電渦流式金屬板材測(cè)厚儀的設(shè)計(jì)

1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課程設(shè)計(jì)摘 要本論文闡述的是電渦流式金屬板材測(cè)厚儀的設(shè)計(jì)。本課題利用電渦流傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出一種金屬板材測(cè)厚儀，它能實(shí)現(xiàn)不同金屬板材的厚度測(cè)量、厚度合格檢驗(yàn)及其超標(biāo)報(bào)警，通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行待測(cè)金屬板材種類(lèi)輸入、厚度合格檢驗(yàn)時(shí)的設(shè)定厚度和誤差等級(jí)設(shè)置，并用LED顯示，給出合格檢驗(yàn)時(shí)超標(biāo)與否的指示燈提示及蜂鳴超標(biāo)報(bào)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(cè)量電路測(cè)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(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)軟件編程對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，結(jié)果送往LED顯示器進(jìn)行顯示，并外接蜂鳴器和指示燈實(shí)現(xiàn)超標(biāo)

2、報(bào)警。軟件系統(tǒng)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)調(diào)后，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期各種功能，符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：電渦流傳感器；金屬板材測(cè)厚儀；合格檢驗(yàn)；單片機(jī)；LED顯示-I-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 metallic material thickness meter. Th

3、e 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 board. The relative information is dis

4、played 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 different kind of metallic plankings to g

5、et 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 and light in dicator. Assemble lang

6、uage 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; LED display-目 錄摘要IAbstract II第1章 緒

7、論11.1 測(cè)厚儀的簡(jiǎn)介11.2電渦流傳感器測(cè)厚原理2第2章 金屬板材測(cè)厚儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 金屬板材測(cè)厚儀的硬件設(shè)計(jì)方案32.2 傳感器及其測(cè)量電路的設(shè)計(jì)42.3 放大電路的設(shè)計(jì)52.4 單片機(jī)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)52.4.1 單片機(jī)的選擇52.4.2 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)82.4.3 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)102.4.4 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)112.4.5 顯示電路的設(shè)計(jì)132.4.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)14第3章 電渦流式金屬板材測(cè)厚儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)163.1 測(cè)厚儀的軟件設(shè)計(jì)方案163.2 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì)183.3報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)18 致謝19 參考文獻(xiàn)21 -吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息系課

8、程設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 測(cè)厚儀的簡(jiǎn)介厚度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)和最基本的工業(yè)參數(shù)之一，是與人類(lèi)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(jì)中經(jīng)常遇到和必須精確測(cè)量的物理量。所以厚度的測(cè)量問(wèn)題是一個(gè)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。厚度測(cè)量方法有很多：簡(jiǎn)單的厚度測(cè)量可以用卷尺或直尺來(lái)完成，要求精度高的用游標(biāo)卡尺來(lái)完成，一些金屬的厚度還可以用傳感器來(lái)測(cè)量，具體用什么方法測(cè)厚要根據(jù)所測(cè)物體的大小、形狀、材質(zhì)以及測(cè)量精度來(lái)定。在進(jìn)行金屬的厚度測(cè)量時(shí)，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(cè)量不準(zhǔn)確或無(wú)法進(jìn)行，而且在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的在線(xiàn)測(cè)量也使得接觸式測(cè)量變得困難，這就使得非接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)顯現(xiàn)出來(lái)。電渦流傳

9、感器是20世紀(jì)70年代以來(lái)得到迅速發(fā)展的一種傳感器，它利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行工作。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測(cè)量，可用廣泛用來(lái)檢測(cè)金屬材質(zhì)的厚度。近年來(lái)，精密測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速，成果喜人。例如在線(xiàn)測(cè)量技術(shù)，已可進(jìn)行加工狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示，及時(shí)檢測(cè)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(duì)我國(guó)高速發(fā)展的電子測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)，電子測(cè)量?jī)x器有關(guān)企業(yè)將加快技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的步伐，努力做好國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的開(kāi)拓工作，真正把中國(guó)的電子測(cè)量?jī)x器產(chǎn)業(yè)做強(qiáng)、做大，將更多、更好、更新的電子測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品提供給廣大用戶(hù)。 總之，測(cè)量技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)高精度化，同時(shí)也要求實(shí)現(xiàn)高速化

10、和高效率化，因此，非接觸測(cè)量和高效率測(cè)量也必然成為新世紀(jì)精密測(cè)量技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在測(cè)試技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器在原理、功能、精度及自動(dòng)化等方面都發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測(cè)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)換代的智能化產(chǎn)品，而且還出現(xiàn)了一些全新的儀器類(lèi)型和測(cè)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(cè)厚原理厚度測(cè)量方法有很多，但可以分為兩大類(lèi)：接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)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(cè)量工具進(jìn)行接觸式測(cè)量

11、。而一些金屬板材如鐵片、銅片等，他們的表面經(jīng)常會(huì)有油污或附有一層油漆或雜質(zhì)，使得接觸式測(cè)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(jì)電渦流傳感器來(lái)測(cè)量金屬厚度。選擇電渦流傳感器來(lái)測(cè)厚不僅僅是因?yàn)樗梢圆唤佑|測(cè)量金屬厚度，還因?yàn)殡姕u流傳感器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只要一個(gè)渦流線(xiàn)圈就可以進(jìn)行測(cè)量，技術(shù)上很容易實(shí)現(xiàn)。而且通過(guò)改變渦流線(xiàn)圈的直徑和傳感器的激勵(lì)頻率就可以在很大程度上改變傳感器的靈敏程度和測(cè)量時(shí)的線(xiàn)性區(qū)間，實(shí)用性很強(qiáng)。同時(shí)電渦流傳感器還不受油污等介質(zhì)的影響，對(duì)于一些表面不清潔的板材也可測(cè)量。所以用電渦流傳感器可以很容易實(shí)現(xiàn)金屬板材厚度測(cè)量的要求。在工程

12、科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域里，傳感器是一種能把特定的被測(cè)量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)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(xiàn)圈的電感變化來(lái)檢測(cè)非電量的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。它可用來(lái)廣泛檢測(cè)量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)，并具有良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(jì)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。第2章 金屬板材測(cè)厚儀的硬件系統(tǒng)2.1 金屬板材測(cè)厚儀的硬件設(shè)計(jì)方案在儀器設(shè)計(jì)時(shí)，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(wèn)題。綜合這兩方面的因素，選用了MCS-51系列中的89C52

13、單片機(jī)作為核心元件。該硬件部分主要是信號(hào)測(cè)量電路和單片機(jī)系統(tǒng)電路兩部分組成。電渦流傳感器測(cè)量電路的輸出信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路輸入到單片機(jī)中，同時(shí)單片機(jī)外接按鍵電路控制單片機(jī)的程序運(yùn)行以及參數(shù)設(shè)定，使得儀器按要求工作。最后的結(jié)果用外接的LED顯示再配合蜂鳴器和發(fā)光二極管達(dá)到報(bào)警功能，使得儀器更加人性化。在設(shè)計(jì)測(cè)厚儀時(shí)，利用電渦流傳感器測(cè)量電路輸出電壓作為初始信號(hào)。為了能將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理顯示，需要接A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，而ADC0809的工作電壓為05V，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(hào)的轉(zhuǎn)換后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理就可以用單片機(jī)配合軟件編程來(lái)完成。本系統(tǒng)的硬件

14、系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。電渦流傳感器 放大電路 A/D轉(zhuǎn)換AT89C52 LED顯示鍵盤(pán)輸入報(bào)警電路 被測(cè)對(duì)象 復(fù)位電路圖2-1 單片機(jī)硬件方案系統(tǒng)框圖2.2 傳感器及其測(cè)量電路的設(shè)計(jì)電渦流傳感器是建立在電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)上，傳感器探頭內(nèi)的線(xiàn)圈產(chǎn)生的時(shí)變磁場(chǎng)通過(guò)被測(cè)成塊的金屬導(dǎo)體后，金屬導(dǎo)體中就會(huì)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(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)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(wú)損探傷。反射式渦流傳感器對(duì)金屬厚度測(cè)量的過(guò)程，也就是傳感器探頭中的線(xiàn)圈與金屬體間的非電量位移參數(shù)，對(duì)線(xiàn)圈的電量參數(shù)的一個(gè)反射過(guò)程。 通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈變化電參量的監(jiān)測(cè)，

15、可以完成對(duì)反射金屬體的厚度測(cè)量。被測(cè)金屬導(dǎo)體變化的厚度信號(hào)，通過(guò)渦流傳感器轉(zhuǎn)換為變化的電感信號(hào)，還需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電信號(hào)。本次設(shè)計(jì)使用了諧振電路。如圖2-2所示，通過(guò)電渦流傳感器測(cè)量電路后電感變化轉(zhuǎn)換成電壓輸出。N放大電路圖2-2 測(cè)量電路的設(shè)計(jì)2.3 放大電路的設(shè)計(jì)在很多實(shí)際測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)中所測(cè)量的各物理信號(hào)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(duì)這種信號(hào)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(diǎn)的放大器稱(chēng)為放大器或儀表放大器。本課題中的被測(cè)物理量經(jīng)電渦流傳感器及其測(cè)量電

16、路輸出的電壓信號(hào)比較微弱。而ADC0809的正常工作電壓是05V，所以必須在ADC0809前加入一個(gè)前置放大電路實(shí)現(xiàn)電壓的放大，如圖2-3；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。圖2-3 放大電路原理圖2.4 單片機(jī)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)2.4.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)自從問(wèn)世以來(lái)，它一直是工業(yè)檢測(cè)、控制應(yīng)用的主角。市場(chǎng)上常用的單片機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)，價(jià)格低等特點(diǎn)，很容易形成產(chǎn)品而更受青睞。8031單片機(jī)片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)需外接程序存儲(chǔ)器和一片

17、邏輯電路74LS373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶(hù)若想對(duì)寫(xiě)入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線(xiàn)燈將其照射擦除，之后再可寫(xiě)入。寫(xiě)入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒(méi)什么保密性可言。8051單片機(jī)片內(nèi)有4K ROM，無(wú)須外接存儲(chǔ)器和74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡(jiǎn)練。但是編的程序無(wú)法燒寫(xiě)到其ROM中，只有將程序交芯片廠代為燒寫(xiě)，并是一次性的，今后都不能改寫(xiě)其內(nèi)容。89C51單片機(jī)為EPROM型，在實(shí)際電路中可以直接互換8051單片機(jī)或8751單片機(jī)，不但和8051單片機(jī)指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的。89C52是由北京集成

18、電路中心（BIDC）設(shè)計(jì)，由美國(guó)的Atmel公司生產(chǎn)八位單片機(jī)。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(jī)。該器件是用高密度、非易丟失存儲(chǔ)技術(shù)制造并且與國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。綜上所述，從使用方便與簡(jiǎn)化電路以及其性?xún)r(jià)比等角度來(lái)考慮，89C52比較合適的。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機(jī)，89C52本身帶有8K的內(nèi)存儲(chǔ)器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)達(dá)幾萬(wàn)次以上，比以往慣用的8031CPU外加EPROM為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS-51系列單片機(jī)的所有功能。圖3.4 89C52

19、管腳圖 圖2-4 單片機(jī)89c52單片機(jī)的CPU可包括運(yùn)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(yùn)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(jìn)制調(diào)整單元組成。它的功能是進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。它不但對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯：“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、取補(bǔ)、清零等基本操作，還可以進(jìn)行算術(shù)的加、減、乘、除操作。功能很強(qiáng)的位操作是一般微型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)ALU所不具備的，它可以對(duì)位變量進(jìn)行置位、清零、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”，“或”等操作。對(duì)半字節(jié)（4位）和雙字節(jié)（16位）類(lèi)型數(shù)據(jù)也可進(jìn)行操作。Acc為累加寄存器。但是，對(duì)累加器操作指令中累加器的助記簡(jiǎn)寫(xiě)為A。M

20、CS-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(gè)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(gè)操作數(shù)分別取A和B，其積則存放在AB寄存器對(duì)中。對(duì)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(gè)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(xún)和判別之用。PSW寄存器具有字節(jié)地址和位地址，即每一個(gè)標(biāo)志位都有一個(gè)地址，可方便地對(duì)其中某一位進(jìn)行操作。我們知道，MCS-51單片機(jī)采用的是程序存儲(chǔ)區(qū)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)分別

21、尋址的方式，各自的空間分別為64K，對(duì)程序存儲(chǔ)區(qū)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（通用I/O口及專(zhuān)用擴(kuò)展芯片可視為對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的操作）的擴(kuò)展依據(jù)的是單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器操作時(shí)序和訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作時(shí)序，也就是說(shuō)，對(duì)于這兩類(lèi)存儲(chǔ)區(qū)的擴(kuò)展，單片機(jī)給出的控制信號(hào)是不同的。擴(kuò)展程序存儲(chǔ)區(qū)的控制信號(hào)為與ALE，由于AT89C52自帶的8K內(nèi)存儲(chǔ)器足夠完成儀器的程序設(shè)計(jì)，所以芯片的內(nèi)/外程序存儲(chǔ)器選擇控制端引腳應(yīng)接高電平（此時(shí)單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器）且引腳可以不使用，但是ALE引腳為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)可經(jīng)分頻后作為A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)。由于單片機(jī)的

22、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(kuò)展器件均是地址線(xiàn)與數(shù)據(jù)線(xiàn)各自獨(dú)立的，故要根據(jù)單片機(jī)提供的外部程序存儲(chǔ)器操作時(shí)序與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作時(shí)序?qū)?shù)據(jù)地址信號(hào)進(jìn)行分離。2.4.2 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)由單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理可知：（1）盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路（2）留有余地，在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改、擴(kuò)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(jìn)行了簡(jiǎn)單的擴(kuò)展。1. 時(shí)鐘電路89C52的時(shí)鐘可以?xún)煞N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(shí)鐘電路。下面介紹內(nèi)部時(shí)鐘方式。內(nèi)部

23、有一個(gè)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(gè)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(gè)自激振蕩器。外接晶體求，但電容的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體可在1.2MHz12MHz之間任選，電容CX1和CX2的典型值在20pF100pF之間選擇，但在60pF70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為30pF左右。外接陶瓷諧振器時(shí)。CX1和CX2的典型值約為47pF。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體或陶瓷振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可

24、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(jì)晶陣采用11.0592MHz。圖2-5 89C52片內(nèi)振蕩器電路圖2. 復(fù)位電路89C52的復(fù)位輸入引腳RET（即RESET）為89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RET保持高電平，則89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RET由高電平變成低電平以后，89C52才從0000H地址開(kāi)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

25、復(fù)位電路之一。當(dāng)89C52的ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RET引腳高電平到時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。通過(guò)按鍵復(fù)位稱(chēng)手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。本次設(shè)計(jì)采用的是按鍵電平復(fù)位電路。上電時(shí)，RST端經(jīng)電阻與電源接通，若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。當(dāng)按鍵按下時(shí)，復(fù)位電路工作在按鍵復(fù)位方式，RST端電壓為： （2-1）由于手動(dòng)按鍵復(fù)位的按鍵時(shí)間，其電平一般都能使脈沖寬度維持10ms以上，所以對(duì)單片機(jī)的RST端能持續(xù)提供高電平以確保單片機(jī)可靠的復(fù)位。本課題中為單片機(jī)提供的復(fù)位高電平約為+4.2V，經(jīng)設(shè)計(jì)R1=200，R2=1K，C=22F。89C51GNDCR1R2VCC

26、圖 2.6 按鍵電平復(fù)位電路2.4.3 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)也是微型機(jī)算機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)對(duì)話(huà)輸入設(shè)備。在單片機(jī)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(pán)。常用的鍵盤(pán)接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤(pán)接口。矩陣式鍵盤(pán)適用按鍵比較多的場(chǎng)合，它由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，它的特點(diǎn)是比較節(jié)省I/O端口；獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線(xiàn)，且該輸入線(xiàn)上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線(xiàn)上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線(xiàn)上的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)鍵被按下了。鍵盤(pán)也有工作方式之分：分別為程序掃描方式、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式。本設(shè)

27、計(jì)采用獨(dú)立式按鍵接口電路，這是因?yàn)楠?dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且本應(yīng)用系統(tǒng)的鍵較少，所以采用獨(dú)立式按鍵接口電路非常合適。本設(shè)計(jì)的獨(dú)立式按鍵如圖3.10所示。其中S1鍵為啟動(dòng)/確定鍵；S2鍵為功能選擇鍵；S3、S4、S5鍵為數(shù)字輸入鍵。如圖3.10所示圖中的上拉電阻保證按鍵斷開(kāi)時(shí)檢測(cè)線(xiàn)上有穩(wěn)定的高電平，當(dāng)某一鍵被按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線(xiàn)就變成低電平，而其它鍵相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線(xiàn)仍為高電平，從而很容易識(shí)別出被按下的鍵。具體的按鍵功能詳見(jiàn)下章軟件設(shè)計(jì)部分。圖2-7 獨(dú)立式按鍵接口電路2.4.4 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)電渦流傳感器測(cè)量電路將厚度轉(zhuǎn)化為電壓輸出，同時(shí)經(jīng)過(guò)放大電路對(duì)電壓信號(hào)放大。最后，信號(hào)被

28、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(mén)送人總線(xiàn)，以便由AT89C52對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)采集電路的核心部件為AT89C52，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(cè)量電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、AT89C52等幾部分組成。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和量化是模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的兩個(gè)必要步驟。電渦流傳感器測(cè)量電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路放大電路單片機(jī)2圖2-8數(shù)據(jù)采集框圖通過(guò)對(duì)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(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時(shí)間短方便測(cè)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(chǎng)

29、合。從電渦流傳感器出來(lái)的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大處理后的05V（如2.5V）電壓信號(hào)，通過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)暫存在單片機(jī)指定的單元中等待進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。從放大電路出來(lái)的被測(cè)信號(hào)是模擬信號(hào)，而單片機(jī)只能接收數(shù)字信號(hào)，因此必須在中間加上一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。如圖2-9： 放大電路圖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(kāi)關(guān)，三條地址線(xiàn)的鎖存器和譯碼器，可以實(shí)現(xiàn)8路模擬數(shù)據(jù)通道的選擇。第二部分為一個(gè)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(kāi)關(guān)陣譯碼器

30、和256梯型電阻構(gòu)成。ADC0809由單一正5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開(kāi)關(guān)，可對(duì)8路0-5V的輸入雙極性模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換大約需100s；片內(nèi)具有多路開(kāi)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(shù)狀電子開(kāi)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(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。且ADC0809具有較經(jīng)濟(jì)的價(jià)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(xiàn)A,B,C送入低電平，即可選通0通道。另外需要說(shuō)明的是由于ADC0809片內(nèi)

31、無(wú)時(shí)鐘，可利用單片機(jī)AT89C52提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器四分頻得到。2.4.5 顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用LED共陽(yáng)極4封裝型顯示器顯示。LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的輸出器件。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)點(diǎn)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：+5Vabgdp 圖2-10 共陽(yáng)型數(shù)碼管結(jié)構(gòu)和外型圖共陽(yáng)極顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，當(dāng)公共陽(yáng)極接電源+5V時(shí)，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)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(chēng)為L(zhǎng)ED顯示

32、的段選碼，要構(gòu)成多位LED顯示時(shí)，除需要段選線(xiàn)外，還需要位選線(xiàn)，以確定段選碼對(duì)應(yīng)的顯示位，位選線(xiàn)控制第幾個(gè)LED顯示，段選線(xiàn)則控制顯示字形。 在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，節(jié)省I/O口，降低成本，動(dòng)態(tài)顯示方案具備一定的實(shí)用性，也是目前單片機(jī)數(shù)碼管顯示較為常用的一種顯示方法。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)4位LED動(dòng)態(tài)顯示，在位選線(xiàn)和段選線(xiàn)的共同作用下，可以使各個(gè)顯示器顯示各自的字符，當(dāng)然這些字符不是同時(shí)顯示的，但由于人眼存在視覺(jué)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，每位顯示的間隔時(shí)間足夠短，就可以給人同時(shí)顯示的感覺(jué)，而不會(huì)有閃爍感。猶如同時(shí)顯示一樣。需要說(shuō)明的是，每個(gè)數(shù)碼管都有一定的發(fā)光驅(qū)

33、動(dòng)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(jì)需要顯示器為4個(gè)數(shù)碼管，所以把它轉(zhuǎn)換成電流平均分配到每個(gè)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(dòng)，保證數(shù)碼管能正常發(fā)光。通過(guò)軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè)LED，逐步完成8個(gè)LED的顯示。如圖2-11所示：圖2-11 顯示電路硬件連接圖2.4.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)分為兩部分，一是發(fā)光二極管的電路設(shè)計(jì)，一是蜂鳴器的電路設(shè)計(jì)。報(bào)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

34、發(fā)光二極管在使用時(shí)要串聯(lián)一個(gè)電阻，以保證流經(jīng)發(fā)光二極管上的電流不超過(guò)最大的容許電流。系統(tǒng)進(jìn)行厚度合格檢驗(yàn)時(shí)，當(dāng)被測(cè)量的金屬厚度不在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，則P2.5為低電平，蜂鳴器報(bào)警同時(shí)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(bào)警。原理如圖2-12：圖2-12 報(bào)警電路原理圖第3章 電渦流式金屬板材測(cè)厚儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 測(cè)厚儀的軟件設(shè)計(jì)方案在單片機(jī)系統(tǒng)的程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，單片機(jī)就如同整個(gè)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(gè)部分的模塊化的程序就是整個(gè)系統(tǒng)的組成成份。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，即把一個(gè)較長(zhǎng)的完整程序，分成若干個(gè)子程序。每段程序完成一個(gè)功能，并

35、且具有相對(duì)獨(dú)立性。而模塊化程序設(shè)計(jì)易找出出錯(cuò)的語(yǔ)句和地方，簡(jiǎn)潔明了，所以本次設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)軟件。設(shè)計(jì)的模塊具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷等功能。利用這些功能可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及保存、報(bào)警、鍵盤(pán)管理、顯示器顯示等應(yīng)用。軟件編寫(xiě)的好壞，語(yǔ)句運(yùn)用的是否簡(jiǎn)潔直接關(guān)系單片機(jī)的工作效率。在各個(gè)模塊化的程序中盡量用最少的語(yǔ)句作最多的事情，不讓語(yǔ)句出現(xiàn)歧義，這樣就可以使整個(gè)程序可以在系統(tǒng)中更好的運(yùn)行，使單片機(jī)工作效率大大的提高。所以在劃分模塊時(shí)，應(yīng)注意以下三個(gè)問(wèn)題：一是每個(gè)模塊不宜太長(zhǎng)，如果太長(zhǎng)的話(huà)就失去了模塊設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，冗長(zhǎng)復(fù)雜，不宜調(diào)用與運(yùn)行，所以通常編制20-50行的程序段較適宜；二是力求

36、使模塊之間相互獨(dú)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(xiě)的較生疏的模塊，以免在一些細(xì)節(jié)方面犯一些錯(cuò)誤。下面就對(duì)設(shè)計(jì)的軟件部分作些介紹，如圖3.1所示為軟件總體流程圖。主程序開(kāi)始 超限？ 低限？結(jié)束NNNNNYY顯示單元初始化 開(kāi)始鍵？Y 功能鍵？Y 測(cè)厚？ 材質(zhì)選擇 材質(zhì)選擇數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定子程序 顯示子程序誤差等級(jí)設(shè)定子程序顯示HHHH顯示LLLL報(bào)警子程序顯示PASS圖3-1 主程序流程圖3.2 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集由ADC0809芯片來(lái)完成，主要分為啟動(dòng)、讀取數(shù)據(jù)、延時(shí)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(gè)步驟。ADC0809的控制方式主要有：程序查詢(xún)方式、延時(shí)等待方式、和中斷方式。本課題采用的是程序查詢(xún)方式，所謂程序查詢(xún)方式，就是首先由微處理器向A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，然后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，查詢(xún)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(hào)進(jìn)行查詢(xún)，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05V模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量00HFFH，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圖3-2所示。開(kāi)始啟動(dòng)ADC0809延時(shí)1