簡易幅頻特性測試儀_圖文

1、簡易幅頻特性測試儀摘要根據(jù)題目要求, 設(shè)計了一種幅頻特性測試儀。 采用精度為 8位的 DAC 芯片 DA0832, 產(chǎn)生有效值 為 1V 的正弦波。采用具有 10位 ADC 功能的單片機 STC12C5A60S2,實現(xiàn)被測信號的檢測。采用運 算放大電路,實現(xiàn)提高輸入阻抗和降低輸出阻抗的目的。采用按鍵功能,可設(shè)定輸出正弦波的頻率。 經(jīng)測試,該幅頻測試儀能夠輸出有效值為 1V 的正弦波、無明顯失真、全頻段幅度誤差在 %,輸出正 弦波的頻率范圍為 100-10kHZ 、 誤差為 %, 交流信號的測量精度為 %、 分辨率為 0.01V , 輸出阻抗小于 10,輸入阻抗大于 100k 。關(guān)鍵詞:DAC0

2、832 10位 ADC 頻率可調(diào)正弦波目錄1方案論證與比較 . 11.1總體思路 . 1 1.2各模塊方案的選擇與論證 . . 22 系統(tǒng)設(shè)計 . 42.1總體設(shè)計 . 4 2.2硬件電路設(shè)計 . 4 2.2.1拉力值測量模塊 . 4 2.2.2電機驅(qū)動模塊 . 7 2.2.3透明膠被拉動距離測量模塊 . 73軟件設(shè)計 . 93.1算法的標定實驗 . 9 3.2軟件流程 . . 134系統(tǒng)測試 . 154.1測試儀器、設(shè)備 . 15 4.2測試方法步驟與結(jié)果分析 . 16 4.2.1拉力值的測試 . 16 4.2.1拉伸距離的測試 . 165 結(jié)論 . 17參考文獻: . 18附錄: . 19

3、附 1:電路圖 . 19附 2:實驗測試圖 . 20附 3:實物圖 . 2111方案論證與比較根據(jù)題目的要求,該幅頻特性測試儀的功能是能夠輸出可調(diào)頻率的正弦波給被測電 路,并測量經(jīng)過測量電路后的正弦波信號的變化,從而得出被測電路的幅頻特性。其原理:當被測電路的輸入為正弦信號時 , 則輸出的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)也是一個正弦信號 , 其 頻率和輸入信號的頻率相同 , 但幅度和相位發(fā)生了變化 , 而變化取決于角頻率 X 。 若把輸出 的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和輸入正弦信號用復(fù)數(shù)表示 , 并求它們的復(fù)數(shù)比 , 則得公式(1-1 :( j G j A e = (1-1其中 G (j 稱為頻率特性 ,A (是輸出信號的幅值與輸入信

4、號幅值之比 , 稱為電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性。 e j ( 是輸出信號的相角與輸入信號的相角之差 , 稱為相頻特性。 其中 ,電路幅頻特性是電路網(wǎng)絡(luò)的一個重要特性 , 本文探討電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性參數(shù)的測試。 在實 際測量中 , 用一個隨著時間按一定規(guī)律 , 并在一定頻率范圍內(nèi)掃動的信號對被測電路進行 快速、定性或定量的動態(tài)測量 , 給出被測電路網(wǎng)絡(luò)的電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性實時測量結(jié)果。測 量原理見圖 1-1: 圖 1-1 測量原理為了顯示被測電路在不同頻率下, 輸出信號對輸入信號的放大倍數(shù)圖像, 必須要有顯 示模塊。為了能控制儀器輸出不同范圍的頻率,必須要有按鍵輸入模塊。 圖 1-2 幅頻特性測試儀原理框圖經(jīng)

5、以上總體思路分析,得出以下系統(tǒng)原理圖,如圖 1-2所示。由本系統(tǒng)產(chǎn)生正弦激勵 信號去激勵被網(wǎng)絡(luò),通過采集輸入被測網(wǎng)絡(luò)之前的信號幅值與從被測網(wǎng)絡(luò)出來的信號的 幅值,相除得到被測對各頻率正弦信號的增益情況,從而得出被測網(wǎng)絡(luò)的電路網(wǎng)絡(luò)幅頻 特性。根據(jù)幅頻特性測試儀原理框圖可知,該測試儀主要由四部分組成,分別為正弦波 發(fā)生模塊、控制模塊、交流信號幅值檢測模塊和顯示模塊。下面對這四部分進行方案的 選擇與論證。(1正弦掃頻信號發(fā)生模塊方案正弦掃頻信號發(fā)生器是本設(shè)計的核心部分。要求能產(chǎn)生優(yōu)于 5HZ 誤差的頻率,且在 100HZ 10KHZ 范圍內(nèi) , 步進為 100HZ 。方案一:采用傳統(tǒng)的直接頻率合成法

6、合成。 經(jīng)過混頻、倍頻、分頻網(wǎng)絡(luò)和帶通濾波 器完成對頻率的算術(shù)運算。但由于采用大量的模擬環(huán)節(jié),導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù) 雜,體積龐大,成本高,而且容易引入干擾,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,難以達到較高的頻譜 穩(wěn)定性。方案二:采用鎖相環(huán)間接頻率合成(PLL 。 雖然具有工作頻率高、寬帶、頻譜質(zhì)量 好的優(yōu)點,但是由于鎖相環(huán)本身是一個惰性環(huán)節(jié),鎖定時間較長,故頻率轉(zhuǎn)換時間較長, 很難滿足系統(tǒng)要求的高速度指標。另外,由于模擬方法合成的正弦波參數(shù)都很難控制,不易實現(xiàn)。方案三:采用直接數(shù)字式頻率合成(DDS 。 其原理如圖 1-3所示,用控制芯片的存儲器 儲存的所需波形量化數(shù)據(jù),按不同頻率要求,以頻率控制字為步進

7、對相位增量進行累加, 以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內(nèi)的波形數(shù)據(jù),經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換和幅度控制, 再濾波即可得到所需波形。由于 DDS 具有帶寬很寬,頻率轉(zhuǎn)換時間極短(小于 20s , 頻率分辨率高,全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成等優(yōu)點,以及輸出相位連續(xù),頻率、相位和幅度 均可實現(xiàn)程控, 完全可以滿足本題目的要求。 DDS 有著較多的優(yōu)點, 但是 DDS 技術(shù)也有內(nèi) 在的缺陷雜散噪聲。 圖 1-3 DDS 原理框圖為了全面實現(xiàn)題目的要求,選擇最合適的三號方案作為正弦波掃頻信號發(fā)生器的核 心,實現(xiàn)高速、高精度、高穩(wěn)定性的正弦信號輸出。2(2控制模塊方案方案一:用 FPGA 等可編程器件作為控制模塊的

8、核心。 FPGA 可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏 輯功能,規(guī)模大,密度高,體積小,穩(wěn)定性高,易于功能擴展,采用并行的輸入 /輸出方 式,提高了系統(tǒng)的處理速度,適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。就 FPGA 的制造工藝 而言, FPGA 掉電后數(shù)據(jù)會丟失, 上電后必須進行一次配置, 因此 FPGA 在應(yīng)用中需要配置 電路和一定的程序,并且 FPGA 器件作為一個數(shù)字邏輯器件,競爭和冒險正是數(shù)字邏輯器 件較為突出的問題,因此在使用時必須注意毛刺的消除及抗干擾性,從而增大了電路或 程序的復(fù)雜程度和可實施性。方案二:用 STC12C5A60S2單片機為系統(tǒng)的主控核心。 單片機具有體積小, 使用靈活, 擁有較強的

9、指令尋址和運算功能等優(yōu)點,而且單片機的功耗低,價格低廉。采用單片機作為控制器比 FPGA 更適合本系統(tǒng)的規(guī)模。 充分考慮到綜合性價比和控制 的方便程度,確定選擇方案二作為系統(tǒng)的控制核心模塊方案。(3交流信號幅值測量方案方案一:采用真有效值轉(zhuǎn)換芯片 (如 AD637 。 將輸入信號轉(zhuǎn)換成有效值的形式輸出, 供后級的 A/D采樣。此種方案的測量精度較高,但由于有效值轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換的過程相對 較長(一般為幾十到幾百個 ms ,對于幅頻特性,需要采集很多個點,此種方案的測量過 程將是很長的。方案二:采用 ADC 測量方式。 這種方案只要將經(jīng)過被測電路的信號輸入經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn) 換,在控制芯片中對數(shù)據(jù)進行

10、處理,篩選出幅值。該方案的優(yōu)點是電路和程序控制都簡 單易行。 缺點是賦值的測量精度取決于 ADC 轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換速度和控制芯片的運算速度。 綜合所有的因素,采用方案二更適合本設(shè)計。(4顯示模塊方案方案一:采用 LED 數(shù)碼管顯示。 雖然功耗低,控制簡單,但顯示能力有限,人機界 面較差。方案二:采用 12864液晶屏顯示。 可以顯示多種字符,并能同時顯示多組數(shù)據(jù)、漢 字,字符清晰,人機界面友好。方案二的液晶顯示方式有效解決 LED 只能顯示數(shù)字等幾個簡單字符的缺點,具有性 能好,控制方便,顯示方式多的優(yōu)點。因此本設(shè)計采用方案二的 12864液晶顯示屏作為 顯示模塊。32 系統(tǒng)設(shè)計2.1 總體設(shè)計

11、系統(tǒng)總體框架如圖 2-1所示,由 STC12C5A60S2單片機處理器控制 DAC 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832產(chǎn)生正弦激勵信號去激勵被網(wǎng)絡(luò), 將信號進行處理后輸送給具有 ADC 功能的單片 機,實現(xiàn)從被測網(wǎng)絡(luò)出來的信號的幅值的采集與處理目的,即可得到被測電路對各頻率 正弦信號的增益情況,從而得出被測電路的幅頻特性。 圖 2-1 系統(tǒng)總體框架2.2 硬件電路設(shè)計正弦波信號發(fā)生模塊的具體硬件結(jié)構(gòu)由 兩個部分組成,分別為 基準源電路和 DAC0832轉(zhuǎn)換電路,下面對這兩部分做詳細的介紹。(1基準源電路TL431 的內(nèi)部含有一個 2.5V 的基準電壓, 所以當在 REF 端引入輸出反饋時, 器件可 以通

12、過從陰極到陽極很寬范圍的分流,控制輸出電壓。如圖 2-2所示的電路中,當 R1和 R2的阻值確定時,兩者對 V o 的分壓引入反饋,若 V o 增大,反饋量增大, TL431的 分流也就增加,從而又導(dǎo)致 V o 下降。顯見,這個深度的負反饋電路必然在 VI 等于基準 電壓處穩(wěn)定,此時有公式(2-1 :ref o V R R V 1(21+= (2-1 選擇不同的 R1和 R2的值可以得到從 2.5V 到 36V 范圍內(nèi)的任意電壓輸出, 需要注意 的是, 在選擇電阻時必須保證 TL431工作的必要條件, 就是通過陰極的電流要大于 1 mA 。 本設(shè)計采用的是 TL431作為 DAC0832的電壓

13、基準源 +2.5V,根據(jù)公式(2-2可得當 R 1取零, R 2取無窮時,輸出電壓為 +2.5V。(5. 25. 2* 01(V V o =+= (2-2 圖 2-2 TL431典型應(yīng)用圖(2 DAC0832轉(zhuǎn)換電路DAC0832 是一款轉(zhuǎn)換精度為 8位, 轉(zhuǎn)換速度為 1s 的 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片。 V ref 引腳為 芯片提供參考電壓; RFB 為反饋電阻引出端 , 與運算放大器輸出端相連接; DI7 DI0 數(shù)字量輸入信號, 其中 DI0為最低位, DI7為最高位; CS 為片選信號 , 低電平有效; WR1為寫信號 1,低電平有效; XFER 為轉(zhuǎn)移控制信號,低電平有效; WR2為寫信號

14、 2,低電 平有效; I OUT1為模擬電流輸出端 1,當輸入數(shù)字為全 1時 , 輸出電流最大,全 0時 , 輸出 電流為 0,如公式(2-3 :RFB V ref256255 (2-3I OUT2為模擬電流輸出端 2,其與 I OUT1的關(guān)系如公式(2-4I OUT1 + I OUT2 = C (常數(shù) (2-4如圖 2-3所示, 通過控制片選端、 寫數(shù)據(jù)端和數(shù)據(jù)位, 從而控制 DA0832輸出模擬量, 本儀器采用如圖 2-3所示的單緩沖工作方式應(yīng)用圖, 一個輸入寄存器工作于直通狀態(tài), DAC 寄存器工作于受控狀態(tài), 此時只需一次寫操作, 就開始轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換后直接輸出數(shù)據(jù), 提高了 D/A的數(shù)

15、據(jù)吞吐量。 圖 2-3單緩沖工作方式應(yīng)用圖 其調(diào)幅的原理為:當數(shù)據(jù)口輸入的數(shù)字量為 0FFH=255時,有公式(2-5所示的電流量輸出:RFBV I ref out 2562551= (2-5 輸出電壓如公式(2-6所示:ref out o V RFB I V 256255*1-=-= (2-6斷電和串口時鐘輸入端為 PD_SCK。 通過控制輸入該端口電平的不同時序, 可以實現(xiàn) 數(shù)據(jù)輸入、輸出和增益通道的選擇,時序圖如圖 2-4所示。 圖 2-4 DAC0832 時序圖2.2.2電機驅(qū)動模塊 2在電機驅(qū)動模塊的方案討論中擬定采用 LM298芯片驅(qū)動直流減速電機。其硬件電路 如圖 2-5所示。L

16、M298內(nèi)有兩個 H 橋式電機驅(qū)動電路,可用來驅(qū)動兩個直流電機,本方案中只用其 中的一個 H 橋,標號為 A 。在該電路中,電機的兩端各安裝有兩個二極管,這些二極管 都是從驅(qū)動器的輸出端連接到電機的電源端,或者接地端,其作用能限制和消除感應(yīng)尖 峰電壓。其驅(qū)動原理:LM298芯片的 1EN 是標號為 A 的 H 橋的使能端, 1A1和 1A2可以控 制電機的正反轉(zhuǎn)。在控制電機的時候,當使能端 1EN 置高電平時, 1A1和 1A2置不同的 高低電平時, 電機實現(xiàn)正或反向轉(zhuǎn)動。 當使能端 1EN 置低電平時, 不管 1A1和 1A2的電 平如何變化,電機均停止轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)電機正反向轉(zhuǎn)動和停止的控

17、制。 圖 2-5 LM298電機驅(qū)動電路2.2.3 透明膠被拉動距離測量模塊 3該模塊的主要硬件電路是編碼盤和光電傳感器, 如圖 2-6和圖 2-7所示。 硬件結(jié)構(gòu)為:將黑白顏色塊相互間隔的編碼盤安裝在電機的轉(zhuǎn)軸上,編碼盤穿過微型槽型對射光電傳 感器。其原理:當電機轉(zhuǎn)動時,編碼盤穿過對射式光電傳感器的槽型對射光電開關(guān)旋轉(zhuǎn), 當編碼盤上的黑色部分擋住光線時,輸出低電平,當光線透過編碼盤的白色部分時,輸 出高電平,從而產(chǎn)生高低電平變化的脈沖,即把電機的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)的大小。 將脈沖輸送給單片機的中斷功能進行計數(shù)即可得到拉動的距離。根據(jù)如圖所示的編碼盤, 從白色部分和相鄰黑色部分依次穿過槽型對

18、射光電開關(guān)的時 候,將產(chǎn)生一個從高電平到低電平的下降沿,輸送給單片機的外部中斷輸入端從而觸發(fā) 中斷。根據(jù)標定實驗發(fā)現(xiàn),進入中斷的次數(shù)與透明膠被拉動的距離是成線性關(guān)系的。因此,累計進入中斷的次數(shù),即可得到透明膠帶被拉動的距離。 圖 2-6 編碼盤光電傳感器的核心部件為紅外發(fā)光二極管和硅平面光電三極管, 發(fā)光二極管不間斷地 發(fā)送紅外光束,當編碼盤的黑色部分擋住光束時,光電三極管不導(dǎo)通,輸出低電平,反 之輸出高電平。 輸出脈沖經(jīng)過 TTL 電平轉(zhuǎn)換電路, 如圖 2-5中運算放大器、 R 3和 R 4所示, 其構(gòu)成一個單限比較器,輸出即為 TTL 電平脈沖,滿足單片機的檢測需要。 圖 2-7 光電傳感

19、器原理圖3軟件設(shè)計算法的標定實驗在該儀器的測量中, 硬件電路測量出拉力傳感器的輸出電壓值的數(shù)字量, 光電傳感器 輸出脈沖量,要測量出透明膠帶被拉伸的拉力和距離,需要軟件程序算法來實現(xiàn)。以下 兩個標定實驗為算法的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。(1 拉力值與轉(zhuǎn)換后的電壓值的關(guān)系實驗方法與步驟:如附圖 4所示, 將儀器放在水平的平面上, 將拉力傳感器的上端固 定在金屬支架的上端,使用電子秤稱出質(zhì)量為 M 的沙子,使用示波器測量拉力傳感器的 輸出端的電壓值 V 。即質(zhì)量為 M 的沙子所產(chǎn)生的拉力 F 對應(yīng)轉(zhuǎn)換后的電壓值 V 。重復(fù)以 上的步驟,從 1mg-5kg ,以 1mg 為步進進行測量。質(zhì)量 M 的沙子與產(chǎn)生拉

20、力 F 的關(guān)系如 公式(3-1所示。8. 9*MF (3-1 測試物體與轉(zhuǎn)換后的電壓值關(guān)系實驗數(shù)據(jù)如表 3-1所示,通過 MA TLAB 對數(shù)據(jù)進行 線性擬合分析得到如圖 3-1所示質(zhì)量與電壓值的關(guān)系圖像。表 3-1 測試物體質(zhì)量與電壓值標定實驗測試物體質(zhì)量 /kg 電壓值 /V ADC 值0.14 0.6 890.305 1 1390.445 1.1 1750.58 1.4 2150.67 1.5 2400.785 1.6 2730.96 1.8 3291.02 2 3541.24 2.2 4031.385 2.5 4431.51 2.6 4801.66 2.9 5231.815 3.2 5

21、641.935 3.3 6012.015 3.4 6302.195 3.6 6762.33 3.8 7192.41 4 7502.62 4.2 7932.71 4.3 8202.82 4.5 8502.91 4.6 8752.995 4.8 8953.125 4.8 930 圖 3-1 測試物體質(zhì)量與電壓值的關(guān)系圖像從圖 3-1所示圖像可以得出結(jié)論,排除測量和機械誤差帶來的影響,拉力傳感器將拉 力轉(zhuǎn)換成電壓值,兩個變量之間的關(guān)系是線性的。 通過 MATLAB 對數(shù)據(jù)進行線性擬合分析得到如圖 3-2所示的質(zhì)量與 ADC 值的關(guān)系圖像。圖 3-2 測試物體質(zhì)量與 ADC 值的關(guān)系圖像從圖 3-2所

22、示圖像可以得出結(jié)論, 排除測量和機械誤差帶來的影響, ADC 測量值 與拉力值之間的關(guān)系是線性的,如公式(3-2 ,其中 y 為質(zhì)量值, x 為 ADC 值。7. 53(00353. 0-=x y (3-2(2 拉動距離與轉(zhuǎn)換后的脈沖數(shù)目的關(guān)系實驗方法與步驟:如附圖 5所示,將儀器放在水平的平面上,游標卡尺倒置后,將其 游標部分捆綁在儀器的金屬支架上端,將細線的一端纏繞在減速電機的導(dǎo)輪上,另一端 捆綁在游標卡尺的主尺上。設(shè)定好所要測量的脈沖數(shù)目 N 后,首先讀取當前游標卡尺的 數(shù)值 X 1,開啟電機運轉(zhuǎn),當達到脈沖數(shù)目 N 時由單片機自動控制電機停止。此時,記錄 下游標卡尺上的數(shù)值 X 2,即

23、所要測量的脈沖數(shù) N 產(chǎn)生的拉動距離 X 為公式(3-3 :12X X X -= (3-3為了使實驗的結(jié)果更加準確可靠, 從少到多不同的脈沖數(shù)目都進行實驗。 實驗的數(shù)據(jù) 結(jié)果如下表 3-2、表 3-3、表 3-4、表 3-5所示。表 3-2 130個脈沖標定實驗脈沖數(shù)目 N/個 拉動距離 X/cm N/ X(個 /mm 128 1.49 8.590604 129 1.51 8.543046 129 1.52 8.486842 129 1.5 8.6 128 1.49 8.590604 129 1.488 8.669355 129 1.52 8.486842 130 1.518 8.5639 1

24、29 1.502 8.588549 129則得平均每毫米產(chǎn)生的脈沖數(shù)目為公式(3-4 :=10101i Xi8.560658 (3-4表 3-3 320個脈沖標定實驗脈沖數(shù)目 N/個拉動距離 X/cm322 3.77 8.541114058 322 3.76 8.563829787 322 3.77 8.541114058 321 3.76 8.537234043 320 3.74 8.556149733 322 3.72 8.655913978 323 3.78 8.544973545 320則得平均每毫米產(chǎn)生的脈沖數(shù)目為公式(3-5 :=10101i Xi8.560184512 (3-5表

25、 3-4 420個脈沖標定實驗脈沖數(shù)目 N/個拉動距離 X/cmN/ X(個 /mm420 4.96 8.467742 419 4.902 8.547532 421 4.928 8.543019 419 4.862 8.617853 420 4.939 8.503746 421 4.91 8.574338 421 4.936 8.529173 419 2.878 14.55872 421 4.97 8.470825 420則得平均每毫米產(chǎn)生的脈沖數(shù)目為公式(3-5 :=10101i Xi8.532698 (3-5表 3-5 520個脈沖標定實驗脈沖數(shù)目 N/個拉動距離 X/cm N/ X(個

26、/mm 520 6.096 8.530184 522 6.116 8.53499 522 6.1 8.557377 521 6.128 8.501958 523 5.172 10.11214 523 6.206 8.427328 521 6.116 8.51864 524 6.136 8.539765 523 6.134 8.526247 521則得平均每毫米產(chǎn)生的脈沖數(shù)目為公式(3-6 :=10101i Xi8.516309 (3-6根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得到結(jié)論:一次拉動的距離越長, 每毫米產(chǎn)生的脈沖數(shù)目就約少, 但 都維持在每毫米產(chǎn)生大概 8.5個脈沖,誤差小于 0.1個脈沖。產(chǎn)生誤差的原因在于

27、減速電機從啟動到勻速轉(zhuǎn)動和從勻速轉(zhuǎn)動到停止都需要一定的 時間、細繩本身的彈性拉伸、測量過程中游標卡尺的晃動和讀取游標卡尺數(shù)值時的誤差。根據(jù)題目的要求,測量拉動的范圍為 0-5cm ,精度為 1mm ,如果按每毫米 8.5個脈沖 計算,則允許最大的脈沖誤差個數(shù)為公式(3-7 :17. 0505. 8= (3-7 由于 0.17大于標定實驗時的最大誤差 0.1,因此將 8.5個脈沖作為每毫米產(chǎn)生的脈沖 個數(shù)是準確的。軟件部分采用 C 語言編寫,為了配合串口通信,采用的晶振頻率為 11.0592MHZ 。由 調(diào)度模塊, ADC 模塊,外部中斷子程序,鍵盤服務(wù)程序和顯示服務(wù)子程序構(gòu)成。主程序 如圖 3

28、-3所示,進入主程序后,首先進行 ADC 功能、外部中斷和液晶的初始化,然后進 入開機顯示,最后進入大循環(huán),循環(huán)內(nèi)不斷執(zhí)行按鍵的檢測,當有鍵按下時,執(zhí)行按鍵 功能,否則直接返回。外部中斷服務(wù)程序的功能是在測量的時候?qū)怆妭鞲衅鞯拿}沖進行計數(shù),每 1mm 時 計算拉動的距離, 并讀取 ADC 值轉(zhuǎn)換為拉力, 當 ADC 值小于 55時, 即表示透明膠帶被 拉斷,此時關(guān)閉電機。將拉動距離與拉力兩者結(jié)合在液晶顯示屏上繪點,并儲存該數(shù)據(jù), 最后通過串口發(fā)送信息給上位機,其程序流程如圖 3-4所示。ADC 中斷中檢測輸送給單片機的電壓值,其程序流程如圖 3-5所示。 圖 3-3 主程序流程圖圖 3-5

29、ADC中斷程序流程圖 圖 3-4 外部中斷程序流程圖主程序中實時檢測按鍵功能,按鍵有四位, Function 鍵可實現(xiàn)不同功能間的切換,加 減鍵可在查詢功能時翻閱前后歷史數(shù)據(jù),確定鍵可實現(xiàn)置位、測量和量程切換功能。根 據(jù)功能標志位 Function 的不同,進入不同的按鍵功能,總共有 4種功能,分別為置位、 測量、量程切換和查閱歷史等功能。具體程序流程如圖 3-6所示: 圖 3-6 鍵盤服務(wù)程序4系統(tǒng)測試4.1 測試儀器、設(shè)備示波器 型號:DS1052E性能:帶寬 50MHz ;時基精度 50ppm ;垂直靈敏度 2 mV/div 5 V/div;垂直分辨率 8 bits; 圖 4-1 DS1

30、052E示波器作用:在拉力與轉(zhuǎn)換后電壓值的標定實驗中用于測量電壓值的大小。萬用表:型號:DT9205 性能 : 直流電壓測量 200mv-200v ;準確度 ±0.5%; 直流電流測量 2mA-200mA ;準確度 ±1.2%電阻測量 200-2M ;準確度 ±0.8%;作用:在方案討論中論證電機的負載電流是否超出 LM298的最大 驅(qū)動電流。在系統(tǒng)測試時用于檢測制作的電路板參數(shù)。 圖 4-2 DT9205萬用表電子秤型號:ACS30 性能:量程:1g-30kg ;精度:1g ;作用:在拉力與轉(zhuǎn)換后電壓值的標定實驗和儀器參數(shù)測試實驗中用于測量實驗重物的重量。 圖

31、4-3 ACS30電子秤 游標卡尺性能:量程:0-18cm ; 作用:在拉動距離與轉(zhuǎn)換后脈沖數(shù)目的標定實驗和儀器參數(shù)測試實驗中用于測量實際的拉動距離。 圖 4-4 游標卡尺4.2 測試方法步驟與結(jié)果分析(1測試方法與步驟:如附圖 4所示, 將儀器放在水平的平面上, 拉力傳感器的上端固定在金屬支架的上端, 透明膠帶通過細線和拉力傳感器的下端連接,細線的另一端纏繞在減速電機的導(dǎo)輪上。 首先將透明膠帶的下端位置在金屬支架上進行定標,開啟電機運轉(zhuǎn),手動控制按鍵使電 機停轉(zhuǎn), 用游標卡尺測量定標處與拉伸后透明膠帶下端的距離即為實際拉動距離 X 。 此 時記錄液晶顯示屏拉力的數(shù)值 F 1。使用沙子作為重物

32、拉伸透明膠帶,使用游標卡尺測量 使其拉伸也為 X , 此時用電子秤稱出質(zhì)量重物質(zhì)量為 M 。 重復(fù)以上的步驟, 從 1mg-5kg , 分散測量 10組數(shù)據(jù)。質(zhì)量為 M 的沙子與產(chǎn)生拉力 F o 的關(guān)系如公式(4-1所示。 8. 9*MF (4-1 (2測試結(jié)果與分析:按照以上測試步驟,得出如表 4-1所示結(jié)果。表 4-1 實際拉力值與顯示拉力值測試顯示值 /kg 實際值 /kg 絕對誤差 /kg 標稱相對誤差 /% 滿量程相對誤差 /%數(shù)據(jù)分析:誤差分析:拉力的顯示值與實際值的最大絕對誤差為 19g ,最大標稱相對誤差為 0.478%,最大的滿量程相對誤差為 0.587%。量程:測量的最大量

33、程為 3.165kg 。重量大于該值后,顯示值保持不變。精度:測量的精度為 100mg 。(1測試方法與步驟:如附圖 5所示, 將儀器放在水平的平面上, 拉力傳感器的上端固定在金屬支架的上端, 透明膠帶通過細線和拉力傳感器的下端連接,細線的另一端纏繞在減速電機的導(dǎo)輪上。 首先將透明膠帶的下端位置在金屬支架上進行定標,開啟電機運轉(zhuǎn),手動控制按鍵使電機停轉(zhuǎn), 用游標卡尺測量定標處與拉伸后透明膠帶下端的距離即為實際拉動距離 X 。 此 時,查看液晶顯示的拉動距離 L 。重復(fù)以上步驟,在 1mm-5cm 之間,分散測量 10組數(shù) 據(jù)。(2測試結(jié)果與分析:按照以上測試步驟,得出如表 4-2所示結(jié)果。表 4-2 實際拉動距離與顯