電渦流式金屬板材測厚儀的設(shè)計講解

1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計摘要本論文闡述的是電渦流式金屬板材測厚儀的設(shè)計。本課題利用電渦流傳感器、 單片機系統(tǒng)設(shè)計出一種金屬板材測厚儀，它能實現(xiàn)不同金屬板材的厚度測量、厚度 合格檢驗及其超標(biāo)報警，通過鍵盤進行待測金屬板材種類輸入、厚度合格檢驗時的 設(shè)定厚度和誤差等級設(shè)置， 并用 LED 顯示，給出合格檢驗時超標(biāo)與否的指示燈提示 及蜂鳴超標(biāo)報警提示。本系統(tǒng)由兩部分組成：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)利用 電渦流傳感器及其測量電路測量不同材質(zhì)和厚度的金屬板，得到不同電壓，經(jīng)放大 后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入單片機。單片機通過軟件編程對被測數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理，結(jié)果 送往 LED 顯示器進行顯示， 并外

2、接蜂鳴器和指示燈實現(xiàn)超標(biāo)報警。 軟件系統(tǒng)用匯編 語言進行編程，采用模塊化設(shè)計思想。該系統(tǒng)通過聯(lián)調(diào)后，實現(xiàn)了預(yù)期各種功能， 符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞 ：電渦流傳感器；金屬板材測厚儀；合格檢驗；單片機； LED顯示-I-吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計AbstractThis paper introduces the design of metallic material thickness based on eddy current sensor. The task uses eddy current sensor, Single Chip Micyoco system to design m

3、etallic material thickness meter. The system can realize the functions of thickness measurement, pass examination and its overrun alarm. The input of the quality of metallic planking to be measured the preseting of object thickness and error grade when pass examinating all can be done through key bo

4、ard. The relative information is displayed on LED readtine. When pass examinating,buzzer and light prompting of overrun or not are given. The system design contains two parts: hardware design and software design. The hardware system uses eddy current sensor and its measuring circuit to measure diffe

5、rent kind of metallic plankings to get different voltage value.After amplified, the voltage is tramcformed to digital signal and then is sent to SCM. Through softwere programming, the measured data is processed and the result is displayed on LED in SCM system. The overrun alarm is realized by buzzer

6、 and light in dicator. Assemble language is used in the software system and modularization design idea is adopted. This system realizes all desired functions and coincides with demand after system debugging.Keywords:eddy current sensor; planking thickness meter; pass examination; Single Chip Micyoco

7、; LED display吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計目錄摘要 IAbstract II第 1 章 緒論 11.1 測厚儀的簡介 11.2 電渦流傳感器測厚原理 2第 2 章 金屬板材測厚儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計 32.1 金屬板材測厚儀的硬件設(shè)計方案 32.2 傳感器及其測量電路的設(shè)計 42.3 放大電路的設(shè)計 52.4 單片機系統(tǒng)電路的設(shè)計 52.4.1 單片機的選擇 . 52.4.2 單片機外圍電路的設(shè)計 . 82.4.3 鍵盤電路的設(shè)計 . 102.4.4 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計. 112.4.5 顯示電路的設(shè)計 . 122.4.6 報警電路的設(shè)計 14第 3 章 電渦流式金屬板材測厚儀

8、的軟件系統(tǒng)設(shè)計 163.1 測厚儀的軟件設(shè)計方案 163.2 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計 183.3 報警子程序的設(shè)計 錯 誤！未定義書簽。致謝 18參考文獻 21吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計第 1 章 緒論1.1 測厚儀的簡介厚度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的工業(yè)參數(shù)之一，是與人類的生活、工作關(guān) 系最密切的物理量，也是各學(xué)科與工程研究設(shè)計中經(jīng)常遇到和必須精確測量的物理 量。所以厚度的測量問題是一個經(jīng)常遇到的問題。厚度測量方法有很多：簡單的厚度測量可以用卷尺或直尺來完成，要求精度高 的用游標(biāo)卡尺來完成，一些金屬的厚度還可以用傳感器來測量，具體用什么方法測 厚要根據(jù)所測物體的大小、形狀、材質(zhì)以

9、及測量精度來定。在進行金屬的厚度測量時，經(jīng)常遇到金屬表面有非金屬涂層或油污等雜質(zhì)使接 觸測量不準(zhǔn)確或無法進行， 而且在工業(yè)現(xiàn)場的在線測量也使得接觸式測量變得困難， 這就使得非接觸式測量的優(yōu)點顯現(xiàn)出來。電渦流傳感器是 20世紀(jì) 70年代以來得到 迅速發(fā)展的一種傳感器，它利用電渦流效應(yīng)進行工作。由于結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、 頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進行非接觸測量，可用廣泛用來檢測金 屬材質(zhì)的厚度。近年來，精密測量技術(shù)發(fā)展迅速，成果喜人。例如在線測量技術(shù)，已可進行加 工狀態(tài)的實時測量與顯示，及時檢測加工是否出現(xiàn)異常狀況，從而可大幅度提高生 產(chǎn)效率。面對我國高速發(fā)展的電子測量儀器市場，電子測

10、量儀器有關(guān)企業(yè)將加快技 術(shù)進步和市場開發(fā)的步伐，努力做好國內(nèi)外市場的開拓工作，真正把中國的電子測 量儀器產(chǎn)業(yè)做強、 做大，將更多、更好、更新的電子測量儀器產(chǎn)品提供給廣大用戶?？傊瑴y量技術(shù)必須實現(xiàn)高精度化， 同時也要求實現(xiàn)高速化和高效率化， 因此， 非接觸測量和高效率測量也必然成為新世紀(jì)精密測量技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著大規(guī)模集成電路、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在測試技術(shù)方面 的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)電子測量儀器在原理、功能、精度及自動化等方面都發(fā)生了巨大吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計的變化，逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測試儀器 智能儀器。目前， 不僅大多數(shù)傳統(tǒng)電子儀器已有相應(yīng)

11、換代的智能化產(chǎn)品，而且還出現(xiàn)了一些全新的儀 器類型和測試系統(tǒng)，儀器智能化已成為現(xiàn)代電子儀器發(fā)展的主流方向。1.2 電渦流傳感器測厚原理厚度測量方法有很多，但可以分為兩大類：接觸式測量和非接觸式測量。一些 表面干凈、光滑的物體如鏡片，木盒等物體可以用直尺或卡尺等測量工具進行接觸 式測量。而一些金屬板材如鐵片、銅片等，他們的表面經(jīng)常會有油污或附有一層油 漆或雜質(zhì)，使得接觸式測量不準(zhǔn)確也不方便，而金屬板材都具有電渦流效應(yīng)且渦流 效應(yīng)的產(chǎn)生是不需要接觸的，我們可以由此設(shè)計電渦流傳感器來測量金屬厚度。選擇電渦流傳感器來測厚不僅僅是因為它可以不接觸測量金屬厚度，還因為電 渦流傳感器的結(jié)構(gòu)很簡單， 只要一個

12、渦流線圈就可以進行測量， 技術(shù)上很容易實現(xiàn)。 而且通過改變渦流線圈的直徑和傳感器的激勵頻率就可以在很大程度上改變傳感器 的靈敏程度和測量時的線性區(qū)間，實用性很強。同時電渦流傳感器還不受油污等介 質(zhì)的影響，對于一些表面不清潔的板材也可測量。所以用電渦流傳感器可以很容易 實現(xiàn)金屬板材厚度測量的要求。在工程科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域里，傳感器是一種能把特定的被測量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn) 換成某種可用信號輸出的器件或裝置。其中電渦流式傳感器是一種利用磁路磁阻變 化引起傳感器線圈的電感變化來檢測非電量的機電轉(zhuǎn)換裝置。它可用來廣泛檢測量 位移、振動、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)。由于它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命 長，并具有良

13、好的性能與寬廣的適用范圍，適合在較惡劣的工作環(huán)境中工作，因而 在計量技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計第 2 章 金屬板材測厚儀的硬件系統(tǒng)2.1 金屬板材測厚儀的硬件設(shè)計方案在儀器設(shè)計時，一方面要考慮控制任務(wù)較多，接口復(fù)雜，另一方面也要考慮成 本問題。綜合這兩方面的因素，選用了 MCS-51 系列中的 89C52 單片機作為核心元 件。該硬件部分主要是信號測量電路和單片機系統(tǒng)電路兩部分組成。電渦流傳感器 測量電路的輸出信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路輸入到單片機中， 同時單片機外接按鍵電路 控制單片機的程序運行以及參數(shù)設(shè)定，使得儀器按要求工作。最后的結(jié)

14、果用外接的 LED 顯示再配合蜂鳴器和發(fā)光二極管達到報警功能，使得儀器更加人性化。在設(shè)計測厚儀時，利用電渦流傳感器測量電路輸出電壓作為初始信號。為了能 將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理顯示，需要接 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ，而 ADC0809 的工作電壓為 0 5V，大于傳感器輸出電壓，所以還需要接差放電路。 完成數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換后對信號進行處理就可以用單片機配合軟件編程來完成。本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)框圖如圖 2-1 所示圖 2-1 單片機硬件方案系統(tǒng)框圖吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計2.2 傳感器及其測量電路的設(shè)計電渦流傳感器是建立在電磁場理論基礎(chǔ)上，傳感器探頭內(nèi)的線圈產(chǎn)生的時變磁

15、場通過被測成塊的金屬導(dǎo)體后，金屬導(dǎo)體中就會產(chǎn)生渦流，根據(jù)渦流的大小可以判 斷金屬的厚度。渦流傳感器可以實現(xiàn)無接觸測量金屬板厚度、非金屬板金屬鍍層厚 度、導(dǎo)體表面非導(dǎo)體鍍層厚度，及金屬體內(nèi)部的無損探傷。反射式渦流傳感器對金 屬厚度測量的過程，也就是傳感器探頭中的線圈與金屬體間的非電量位移參數(shù)，對 線圈的電量參數(shù)的一個反射過程。 通過對線圈變化電參量的監(jiān)測， 可以完成對反射 金屬體的厚度測量。被測金屬導(dǎo)體變化的厚度信號 x ，通過渦流傳感器轉(zhuǎn)換為變化的電感信號 L ，L 還需進一步轉(zhuǎn)換為便于測量的電信號。 本次設(shè)計使用了諧振電路。 如圖 2-2 所示，1 2 3 4 通過電渦流傳感器測量電路后電感

16、變化 L 轉(zhuǎn)換成電壓 U 輸出。圖 2-2 測量電路的設(shè)計吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計2.3 放大電路的設(shè)計在很多實際測量現(xiàn)場中所測量的各物理信號經(jīng)傳感器輸出后一般情況都比較弱或是與經(jīng)處理后顯示的范圍不相符，而且其中還包含工頻、靜電和電磁耦合等共模 干擾，對這種信號的放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪 聲和高輸入阻抗，習(xí)慣上將具有這種特點的放大器稱為放大器或儀表放大器。本課題中的被測物理量經(jīng)電渦流傳感器及其測量電路輸出的電壓信號比較微弱。而 ADC0809 的正常工作電壓是 0 5V，所以必須在 ADC0809 前加入一個前置 放大電路實現(xiàn)電壓的放大， 如圖 2-

17、3；放大倍數(shù)為 1020 倍，使輸出電壓為 05V， 以便于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換。2.4 單片機系統(tǒng)電路的設(shè)計2.4.1 單片機的選擇單片機自從問世以來，它一直是工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。市場上常用的單吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計片機有 Intel 公司的 MCS-51 系列，日本松下公司的 MN6800 系列等。其中，MCS-51 由于單片機應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強，價格低等特點，很容易形成 產(chǎn)品而更受青睞。8031 單片機片內(nèi)不帶程序存儲器 ROM，使用時需外接程序存儲器和一片邏輯 電路 74LS373，外接的程序存儲器多為 EPROM 的 2764 系列。用戶若想

18、對寫入到 EPROM 中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再 可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒什么保密性可言。8051單片機片內(nèi)有 4K ROM ，無須外接存儲器和 74LS373，更能體現(xiàn)“單片” 的簡練。但是編的程序無法燒寫到其 ROM 中，只有將程序交芯片廠代為燒寫，并 是一次性的，今后都不能改寫其內(nèi)容。89C51 單片機為 EPROM 型，在實際電路中可以直接互換 8051 單片機或 8751 單片機，不但和 8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的。89C52是由北京集成電路中心（ BIDC ）設(shè)計，由美

19、國的 Atmel 公司生產(chǎn)八位單 片機。它是一種低功耗高性能的具有 8K 字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序 ROM 的八 位 CMOS 單片機。 該器件是用高密度、 非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 80C51 單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮， 89C52 比較合 適的。本系統(tǒng)采用 CPU為 89C52的單片機， 89C52本身帶有 8K 的內(nèi)存儲器，可以 在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上，比以往慣用的 8031CPU 外加 EPROM 為核心的單片機系統(tǒng)在硬件上具有更加簡單、方便等優(yōu)點，而且完全兼容 MCS-51 系列單片機的所

20、有功能。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 RST/VPD RXDP3.0 TX DP3.1 INT0P3.2 INT1P3.3T0P3.4T1P3.5WRP3.6RDP3.7XTAL2XTAL1VSSTitl eVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P1.0圖 2-4 單片機 89c524Size Nu mberBDat e: 2 2-Ju n -2 0 08File:我的 p ro telBA9 B1

21、 B1 1.DDBRev i sio nSheet o fDrawn By:6單片機的 CPU可包括運算部件，控制器，程序狀態(tài)字， B 寄存器，累加器 Acc或 A ），位處理器等。運算部件由算術(shù)邏輯單元、累加器、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器、十進制調(diào)整單 元組成。它的功能是進行算術(shù)和邏輯運算。 它不但對 8 位變量進行邏輯： “與”、“或”、 “異或 ”、循環(huán)、取補、清零等基本操作，還可以進行算術(shù)的加、減、乘、除操作。 功能很強的位操作是一般微型計算機標(biāo)準(zhǔn) ALU 所不具備的，它可以對位變量進行 置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯 “與”，“或”等操作。對半字節(jié)（ 4 位）和雙字 節(jié)（16 位）類型

22、數(shù)據(jù)也可進行操作。Acc 為累加寄存器。 但是，對累加器操作指令中累加器的助記簡寫為 A 。MCS-51 指令系統(tǒng)中大部分單操作指令的操作數(shù)取自累加器 A ，雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù) 取自累加器 A 。B 寄存器用于除法和乘法操作。除法指令中，被除數(shù)取自A ，除數(shù)取自 B，商數(shù)存放在 A 中而余數(shù)存放在 B 中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取 A 和 B，其積則 存放在 AB 寄存器對中。對于其它指令， B 寄存器作為暫存器使用。程序存貯器用于存放編好的程序表格和常數(shù)。 程序狀態(tài)字寄存器 PSW 是一個 8 位的寄存器， 它包含了程序狀態(tài)信息。 PSW 用于指示指令寄存狀態(tài)供程序查詢和判吉林建筑大

23、學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計別之用。PSW 寄存器具有字節(jié)地址和位地址， 即每一個標(biāo)志位都有一個地址， 可方便地 對其中某一位進行操作。我們知道， MCS-51 單片機采用的是程序存儲區(qū)與數(shù)據(jù)存儲區(qū)分別尋址的方式， 各自的空間分別為 64K，對程序存儲區(qū)與數(shù)據(jù)存儲區(qū)（通用 I/O 口及專用擴展芯片 可視為對數(shù)據(jù)存儲區(qū)的操作）的擴展依據(jù)的是單片機訪問外部程序存儲器操作時序 和訪問外部數(shù)據(jù)存儲器操作時序，也就是說，對于這兩類存儲區(qū)的擴展，單片機給 出的控制信號是不同的。 擴展程序存儲區(qū)的控制信號為 PSEN 與ALE ，由于 AT89C52 自帶的 8K 內(nèi)存儲器足夠完成儀器的程序設(shè)計，所以芯片的

24、內(nèi) /外程序存儲器選擇控 制端 EA 引腳應(yīng)接高電平（此時單片機訪問片內(nèi)程序存儲器） 且PSEN 引腳可以不使 用，但是 ALE 引腳為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機上電正常工作后， ALE 引腳不 斷輸出正脈沖信號可經(jīng)分頻后作為 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的時鐘信號。由于單片機 的 P0口是作為低 8位地址 A0A7 與 8位數(shù)據(jù) D0D7 分?jǐn)?shù)共用的，而外部的擴展 器件均是地址線與數(shù)據(jù)線各自獨立的，故要根據(jù)單片機提供的外部程序存儲器操作 時序與外部數(shù)據(jù)存儲器操作時序?qū)?shù)據(jù)地址信號進行分離。2.4.2 單片機外圍電路的設(shè)計由單片機硬件設(shè)計原理可知：（ 1）盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路

25、（ 2） 留有余地，在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改、擴展的方便。因此在 89C52 芯 片本身的最小系統(tǒng)需求外，還選擇了 74LS138進行了簡單的擴展。1. 時鐘電路 89C52的時鐘可以兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路； 另一種方式為外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘電路。下面介紹內(nèi)部時鐘方式。內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器 一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體求，但電容的大小會影響振蕩頻率的高低，振吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計蕩器的穩(wěn)定性，起振的

26、快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在1.2MHz 12MHz之間任選，電容 CX1和 CX2的典型值在 20pF100pF之間選擇， 但在 60pF 70pF時振蕩器有較2 3 4 5 高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為 30pF 左右。外接陶瓷諧振器時。 CX1和 CX2的 典型值約為 47pF。在設(shè)計印刷電路板時，晶體或陶瓷振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得 與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了 提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的 NPO 高頻電容，本設(shè)計晶陣采用11.0592MHz。圖 2-5 89C52 片內(nèi)振蕩器電路圖高電平變成低電平以后， 89C52才從 0

27、000H地址開始執(zhí)行程序。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖 3.7 所示，是常用復(fù)位電路之Title 一。當(dāng) 89C52的 ALE及 PSEN兩引腳輸出高電平， RET引腳高電平到時， 單片機復(fù)位Size 通過按鍵復(fù)位稱手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。本次設(shè)計采File: 用的2是按鍵電平復(fù)位電路。上電3 時， RST端經(jīng)電阻與電4源 VCC 接通，若運行過程5中需SizeBDate:File:Number5-Jun-2008我的pro telBackup of 測量電路.DDB要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。當(dāng)按鍵按下時，復(fù)位電路工作在按鍵復(fù)位方式， RST端電

28、壓 V RST為：VRST VCCR2R1 R22-1)由于手動按鍵復(fù)位的按鍵時間， 其電平一般都能使脈沖寬度維持 10ms 以上，所 以對單片機的 RST 端能持續(xù)提供高電平以確保單片機可靠的復(fù)位。本課題中為單片第 9 頁 共 25 頁吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計機提供的復(fù)位高電平約為 +4.2 V ，經(jīng)設(shè)計 R1=200，R2=1K，C=22F2.4.3 鍵盤電路的設(shè)計鍵盤也是微型機算機系統(tǒng)中最常用的人機對話輸入設(shè)備。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中， 為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。矩陣式鍵盤適用按鍵

29、比較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，它的特點是比 較節(jié)省 I/O 端口；獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，且 該輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸 入線上的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個鍵被按下了。鍵盤也有工作方式之分：分別 為程序掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式。本設(shè)計采用獨立式按鍵接口電路，這是因為獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié) 構(gòu)簡單，而且本應(yīng)用系統(tǒng)的鍵較少，所以采用獨立式按鍵接口電路非常合適。本設(shè) 計的獨立式按鍵如圖 3.10 所示。其中 S1鍵為啟動 /確定鍵；S2鍵為功能選擇鍵； S3、 S4、S5 鍵

30、為數(shù)字輸入鍵。 如圖 3.10 所示圖中的上拉電阻保證按鍵斷開時檢測線上有 穩(wěn)定的高電平，當(dāng)某一鍵被按下時，對應(yīng)的檢測線就變成低電平，而其它鍵相對應(yīng) 的檢測線仍為高電平，從而很容易識別出被按下的鍵。具體的按鍵功能詳見下章軟 件設(shè)計部分。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計+5V圖 2-7 獨立式按鍵接口電路2.4.4 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計電渦流傳感器測量電路將厚度轉(zhuǎn)化為電壓輸出，同時經(jīng)過放大電路對電壓信號 放大。最后，信號被采樣 / 保持器采樣并保持，使輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字量經(jīng)三 態(tài)門送人總線，以便由 AT89C52對采集的數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)采集電路的核心部件為 AT89C52，它對

31、整個系統(tǒng)進行控制和數(shù)據(jù)處理。 如下 圖 2-8 ，它一般由電渦流傳感器、測量電路、放大電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、 AT89C52等 幾部分組成。 對采集的數(shù)據(jù)進行采樣和量化是模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的兩個必要步驟。單片圖2-8 數(shù)據(jù)采集框圖通過對任務(wù)的分析， 本課題 A/D 轉(zhuǎn)換器用的是 ADC0809，它是 8路 8 位逐次逼近 式轉(zhuǎn)換器，結(jié)果為 8 位二進制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時間短方便測量， 并且它的轉(zhuǎn)換精度在 0.1% 上下，比較適中，適用于一般場合。從電渦流傳感器出來的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大處理 后的 0 5V（如 2.5V ）電壓信號，通過 ADC0809轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進制數(shù)字信號暫存 在單片機指定的單元

32、中等待進一步的數(shù)據(jù)處理。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計從放大電路出來的被測信號是模擬信號，而單片機只能接收數(shù)字信號，因此必須在中間加上一個 A/D 轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。如圖 2-9：圖2-9 數(shù)據(jù)采集電路圖ADC0809由兩大部分組成， 一部分為輸入通道， 包括 8路模擬開關(guān)， 三條地址線 的鎖存器和譯碼器，可以實現(xiàn) 8 路模擬數(shù)據(jù)通道的選擇。第二部分為一個逐次逼近 型 A/D 轉(zhuǎn)換器。它由比較器，控制邏輯，輸出三態(tài)鎖存器逐次逼近寄存器和 D/A 轉(zhuǎn) 換器組成，其中的 D/A轉(zhuǎn)換器由開關(guān)陣譯碼器和 256梯型電阻構(gòu)成。 ADC0809由單一 正 5V 電源供電；片內(nèi)帶有鎖存

33、功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可對 8 路 0-5V 的輸入雙 極性模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換大約需 100s；片內(nèi)具有多路開關(guān) 的地址譯碼器和鎖存電路、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器， 256R電阻 T 型網(wǎng)絡(luò)和樹 狀電子開關(guān)以及逐次逼近寄存器。輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片 機數(shù)據(jù)總線上。且 ADC0809具有較經(jīng)濟的價格，所以這里的數(shù)據(jù)采集電路選擇 ADC0809。在采集電路中，只要將放大電路的輸出端接到 ADC0809的某一通道，ADC0809 的地址輸入線 A,B,C 送入低電平，即可選通 0 通道。另外需要說明的是由于 ADC0809 片內(nèi)無時鐘，可利用單片

34、機 AT89C52提供的地址鎖存允許信號 ALE經(jīng) D 觸發(fā)器四分 頻得到。1232.4.5 顯示電路的設(shè)計本設(shè)計中采用 LED共陽極 4封裝型顯示器顯示。 LED顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)常 用的輸出器件。它是由若干個發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個 點或一個筆畫點亮?？刂撇煌慕M合的二極管導(dǎo)通就能顯示出各種字符。它的結(jié)構(gòu) 和外型圖如圖 2-10 所示：吉林建筑大2學(xué)城建學(xué)院電氣信3 息系課程設(shè)計5Vd圖 22-10 共陽型數(shù)碼管3 結(jié)構(gòu)和外型圖g f GND a b共陽極顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起， 當(dāng)公共陽極接電源 +5V時，當(dāng)某 個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極

35、管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。通常將控 制發(fā)光二極管發(fā)光的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)編碼稱為 LED顯示的段選碼，要構(gòu)成多位 LED顯 示時，除需要段選線外，還需要位選線，以確定段選碼對應(yīng)的顯示位，位選線控制 第幾個 LED顯示，段選線則控制顯示字形。在多位 LED顯示時，為了簡化電路，節(jié)省 I/O 口，降低成本，動態(tài)顯示方案具 備一定的實用性，也是目前單片機數(shù)碼管顯示較為常用的一種顯示方法。本設(shè)計采 用一個 4 位 LED動態(tài)顯示，在位選線和段選線的共同作用下，可以使各個顯示器顯 示各自的字符，當(dāng)然這些字符不是同時顯示的，但由于人眼存在視覺暫留，加上發(fā) 光二極管的余輝效應(yīng)，由于掃描的速度足夠快，每位顯示的

36、間隔時間足夠短，就可 以給人同時顯示的感覺，而不會有閃爍感。猶如同時顯示一樣。需要說明的是，每 個數(shù)碼管都有一定的發(fā)光驅(qū)動電流，而 74LS138輸出端口的高電平電壓一般為 3.7V 左右，而本次畢業(yè)設(shè)計需要顯示器為 4 個數(shù)碼管，所以把它轉(zhuǎn)換成電流平均分配到 每個數(shù)碼管的電流不足以使數(shù)碼管正常發(fā)光，即使發(fā)光，那也是特別難看到，所以 這里必須要三極管 9012 驅(qū)動，保證數(shù)碼管能正常發(fā)光。通過軟件編程，先把所要顯 示的數(shù)據(jù)放入存儲單元， 然后把數(shù)據(jù)送入段選通對應(yīng)的地址， 再選通某一個 LED，逐 步完成 8 個 LED的顯示。如圖 2-11 所示：吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計+5VA

37、T89 C5 233333333P00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17347P20P21P22P23P24P25P26P27INT1INT0T1T0EA/VXD TXD ALE/P PSENX1X2RESETRDWR19189177 4ALS2 441823164191G2GDPY_7 -SEG_DPDPY_7 -SEG_DPDPY_7 -SEG_DP1DP Y2bbddf13155314.7 K4.7 K4.7 Kg dpg dp115 10 *8 1cfgb34cd f g b6857fdgep e ddp

38、c9 01 2e e ddp1 A11 A21 A31 A42 A12 A22 A32 A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4dpDPY_7 -SEG_DP8901 24.7 K67DPYdpfgbGND圖 2-11 顯示電路硬件連接圖21.4.6 報警電路的設(shè)計2報警電路的設(shè)計分為兩部分，一是發(fā)光二極管的電路設(shè)計，一是蜂鳴器的電路 設(shè)計。報警電路由 P2.5 控制， P2.5 口接蜂鳴器和發(fā)光二極管均為低電平有效。其 中發(fā)光二極管在使用時要串聯(lián)一個電阻，以保證流經(jīng)發(fā)光二極管上的電流不超過最 大的容許電流。系統(tǒng)進行厚度合格檢驗時，當(dāng)被測量的金屬厚度不在設(shè)定的閾值范 圍內(nèi)，則 P2

39、.5 為低電平，蜂鳴器報警同時紅燈亮，如果在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)， P2.5 口為高電平不報警。原理如圖 2-12 ：吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計圖 2-12 報警電路原理圖第 15 頁 共 25 頁吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計第 3 章 電渦流式金屬板材測厚儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1 測厚儀的軟件設(shè)計方案在單片機系統(tǒng)的程序的設(shè)計開發(fā)中，單片機就如同整個系統(tǒng)的交通中樞，而程 序就是組成交通中樞的條條大道，各個部分的模塊化的程序就是整個系統(tǒng)的組成成 份。軟件設(shè)計采用模塊化程序設(shè)計方法，即把一個較長的完整程序，分成若干個子 程序。每段程序完成一個功能，并且具有相對獨立性。而模塊化程序設(shè)

40、計易找出出 錯的語句和地方，簡潔明了，所以本次設(shè)計采用模塊化設(shè)計軟件。設(shè)計的模塊具有 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算、邏輯判斷等功能。利用這些功能可以實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換及保存、報警、鍵盤管理、顯示器顯示等應(yīng)用。軟件編寫的好壞，語句運用的是 否簡潔直接關(guān)系單片機的工作效率。在各個模塊化的程序中盡量用最少的語句作最 多的事情，不讓語句出現(xiàn)歧義，這樣就可以使整個程序可以在系統(tǒng)中更好的運行， 使單片機工作效率大大的提高。所以在劃分模塊時，應(yīng)注意以下三個問題：一是每 個模塊不宜太長，如果太長的話就失去了模塊設(shè)計的優(yōu)點，冗長復(fù)雜，不宜調(diào)用與 運行，所以通常編制 20-50 行的程序段較適宜；二是力求使模塊之間相

41、互獨立，盡 量限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調(diào)試；三是利用已有的成熟的模塊，盡 量不要自己編寫的較生疏的模塊，以免在一些細(xì)節(jié)方面犯一些錯誤。下面就對設(shè)計的軟件部分作些介紹，如圖 3.1 所示為軟件總體流程圖。第 16 頁 共 25 頁吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計主程序開始材質(zhì)選擇顯示單元初始開始鍵？Y功能鍵？測厚？材質(zhì)選擇數(shù)據(jù)采集子程數(shù)據(jù)采集子程數(shù)據(jù)處理子程數(shù)據(jù)處理子程檢驗標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定子程顯示子程序超限？低限？顯示 PASS誤差等級設(shè)定子程Y顯示顯示 LLLL報警子程序結(jié)束圖 3-1 主程序流程圖第 17 頁 共 25 頁吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計3.2 數(shù)據(jù)采集子程序

42、的設(shè)計數(shù)據(jù)采集由 ADC0809芯片來完成，主要分為啟動、讀取數(shù)據(jù)、延時等待轉(zhuǎn)換結(jié) 束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元等幾個步驟。 ADC0809的控制方式主要有：程 序查詢方式、延時等待方式、和中斷方式。本課題采用的是程序查詢方式，所謂程 序查詢方式，就是首先由微處理器向 A/D 轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動信號，然后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束 信號，查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，可以讀入數(shù)據(jù)，否則再繼續(xù)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束信號進行查詢， 直至轉(zhuǎn)換結(jié)束再讀入數(shù)據(jù)。ADC0809初始化后，就具有了將某一通道輸入的 0 5V 模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù) 字量 00H FFH，然后再存入 AT89C52內(nèi)部 RAM的指定單元中。具體程序流程圖如下

43、圖 3-2 所示。圖 3-2 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖3.3 報警子程序的設(shè)計報警子程序是一個比較程序，實現(xiàn)超值報警的控制。在報警子程序之前，先將 標(biāo)準(zhǔn)值及誤差等級鍵入并存儲為非壓縮的 BCD 碼，存入三個存儲單元中，鍵盤設(shè) 定標(biāo)準(zhǔn)值和誤差等級，數(shù)據(jù)處理后的值與標(biāo)準(zhǔn)值相比，如果采集到數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值的第 18 頁 共 25 頁吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計誤差大于誤差等級所對應(yīng)的誤差值則報警，報警電路既有聲報警也有光報警。報警子程序還利用 LED 顯示出板材是屬于超限還是低限報警。 它首先判斷鍵盤 設(shè)定的誤差等級，每個誤差等級代表一個最大允許誤差，即用標(biāo)準(zhǔn)值加上最大允許 誤差為測量上限，標(biāo)準(zhǔn)值減去最大允許誤差為測量下限。實際厚度值再與測量上、 下限進行比較，大于上限則顯示 HHHH 表示超限報