储器锁定
212838位内部RAM
232可编程I/O线
2两个16位定时器/计数器
25个中断源
2可编程串行通道
2低功耗的闲置和掉电模式
2片内振荡器和时钟电路图 3.1-4 AT89C51引脚图
管脚说明：
2Vcc：电源电压
2GND：地
2P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
2P1口：Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉
）。
电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I
IL
Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。
表3.1-1 P1口引脚功能表
2P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上
）。
拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I
IL
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号[7]。
2P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／0口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上
）。
拉电阻输出电流（I
IL
P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
表3.1-2 P3口引脚功能表
2RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。2ALE／PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时
目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。[8]
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。
2PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。
2EA／VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H －FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。
如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。
F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程电压 Vpp。
2XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
2XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
3.1.3光电编码器的选择
光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、
传感器测量系统设计
课程设计说明书 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 传感器测量系统设计 高 指导教师：高敏职称: 副教授 年 12 月 26 日
摘要 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 关键词：电动机，单片机，传感器，晶振电路，流程图
目录 1 概述 (3) 1.1本课题设计的目的和意义 (3) 1.2数字式转速测量系统的发展背景 (3) 2 单片机 (4) 2.1 单片机AT89C51介绍 (4) 3 系统方案提出和论证（传感器的选择） (7) 3.1 方案一霍尔传感器测量方案 (7) 3.2 方案二光电传感器 (8) 4 转速测量系统的原理 (9) 4.1 转速测量方法 (9) 4.2 转速测量原理 (9) 5 系统硬件设计 (11) 5.1 转速信号采集 (11) 5.2 转速信号处理电路设计 (13) 5.3 最小系统的设计 (14) 5.3.1 复位电路（图4.8） (14) 5.3.2 晶振电路 (16) 5.3.3 最小系统的仿真 (17) 总结 (18) 参考文献 (19)
1 概述 1.1 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。 1.2 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
四等水准测量的实习报告
四等水准测量的实习报告 一．实习的目的和要求 目的： （1）进一步熟练水准仪的操作，掌握用双面水准尺进行四等水准测量的观测、记录与计算方法。 （2）熟悉四等水准测量的主要技术指标，掌握测站及线路的检核方法。 要求： 四等水准测量技术要求 二．仪器和工具 DS3水准仪1台，双面水准尺2支，尺垫2个，记录板2块. 三．实验步骤 1.了解四等水准测量的方法 双面尺法四等水准测量是在小地区布设高程控制网的常用方法，是在每个测量站上安置一次水准仪，但分别在水准尺的黑、红两面刻划上读数，可以测得两次高差，进行测站检核。除此以外，还有其他一系列的检核。 2.四等水准测量的实验 （1）从某一已知高程水准点出发，选定一条闭合水准路线，设置4站。 （2）安置水准仪的测站至前、后视立尺点的距离，应该用步测使其相等。 在每一测站，按下列顺序进行观测： ① 后视水准尺黑面，读取上、下视距丝读数，精平，读取中丝读数； ② 前视水准尺黑面，读取上、下视距丝读书，精平，读取中丝读数； ③ 前视水准尺红面，精平，读取中丝读数； ④ 后视水准尺红面，精平，读取中丝读数。 （3）记录着在“四等水准测量记录”表中按表头表明次序（1）～（8）记录各个读数，（9）～（10）为计算结果：
后视距离：(9)=100×{(1)-(2)} 前视距离：(10)=100×{(4)-(5)} 前、后视距之差：(11)=(9)-(10) 前、后视距离累积差（即Σ视距差）：(12)=上站(12)+本站(11) 红黑面差：（13）=（6）+K-（7）， （14）=（3）+K-（8），（K=4.687或4.787） 黑面高差：(15)=(3)-(6) 红面高差：(16)=(8)-(7) 红黑面高差之差：(17)=(15)-(16)=(14)-(13) 平均高差：（18）=1/2{（15）+（16）} 每站读数结束（（1）～（8）），随即进行各项计算（（9）～（16））， 并按技术指标进行检验，满足限差后方能搬站。 （4）依次设站，用相同方法进行观测，直到线路终点，计算线路的高差闭合差。按四等水准测量的规定，线路高差闭合差的容许值为 ±20√L mm,L为线路总长（单位：km）. 四．实习注意事项 （1）四等水准测量比工程水准测量有更严格的技术规定，要求达到更高的精度，其关键在于：前后视距相等（在限差以内）；从后视转为 前视（或相反）望远镜不能重新调焦；水准尺应完全竖直，最好用 附有圆水准器的水准尺。 （2）每站观测结束，立即进行计算和进行规定的检核，若有超限，则应重测该站。全线路观测完毕，线路高差闭合差在容许范围以内，方 可收测，结束实验。 四等水准测量规定的高差闭合差为：fh允=±20√L mm （式中，L为水准路线长度，以km为单位。） 五．实习心得 通过书本，我们知道了测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学。它的内容包括两部分，即测定和测设。测定是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据或成果，将地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、国防建设、规划设计及科学研究使用。 测设（放样）是指用一定的测量方法和精度，把设计图纸上规划设计好的建（构）筑物的平面位置和高程标定在实地上，作为施工的依据。
压力检测系统设计
单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题:压力检测系统设计 学院名称:电气工程学院 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 设计地点 : 31-505 设计时间 : 2015-12-28～2016-01-08
单片机系统 课程设计课程设计名称:压力检测系统设计 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 课程设计地点: 31-505 课程设计时间: 2015-12-28～2016-01-08 单片机系统课程设计任务书
目录 1绪论 (3) 1、1压力检测系统概述 (3) 2总体方案设计原理 (4) 2、1 基于单片机的智能压力检测的原理 (4) 2、2 压力传感器 (4) 2、2、1 压力传感器的选择 (4) 2、2、2金属电阻应变片的工作原理 (5) 2、3 A/D转换器 (5) 2、3、1 A/D转换模块器件选择 (5) 2、3、2 A/D转换器的简介 (5) 2、4单片机 (6) 2、4、1 AT89C51单片机简介 (6) 2、4、2主要特性 (7) 2、4、3 管脚说明 (7) 2、5单片机于键盘的接口技术 (8) 2、5、1 键盘功能及结构概述 (8) 2、5、2 单片机与键盘的连接 (9) 2、6 LED显示接口 (10)
2、6、1 LED显示器 (10) 2、6、2七段数码显示器 (11) 2、6、3LED数码管静态显示接口 (12) 3软件设计 (14) 3、1 A/D转换器的软件设计 (14) 3、1、1 ADC0832芯片接口程序的编写 (14) 3、2 单片机与键盘的接口程序设计 (15) 3、3 LED数码管显示程序设计 (16) 总结 (18) 参考文献 (19) 附录A (19) 附录B (20) 1绪论 1、1压力检测系统概述 压力就是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制就是保证生产与设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计就是基于AT89C51单片机的测量与显示。就是通过压力传感器将压力转换成电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位A／D转换器,然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号,再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息,最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘,向计算机系统输入各种数据与命令,让单片机系统处于预定的功能状态,显示需要的值。 本设计的最终结果就是,将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据,当输入的模拟信号发生变化的时候,通过A/D转换后,LED将显示不同的数值。
位移测量系统的设计
摘要 在现代工业生产过程中，常常需要测量很多不同的位移量。与此同时对位移量进行较为精确地检测，是提高控制精度的基础。因此之前所普遍采用的传统位移测量装置已经不能适应时代发展的潮流。在此情况下通过科研人员的不断努力终于研制出了数字式光电编码器,它的输入量是角位移量其输出量是相应的电脉冲,并且它有体积小，精度高的优点。故而，这次毕业设计选用的是光电编码器。 本次毕业设计是以AT89C51单片机为核心，用光电编码器来实现对位移量的精确测量，再将测量结果显示在LCD液晶显示器上。其中本次设计中所选用的是输出电压为5V的光电编码器。 本文由浅入深先介绍了一些关于位移测量的基本原理，进而阐述了各个模块的设计思路，工作过程以及显示效果。本文借鉴了一些当前较为流行的设计思想，例如硬件软件化，很好的满足了设计要求。 关键词：位移，测量，光电编码器，单片机，LCD显示器
Abstract In the control field, a variety of displacement measurements often need to be carried out. In actual industry position control domain, to increase the control precision, carries on the examination to the controlled member is accurately very important.The traditional machinery survey displacement installs has not been able to satisfy the modern production by far the need, but the digital sensor electro-optic encoder, can transform the angular displacement into with it correspondence electricity pulse output, mainly uses in the mechanical position and the velocity of whirl examination, has the precision to be high, volume small and so on characteristics, therefore this design decided that uses the electro-optical encoder to carry on the displacement to examine. This design to use the electro-optical encoder to realize the displacement survey and the simulation, realizes the survey from the exterior different displacement value and the demonstration. Makes concrete using at89C51 monolithic integrated circuit is the core, the electro-optical encoder carries on the displacement to survey, simultaneously by LCD liquid crystal display module demonstration. This design uses the electro-optical encoder output voltage is 5V, the output signal after four doubling circuit processing sends in the monolithic integrated circuit to carry on counting processing, finally sends in the LCD module demonstration. In this paper, detailed working process of displacement measurement system is started with principle of displacement measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality. Key words:The displacement surveys, electro-optical encoder, microcontroller, LCD display module
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告 摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量 一、设计内容及功能 1.1设计内容 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示： 测量对象 LCD显示 电阻/电容/电感 简易的数字电阻、电容和电感测量仪 自制电源 1.2 具体要求 1. 测量范围 （1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。 2. 测量精度 （1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。 （2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 4. 自制电源 5. 使用按键来设置测量的种类和单位 1.3系统功能 1. 基本完成以上具体要求 2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试 3. 采用液晶显示器显示测量结果 二、系统方案设计与选择 电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：
三四等水准测量步骤
三、四等水准测量 控制测量除了要完成平面控制测量外，还要进行高程控制测量。小区域地形测图或施工测量中，多采用三、四等水准测量作为高程控制测量的首级控制。 一、三、四等水准测量(leveling)的技术要求 1、高程系统：三、四等水准测量起算点的高程一般引自国家一、二等水准点，若测区附近没有国家水准点，也可建立独立的水准网，这样起算点的高程应采用假定高程。 2、布设形式：如果是作为测区的首级控制，一般布设成闭合环线；如果进行加密，则多采用附合水准路线或支水准路线。三、四等水准路线一般沿公路、铁路或管线等坡度较小、便于施测的路线布设。 3、点位的埋设：其点位应选在地基稳固，能长久保存标志和便于观测的地点，水准点的间距一般为1—1．5km，山岭重丘区可根据需要适当加密，一个测区一般至少埋设三个以上的水准点。 4、三、四等及五等水准测量的精度要求和技术要求列于表中。
二、三、四等水准测量的观测方法 三、四等水准测量观测应在通视良好、望远镜成像清晰及稳定的情况下进行。一般采用一对双面尺。 1、三等水准一个测站的观测步骤：（后-前-前-后；黑-黑-红-红） （1）照准后视尺黑面，精平，分别读取上、下、中三丝读数，并记为（1）、（2）、（3）。 （2）照准前视尺黑面，精平，分别读取上、下、中三丝读数，并记为（4）、（5）、（6）。 （3）照准前视尺红面，精平，读取中丝读数，记为（7） （4）照准后视尺红面，精平，读取中丝读数，记为（8） 这四步观测，简称为“后一前一前一后(黑一黑一红一红)”，这样的观测步骤可消除或减弱仪器或尺垫下沉误差的影响。对于四等水准测量，规范允许采用“后一后一前一前（黑一红一黑一红)”的观测步骤。
基于单片机的压力检测系统设计
常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日
电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日
课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计
目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献
第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。
简单多点温度测量系统课程设计
课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日
目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………
基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：
基于Stm32控制器的LVDT位移测量系统设计(终稿) - 用于合并
课程设计报告 题目：基于STM32的LVDT位移测量系统设计 姓名：余樾 班级：09011301 学号：2013302132 西北工业大学自动化学院
基于STM32的LVDT位移测量系统设计任务书 1．设计目的与要求 设计一个基于STM32控制器的LVDT数字测量系统设计，要求认真并准确地理解有关要求，按组完成系统设计，具体设计要求如下： （1）对流体传动管道中的压力进行，测温范围及精度：38mm，0.5%。 （2）LVDT信号的调制与解调，测量数据存储功能，掉电不丢失； （3）4位八段码实时数据显示； （4）通过RS232通信接口与上位机进行数据通信； （5）功能按键、指示灯和蜂鸣器报警。 2．设计内容 （1）查阅资料，熟悉设计内容； （2）根据设计要求选择传感器，确定系统方案和主控芯片； （3）根据系统方案分别设计单元电路；确定元器件及元件参数； （4）画出电路原理图，正确使用逻辑关系。 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，并写出心得体会。
目录 1. 引言 (1) 2. 设计方案 (2) 2.1. 任务分析 (2) 2.2. 设计思路 (2) 3. 详细设计 (3) 3.1. 主控制器模块 (3) 3.1.1. 微处理器电路 (3) 3.1.2. 电源模块 (5) 3.1.3. JTAG/SWD电路 (5) 3.2. LVDT传感器的测量原理与电路设计 (6) 3.2.1. LVDT传感器的测量原理 (6) 3.2.2. LVDT传感器电路的设计 (6) 3.3. 显示模块 (9) 3.4. 串口通信模块 (10) 3.5. 存储模块 (10) 4. 总结与体会（不宜过长） (11) 附录1 MAX7219 (14) 附录2 I2C总线 (16)
电阻测量的设计实验报告
佛山科学技术学院 实验报告 课程名称实验项目 专业班级姓名学号 指导教师成绩日期年月日
【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压 U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 式中R V 是电压表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x V x x x R R R R R R E +-=-= 外外 （24-4） 外接法测量待测电阻阻值的修正公式 U IR UR R R R R R V V V V x -=-= 外外 （24-5） 比较 内E 、外E 的大小，可以得：当V A R R R x >，采用内接法测量电阻，会使外内E E <；当V A R R R x <，采用外接法测量电阻，会使外内E E >；当V A x R R R ≈时，则采用内接法和外接法测量电阻都可以。其中电流表的内阻R A 、电压表的内阻R V 由实验室给出。 图24-1 内接法 图24-2 外接法
光电测量系统设计报告
光电测量系统设计报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
光电测量系统设计报告 一、干涉的基本原理 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。 由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。 1、劈尖的等厚干涉测细丝直径 设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度 由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径 2、利用干涉条纹检验光学表面面形 检查光学平面的方法通常是将光学样板（平面平晶）放在被测平面之上，在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜。当单色光垂直照射时，通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形。 （1）待测表面是平面 （2）待测表面呈微凸球面或微凹球面 当手指向下按时，空气膜变薄，各级干涉条纹要发生移动，以满足式（2）， 3 式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率n ≈ 1。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m个暗环处的空气层厚度为m，则有：R，即，可得： 式中是第m个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得： 可见，我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R，或者由已知R求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径换成直径，则有： 对第m+n个暗环有 将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有 可见，如果我们测得第m个暗环及第（m+n）个暗环的直径、，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R。 经过上述的公式变换，避开了难测的量和m，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。
数字显示压力测量系统设计
数字显示压力测量系统设计 一、数字显示仪表的设计原理 工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。数字式仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。数字仪表的主要特点有：准确度高、分辨率高、无主观读数误差、测量速度快、能以数码形式输出结果。同时数字量传输信息，可使得传输距离不受限制。 数字仪表按工作原理可分为：带微处理器的和不带微处理器的。不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现有关功能。 1.传感器输出信号的特点： （1）传感器的输出会受温度的影响，有温度系数变化。 （2）传感器的输出顺着输入的变化而变化，但之间的关系不一定是线性比例关系。 （31传感器的动态范围很宽。 （4）传感器的种类多，输出的形式也多种多样。 （5）传感器的输出阻抗较高，到测量电路时会产生较大的信号衰减。 2.传感器信号的二次变换 根据上述的传感器输出信号的特点来看，传感器输出的信号一般是能直接用于仪器、仪表显示作控制信号用，往往需要通过专门的电子电路对传感器输出信号进行“加工处理”。如将微弱的信号给予放大，经过滤波器将有害的杂波信号滤掉，将非线性的特性曲线线性化，如有必要再加温度补偿电路。这种信号变换一般称为二次变换。完成二次变换的电路称为传感器电子电路，一般也称为测量电路，仪表电子电路或调理电路。
3.传感器二次变换的组成 传感器电子电路主要是模拟电路，它与数字电路一样，是由一些单元电路组成。这些单元电路有：各种信号放大电路、有源及无源滤波电路、绝对值检测电路、峰值保持电路、采样.保持电路、A/D及D/A 变换电路、V/F及F/V变换电路、调制解调电路温度补偿电路及非线性特性化补偿电路等。 4.传感器信号的调理电路 信号调理是指测量系统的组成部分，它的输入时传感器的输出信号，输出为适合传输、显示、记录或者能更好的满足后续标准设备或装置要求的信号。信号调理电路通常具有放大、电平移动、阻抗匹配、滤波、解调功能。 传感器输出信号通常可以分为模拟量和数字量两类。对模拟量信号进行调整匹配时，传感器的信号调理环节相对复杂些，通常需要放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D及AD/A 转换电路等。而对于数字量信号进行调理匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路，控制計数器技术即可。 5.DVM的概述 模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差。数字电压表（DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表。 DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变换成数字量。这实质上是个量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部件是A/D转换器，最后用电子计数器计数显示，因此，DVM的基本组成是A/D 转换器和电子计数器。 二、压力测量数显系统设计 测量系统的整机电路包括：P3000S-102A压力传感器、恒流源、
电阻测量的设计实验报告
佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日 期 年 月 日 【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 精品文档，超值下载 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 A x A x x R R I R R I I U R +=+== ) (内 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实 验中测得的待测电阻阻值为 图24-1 内接法 图24-2 外接法
三、四等水准测量(教材)
三、四等水准测量 三、四等水准测量所使用的水准仪，其精度应不低于DS 3型的精度指标。水准仪望远镜放大倍率应大于30倍，符合水准器的水准管分划值为20’’/2mm 。 三、四等水准测量的技术指标及观测要求参见表1。 表1 三、四等水准测量的技术指标及观测要求 注：表中L 、K 均表示路线长度，以Km 为单位。 一、 观测方法 三、三、四等水准测量主要采用双面水准尺观测法，除各种限差有所区别外，观测方法大同小异。 在每一测站上，首先安置仪器，如超限，则需移动前视尺或水准仪，以满足要求。然后按下列顺序进行观测，并计入三（四）等水准测量手簿中（表2）。 （1） 读取 视尺 面读数：下丝（1），上丝（2），中丝（3）。 （2） 读取 视尺 面读数：中丝（4），下丝（5），上丝（6）。 （3） 读取 视尺 面读数：中丝（7）。 （4） 读取 视尺 面读数：中丝（8）。 测得上述8个数据后，随即进行计算，如果符合规定要求，可以迁站继续施测；否则应重新观测，直至所测数据符合规定要求后，才能迁到下一站。
二、测站计算与校核 测站上的计算有下面几项（表2）。 1.视距部分 (9)= [(1)－(2)] × 100 （式中“100”为视距乘常数，下同） (10)= [(5)－(6)] × 100 (11)= (9)－(10) （绝对值不应超过2m） (12)= 本站的(11)＋前站的(12)（绝对值不应超过5m） 2.高差部分 (13) = K1＋(3)-(8)（绝对值不应超过2mm） (14) = K2＋(4)-(7)（绝对值不应超过2mm） 上两式中的K1和K2分别为两水准尺的黑、红面的起点读书差，亦称尺常数或起点差。表2观测所用双面（黑、红面）水准尺的尺常数为：K1=4.787m、K2=4.687m。尺常数的作用是检核黑、红面观测读数是否正确。 (16)= (3)－(4) (17)= (8)－(7) (15)=(16)-[(17)±0.100] = (13)－(14)（绝对值不应超过3mm） 由于两水准尺的红面起始读数相差0.100m，即4.787m与4.687m之差，因此，红面测得的实际高差应为(17)±0.100。取“＋”或取“－”应根据后、前视尺的K值来确定。 ＋(17) ±0.100]/2,作为该站测得的高差值。 表2为三等水准测量手簿，括号内的数字表示观测记录和计算校核的顺序。当整个水准路线测量完毕，应逐页校核计算有无错误，校核的方法是：
基于单片机的智能压力检测系统的设计—-毕业论文设计
题目：基于单片机的智能压力检 测系统的设计
基于单片机的智能压力检测系统的设计 摘要 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。 关键词:压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示；
Design of pressure detecting system based on single-chip Abstract Pressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware. The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is required to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting. Key words:pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor;