應(yīng)變片課程設(shè)計(jì)

1、基于labview的一階系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析院（系）：電子信息工程學(xué)院 專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班級(jí)： 測(cè)控121201 學(xué) 號(hào)： 201212020114 姓 名： 羅玉江 指導(dǎo)教師： 張春美 2016 年 1 月1 摘 要Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 Labview 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 Labview 的程序模

2、塊。系統(tǒng)在施加一定形式的輸入信號(hào)后，研究系統(tǒng)的輸出量隨時(shí)間的變化規(guī)律。控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)由動(dòng)態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程兩部分組成，其中動(dòng)態(tài)過(guò)程是指系統(tǒng)從初始狀態(tài)經(jīng)歷了一段時(shí)間的變化，達(dá)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程；穩(wěn)態(tài)響應(yīng)過(guò)程是指動(dòng)態(tài)過(guò)程結(jié)束后系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出狀態(tài)。其中，瞬態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)受到外加作用的激勵(lì)后，從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程稱為瞬態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)相應(yīng)：時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)的輸出狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。關(guān)鍵詞：Labview 系統(tǒng)響應(yīng)激勵(lì) 摘要一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1二、 總體框圖2三、 AD轉(zhuǎn)換PCF85912四、 數(shù)碼管顯示6 五、測(cè)量結(jié)果.11六、心得體會(huì)11附錄：程序121、Main.c122、I2c.c13

3、3、delay.c164、Display.c17應(yīng)變片課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求應(yīng)用力學(xué)知識(shí)（理論力學(xué)、材料力學(xué)），運(yùn)用軟件ANSYS分析簡(jiǎn)支梁受力集中區(qū)，確定測(cè)點(diǎn)布置位置，采用鋼板尺作為測(cè)試對(duì)象，驗(yàn)證理論分析和仿真分析及實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果一致性。以上力學(xué)分析，結(jié)構(gòu)分析需回答并完成以下問(wèn)題：（1） 運(yùn)用力學(xué)理論分析其受力情況；（2） 將3D圖導(dǎo)入ANSYS分析軟件進(jìn)行仿真分析；（3） 并運(yùn)用應(yīng)變片粘貼工藝知識(shí)，選取相應(yīng)的粘合劑；（4） 完成相應(yīng)的應(yīng)變片粘貼過(guò)程，并進(jìn)行粘貼質(zhì)量檢查；（5） 導(dǎo)線的連接與固定，并對(duì)粘貼后的應(yīng)變片進(jìn)行標(biāo)定；（6） 布線和組橋方法，多個(gè)應(yīng)變片誤差的計(jì)算；2、 總體框圖 圖

4、1、總體框圖3、 AD轉(zhuǎn)換PCF85911 、特性l 單電源供電l 工作電壓：2.5 V 6 Vl 待機(jī)電流低l I2C總線串行輸入/輸出l 通過(guò)3個(gè)硬件地址引腳編址l 采樣速率取決于I2C總線速度l 4個(gè)模擬輸入可編程為單端或差分輸入l 自動(dòng)增量通道選擇l 模擬電壓范圍：VSSVDDl 片上跟蹤與保持電路l 8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換l 帶一個(gè)模擬輸出的乘法DAC2 、應(yīng)用l 閉環(huán)控制系統(tǒng)l 用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的低功耗轉(zhuǎn)換器l 電池供電設(shè)備l 在汽車、音響和TV應(yīng)用方面的模擬數(shù)據(jù)采集3 、概述PCF8591是單片、單電源低功耗8位CMOS數(shù)據(jù)采集器件，具有4個(gè)模擬輸入、一個(gè)輸出和一個(gè)串行I2C總

5、線接口。3個(gè)地址引腳A0、A1 和A2 用于編程硬件地址，允許將最多8個(gè)器件連接至I2C總線而不需要額外硬件。器件的地址、控制和數(shù)據(jù)通過(guò)兩線雙向I2C總線傳輸。器件功能包括多路復(fù)用模擬輸入、 片上跟蹤和保持功能、 8位模數(shù)轉(zhuǎn)換和8位數(shù)模擬轉(zhuǎn)換。 最大轉(zhuǎn)換速率取決于I2C總線的最高速率。4、引腳 圖3、 引腳圖 (DIP16)l 電源電壓典型值為5V。AIN0AIN3：模擬信號(hào)輸入端。A0A3：引腳地址端。VDD、VSS：電源端。（2.56V）SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。l EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)EXT接地。l AGN

6、D：模擬信號(hào)地。AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端。VREF：基準(zhǔn)電源端。5、功能描述6.1 地址I2C 總線系統(tǒng)中的每一片 PCF8591 通過(guò)發(fā)送有效地址到該器件來(lái)激活。該地址包括固定部分和可編程部分。 可編程部分必須根據(jù)地址引腳A0、 A1和A2來(lái)設(shè)置。 在I2C總線協(xié)議中地址必須是起始條件后作為第一個(gè)字節(jié)發(fā)送。地址字節(jié)的最后一位是用于設(shè)置以后數(shù)據(jù)傳輸方向的讀/寫位。 （見(jiàn)圖4、5） 圖4、地址 圖5、讀模式的總線協(xié)議A/D轉(zhuǎn)換6.2 控制字發(fā)送到 PCF8591 的第二個(gè)字節(jié)將被存儲(chǔ)在控制寄存器，用于控制器件功能。 控制寄存器的高半字節(jié)用于允許模擬輸出，和將模擬輸入編程為單端或差分輸入。低半字

7、節(jié)選擇一個(gè)由高半字節(jié)定義的模擬輸入通道。如果自動(dòng)增量（auto-increment）標(biāo)志置1，每次A/D 轉(zhuǎn)換后通道號(hào)將自動(dòng)增加。如果自動(dòng)增量（auto-increment）模式是使用內(nèi)部振蕩器的應(yīng)用中所需要的，那么控制字中模擬輸出允許標(biāo)志應(yīng)置1。 這要求內(nèi)部振蕩器持續(xù)運(yùn)行， 因此要防止振蕩器啟動(dòng)延時(shí)的轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤結(jié)果。 模擬輸出允許標(biāo)志可以在其他時(shí)候復(fù)位以減少靜態(tài)功耗。選擇一個(gè)不存在的輸入通道將導(dǎo)致分配最高可用的通道號(hào)。所以，如果自動(dòng)增量（auto-increment）被置1，下一個(gè)被選擇的通道將總是通道0。兩個(gè)半字節(jié)的最高有效位（即bit 7和bit 3）是留給未來(lái)的功能，必須設(shè)置為邏輯0?？?/p>

8、制寄存器的所有位在上電復(fù)位后被復(fù)位為邏輯0。D/A轉(zhuǎn)換器和振蕩器在節(jié)能時(shí)被禁止。模擬輸出被切換到高阻態(tài)。6、原理圖 PCF8591在51開發(fā)板上的原理圖如下 圖6、硬件連接原理圖AIN0連接由放大電路傳來(lái)的電壓，SCL和SDA分別接52單片機(jī)的P3.4和P3.5，通過(guò)I2c來(lái)傳送數(shù)據(jù)。4、 數(shù)碼管顯示1、數(shù)碼管簡(jiǎn)介 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的一種顯示輸出，主要用于單片機(jī)控制中的數(shù)據(jù)輸出和狀態(tài)信息顯示。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位

9、等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。2、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是

10、將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非

11、同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3、 原理圖 單片機(jī)板上的原理圖如下： 圖7、數(shù)碼管連接原理圖5、 測(cè)量結(jié)果 用蘋果作為砝碼。 表一、測(cè)量結(jié)果砝碼（個(gè)）0123讀數(shù)27389103113讀數(shù)37590103113 從表中可以看出，隨著砝碼的個(gè)數(shù)增加，示數(shù)的增加基本為線性的。不太準(zhǔn)確的結(jié)果可能是由于砝碼的質(zhì)量稍有偏差，測(cè)量時(shí)鋼尺沒(méi)按穩(wěn)，每次測(cè)量時(shí)手按的鋼尺位置不一樣。 六、心得體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺(jué)理論上已經(jīng)掌

12、握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過(guò)程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過(guò)一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。我覺(jué)得作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)是很有意義的。更重要的是如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然自己對(duì)于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒(méi)有很好的掌握，覺(jué)得很難，也沒(méi)有很有效的辦法通過(guò)自身去理解，但是靠著這一個(gè)多禮拜的“學(xué)習(xí)”，在小組同學(xué)的幫助和講解下，漸漸對(duì)這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始

13、主動(dòng)學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。我認(rèn)為這個(gè)收獲應(yīng)該說(shuō)是相當(dāng)大的。覺(jué)得課程設(shè)計(jì)反映的是一個(gè)從理論到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，但是更遠(yuǎn)一點(diǎn)可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學(xué)校轉(zhuǎn)到踏上社會(huì)的一個(gè)過(guò)程。小組人員的配合相處，以及自身的動(dòng)腦和努力，都是以后工作中需要的。附錄：程序1、Main.c#include <reg52.h> #include "i2c.h"#include "delay.h"#include "display.h"#define AddWr 0x90 /寫數(shù)據(jù)地址 #define AddRd 0x91 /讀數(shù)據(jù)地址exter

14、n bit ack;unsigned char ReadADC(unsigned char Chl);/*- 主程序-*/main() unsigned char num=0; Init_Timer0();while (1) /主循環(huán) num=ReadADC(0); TempData0=DuanManum/100; TempData1=DuanMa(num%100)/10; TempData2=DuanMa(num%100)%10; DelayMs(100);/*-讀AD轉(zhuǎn)值程序，輸入?yún)?shù) Chl 表示需要轉(zhuǎn)換的通道，范圍從0-3返回值范圍0-255-*/unsigned char ReadA

15、DC(unsigned char Chl) unsigned char Val; Start_I2c(); /啟動(dòng)總線 SendByte(AddWr); /發(fā)送器件地址 if(ack=0)return(0); SendByte(0x40|Chl); /發(fā)送器件子地址 if(ack=0)return(0); Start_I2c(); SendByte(AddWr+1); if(ack=0)return(0); Val=RcvByte(); NoAck_I2c(); /發(fā)送非應(yīng)位 Stop_I2c(); /結(jié)束總線 return(Val); 2、I2c.c#include "i2c.h&

16、quot;#include "delay.h"#define _Nop() _nop_() /定義空指令 bit ack; /應(yīng)答標(biāo)志位sbit SDA=P35;sbit SCL=P34;/*-啟動(dòng)總線-*/void Start_I2c() SDA=1; /發(fā)送起始條件的數(shù)據(jù)信號(hào) _Nop(); SCL=1; _Nop(); /起始條件建立時(shí)間大于4.7us,延時(shí) _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=0; /發(fā)送起始信號(hào) _Nop(); /起始條件鎖定時(shí)間大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0;

17、 /鉗住I2C總線，準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) _Nop(); _Nop();/*-結(jié)束總線-*/void Stop_I2c() SDA=0; /發(fā)送結(jié)束條件的數(shù)據(jù)信號(hào) _Nop(); /發(fā)送結(jié)束條件的時(shí)鐘信號(hào) SCL=1; /結(jié)束條件建立時(shí)間大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=1; /發(fā)送I2C總線結(jié)束信號(hào) _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();/*- 字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù) 函數(shù)原型: void SendByte(unsigned char c);功能: 將數(shù)據(jù)c發(fā)送出去,可以是地址,也可以是數(shù)據(jù),發(fā)完后等待應(yīng)答,并對(duì)

18、此狀態(tài)位進(jìn)行操作.(不應(yīng)答或非應(yīng)答都使ack=0 假) 發(fā)送數(shù)據(jù)正常，ack=1; ack=0表示被控器無(wú)應(yīng)答或損壞。-*/void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt+) /要傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位 if(c<<BitCnt)&0x80)SDA=1; /判斷發(fā)送位 else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /置時(shí)鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位 _Nop(); _Nop(); /保證時(shí)鐘高電平周期大于4 _Nop(); _Nop(); _

19、Nop(); SCL=0; _Nop(); _Nop(); SDA=1; /8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備接收應(yīng)答位 _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); if(SDA=1)ack=0; else ack=1; /判斷是否接收到應(yīng)答信號(hào) SCL=0; _Nop(); _Nop();/*- 字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù) 函數(shù)原型: unsigned char RcvByte();功能: 用來(lái)接收從器件傳來(lái)的數(shù)據(jù),并判斷總線錯(cuò)誤(不發(fā)應(yīng)答信號(hào))， 發(fā)完后請(qǐng)用應(yīng)答函數(shù)。 -*/unsigned char RcvByte() unsigned char ret

20、c; unsigned char BitCnt; retc=0; SDA=1; /置數(shù)據(jù)線為輸入方式 for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt+) _Nop(); SCL=0; /置時(shí)鐘線為低，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位 _Nop(); _Nop(); /時(shí)鐘低電平周期大于4.7us _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=1; /置時(shí)鐘線為高使數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效 _Nop(); _Nop(); retc=retc<<1; if(SDA=1)retc=retc+1; /讀數(shù)據(jù)位,接收的數(shù)據(jù)位放入retc中 _Nop(); _Nop(); SCL=0; _No

21、p(); _Nop(); return(retc);/*- 非應(yīng)答子函數(shù)原型: void NoAck_I2c(void); -*/void NoAck_I2c(void) SDA=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); /時(shí)鐘低電平周期大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /清時(shí)鐘線，鉗住I2C總線以便繼續(xù)接收 _Nop(); _Nop(); 3、 Delay.c#include "delay.h"/*- uS延時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無(wú)返回值 unsi

22、gned char 是定義無(wú)符號(hào)字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時(shí)請(qǐng)使用匯編,大致延時(shí) 長(zhǎng)度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*- mS延時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無(wú)返回值 unsigned char 是定義無(wú)符號(hào)字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時(shí)請(qǐng)使用匯編-*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延時(shí)1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); 4、Display.c#include"display.h"#include"delay.h"#define DataPort P0 /定義數(shù)據(jù)端口 unsigned char code DuanMa10=0xc0,0xf9,0