基于單片機(jī)C8051F350的彈簧片測(cè)試與分選系統(tǒng)

　　要正確使用C8051F350單片機(jī)的Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，首先必須搞清楚特殊功能寄存器的各個(gè)位的確切含義，然后根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，確定調(diào)制器時(shí)鐘頻率，計(jì)算出分頻常數(shù)和抽取比常數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行正確設(shè)置。這些特殊功能寄存器共有11個(gè)，它們是：控制寄存器ADC0CN，配置寄存器ADC0CF，方式寄存器ADC0MD，時(shí)鐘寄存器ADC0CLK，抽取比寄存器ADC0DECH/L，偏置寄存器ADC0DAC，緩沖寄存器ADC0BUF，輸入選擇寄存器ADC0MUX，狀態(tài)寄存器ADC0STA，結(jié)果寄存器ADC0H/M/L，還有參考電壓控制寄存器REF0CN等。

　　調(diào)制器的時(shí)鐘頻率MDCLK為2.4576MHz時(shí)，ADC的性能最佳，此時(shí)，調(diào)制器對(duì)輸入信號(hào)的采樣速率為：MDCLK/128=19.2kHz?？紤]到系統(tǒng)對(duì)快速性的要求，設(shè)系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率SYSCLK為49MHz，調(diào)制器取最佳時(shí)鐘頻率時(shí)，可計(jì)算出濾波器的抽取比OWR為20。當(dāng)參考電壓為內(nèi)部2.5V時(shí)，測(cè)量計(jì)算公式為：

　　式中：F(mF)為壓力毫伏數(shù);ADC0為模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀數(shù);Vref為參考電壓毫伏數(shù)。

　　3 彈簧片自動(dòng)測(cè)試分選系統(tǒng)的硬件原理

　　圖2所示是彈簧片自動(dòng)測(cè)試分選系統(tǒng)的控制原理框圖，單片機(jī)C8051F350是該系統(tǒng)的控制中心，由于其具有功能強(qiáng)大且靈活多變的接口配置功能，特別是具有24位Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口，使得硬件電路不需要太多的外擴(kuò)芯片，即可實(shí)現(xiàn)LCD液晶顯示接口，LED指示矩陣接口及鍵盤(pán)掃描接口等，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　荷重傳感器的輸出毫伏電壓送到模擬輸入端，經(jīng)過(guò)24位ADC接口，單片機(jī)求得加力值，再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的位移量，按照系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出彈簧的彈性系數(shù)k和支撐力F。在完成一片彈簧片測(cè)試后，還需要將彈簧片按支撐力和彈性系數(shù)記入系統(tǒng)配對(duì)庫(kù)中，以備將來(lái)進(jìn)行配對(duì)操作。為了方便對(duì)一組彈簧片進(jìn)行連續(xù)測(cè)試和裝入系統(tǒng)配對(duì)庫(kù)，系統(tǒng)的分選板上有一個(gè)10×20掛釘矩陣，每個(gè)掛釘位置旁邊，都有一個(gè)LED指示器，掛釘矩陣的X坐標(biāo)值代表支撐力F，Y坐標(biāo)值代表彈性系數(shù)K，單片機(jī)以串行方式和矩陣邏輯電路連接。

　　4 測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，由主程序、中斷服務(wù)程序和功能子程序組成。主程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，主要完成對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)及分選機(jī)構(gòu)的初始化，對(duì)鍵盤(pán)的掃描，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能模塊中去。中斷服務(wù)程序主要包括ADC中斷程序，步進(jìn)電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)程序，鍵盤(pán)中斷程序，分選機(jī)構(gòu)程序等。子程序主要包括設(shè)置模塊、測(cè)試模塊、分選板驅(qū)動(dòng)模塊和校準(zhǔn)模塊，以及LCD和LED驅(qū)動(dòng)子程序、復(fù)位和數(shù)學(xué)運(yùn)算子程序等。

　　其中，校準(zhǔn)模塊是保證精確測(cè)量的關(guān)鍵，主要有砝碼校準(zhǔn)和零位校準(zhǔn)。砝碼校準(zhǔn)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)荷重傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，零位校準(zhǔn)通過(guò)對(duì)測(cè)試頭機(jī)械部分的調(diào)試，得到彈簧片的壓平位置并記憶。

　　設(shè)置模塊用于設(shè)置分選板X(qián)方向的支撐力的原點(diǎn)和步距，以及Y方向的彈性系數(shù)的原點(diǎn)和步距，設(shè)置模塊更重要的作用是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)彈簧片的測(cè)量，得到一個(gè)支撐力和彈性系數(shù)的修正值并記憶，從而保證多臺(tái)測(cè)試設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)，具有良好的一致性。

　　初始化Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器是正確使用C8051F350單片機(jī)的關(guān)鍵。設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘頻率為49MHz，調(diào)制器的最佳時(shí)鐘頻率為2.4576MHz，則濾波器的抽取比為20，初始化程序如下：

　　ORL REF0CN，#01H ;選擇內(nèi)部參考電壓

　　MOV ADC0CN，#10H;雙極性，BURNOUT電流源關(guān)，增益為1

　　MOV ADC0CF，#00H;SINC3濾波器，內(nèi)部參考電壓2.5V

　　MOV ADC0CLK，#13H;設(shè)置調(diào)制器時(shí)鐘分頻

　　MOV ADC0DECH，#03H;設(shè)置抽取比寄存器

　　MOV ADC0DECL，#0BEH

　　MOV ADC0BUF，#00H;將輸入緩沖器旁路

　　MOV ADC0MUX，#10H;選擇雙極性輸入端

　　MOV ADC0MD，#81H;啟動(dòng)ADC0為內(nèi)部校準(zhǔn)方式

　　JNB AD0CALC，$;等待校準(zhǔn)完成

　　ORL EIE1，#08H;允許 ADC0 中斷

　　MOV ADC0MD，#80H;激活A(yù)DC0為空閑方式

　　CLR AD0INT;清中斷標(biāo)志位

　　MOV ADC0MD，#83H;啟動(dòng)ADC0為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　基于混合信號(hào)單片機(jī)C8051F350的彈簧片自動(dòng)測(cè)試與分選系統(tǒng)的研制成功，解決了地震檢波器生產(chǎn)領(lǐng)域里的難題，經(jīng)過(guò)兩年多的使用，該系統(tǒng)測(cè)控方案正確，精度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，即：彈性系數(shù)小于7.8g/mm，支撐力小于10g，K值全程分度0.05。由于主芯片集成度高，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了積極的作用。