单片机的多参数测试仪硬件开发.doc

单片机的多参数测试仪硬件开发 [摘要] 要实现对生产过程的自动控制，首先必须实现对生产过程参数进行实时、可靠的检测。生产过程参数的自动检测是实现自动控制的前提条件。没有参数的检测，就会是自动控制失去前提和依据。检测技术发展了，控制水平才能提高。一些生产过程制约其自动化水平提高的瓶颈，往往在于参数难以被实时、可靠地检测出来。 测试周向振动机床在空载状况下，主轴的空载的振频和振幅，对于该设备在工作过程中复合振动参数的在线测试 一直没能很好的解决。周向振动钻床主轴在工作时，主轴以很高的速度匀速转动并以很高的频率摆动，加之其主要部件———激振驱动器本身的质量较小，所以传感器的附加质量对周向振动钻床主轴的运动规律，特别是对摆动部分的影响很大，如果用接触式传感器进行测量，必然会对测试结果的可靠性及精确度产生很大的影响，这就决定了所有需要用接触方式进行测量的传感器都不可能很好地满足对系统的测量要求，为此，必须采用非接触方式进行测量。而此次设计采用电涡流式的传感器（电涡流式传感器在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数引 言 1 1 绪 论 2 1.1测试技术的现状与发展方向 2 1.2通用测试技术基础的关键技术 3 1.2单片机技术简介 6 1.2.1单片机技术的现状与发展趋势 9 1.2.2单片机技术的应用 11 2方案论证 11 2.1方案一 12 2.2方案二 12 2.3方案三 12 2.4方案的选择 12 3硬件设计 12 3.1传感器的选择 12 3.1.1电涡流式传感器原理与特性 13 3.1.2电涡流式传感器测量方法 15 3.2放大器设计 16 3.2.1用741集成运放设计放大电路 16 3.2.2用OP07设计放大电路 20 3.3抗混叠滤波 21 3.3.1硬件滤 21 3.3.2软件滤波 28 3.4取样—保持电路 32 3.5 A/D转换器 33 3.5.1 A/D转换的一般步骤、取样定理和选择要点 34 3.5.2 A/D转换原理 37 3.5.3 ADC0809模数转换 38 3.5.4 ADC0809的应用 42 3.6 8051单片机介绍 47 3.6.1 AT89C51主要特性及引脚说明 48 3.6.2单片机的硬件说明 51 3.7 74LS373锁存器 53 3.8 74LS273触发器 56 4应用软件 57 4.1 Proteus调试软件简介 57 4.2 Keil软件介绍 59 致 谢 62 参考文献 63 附录A：硬件接线图 64 附录B：英文资料与翻译 65  引 言 此次设计的题目是《基于单片机的多参数测试仪硬件开发》。 多参数测试仪器是在2002年9月通过省级技术鉴定的“回转振动钻研制”的基础上进行的延伸研究，在回转振动钻研制过程中，关于主轴复合振动参数的在线测试一直是个难点问题，虽然采用间接测量能够测得主轴空载振频和振幅，而对于该设备在工作过程中复合振动参数的在线测试一直没能很好解决。 而本次设计就是为回转振动钻在线测试问题。 本次设计主要采用单片机做处理器以及控制器，通过单片机来控制整个测试过程。对被测物体的测量、运算、输出，整个过程都是由单片机进行控制。单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer)因为单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器或嵌入式控制器。它具有嵌入式应用系统所要求的体系结构、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上，通常片内都含有中央处理部件（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、Flash ROM）、定时器/计时器和各种输入/输出（I/O）接口，如RS-232串行通信口、中断控制、系统时钟及系统总线等。它具有体积小、使用灵活方便、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣的环境下可靠地工作等特点。特别是它强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用，整个工业设备和工艺将进行一次以普及应用微机为特征的技术改造。 我们知道，每种现代自动化过程，都包括有三种主要功能块：执行器、计算机（或微处理器)机传感器。传感器时时检测“对象”的状态及其相应的物理量，并及时亏送给计算机；计算机相当于人的大脑，经过运算、分析、判断，根据“对象”状态偏离设定值的方向与程度，对执行器下达修正动作的命令；执行器相当于人的手脚，按大脑的命令对“对象”进行操作。 设定值