測(cè)控專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書新41頁

1、安徽工程大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)方向：測(cè)控技術(shù)機(jī)械與汽車工程2010年11月安徽工程大學(xué)測(cè)試與傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)方向：測(cè)控技術(shù)機(jī)械與汽車工程學(xué)院2010年11月1、課程設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)型壓力傳感器（敏感元件為電阻應(yīng)變片，貼在彈性體上，感知流體輸送管道壓力）。2、課程設(shè)計(jì)的題目和內(nèi)容設(shè)計(jì)題目：結(jié)構(gòu)型壓力傳感器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)，畫出傳感器裝配圖。2.設(shè)計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)放大電路。3.用LCD或LED實(shí)時(shí)顯示壓力。4.傳感器具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送能力，傳送方式可以是420mA電流，RS422，RS4

2、85或CAN，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送接口。5.完成必要理論計(jì)算。6.設(shè)計(jì)軟件，畫出程序框圖，并編制程序部分。7.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，提供系統(tǒng)硬件電路圖、元器件清單和程序清單。3、課程設(shè)計(jì)的一般步驟及進(jìn)度安排一.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.應(yīng)變片的貼片、布局綜合考慮傳感器靈敏度、溫度誤差、方便性等。2.應(yīng)變片的選型根據(jù)應(yīng)變的材料確定應(yīng)變片，選取最具代表性的材料，安排好應(yīng)變片的阻值。1）.應(yīng)變片的電阻值(R0)60,120,350,600,1000等各種規(guī)格.2）.絕緣電阻敏感柵與基底之間電阻值,一般應(yīng)大于1010 .3）.靈敏系數(shù)(K)4）.允許電流 靜態(tài)測(cè)量時(shí)，允許電流一般為25 mA ； 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，允許電流

3、可達(dá)75100 mA ；5）.橫向效應(yīng)與橫向靈敏系數(shù) 圖24橫向效應(yīng)3.應(yīng)變片的受力設(shè)計(jì)主要應(yīng)用材料力學(xué)知識(shí)找出貼片的最佳位置，一般選擇受力最大處。圖2 筒式壓力傳感器4.壓力傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)a.膜片式如圖1b.筒式如圖2c.組合式如圖35.應(yīng)變片靈敏度計(jì)算圖1 膜片式壓力傳感器圖3 組合式壓力傳感器二.信號(hào)測(cè)量電路和放大電路1.直流電橋2.交流電橋3.電橋靈敏度計(jì)算 單臂電橋： 半橋 ， 全橋 ，三.信號(hào)轉(zhuǎn)換和顯示電路1.AD轉(zhuǎn)換芯片08092.LED或LCD顯示3.RS232串行接口協(xié)議/串口通信1異步通信及其協(xié)議異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位，通信中兩個(gè)字符間的時(shí)間間隔是不固定的，然而

4、在同一個(gè)字符中的兩個(gè)相鄰位代碼間的時(shí)間間隔是固定的。傳送一個(gè)字符的信息格式：規(guī)定有起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位等，其中各位的意義如下： 起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”信號(hào)，表示傳輸字符的開始。 數(shù)據(jù)位：緊接著起始位之后。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時(shí)鐘定位。 奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。 停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是1位、1.5位、2位的高電平。 空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有數(shù)據(jù)傳送。波特率：是衡量數(shù)據(jù)傳送速

5、率的指標(biāo)。表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符為10位，則其傳送的波特率為101201200字符/秒1200波特。4.壓力傳感器靈敏度計(jì)算5.精度校核進(jìn)度安排：按日學(xué)時(shí)8小時(shí)計(jì)算，共兩周時(shí)間完成，具體時(shí)間分配如下：1. 熟悉題目、查資料、擬定初步方案 3天2. 確定方案、參數(shù)計(jì)算、繪制圖紙 6天3. 撰寫設(shè)計(jì)說明書 2天4. 準(zhǔn)備答辯并上交 1天4、課程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)5、課程設(shè)計(jì)成果形式及成績(jī)?cè)u(píng)定方法設(shè)計(jì)成果形式：(1) 傳感器裝配圖1張（A2或A3幅面）；(2) 電路圖1張（A1或A2幅面）；(3) 撰寫設(shè)計(jì)說明書1份。成績(jī)?cè)u(píng)定方法：課程設(shè)計(jì)是綜合性實(shí)踐環(huán)

6、節(jié)，從四個(gè)方面按5級(jí)評(píng)分（優(yōu)、良、中、及格、不及格）評(píng)定成績(jī)。1. 學(xué)習(xí)紀(jì)律：要求不遲到、不早退，在工作時(shí)間不做與本課程無關(guān)的內(nèi)容，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度。2. 工作態(tài)度要求：同學(xué)之間既要相互學(xué)習(xí)、相互配合，又要獨(dú)立思考、深入鉆研。3. 任務(wù)完成的情況：設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)應(yīng)滿足任務(wù)書的要求，總結(jié)要全面，內(nèi)容正確，圖、表要求整潔、清晰。4. 答辯：學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)應(yīng)進(jìn)行口試考核，學(xué)生應(yīng)根據(jù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容講解、回答教師的提問，教師視學(xué)生回答問題的情況給予40的成績(jī)。6、參考資料1 強(qiáng)錫富主編，傳感器，機(jī)械工業(yè)出版社2 唐賢遠(yuǎn)，傳感器原理及應(yīng)用，成都電子科技大學(xué)出版社3 嚴(yán)鐘豪等，非電量電測(cè)技術(shù)，機(jī)械工作出

7、版社4 陳桂生，微弱信號(hào)檢測(cè)，中央廣播電視大學(xué)出版社5 雷麗文等，微機(jī)原理與接口技術(shù)，電子工業(yè)出版社6 周澤存等，檢測(cè)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社7 張國(guó)雄 金篆芷.測(cè)控電路.機(jī)械工業(yè)出版，20008 張國(guó)雄、沈生培.精密儀器電路.機(jī)械工業(yè)出版，19889 李新民.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社測(cè)試與傳感器應(yīng)用課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)型壓力傳感器（敏感元件為電阻應(yīng)變片，貼在彈性體上，感知流體輸送管道壓力）。二、具體內(nèi)容安排：1.設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)，畫出傳感器裝配圖。2.設(shè)計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)放大電路。3.用LCD或LED實(shí)時(shí)顯示壓力。4.傳感器具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送能力，

8、傳送方式可以是420mA電流，RS422，RS485或CAN，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送接口。5.完成必要理論計(jì)算。6.設(shè)計(jì)軟件，畫出程序框圖，并編制程序部分。7.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，提供系統(tǒng)硬件電路圖、元器件清單和程序清單。三、具體參數(shù)：（一）指標(biāo)量 程: 0150(MPa) 綜合精度: 0.5%-1.0%FS 輸出信號(hào): 420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制) 供電電壓: 24DCV(936DCV) （二）完成的文件材料傳感器裝配圖1張（A2或A3幅面）；電路圖1張（A1或A2幅面）；撰寫設(shè)計(jì)說明書1份。四、進(jìn)度安排： 6月16日、17日：閱讀文獻(xiàn)材料、擬出智能壓力傳感器設(shè)計(jì)方案；

9、 6月18、19、20日：完成傳感器裝配圖繪制，確定所有參數(shù)，并進(jìn)行精度校核； 6月21日、22日：完成測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)； 6月23日：完成顯示電路設(shè)計(jì)； 6月24日：完成接口電路設(shè)計(jì)； 6月25-26日：完成總電路圖繪制； 6月27日：完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書五、參考文獻(xiàn)：10 強(qiáng)錫富主編，傳感器，機(jī)械工業(yè)出版社11 唐賢遠(yuǎn)，傳感器原理及應(yīng)用，成都電子科技大學(xué)出版社12 嚴(yán)鐘豪等，非電量電測(cè)技術(shù)，機(jī)械工作出版社13 陳桂生，微弱信號(hào)檢測(cè)，中央廣播電視大學(xué)出版社14 雷麗文等，微機(jī)原理與接口技術(shù)，電子工業(yè)出版社15 周澤存等，檢測(cè)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社16 張國(guó)雄 金篆芷.測(cè)控電路.機(jī)械

10、工業(yè)出版，200017 張國(guó)雄、沈生培.精密儀器電路.機(jī)械工業(yè)出版，198818 李新民.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社指導(dǎo)教師： 年 月 日安徽工程大學(xué)精密儀器課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)方向：測(cè)控技術(shù)機(jī)械工程系系2010年1月1、課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生修完精密儀器設(shè)計(jì)課程后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的和意義如下：(1) 內(nèi)容涉及 “傳感器技術(shù)”，“電子技術(shù)”，“電工技術(shù)”，“精密機(jī)械設(shè)計(jì)”，“工程光學(xué)”，“光電技術(shù)”，“測(cè)控電路”，“單片機(jī)原理及應(yīng)用”等各學(xué)科知識(shí)，是對(duì)機(jī)、光、電、算技術(shù)結(jié)合的綜合基礎(chǔ)理論知識(shí)的運(yùn)用，是對(duì)原有課程體系進(jìn)行改革、優(yōu)化、精

11、簡(jiǎn)、合理組合和創(chuàng)新的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。(2) 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括機(jī)械系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、光路系統(tǒng)三大部分，學(xué)習(xí)精密測(cè)試系統(tǒng)的一般方法，掌握精密儀器系統(tǒng)中的微位移機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，精密測(cè)試系統(tǒng)中的誤差分析與誤差分配方法等。訓(xùn)練學(xué)生綜合已學(xué)過的理論知識(shí)，分析解決專業(yè)范圍內(nèi)解決實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。現(xiàn)代電子工業(yè)的飛速發(fā)展要求電子產(chǎn)品整機(jī)具有輕量化、微型化、高集成化、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，這促使表面組裝電子原件SMD逐漸取代插裝電子原件，表面組裝技術(shù)SMT得到更加廣泛的應(yīng)用。隨著SMD向著微型化方向發(fā)展，帶引線元件的引線間距不斷減小，這時(shí)采用像普通波峰焊、紅

12、外再流焊等整體再流焊方法實(shí)現(xiàn)元件與印刷電路板的機(jī)械和電的連接容易造成橋接缺陷，而采用像激光軟釬焊這樣的局部再流焊方法則避免了出現(xiàn)這種缺陷。但是，采用局部再流焊方法焊接系統(tǒng)需要預(yù)先擁有焊點(diǎn)的類型和位置數(shù)據(jù)信息。焊點(diǎn)的類型和位置數(shù)據(jù)信息的獲取有以下幾種方法：(1)人機(jī)示教法(2)從PCB的CAD文件中通過程序自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)的CAD法(3)通過圖像處理自動(dòng)獲得數(shù)據(jù)的圖像法。人機(jī)示教法存在勞動(dòng)強(qiáng)度大和容易漏教的缺點(diǎn)；CAD法忽略了在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于PCB的制造和裝卡造成的誤差；圖像法是通過對(duì)裝卡后的印刷電路板采集圖像并處理而獲得焊點(diǎn)信息，從而可以避免上述問題的產(chǎn)生。所以采用第三種方法更為合適。該測(cè)量系

13、統(tǒng)的工作原理是：光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡變換形成平行光線，經(jīng)過光學(xué)元件投射在線陣CCD上，形成目標(biāo)影像，CCD上的光敏元件根據(jù)感受到的光強(qiáng)輸出高低不同的電信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)。2、課程設(shè)計(jì)的題目和內(nèi)容設(shè)計(jì)題目：表面印刷電路板焊點(diǎn)信息獲取的光路及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：(一) 涉及內(nèi)容為：設(shè)計(jì)一個(gè)精密機(jī)械四幅傳動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：1. 設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)、支承、導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)，畫出整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的裝配圖；2. 設(shè)計(jì)光路與照明系統(tǒng)，并完成相關(guān)工程計(jì)算；3. 分析系統(tǒng)誤差，并合理分配各環(huán)節(jié)誤差。4. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 (二) 基本要求為：1. 每個(gè)同學(xué)課程設(shè)計(jì)的題目雖然相同，但在

14、功能、機(jī)械結(jié)構(gòu)、光路與參數(shù)等方面應(yīng)有所區(qū)別。2. 在教師的指導(dǎo)下，每名學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。3. 通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)理論知識(shí)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力得到應(yīng)有提高。4. 通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在查閱資料、方案選擇、分析計(jì)算等方面得到實(shí)踐。5. 鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事工程設(shè)計(jì)的能力。6. 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。3、課程設(shè)計(jì)的一般步驟及進(jìn)度安排(一)、系統(tǒng)方案擬定1、系統(tǒng)總體組成框圖如下：圖像采集卡微 機(jī)CCD印刷電路板工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精密工作臺(tái)位置檢測(cè)2、圖像采集過程1)待焊SMT-PCB放置在精密定位平臺(tái)上2)CCD攝像機(jī)垂直固定在平臺(tái)上方3)CCD攝像機(jī)采集有關(guān)圖像信息并將視頻

15、圖像信號(hào)輸入圖像處理卡二、精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)精密工作臺(tái)系統(tǒng)控制框圖如下：微 機(jī)PC接口板光電編碼器精密工作臺(tái)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)D/A板1、精密機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算（速比的確定、減速器內(nèi)軸和齒輪的布置、滾珠絲桿導(dǎo)程和長(zhǎng)度的確定等）；機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力計(jì)算（電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算、各齒輪模數(shù)和各軸的軸徑確定、滾珠絲桿與滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇等）；壽命校核計(jì)算（齒輪、軸承、滾珠絲桿與滾動(dòng)導(dǎo)軌的壽命校核等）；定位精度校核（主要是控制誤差計(jì)算）。具體參數(shù)：定位精度+0. 01mm；最大工作負(fù)荷FW= N；工作臺(tái)行程范圍 mm； 調(diào)速范圍D=50；電機(jī)從靜止到額定轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)時(shí)間小于800ms;工作臺(tái)重量

16、G= Kg；工作臺(tái)最快進(jìn)給速度 m/min；使用年限為15年，每天使用6小時(shí)。注:本課程設(shè)計(jì)主要完成虛線框部分進(jìn)度安排：按日學(xué)時(shí)8小時(shí)計(jì)算，共兩周時(shí)間完成，具體時(shí)間分配如下：5. 熟悉題目、查資料、擬定初步方案 3天6. 確定方案、參數(shù)計(jì)算、繪制圖紙 6天7. 撰寫設(shè)計(jì)說明書 2天8. 準(zhǔn)備答辯并上交 1天三、光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)典型光路系統(tǒng)組成框圖如下：光源噪聲顯示儲(chǔ)存目標(biāo)(信息源)接收器信號(hào)處理傳輸光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)介質(zhì)噪聲其中目標(biāo)就是觀察的標(biāo)本或欲測(cè)試的零件，即信息源，給出的是物體空間位置的信息。如果目標(biāo)不是自發(fā)光體，必須進(jìn)行人工照明。信息傳播介質(zhì)可以是氣體或液體。光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)是信息的調(diào)制器，它將

17、目標(biāo)的信息按預(yù)定的形式加以轉(zhuǎn)換。在信息傳遞的各個(gè)環(huán)節(jié)都可能帶來“噪聲”，它使像質(zhì)惡化，信噪比降低。接收器包括人眼、各種光電、熱電或光化學(xué)元件，其目的是將信息進(jìn)行處理，以便顯示、儲(chǔ)存、傳輸?shù)取＠缫挂曂h(yuǎn)鏡中對(duì)目標(biāo)要用紅外光照明，并由目標(biāo)的距離、大氣的情況、接收器的靈敏閾、目標(biāo)的反射率等來決定光源的功率；對(duì)接收器也只不過是從現(xiàn)有的品種中選用。光學(xué)系統(tǒng)與光源、接收器的性能密切相關(guān)，因此設(shè)計(jì)者實(shí)際上就是根據(jù)信息源及接收器的特征，按規(guī)定的功能插入一個(gè)正確的匹配器光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)。1、光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)的確定(1)總體設(shè)計(jì)原則(2)光源 (3)顯微系統(tǒng)及其參數(shù)確定顯微系統(tǒng)的特點(diǎn)及參數(shù)a) 放大率 b)數(shù)值孔

18、徑 c)視場(chǎng) d)工作距離 e)光闌位置光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)的決定(3) 投影系統(tǒng)及其參數(shù)確定投影光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)光學(xué)參數(shù)的決定2、光電系統(tǒng)中參數(shù)的確定具體參數(shù)：PCB板寬15cm，CCD像元長(zhǎng)度29.26mm4、課程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)5、課程設(shè)計(jì)成果形式及成績(jī)?cè)u(píng)定方法課程設(shè)計(jì)成果形式:(1) 設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)、支承、導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)，畫出整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的裝配圖1張（A1幅面）；(2) 設(shè)計(jì)光路與照明系統(tǒng)（A2幅面）； (3) 撰寫設(shè)計(jì)說明書1份。成績(jī)?cè)u(píng)定方法：課程設(shè)計(jì)是綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，從四個(gè)方面按5級(jí)評(píng)分（優(yōu)、良、中、及格、不及格）評(píng)定成績(jī)。1. 學(xué)習(xí)紀(jì)律：要求不遲到、不早退，在工作時(shí)間不做與本課程無關(guān)的內(nèi)容，

19、嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度。2. 工作態(tài)度要求：同學(xué)之間既要相互學(xué)習(xí)、相互配合，又要獨(dú)立思考、深入鉆研。3. 任務(wù)完成的情況：設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)應(yīng)滿足任務(wù)書的要求，總結(jié)要全面，內(nèi)容正確，圖、表要求整潔、清晰。4. 答辯：學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)應(yīng)進(jìn)行口試考核，學(xué)生應(yīng)根據(jù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容講解、回答教師的提問，教師視學(xué)生回答問題的情況給予40的成績(jī)。6、參考資料1、趙松年機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19962、王慶有光電技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，2005年4月3、楊公源微機(jī)在機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，北京，1994年9月4、李慶祥現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2004年 5、曹俊卿

20、工程光學(xué)基礎(chǔ)中國(guó)計(jì)量出版社，2003年 精密儀器課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)精密機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及光路系統(tǒng)，與測(cè)控總線及虛擬儀器課程設(shè)計(jì)中的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、光電信號(hào)獲取、微機(jī)總線接口電路構(gòu)成一整體。二、具體要求：導(dǎo)軌采用滾動(dòng)導(dǎo)軌；采用直流電機(jī)端面安裝形式，用聯(lián)軸器連接電機(jī)輸出軸和變速箱輸入軸； 采用CCD傳感器獲取圖像的一維尺寸，自行選擇放大率三、具體參數(shù)：定位精度+0. 001mm；最大工作負(fù)荷FW=100 N；工作臺(tái)行程范圍400 mm；調(diào)速范圍D=50； 電機(jī)從靜止到額定轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)時(shí)間小于800ms;工作臺(tái)重量G=30 Kg；工作臺(tái)最快進(jìn)給速度 m/min；使用年限為15年，每天使用6

21、小時(shí)。PCB板寬 cm，CCD像元長(zhǎng)度29.26mm四、具體任務(wù)：（一）計(jì)算與校核1、機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算（速比的確定、減速器內(nèi)軸和齒輪的布置、滾珠絲桿導(dǎo)程和長(zhǎng)度的確定等）；機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力計(jì)算（電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算、各齒輪模數(shù)和各軸的軸徑確定、滾珠絲桿與滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇等）； 定位精度校核（主要是控制誤差計(jì)算）。2、光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算光路系統(tǒng)放大率及各焦距的確定。透鏡、光源、光闌及相關(guān)光學(xué)元件的選擇設(shè)計(jì)。（二）完成的文件材料設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)、支承、導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)，畫出整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的裝配圖1張（A1幅面）；設(shè)計(jì)光路與照明系統(tǒng)（A2幅面）； 撰寫設(shè)計(jì)說明書1份。五、進(jìn)度安排：12月17日：

22、查閱相關(guān)資料，總體方案確定；12月18日：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定；12月19日：光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定；12月20日至12月21日：機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算與校核和設(shè)計(jì)參數(shù)確定12月22日至12月23日：光路系統(tǒng)的計(jì)算與校核和設(shè)計(jì)參數(shù)確定；12月24日至12月25日：機(jī)械系統(tǒng)裝配圖繪制；12月26日：光路與照明系統(tǒng)圖樣繪制；12月27日：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書；12月28日：檢查并上交課程設(shè)計(jì)。六、參考文獻(xiàn)：1、趙松年機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19962、王慶有光電技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，2005年4月3、楊公源微機(jī)在機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，北京，1994.9月4、李慶祥

23、現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2004年 5、曹俊卿工程光學(xué)基礎(chǔ)中國(guó)計(jì)量出版社，2003年 指導(dǎo)教師： 年 月 日安徽工程大學(xué)測(cè)控總線及虛擬儀器課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)方向：測(cè)控技術(shù)機(jī)械與汽車工程2010年11月1、課程設(shè)計(jì)的目的依據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃，“測(cè)控總線及虛擬儀器”課程設(shè)計(jì)是“精密儀器”課程設(shè)計(jì)的后續(xù)教學(xué)內(nèi)容，著力訓(xùn)練學(xué)生微機(jī)接口電路、電機(jī)控制與伺服驅(qū)動(dòng)電路、CCD信號(hào)獲取與處理電路的設(shè)計(jì)能力。它以“精密儀器”課程設(shè)計(jì)的機(jī)械平臺(tái)為對(duì)象，使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握測(cè)控系統(tǒng)硬件電路的整體面貌，為解決實(shí)際工程問題打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2、課程設(shè)計(jì)的題目和內(nèi)容設(shè)計(jì)題目：表面印刷電路板的電機(jī)控

24、制及信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：選擇PC機(jī)組建控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的硬件電路通過總線形式與PC機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)位置控制，直流電機(jī)采用PWM可逆方式驅(qū)動(dòng)，當(dāng)直流電機(jī)拖動(dòng)工作臺(tái)時(shí)，執(zhí)行電路板焊接缺陷檢測(cè)。本課程設(shè)計(jì)側(cè)重與硬件電路設(shè)計(jì)，要求完成如下設(shè)計(jì)任務(wù)：1總線接口硬件電路設(shè)計(jì)，總線形式可以選擇PCI/PC/ISA其中一種；2直流電機(jī)位置伺服控制硬件電路設(shè)計(jì)；3線陣黑白CCD傳感器信號(hào)獲取與處理電路設(shè)計(jì)3、課程設(shè)計(jì)的一般步驟及進(jìn)度安排(1)確定設(shè)計(jì)方案，繪制結(jié)構(gòu)原理示意圖。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡變換形成平行光線，通過被測(cè)目標(biāo)（工作臺(tái)上具有焊點(diǎn)信息的PCB板）調(diào)制后，投射在線陣CC

25、D（固定）上，形成目標(biāo)影像，CCD上的光敏元根據(jù)感受到的光強(qiáng)輸出高低不同的電信號(hào)，此時(shí)，讓直流伺服電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行勻速移動(dòng)，則CCD可以獲取一維運(yùn)動(dòng)方向尺寸信息，經(jīng)總線將這些高低電平送入單片機(jī)（計(jì)算機(jī)）進(jìn)行處理，通過軟件程序?qū)Λ@取的電信號(hào)進(jìn)行處理來獲取焊點(diǎn)信息的位置，通過LED或顯示器進(jìn)行顯示。其中，此系統(tǒng)中，機(jī)械本體系統(tǒng)和光路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在精密儀器課程設(shè)計(jì)中完成，而光電信號(hào)獲取電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路將在本課程設(shè)計(jì)中完成。檢測(cè)系統(tǒng)框圖如圖1所示。本課程設(shè)計(jì)利用伺服直流電機(jī)帶動(dòng)被測(cè)對(duì)象（帶有焊點(diǎn)信息的工作臺(tái)）勻速運(yùn)動(dòng)，利用線陣CCD對(duì)焊點(diǎn)的位置信息進(jìn)行獲取，通過PC總線將CCD獲取的信息傳送到單

26、片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和處理，從而得出焊點(diǎn)的位置信息。整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：光電信號(hào)獲取電路的設(shè)計(jì)、CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及伺服電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。CCD攝像頭二值化處理PC(ISA)總線PID控制伺服直流電機(jī)工作臺(tái)(焊點(diǎn)信息)驅(qū)動(dòng)時(shí)序單片機(jī)計(jì)數(shù)器位置反饋H橋驅(qū)動(dòng)電流和速度反饋帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)顯示PC機(jī)（8086）圖1 CCD檢測(cè)系統(tǒng)框圖（2）具體電路部分的設(shè)計(jì)1）光電信號(hào)獲取電路之CCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)光電獲取電路設(shè)計(jì)包括CCD傳感器的驅(qū)動(dòng)時(shí)序電路的設(shè)計(jì)、CCD信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)以及與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)上。這部分電路設(shè)計(jì)要求：1.掌握線陣CCD像傳感器的工作原理。理解線陣CCD像傳感器的結(jié)構(gòu)、性能及其

27、對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求；2.學(xué)會(huì)某些TTL集成電路的運(yùn)用，學(xué)會(huì)數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)；3組裝出一個(gè)基本滿足要求的2048像素的CCD驅(qū)動(dòng)電路以及CCD信號(hào)的二值化處理。一、 CCD原理描述被檢測(cè)對(duì)象的光信息通過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于CCD的光敏面上，CCD的光敏像元將其上的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電荷量。CCD在一定頻率的時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，在CCD的輸出端可以獲得被測(cè)對(duì)象的視頻信號(hào)。視頻信號(hào)中的每一個(gè)離散的電壓信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)于該光敏像元上圖像的光強(qiáng)，信號(hào)輸出的時(shí)序?qū)?yīng)于該光敏像元在 CCD上的空間位置，從而CCD用自身電子掃描方式完成信息的從空間域到時(shí)間域的變換。二、 線陣 CCD 時(shí)序脈沖電路產(chǎn)生的方法 設(shè)計(jì) CCD

28、 驅(qū)動(dòng)時(shí)序的方法有以下幾種：通用數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)方法EPROM 驅(qū)動(dòng)方法 、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)方法 、專用 IC 驅(qū)動(dòng)方法等。1通用數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)方法這種方法是用數(shù)字門電路和時(shí)序電路等直接搭成 CCD 時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)對(duì) CCD 的驅(qū)動(dòng)，它一般由主振 、計(jì)數(shù)器、分頻器觸發(fā)器和驅(qū)動(dòng)器等中等規(guī)模集成芯片構(gòu)成 CCD 芯片的早期產(chǎn)品。由于需要復(fù)雜的三相或四相交疊脈沖， 一般整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路需要 20 個(gè)左右芯片 ，存在體積較大 、功耗大、 成本高 、設(shè)計(jì)復(fù)雜、 開發(fā)周期長(zhǎng) 、故障率高 、電路不夠靈活等缺點(diǎn) 。但作為初次設(shè)計(jì)CCD驅(qū)動(dòng)電路的同學(xué)，需要鍛煉運(yùn)用基本電路實(shí)現(xiàn)CCD的驅(qū)動(dòng)功能。 2EPROM 驅(qū)

29、動(dòng)方法在 CCD 的一個(gè)積分周期中含有多個(gè)（一般以千計(jì)）移位時(shí)鐘，在一個(gè)移位時(shí)鐘中各路信號(hào)在不同的時(shí)刻發(fā)生變化，設(shè)計(jì)者將移位時(shí)鐘周期劃分成若干個(gè)等時(shí)間間隔，稱為狀態(tài)。時(shí)鐘波形電平變化發(fā)生在一定狀態(tài)變化時(shí)刻，這樣一行就被分為上萬個(gè)狀態(tài)，各路信號(hào)或1或0構(gòu)成一個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，依次裝到可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM中。只要等時(shí)間間隔地依次輸出這些數(shù)據(jù)就形成了CCD所需要的各路波形。這種驅(qū)動(dòng)電路一般由EPROM地址發(fā)生器（異步計(jì)數(shù)器）、地址信號(hào)同步電路（鎖存器）和強(qiáng)制復(fù)位電路組成。顯然這種電路的硬件依然比較復(fù)雜，同樣具有體積大、功耗大、成本高、設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)。但是，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)任何型號(hào)的CCD

30、來說，其硬件結(jié)構(gòu)幾乎不需要變化，故應(yīng)用比較靈活。3單片機(jī)驅(qū)動(dòng)方法使用單片機(jī)的并行輸出端輸出所需的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片接到 CCD對(duì)應(yīng)管腳上獲得所需要的脈沖序列。單片機(jī)產(chǎn)生的CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序的方法主要是依靠程序編程直接輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，由于時(shí)序是由程序指令間的延遲產(chǎn)生，因此這種方法在驅(qū)動(dòng)過程中要占用全部CPU時(shí)間，而且為了時(shí)序的嚴(yán)密一般在驅(qū)動(dòng)過程中都禁止中斷響應(yīng)。這種驅(qū)動(dòng)時(shí)序產(chǎn)生方法的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)時(shí)序靈活，編程簡(jiǎn)單，但由于受到單片機(jī)的時(shí)鐘頻率的限制，產(chǎn)生的頻率受到很大限制，使其不能應(yīng)用于高速領(lǐng)域。例如假定使用單片機(jī)機(jī)器周期為1s且假定一個(gè)移位周期含8個(gè)狀態(tài)，那么即使是全部采用單機(jī)器周期改變口輸

31、出數(shù)據(jù)，移位脈沖頻率也只能達(dá)到125KHz。4.專用 IC 驅(qū)動(dòng)方法這種方法就是利用專用 IC 來產(chǎn)生時(shí)序。這種電路是專門為驅(qū)動(dòng)CCD 而設(shè)計(jì)，集成度高，功能強(qiáng)，使用方便 在對(duì)攝像等視頻領(lǐng)域應(yīng)用的CCD或是功能強(qiáng)大的面陣CCD進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)使用這種驅(qū)動(dòng)方法是首選。主要由普通數(shù)字芯片設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路以及采用CPLD技術(shù)來完成驅(qū)動(dòng)時(shí)序電路設(shè)計(jì)等。作為初次設(shè)計(jì)CCD驅(qū)動(dòng)電路的學(xué)生，為了掌握基本的數(shù)字信號(hào)脈沖序列的產(chǎn)生原理，建議采用通用數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)方法。三、 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)原則首先根據(jù)光路系統(tǒng)選取CCD 接收到的光最敏感波長(zhǎng)范圍的光源，然后根據(jù)焊點(diǎn)的分辨率和印刷電路板的寬度（電機(jī)帶動(dòng)電路板沿長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)

32、寬度進(jìn)行一行一行的掃描）來選取CCD。通過查閱器件手冊(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)速率的要求明確CCD象元信號(hào)的輸出速率頻率值，由它可以得到每個(gè)象元信號(hào)的讀出周期，是像元信號(hào)輸出控制脈沖，復(fù)位一次，輸出一個(gè)信號(hào)。積分控制脈沖的一個(gè)周期包含有CCD器件上所有光敏元區(qū) n1兩端設(shè)置的黑白電平參考區(qū) n2， 隔離區(qū) n3、和過渡區(qū)n4的所有 MOS 單元轉(zhuǎn)移所需要的時(shí)鐘周期。則積分控制脈沖一次掃描中共包含有 n 個(gè)時(shí)鐘周期n=n1+n2+n3+n4由此可以算出每次光積分所需要的最短時(shí)間為 =nCCD 光積分控制脈沖的最高頻率為 =是一個(gè)正極性脈沖，在光積分控制脈沖=“1”的時(shí)間為信號(hào)電平的并行轉(zhuǎn)移時(shí)間。=0的時(shí)間為光

33、積分時(shí)間，光積分時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，才能使光電柵極下的勢(shì)阱中儲(chǔ)存足夠多的電荷信息，但轉(zhuǎn)移時(shí)間不可太長(zhǎng)。在確定了、等驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和特征之后，確定CCD的類型。查閱相關(guān)CCD器件的使用手冊(cè)，得到這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形圖，然后根據(jù)它們的時(shí)序關(guān)系，設(shè)計(jì)出硬件邏輯框圖。三路脈沖均為TTL電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，送至CCD管腳的最大幅度為12。按照上述方法來確定驅(qū)動(dòng)脈沖，就能夠驅(qū)動(dòng)CCD器件正常工作。為了提高測(cè)量精度，將的下降沿超前電荷轉(zhuǎn)移脈沖的上升沿，這樣在信號(hào)脈沖輸出時(shí)，當(dāng)下一級(jí)信號(hào)到來前就復(fù)位完畢，可以避免MOS電容中的信號(hào)電荷包復(fù)位不完全，減小遺留電荷信號(hào)引起的誤差。四、 舉例這里以TCD

34、l02C1型2048像素的CCD為例進(jìn)行示例。TCDl02C1型結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。它包括：由存貯電極和電荷轉(zhuǎn)移電極組成的攝像機(jī)構(gòu)、兩個(gè)CCD移位寄存器、輸出機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)四個(gè)部分。圖中四周所畫小圓圈表示器件的管腳，也就是與外電路連接的電極。在圖的中央是器件的攝像機(jī)構(gòu)或稱攝像區(qū)，它具有2084個(gè)光敏元和存貯電極。由存貯電極和電荷轉(zhuǎn)移電極SH組成兩相MOS電容，它們起像傳感和向CCD移位寄存器轉(zhuǎn)移電荷包的作用。在2084個(gè)MOS電容中，有效的為2048個(gè)，他們攜帶圖像信息，其余36個(gè)不帶圖像信息，只是為了保證輸出信號(hào)線性好而附加的。存貯電極上加固定電壓(由OD端外加直流電壓后獲得)，轉(zhuǎn)移電極S

35、H需外加脈沖電壓。當(dāng)脈沖低電平期間進(jìn)行攝像，高電平期間進(jìn)行電荷包轉(zhuǎn)移。圖2 TCDl02C1型結(jié)構(gòu)原理圖在攝像區(qū)的兩側(cè)為CCD移位寄存器，也是由一系列MOS電容組成。它們對(duì)光不敏感(光屏蔽了)只是接受攝像區(qū)轉(zhuǎn)移來的電荷包，把它們逐個(gè)移位到輸出機(jī)構(gòu)中去，最后送到器件外面。攝像區(qū)中2084個(gè)MOS電容在光照下獲得光生載流子形成電荷包。在電荷包轉(zhuǎn)移期間，按奇偶序號(hào)分開，分別轉(zhuǎn)移到兩側(cè)的移位寄存器中去。即CCD移位寄存器1接受奇數(shù)序號(hào)的電荷包；而CCD移位寄存器2接受偶數(shù)序號(hào)的電荷包。兩個(gè)移位寄存器都有兩相電極和外電路連接。當(dāng)外電路對(duì)1和2提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖時(shí)，移位寄存器中的電荷包就由右向左(圖中位置

36、)移位。在結(jié)構(gòu)安排上已保證兩寄存器中的電荷包以奇、偶序號(hào)交替的方式把電荷包送到輸出機(jī)構(gòu)，以恢復(fù)攝像時(shí)的次序(可見，用兩個(gè)移位寄存器提高了轉(zhuǎn)移速度)。在圖的左端是器件的輸出機(jī)構(gòu)。Q1、Q2為場(chǎng)效應(yīng)管，它們構(gòu)成源極跟隨器，下接兩個(gè)管子作跟隨器負(fù)載電阻用。通過它們把攜帶圖像信息的電荷包以電壓的形式送到器件以外，也適合帶動(dòng)外電路負(fù)載。OS端就是CCD信號(hào)輸出電極，RS電極為復(fù)位控制柵極，需要外加適當(dāng)?shù)膹?fù)位脈沖。每當(dāng)前一個(gè)電荷包輸出完畢，下一電荷包尚未輸出之前，RS電極上應(yīng)出現(xiàn)復(fù)位脈沖，它把前一電荷包電荷抽走，使輸出管Ql的柵極電位復(fù)原，以準(zhǔn)備接收下一電荷包到來。TCDl02C型CCD比其他型號(hào)CCD多

37、設(shè)了采樣保持電路。SP電極為采樣保持控制端。當(dāng)SP電極外加適當(dāng)?shù)拿}沖電壓時(shí)，CCD輸出信號(hào)得到了采樣保持，在OS輸出端可得到連續(xù)信號(hào)(如下圖的OS波形)。如果SP極不加脈沖電壓而接直流電壓，則采樣保持電路不工作，CCD輸出信號(hào)由電荷包直接形成負(fù)脈沖(如圖3的OS*波形)。輸出信號(hào)與入射光強(qiáng)成正比。 圖2的右端1S、1G電極組成補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，當(dāng)外加適當(dāng)脈沖電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)過零補(bǔ)償(通?？梢圆挥?。SS電極是MOS電容的襯底(硅片)，通常接地。(二)驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序要求 要使CCD器件正常工作，需要在電極SH、1、2和RS上分別加四路脈沖電壓。(必要時(shí)再加一路采樣保持用脈沖供給SP電極)。這四路脈沖的時(shí)序

38、關(guān)系如圖3所示。圖3中，SH為電荷轉(zhuǎn)移控制電極。SH脈沖高電平時(shí)，攝像區(qū)MOS電容中積累的光生電子按奇偶序號(hào)移向兩側(cè)的移位寄存器中(圖 1)，時(shí)間極短。SH脈沖低電平時(shí)為“采光”進(jìn)行攝像時(shí)期，MOS電容對(duì)光生電子進(jìn)行積累?？梢姡琒H脈沖的周期決定了器件采光時(shí)間的長(zhǎng)短。而在此期間，兩側(cè)移位寄存區(qū)在驅(qū)動(dòng)脈沖作用下把上一次轉(zhuǎn)移來的電荷包逐個(gè)依次輸出到器件以外，圖3 驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)序圖OS*為SP接十12V時(shí)CCD輸出信號(hào)；S1S2048是信號(hào)OS*為SP接脈沖電壓時(shí)CCD輸出信號(hào)可以看出，在SH低電平期間，兩個(gè)移位寄存器分別輸出20842個(gè)信號(hào)脈沖。這就決定了SH信號(hào)周期必須大于20842個(gè)1、2脈沖周

39、期。否則電荷包不能全部輸出，就會(huì)影響下一周期輸出信號(hào)的精確度。由此可得這兩路脈沖之間有確定的頻率關(guān)系。器件最佳驅(qū)動(dòng)脈沖之頻率1、2為500kHz?？筛咝┗虻托?，太高則減小了電荷包傳輸效率，太低則暗噪聲影響增大。一股光照強(qiáng)時(shí)，SH周期可短些，反之則長(zhǎng)些。兩側(cè)移位寄存器中，每當(dāng)1高電平時(shí)就輸出一個(gè)電荷包，在結(jié)構(gòu)上使兩側(cè)1電極輪流出現(xiàn)高電平，所以1、2脈沖一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)電荷包。這樣復(fù)位脈沖也應(yīng)出現(xiàn)兩次。所以RS脈沖頻率為1、2脈沖頻率二倍。(三)驅(qū)動(dòng)電路原理兩相線陣CCD的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)有三個(gè)要求：(1)滿足圖3所示四路脈沖時(shí)序要求不考慮SP。(2)對(duì)CCD提供的脈沖應(yīng)滿足一定的電壓幅度(十12V)

40、和功率要求(800mw)。(3)CCD輸出信號(hào)便于和外電路連接。于是得出驅(qū)動(dòng)電路方塊圖如圖4所示。圖中，時(shí)鐘和時(shí)序邏輯電路用來實(shí)現(xiàn)圖3所示的時(shí)序邏輯關(guān)系，通常用TTL數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。而電平轉(zhuǎn)換電平為了達(dá)到所需電壓幅度和功率要求，射極跟隨器用于引出CCD輸出信號(hào)。要滿足圖3中驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序要求最常用的方法是用同一時(shí)鐘對(duì)幾路脈沖進(jìn)行控制，以保證相互間確定的時(shí)間關(guān)系。再用分頻器對(duì)鐘脈沖進(jìn)行分頻以產(chǎn)生各路脈沖所需之波形。下面是驅(qū)動(dòng)電路的工作原理。1用與非門(或斯密特觸發(fā)器74LSl4)74LS00組成環(huán)形振蕩器作為時(shí)鐘，頻率為3MHz。經(jīng)三分頻電路輸出再和時(shí)鐘輸出相與非，即得RS脈沖，頻率為lMHz。(

41、此為典型值)。時(shí)鐘時(shí)序邏輯電路CCDD電平轉(zhuǎn)換電路射極跟隨器圖4 .驅(qū)動(dòng)電路方框圖圖5 時(shí)序邏輯電路圖2三分頻輸出端再接JK觸發(fā)器組成的二分頻電路。其輸出即得到1、2脈沖。3由三個(gè)十分頻(十進(jìn)計(jì)數(shù)器)和一個(gè)二分頻電路進(jìn)行脈沖延時(shí)，然后去控制JK觸發(fā)器就得到了所需的SH脈沖的周期。在SH脈沖低電平期間，兩列移位寄存器需輸出20842個(gè)脈沖。所以SH脈沖周期必須大于(或等于)20842個(gè)1(亦2)脈沖周期。這里用三個(gè)十分頻和一個(gè)二分頻電路可得SH的周期為2000個(gè)1周期。若設(shè)CCD采光時(shí)間即SH周期為1400個(gè)1周期，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿1400脈沖時(shí)用與非門引出信號(hào)使JK觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器同時(shí)置零。JK觸發(fā)

42、器翻轉(zhuǎn)即輸出了SH脈沖之前沿。隨后，由三分頻之端輸出觸發(fā)JK觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，JK觸發(fā)器翻回即提到SH脈沖之后沿,后沿比提前跳變，滿足波形要求。電子轉(zhuǎn)換電路一般采用MOS驅(qū)動(dòng)器(如DS0026),把、反相即得所需之SH、1、2、RS脈沖。CCD信號(hào)輸出電路之射極跟隨器如圖6所示。 (3) 位置伺服控制電路設(shè)計(jì)這部分驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要求：1、掌握直流伺服電機(jī)的工作原理，在此基礎(chǔ)上正確的選型；2、掌握伺服驅(qū)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)。2）光電信號(hào)獲取電路之CCD 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)CCD信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)方法包括：固定閥值法、浮動(dòng)閥值法以及微分法等。1.固定閥值法：2.浮動(dòng)閥值法：3.微分法：3）接口總線電路設(shè)計(jì)由CC

43、D信號(hào)經(jīng)過二值化處理后，將TTL信號(hào)接入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后通過PC/ISA總線將信號(hào)送入微機(jī)進(jìn)行計(jì)算、顯示和存儲(chǔ)，并且將控制電機(jī)的單片機(jī)作為下位機(jī)，受控于上位PC機(jī)，即信號(hào)的啟動(dòng)、發(fā)送利用PC機(jī)進(jìn)行，而工作臺(tái)的移動(dòng)插補(bǔ)控制利用下位機(jī)進(jìn)行，可提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，提高工作效率。其總線的連接參照相應(yīng)的總線規(guī)范進(jìn)行。8086/8088CPU引腳功能a）8086/8088CPU的引腳分類（1）數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線、地址線、地址/狀態(tài)復(fù)用線AD0AD7 、AD8AD15、）A16A19/S3S6；（2）常規(guī)信號(hào)GND（2個(gè)）、CLK；（3）常用信號(hào)ALE、；（4）中斷INTR、NaMI、；（5）、READY、

44、RESET；（6）HOLD、HLDA；（7）（8086）（8088）、。b).兩種模式下，名稱和功能相同的32個(gè)引腳 VCC、GND：電源、接地引腳 AD15AD0（Address Data Bus）:地址/數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)輸入/輸出引腳(16)。 A19/s6A15/s3（Address Status Bus）:地址/狀態(tài)復(fù)用信號(hào)輸出引腳(4)。NMI(Non-Maskable Interrupt)、INTR（Interrupt Request）:中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入引腳。（Read）:讀控制輸出信號(hào)引腳。CLK/(Clock）：時(shí)鐘信號(hào)輸入引腳8088/8088的時(shí)鐘頻率（又稱為主頻）為4.77M

45、Hz。最小模式下的系統(tǒng)典型配置Reset(Reset):復(fù)位信號(hào)輸入引腳。復(fù)位狀態(tài)IP、DS、SS、ES寄存器及指令隊(duì)列進(jìn)行清零操作，而將CS設(shè)置為0FFFFH。READY（Ready）:“準(zhǔn)備好”狀態(tài)信號(hào)輸入引腳。 (Test):測(cè)試信號(hào)輸入引腳。MN/MX（Minimum/Maximum Model Control）最小/最大模式設(shè)置信號(hào)輸入引腳。/S7（Bus High Enable/Status）:高8位數(shù)據(jù)允許/狀態(tài)復(fù)用信號(hào)輸出引腳(1)，輸出。利用信號(hào)和AD0信號(hào)，可知系統(tǒng)當(dāng)前的操作類型。c).最小模式下的24-31引腳 當(dāng)8088/8086CPU的引腳固定接+5V時(shí)，CPU處于最

46、小模式下：（Interrupt Acknowledge）中斷響應(yīng)信號(hào)輸出引腳。ALE（Address Lock Enable）:地址鎖存允許輸出信號(hào)引腳。（Data Enable）:數(shù)據(jù)允許輸出信號(hào)引腳，低電平有效，為總線收發(fā)器8286提供一個(gè)控制信號(hào)，表示CPU當(dāng)前準(zhǔn)備發(fā)送或接收一項(xiàng)數(shù)據(jù)。（Data Transmit/Receive）:數(shù)據(jù)收發(fā)控制信號(hào)輸出引腳。（Memory/Input &Output）。 (Write): 寫控制信號(hào)輸出引腳。 HOLD(Hold Request): 總線保持請(qǐng)求信號(hào)輸入引腳。 HLDA（Hold Acknowledge）。4）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)

47、組成原理44_1:offset null 14:-Vcc5: offset null 27:+ Vcc8:NC_+12348765_+UA741R1R2Rf+15V15V1567 10K 10K 2 3+10K10K501LM3111OUT1IN-1IN+GNDVcc2OUT2IN-2IN+12348765LM311TG光電編碼器MVABABPC總線AD569速 度 控 制 器電 流 控 制 器16AB15V+15V+比較比較三角波發(fā)生器825540193401934019340193PAPB444444442位置伺服控制原理1）、脈寬調(diào)制器（PWM）原理在脈寬調(diào)制器在PWM調(diào)速系統(tǒng)中，脈寬調(diào)

48、制器的作用，是使電流調(diào)節(jié)器輸出的直流電壓電平（隨時(shí)間按給定指令變化）與振蕩器產(chǎn)生的確定頻率的三角波疊加，然后利用線性組件產(chǎn)生寬度可變的矩形脈沖，經(jīng)基極的驅(qū)動(dòng)回路放大后加到功率放大器晶體管的基極，控制其開關(guān)周期及導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間。電流調(diào)節(jié)器輸出的直流電壓電平，是由插補(bǔ)器輸出的速度指令轉(zhuǎn)化而來的。經(jīng)過脈寬調(diào)制器變?yōu)橹芷诠潭?，脈寬可變的脈沖信號(hào)，脈沖寬度的變化隨著速度指令變化而變化。由于脈沖周期不變，脈沖寬度改變將使脈沖平均電壓改變。2）、脈寬調(diào)制器（PWM）的組成脈沖寬度調(diào)制器的種類很多，但從構(gòu)成來看，都是由兩部分組成，一是調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，二是比較放大器。而調(diào)制信號(hào)發(fā)生器都是采用三角波發(fā)生器或鋸齒波

49、發(fā)生器。圖 6.37 為一種用三角波作為調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器，該脈寬調(diào)制器適合雙極性可逆式開關(guān)功率放大器。其中圖(a)為三角波發(fā)生器，三角波發(fā)生器由二級(jí)運(yùn)算放大器組成。第一級(jí)運(yùn)算放大器 Q1組成的線路，實(shí)際上是頻率確定的自激方波發(fā)生器，在它的輸出端接上一個(gè)由運(yùn)算放大器 Q2構(gòu)成的積分器。其工作過程如下：設(shè)在電源接通瞬間 Q1的輸出電壓均為 -Vd（運(yùn)算放大器電源電壓），被送到 Q2的反相輸入端。Q2組成的電路是一個(gè)積分器，輸出電壓逐漸升高，按線性比例關(guān)系上升，同時(shí)又被反饋到 Q1的輸入端與 uB（uB通過 R2正反饋到 Q1的輸入端）進(jìn)行比較，當(dāng)比較之后的 uA0 時(shí)，也就立即翻轉(zhuǎn)，由于正反饋

50、的作用，瞬間達(dá)到最大值 uB= + Vd。此時(shí)，t= t1而 u = VdR5/R2。而在 t1t0 時(shí)，比較放大器 Q3的輸出脈沖正半波寬度小于負(fù)半波寬度，而當(dāng) uer0 時(shí)，比較放大器Q3輸出脈沖正半波寬度大于負(fù)半波寬度。如果三角波的線性度很好，則輸出脈沖寬度可正比于控制電壓uer，從而實(shí)現(xiàn)了模擬電壓脈沖的轉(zhuǎn)換。圖中 ub1、ub2、ub3和 ub4是在一種特定情況下（輸入信號(hào)為u+ uer）放大器 Q3、Q4、Q5和 Q6同時(shí)分別產(chǎn)生的 4 種脈沖信號(hào)。圖中晶體管T1、T2、T3、T4是為了脈寬調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)功率并保證它的正脈沖輸出。3）、開關(guān)功率放大器開關(guān)功率放大器是脈寬調(diào)制速度單元的主

51、回路。從結(jié)構(gòu)形式可分為 T型放大器和 H 型放大器，在工作方式上又都有雙極性和單極性 2 種工作方式。下面介紹一種用得最為廣泛的 H 型開關(guān)電路，其電路圖如圖 6.39 所示。它由 4 個(gè)晶體管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式回路。M 為直流伺服電機(jī)，直流供電電源 +Ed由三相全波整流電源供給。它的控制方法為：將脈寬調(diào)制器輸出的脈沖波 u b1，u b2，u b3和 u b4經(jīng)基極驅(qū)動(dòng)電路、光電藕合電路變?yōu)?Ub1，Ub2，Ub3和 Ub4信號(hào)加到開關(guān)功率放大器 4 個(gè)晶體管的基極，它們的波形見圖 6.38，是 ub1，ub2，ub3和 ub4驅(qū)動(dòng)放大后的脈沖波，Ub1，Ub2，Ub3和 Ub4

52、在相位、極性上與 ub1，ub2，ub3和 ub4相同。當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)（即非制動(dòng)、減速狀態(tài)），在 0tt1的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，Ub2，Ub3電壓為正，T2和 T3飽和導(dǎo)通，在電樞兩端加上直流電源向電機(jī)供給能量，這時(shí)電流方向從電源+Ed經(jīng) T3、電機(jī)電樞、T2、回到電源。在 ttt2時(shí)，Ub1，Ub3均為負(fù)值，T1和 T3截止，電源 +Ed被切斷，而此時(shí) Ub3為正，因此由電樞電感的作用，電流經(jīng) T2和續(xù)流二極管 D4繼續(xù)導(dǎo)通。在t2tt3時(shí)，Ub2，Ub3同時(shí)為正，+ Ed又經(jīng) T2和 T3加至電樞兩端，電流繼續(xù)流通。在 t3t T時(shí)，Ub2，Ub4同時(shí)為負(fù)，電源 +Ed再次被切斷，Ub3為正值，由于電樞電感的作用，電樞電流經(jīng) T3和 D1而繼續(xù)流通。由此可見，主回路輸出電壓（加在電樞上的電壓）UAB是在 0 和 +Ed之間變。4）、數(shù)字脈沖比較器圖 6.17 所示為該比較器的構(gòu)成原理圖。圖中 U1，U4，U5，Us，U9均為或非門；U2，U3，U6，U7為D觸發(fā)器；U12為八位移位寄存器；U10，U11為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；U14為可逆計(jì)數(shù)器。當(dāng)指令脈沖 Pc+（或 Pc-）與反饋脈沖 Pf+（或 Pf-）分別到來時(shí)，在 U1