基于單片機和TDC的磁尺數(shù)字化技術研究

在這種模式下，可以處理超過100ms的時間間隔。start信號和stop信號之間，兩個不同通道的stop信號之間至少要大于2個時鐘周期，所有的stop信號之間不應超過216倍的時鐘周期。所以，最大的測量范圍不超過200ms。工作模式如圖4所示。

TDCGP1的另一個工作模式為分辨率調(diào)節(jié)模式。這個模式能夠使裝置精確調(diào)整它本身的晶振使兩個通道同步。裝置分辨率由軟件按比例調(diào)整。在這個模式中，分辨率不依賴裝置，不受溫度影響而能保持長期的穩(wěn)定。分辨率的調(diào)整范圍能達到-50％～+10％。通常該模式工作在一高分辨率模式下，這樣可使芯片的測量范圍得到擴展。

在數(shù)字化磁尺的開發(fā)過程中，使用TDCGP1作為脈沖時間測量電路的核心芯片，設定該芯片工作在擴展模式下，與AT89C51共用一個 11.0592MHz的晶振。在一個通道中分別測量出三組stop信號與start信號的時間間隔，然后存儲到該通道的采樣寄存器中，由AT89C51讀取。

3數(shù)字化改造的軟件設計

AT89C51單片機軟件采用模塊化設計，便于移植和調(diào)試。主要有主程序，測時子程序，測溫子程序，濾波子程序，發(fā)送子程序等功能模塊。主程序流程如圖5所示。

單片機主程序首先進行初始化，進入運行狀態(tài)，從AT2401中讀出各參數(shù)值，等待用戶輸入的命令，用戶通過上位機向單片機發(fā)出讀液面值(位移值)或溫度值命令，單片機將TDC送來的時間數(shù)據(jù)進行計算，然后經(jīng)過濾波處理得出用戶要求的測量值，以16進制數(shù)的形式送回上位機顯示。

單片機與上位機的通信采用中斷方式，單片機的通訊模塊包括主程序和中斷服務子程序。通訊協(xié)議約定為：通信波特率為9600，1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位奇偶校驗位。在主程序中對定時計數(shù)器T0、T1做設定(設定串行接口)；打開所有中斷進行空循環(huán)。一旦發(fā)生中斷請求，單片機立即響應，轉(zhuǎn)向相應的中斷服務子程序，作相應的處理。

4結(jié)束語

數(shù)字測量系統(tǒng)與模擬測量系統(tǒng)比，主要優(yōu)點有：(1)參數(shù)穩(wěn)定性好。數(shù)字系統(tǒng)的工作以數(shù)字量運算方式完成，克服了模擬系統(tǒng)的溫漂問題；(2)硬件統(tǒng)一性好。數(shù)字系統(tǒng)硬件模塊化，在硬件不變的情況下，只須更改軟件就能實現(xiàn)不同測量目的和要求，而模塊化軟件又為其提供了良好手段；(3)可靠性高。數(shù)字系統(tǒng)采用高性能的專用芯片，其可靠性指標比分立元件的模擬系統(tǒng)高許多；(5)參數(shù)直觀準確。量化后的參數(shù)可通過上位機直接輸入，具有直觀準確的特點，特別是對一些極限參數(shù)的調(diào)整。

經(jīng)過數(shù)字化改造后的磁尺可實現(xiàn)多磁環(huán)測量，在一根測桿上可套三個磁環(huán)，同時測量不同的位移，用途更加廣泛；由于采用了高性能的TDCGP1芯片作為脈沖時間測量電路的核心芯片，測量精度大大提高。TDCGP1測量的最大時間間隔200ms，典型分辨率125ps，磁尺的最大量程可達5米，測量精度可以達到微米級。這種新型的數(shù)字化磁尺原理新穎、精度高、結(jié)構(gòu)精巧、環(huán)境適應性強，因而，可以用于高精度機械位移測量、控制以及液罐的液位測量中。

參考文獻
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