鋁板厚度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第 1 頁(yè) 共 13 頁(yè)目錄前言2一設(shè)計(jì)要求2 二2.1 總體設(shè)計(jì)22.2 設(shè)計(jì)原理2三設(shè)計(jì)模塊33.1多諧振蕩器33.2 分頻器33.3 秒脈沖產(chǎn)生電路43.4 單片機(jī)53.5 LCD顯示器93.6 無(wú)線數(shù)傳模塊10四改進(jìn)意見(jiàn)104.1 分頻器的改進(jìn)104.2 秒脈沖的改進(jìn)11五心得體會(huì)12六.參考文獻(xiàn)13- 1 -第 2 頁(yè) 共 13 頁(yè)基于電容傳感器的鋁板厚度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 前言本設(shè)計(jì)采用的頻率變換型電容傳感器檢測(cè)金屬板帶厚度的原理和方法, 完全消除了被測(cè)金屬板帶在測(cè)量頭中上、下跳動(dòng)對(duì)厚度測(cè)量的影響。直接對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù), 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的輸出, 供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 不需要再進(jìn)行AD變換

2、,。本硬件設(shè)計(jì)涉及到電容傳感器及其信號(hào)處理電路，單片機(jī)，LCD顯示技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)相輔相成，構(gòu)成了完善的基于電容傳感器的鋁板厚度檢測(cè)系統(tǒng)。一設(shè)計(jì)要求1.測(cè)量范圍1到5毫米2.綜合測(cè)量誤差小于1%3.測(cè)量結(jié)果LCD實(shí)時(shí)顯示4.配備無(wú)線數(shù)傳功能二總體設(shè)計(jì)2.1 總體思想要測(cè)得鋁板厚度，根據(jù)Cx = *S / dx 可看出，厚度與電容有一定數(shù)學(xué)關(guān)系，又根據(jù)f=1/T=1/R*Cx（VDD-VT-）VT+/(VDD-VT+)VT- 可知道頻率與電容也有一定數(shù)學(xué)關(guān)系，所以根據(jù)兩個(gè)關(guān)系式，測(cè)得頻率即可知道鋁板的厚度。2.2 設(shè)計(jì)原理由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，令一方面設(shè)置- 2

3、 -第 3 頁(yè) 共 13 頁(yè)一個(gè)秒脈沖電路，考慮到計(jì)算方便，設(shè)計(jì)了一個(gè)秒脈沖電路，輸出端接到單片機(jī)的INTO.這樣，每秒便產(chǎn)生一個(gè)中斷。根據(jù)計(jì)算公式算出方波原始頻率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定是否需要分頻，然后再接到單片機(jī)上。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能計(jì)數(shù)65536個(gè)，所以輸入的頻率不能太高，而使得計(jì)數(shù)溢出。單片機(jī)將計(jì)算結(jié)果在LCD顯示器上顯示，并由無(wú)線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。三設(shè)計(jì)模塊 3.1 多諧振蕩器如上圖是由施密特觸發(fā)器為CMOS電路CC40106構(gòu)成的多諧振蕩器。f = 1/T=1/R*Cx（VDD-VT-）VT+/(VDD-VT+)VT-其中由CC40106的電壓傳輸特性上查到VT+=6.3V,VT-=2

4、.7V,給定VDD=10V,R=10K。3.2 分頻器- 3 -第 4 頁(yè) 共 13 頁(yè)74LS90 功能：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（÷2 和÷5）原理說(shuō)明：本電路是由4 個(gè)主從觸發(fā)器和用作除2 計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)周期長(zhǎng)度為除5 的3 位2 進(jìn)制計(jì)數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復(fù)位和置9 輸入。為了利用本計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)長(zhǎng)度（十進(jìn)制），可將B 輸入同QA 輸出連接，輸入計(jì)數(shù)脈沖可加到輸入A 上，此時(shí)輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。LS90 可以獲得對(duì)稱的十分頻計(jì)數(shù)，辦法是將QD 輸出接到A 輸入端，并把輸入計(jì)數(shù)脈沖加到B 輸入端，在QA 輸出端處產(chǎn)生對(duì)稱的十分頻方波。3.3 秒脈沖

5、產(chǎn)生電路- 4 -3.4 單片機(jī) 的Q2輸出端接單片機(jī)INTO。第 5 頁(yè) 共 13 頁(yè) 到0.5HZ的方波，即輸出秒脈沖信號(hào)使單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。CD4013級(jí)分頻得到2HZ的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)CD4013雙D觸發(fā)器經(jīng)過(guò)二分頻得選用AT89C51單片機(jī)，引腳圖如下圖所示： 本電路采用32768HZ晶體震蕩器，利用CD4060芯片經(jīng)過(guò)14- 5 -路。外部晶振電路如下所示： 第 6 頁(yè) 共 13 頁(yè) 個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口, 片上震蕩器和時(shí)鐘電89C51是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微的RAM,32條I/O線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 一個(gè)5中斷源兩控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)

6、特征：4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)- 6 -第 7 頁(yè) 共 13 頁(yè)復(fù)位電路如下圖所示：（其中 R7右端接RESET引腳。）引腳說(shuō)明：·VCC：電源電壓·GND:地·P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)對(duì)0端口寫(xiě)入1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)P0口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在- 7 -第 8 頁(yè) 共 13 頁(yè)程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。

7、83;P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)對(duì)P1口寫(xiě)1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，P1口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（IIL）。·P2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)向P2口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。P2口在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（

8、例如MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時(shí)。當(dāng)利用8位地址線訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例MOVX R1）,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)EPROM編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口同時(shí)接收高8位地址和一些控制信號(hào)。·P3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)向P3口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。·RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器

9、周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出- 8 -第 9 頁(yè) 共 13 頁(yè)脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在Flash編程時(shí)還可以作為編程脈沖輸出（PROG）。一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。 ·PSEN：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效，除了當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將跳過(guò)兩個(gè)信號(hào)。 ·EA/VPP:外部訪問(wèn)允許。為了使單片機(jī)能夠

10、有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000H到FFFH單元的指令，EA必須同GND相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時(shí)EA端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。 當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)，EA應(yīng)該接到VCC端。·XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。 ·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.5 LCD顯示器選用的LCD1602引腳圖如右圖所示：- 9 -第 10 頁(yè) 共 13 頁(yè)36 無(wú)線數(shù)傳模塊選用PTR2000實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，引腳圖如下：四改進(jìn)意見(jiàn)4.1 秒脈沖的改進(jìn)為了提高精度減小誤差，在用秒脈沖電路時(shí)，可以用四秒脈沖，這樣，單片機(jī)得出的計(jì)數(shù)值就要去除以四，相當(dāng)于一次求

11、平均數(shù)的過(guò)程，這樣便能減小誤差。具體做法如下所述：采用32768HZ晶體震蕩器，利用CD4060芯片經(jīng)過(guò)12級(jí)分頻得到8HZ的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)CD4013雙D觸發(fā)器經(jīng)過(guò)二分頻得到2HZ- 10 -第 11 頁(yè) 共 13 頁(yè)的方波，即輸出四秒脈沖信號(hào)使單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。CD4013的Q2輸出端接單片機(jī)INTO。4.2 分頻器的改進(jìn)設(shè)構(gòu)成電容傳感器的金屬板面積為10cm*5cm,間距dx=1mm. Cx = Cx = *S / dx=4.427*10-11Ff=1/T=1/R*Cx（VDD-VT-）VT+/(VDD-VT+)VT- =1.4802*106HZf1=f/128=11564.0625HZ單片

12、機(jī)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)n = 4f1 = 46256.25個(gè)（這里假定分頻器是128分頻，因?yàn)閚小于65536）當(dāng)間距改變1um,即dx=0.999mm,此時(shí)Cx=4.431*10-11Ff= 1.479*106HZf1=f/128=11554.6875HZn= 4f =46218.75個(gè)即可看出間距改變1um,則單片機(jī)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)改變n- n = 38個(gè)，可見(jiàn)精度要求滿足。所以分頻器應(yīng)該產(chǎn)用128分頻，這里用74LS393實(shí)現(xiàn)128分頻。電路圖如下：- 11 -第 12 頁(yè) 共 13 頁(yè)其中1QA接輸入，2QC接輸出五心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們對(duì)繪

13、制電路原理圖，以及芯片的選擇有了更深的了解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我認(rèn)真做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項(xiàng)目。在此，感謝于