容栅尺和单片机的接口研究.pdfVIP

计《量与测试技4~．)2009年第36卷第 12期 容栅尺和单片机的接 口研究 AStudyonInterfaceBetweenCapacitiveGratingScaleandMCU 杨绍鹏 汪 地 董 峰 张 翼 杨 浩 (上海大学机电工程与 自动化学院，上海200072) 摘 要：常见容栅尺不方便和其他计算机系统进行数据通信，针对此问题，提出了一种容栅尺和单片机接 口方案，成功实现了容栅尺数据的同步显示 及数据通信。对容栅尺的基本原理和数据格式进行了研究 ，着重对容栅尺和单片机的硬件接I：1和数据读出及传输方法进行了介绍。经过实际应用证 明系统结构简单，成本低 ，工作稳定可靠，具有一定的推广应用价值 。 关键词：单片机 ；容栅尺 ；接口 目前容栅传感器主要是应用在手持式量具上，这类 换，当Clock端和Vpos端短接后，相当于按下尺身上的 量具由于成本和功能定位所限，通常都设计成单机工作， 清零按钮；当Data端和Vpos端短接后，可以在快速输出 结构较紧凑，数显窗直接安装在尺身上，窗口尺寸较小， 模式和慢速模式之 间切换。采用快速输 出方式时，每 且无法移动，在测量空间比较狭小的应用场合，读数不是 20ms(50Hz)输 出一帧数据；采用慢速输出方式时，每 很方便。由于数显示量具采用PMOS芯片采用 1．5V低 300ms(3Hz)输出一帧数据。通过外部电路即可方便地 压供电，并非标准的1vrL电平，而且数据输出端 口是一 清零或改变工作模式。 个非标准的串行输出接 口，与标准的RS232串口不兼 容，因此，容栅传感器无法直接和其他计算机系统相连， 组成 自动化的测试测量系统。通常数据只能通过人工读 数，手工输入计算机，测量数据无法方便地实现进一步处 理和存储，从而使其工作效率大打折扣。为了能够充分 发挥容栅传感器的功能，我们利用单片机 (89C51)及其 图2 窖栅 尺数据输 出格式 它的外围电路，开发了与容栅传感器的接 口。与相应的 图2中的DATA和Clock为该串行接 口数据输出的 软件配合，能够非常方便的读出容栅传感器测量数据，并 时序图。DATA数据每帧分2组，每组为24bit。其中第 通过 U、D／LCD显示屏显示出来，还能够通过标准的 1组为绝对位移数据 ，即从绝对零点到测试位置的距离； RS232接 口将容栅传感器的数据传输给其他的计算机系 第2组是相对位移数据，即从相对零点到测试位置的距 统，进行相应的处理。 离。绝对零点是固定不变的，相对零点可 以灵活变化。 1 容栅式位移传感器信号格式分析 数据输出的码型为单极性不规则零码，每次时钟下降沿 市场上常见的数显卡尺或数显千分表尺通过串行通 输出，高电平表示 1，低电平表示0。24bit表示一个整型 信接 口向外发送数据。 数据 ，编码形式为二进制编码 ，低位在前，高位在后 。最 后一位为符号位，“1’’表示负数，以补码输 出；“0”表示正 数，以原码输出。若用 D代表此数据的十进位表示，则 位移量 S和D有如下关系： s=0．009921875D (