CN105487437A - 一种微位移测试数据采集系统的主控系统 - Google Patents

一种微位移测试数据采集系统的主控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微位移测试数据采集系统的主控系统，包括主单片机、基准源集成电路、模数转换集成电路、集成运算放大器；主单片机的XTAL1接口和XTAL2接口连接无源晶振M1，基准源集成电路的VIN2引脚和GND2引脚之间设有电容C32，基准源集成电路的VOUT2引脚与模数转换集成电路的REF3引脚连接；模数转换集成电路的VDD3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C13；模数转换集成电路的VIO3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C14，模数转换集成电路的VIO3引脚和SDI3引脚短接；模数转换集成电路的SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚对应连接主单片机的CLK引脚、MOS引脚和SS引脚；集成运算放大器的同相输入端通过电阻R40连接基准源集成电路的VOUT2引脚，反相输入端与输出端短接。

Description

一种微位移测试数据采集系统的主控系统
技术领域
本发明涉及一种微位移测试数据采集系统的主控系统。
背景技术
位移用于描述物体在空间中位置，是日常生活，自动化工业生产和科学研究中最基本的物理量，重要性不言而喻。微位移测试系统测量物体位置的相对变化，是机械加工，机械测量，自动化生产等的重要保障。目前微位移测试数据采集系统面临的主要难点是：一是产生频率稳定、幅度稳定的方波信号，二是高精度模数采样，三是微位移测试数据采集系统的组网。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其能产生频率稳定、幅度稳定的方波信号，二是能实现高精度模数采样，三是为微位移测试数据采集系统的组网提供了丰富的接口。
实现上述目的的一种技术方案是：一种微位移测试数据采集系统的主控系统，包括主单片机、基准源集成电路、模数转换集成电路、集成运算放大器：
述主单片机的XTAL1接口和XTAL2接口连接无源晶振M1，所述主单片机的XTAL1接口通过电容C19接地，所述主单片机的XTAL2接口通过电容C20接地；所述无源晶振M1，所述电容C19和所述电容C20构成了时钟电路；
所述主单片机的P3.4接口作为方波输出端和基波抽取电路的输入相连；
所述基准源集成电路上设有VIN2引脚、GND2引脚、VOUT2引脚和TP2引脚；
所述模数转换集成电路设有REF3引脚、VDD3引脚、VIO3引脚、SDI3引脚、IN3+引脚、IN3-引脚、GND3引脚、SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚；
其中，所述基准源集成电路的VIN2引脚和GND2引脚之间设有电容C32，所述基准源集成电路的VOUT2引脚与所述模数转换集成电路的REF3引脚连接；
所述模数转换集成电路的REF3引脚与接地端之间设有极性电容E16；
所述模数转换集成电路的IN3+引脚接地；
所述模数转换集成电路的VDD3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C13；
所述模数转换集成电路的VIO3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C14，所述模数转换集成电路的VIO3引脚和SDI3引脚短接；
所述模数转换集成电路的GND3引脚接地；
所述模数转换集成电路的SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚对应连接所述主单片机的CLK引脚、MOS引脚和SS引脚；
所述集成运算放大器的同相输入端通过电阻R40连接所述基准源集成电路的VOUT2引脚，并通过电阻R41、电容C20接地，所述集成运算放大器的反相输入端与输出端短接，所述集成运算放大器的输出端通过电容C21接地并连接无线信息交互单元。
进一步的，所述主单片机的RST接口与+5V电源之间设有极性电容E17,所述主单片机的RST接口和接地端之间设有电阻R9；所述极性电容E17和所述电阻R9构成了一个复位电路。
进一步的，所述主单片机的VCC接口和+5V电源之间设有并联设置的电解电容和陶瓷电容。
进一步的，所述主单片机的INO3.2接口、INI3.3接口和GND1接口之间设有开关K1，所述主单片机的INO3.2接口和+5V电源之间设有电阻R21，所述主单片机的GND1接口接地，所述开关K1和所述电阻R21组成按键中断电路。
进一步的，所述主单片1的P1.0接口、P1.1接口、P1.2接口、P2.0接口、P2.1接口、P2.2接口、P2.3接口、P2.4接口、P2.4接口、P2.6接口、P2.7接口和数据显示电路连接。
进一步的，所述主单片机为宏晶半导体的STC12C5630单片机、所述基准源集成电路为德州仪器的ADR4550基准源集成芯片、所述模数转换集成电路为德州仪器公司的AD7988模数转换集成芯片、所述集成运算放大器为德州仪器的LM7321集成运算放大器。
进一步的，所述主单片机的MIS接口连接温度传感集成电路，所述温度传感集成电路为德州仪器的DS1820温度传感器芯片。
采用了本发明的一种微位移测试数据采集系统的主控系统的技术方案，包括主单片机、基准源集成电路、模数转换集成电路、集成运算放大器；所述主单片机的XTAL1接口和XTAL2接口连接无源晶振M1，所述主单片机的XTAL1接口通过电容C19接地，所述主单片机的XTAL2接口通过电容C20接地；所述无源晶振M1，所述电容C19和所述电容C20构成了时钟电路；所述主单片机的P3.4接口作为方波输出端和基波抽取电路的输入相连；所述基准源集成电路上设有VIN2引脚、GND2引脚、VOUT2引脚和TP2引脚；所述模数转换集成电路设有REF3引脚、VDD3引脚、VIO3引脚、SDI3引脚、IN3+引脚、IN3-引脚、GND3引脚、SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚；其中，所述基准源集成电路的VIN2引脚和GND2引脚之间设有电容C32，所述基准源集成电路的VOUT2引脚与所述模数转换集成电路的REF3引脚连接；所述模数转换集成电路的REF3引脚与接地端之间设有极性电容E16；所述模数转换集成电路的IN3+引脚接地；所述模数转换集成电路的VDD3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C13；所述模数转换集成电路的VIO3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C14，所述模数转换集成电路的VIO3引脚和SDI3引脚短接；所述模数转换集成电路的GND3引脚接地；所述模数转换集成电路的SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚对应连接所述主单片机的CLK引脚、MOS引脚和SS引脚；所述集成运算放大器的同相输入端通过电阻R40连接所述基准源集成电路的VOUT2引脚，并通过电阻R41、电容C20接地，所述集成运算放大器的反相输入端与输出端短接，所述集成运算放大器的输出端通过电容C21接地并连接无线信息交互单元。其技术效果是：其能产生频率稳定、幅度稳定的方波信号，二是能实现高精度模数采样，三是为微位移测试数据采集系统的组网提供了丰富的接口。
附图说明
图1为本发明的一种微位移测试数据采集系统用主控系统的主单片机的示意图。
图2为本发明的一种微位移测试数据采集系统用主控系统的准源集成电路、模数转换集成电路和集成运算放大器的连接示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的一种微位移测试数据采集系统用主控系统，由主单片机1、基准源集成电路2、模数转换集成电路3、集成运算放大器4和温度传感集成电路(图中未显示)组成。
其中，主单片机1为宏晶半导体的STC12C5630单片机。主单片机1的XTAL1接口和XTAL2接口连接无源晶振M1，主单片机1的XTAL1接口通过电容C19接地，主单片机1的XTAL2接口通过电容C20接地。无源晶振M1为主单片机1正常工作提供精准的外部基准时钟，无源晶振M1的振荡周期也决定了主单片机1的工作速度。无源晶振M1的振荡频率20MHz。无源晶振M1、电容C19和电容C20构成了时钟电路。
复位电路是为了在上电或复位过程中让主单片机1保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止主单片机1发出错误的指令或执行错误操作，并提高主单片机1的电磁兼容性能。
复位电路包括连接在主单片机1的RST接口与+5V电源之间的极性电容E17,以及连接在主单片机1的RST接口和接地端之间的电阻R9。其中极性电容E17的正极连接+5V电源，负极连接接地端。
为了降低电源噪声，提高系统可靠性，在主单片机1的VCC接口和+5V电源之间还增加了并联设置的电解电容和陶瓷电容(图中未显示)。
按键中断电路，包括用于连接主单片机1的INO3.2接口、INI3.3接口和GND1接口的开关K1。主单片机1的INO3.2接口通过电阻R21连接+5V电源，主单片机1的GND1接口接地。按键中断电路主要是为了数据显示模式的切换。当开关K1使主单片机1的INI3.3接口和GND1接口断开时，中断脚，即INO3.2接口为高电平，开关K1使INO3.2接口和GND接口1连通，在INO3.2接口产生一个下降沿，触发中断。开关K1松下，使主单片机1的INI3.3接口和GN,、1接口连通，恢复高电平。
主单片机1的P3.4接口作为方波输出端和基波抽取电路的输入相连，为基波抽取电路提供2.5KHz的方波信号，该方波信号由无源晶振M1的信号分频而来。
主单片机1的MIS接口、CLK接口、MOS接口和SS接口用于和模数转换集成电路3连接，通过SPI数字通信，读取模数转换集成电路3的电压转换结果值。
主单片机1的P1.0接口、P1.1接口、P1.2接口、P2.0接口、P2.1接口、P2.2接口、P2.3接口、P2.4接口、P2.4接口、P2.6接口、P2.7接口用于和数据显示电路连接。
基准源集成电路2上设有VIN2引脚、GND2引脚、VOUT2引脚和TP2引脚。
模数转换集成电路3设有REF3引脚、VDD3引脚、VIO3引脚、SDI3引脚、IN3+引脚、IN3-引脚、GND3引脚、SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚。
其中，基准源集成电路2上的VIN2引脚和GND2引脚之间设有电容C32，VOUT2引脚与模数转换集成电路3的REF3引脚连接。
模数转换集成电路3的REF3引脚与接地端之间设有极性电容E16，极性电容E16的正极连接模数转换集成电路3的REF3引脚，，负极与接地端连接。模数转换集成电路3的REF3引脚用于获取基准电压。
模数转换集成电路3的IN3+引脚接地。
模数转换集成电路3的VDD3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C13，VDD3引脚作为模数转换集成电路3的输入电源。
模数转换集成电路3的VIO3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C14，同时模数转换集成电路3的VIO3引脚和SDI3引脚短接，电容C14作为模数转换集成电路3的输入/输出接口的输入电源。
模数转换集成电路3的GND3引脚连接接地端。
模数转换集成电路3的SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚对应连接主单片机1的CLK引脚、MOS引脚和SS引脚。
基准源集成电路2为德州仪器的ADR4550基准源集成芯片，ADR4550基准源集成芯片是高精度、低功耗、低噪声基准电压源，最大初始误差为±0.02％，具有出色的温度稳定性和低输出噪声。ADR4550基准源集成芯片，精度、温度稳定性好，抗噪声性能佳，输出电压迟滞低，长期输出电压漂移低，提高了本发明的一种微位移测试数据采集系统用主控系统的寿命和温度范围内的精度。
模数转换集成电路3采用德州仪器公司的AD7988模数转换集成芯片，其REF3引脚经极性电容E16去耦后接地。
其IN3+为引脚用于接收模拟输入信号。
通过依次串联的基准源集成电路2和模数转换集成电路3，能够提高微位移的测量精度，降低功耗、减小噪声，减少输出电压迟滞和长期输出电压漂移。
集成运算放大器4的同相输入端通过电阻R40连接基准源集成电路2的VOUT2引脚，集成运算放大器4的同相输入端通过电阻R41、电容C20接地，集成运算放大器4的反相输入端与输出端短接，集成运算放大器4的反相输入端与输出端通过电容C21接地。集成运算放大器4的同相输入端接地，集成运算放大器4为德州仪器的LM7321集成运算放大器。集成运算放大器4的输出端连接无线信息交互单元。
所述温度传感集成电路为德州仪器的DS1820温度传感器芯片，用于通过主单片机1的MIS引脚输入温度信息。
本发明的一种微位移测试数据采集系统用主控系统，采用晶振分频的方式为线性可变差动变压器式传感器提供频率极其精准的原始激励信号；采用了双基准源对其供电的方式为线性可变差动变压器式传感器提供精准的激励信号振幅。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种微位移测试数据采集系统的主控系统，包括主单片机、基准源集成电路、模数转换集成电路、集成运算放大器：其特征在于：
所述主单片机的XTAL1接口和XTAL2接口连接无源晶振M1，所述主单片机的XTAL1接口通过电容C19接地，所述主单片机的XTAL2接口通过电容C20接地；所述无源晶振M1，所述电容C19和所述电容C20构成了时钟电路；
所述主单片机的P3.4接口作为方波输出端和基波抽取电路的输入相连；
所述基准源集成电路上设有VIN2引脚、GND2引脚、VOUT2引脚和TP2引脚；
所述模数转换集成电路设有REF3引脚、VDD3引脚、VIO3引脚、SDI3引脚、IN3+引脚、IN3-引脚、GND3引脚、SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚；
其中，所述基准源集成电路的VIN2引脚和GND2引脚之间设有电容C32，所述基准源集成电路的VOUT2引脚与所述模数转换集成电路的REF3引脚连接；
所述模数转换集成电路的REF3引脚与接地端之间设有极性电容E16；
所述模数转换集成电路的IN3+引脚接地；
所述模数转换集成电路的VDD3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C13；
所述模数转换集成电路的VIO3引脚和IN3+引脚之间连接有电容C14，所述模数转换集成电路的VIO3引脚和SDI3引脚短接；
所述模数转换集成电路的GND3引脚接地；
所述模数转换集成电路的SCK3引脚、SDO3引脚和CNV3引脚对应连接所述主单片机的CLK引脚、MOS引脚和SS引脚；
所述集成运算放大器的同相输入端通过电阻R40连接所述基准源集成电路的VOUT2引脚，并通过电阻R41、电容C20接地，所述集成运算放大器的反相输入端与输出端短接，所述集成运算放大器的输出端通过电容C21接地并连接无线信息交互单元。
2.根据权利要求1所述的一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其特征在于：所述主单片机的RST接口与+5V电源之间设有极性电容E17,所述主单片机的RST接口和接地端之间设有电阻R9；所述极性电容E17和所述电阻R9构成了一个复位电路。
3.根据权利要求1所述的一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其特征在于：所述主单片机的VCC接口和+5V电源之间设有并联设置的电解电容和陶瓷电容。
4.根据权利要求1所述的一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其特征在于：所述主单片机的INO3.2接口、INI3.3接口和GND1接口之间设有开关K1，所述主单片机的INO3.2接口和+5V电源之间设有电阻R21，所述主单片机的GND1接口接地，所述开关K1和所述电阻R21组成按键中断电路。
5.根据权利要求1所述的一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其特征在于：所述主单片1的P1.0接口、P1.1接口、P1.2接口、P2.0接口、P2.1接口、P2.2接口、P2.3接口、P2.4接口、P2.4接口、P2.6接口、P2.7接口和数据显示电路连接。
6.根据权利要求1所述的一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其特征在于：所述主单片机为宏晶半导体的STC12C5630单片机、所述基准源集成电路为德州仪器的ADR4550基准源集成芯片、所述模数转换集成电路为德州仪器公司的AD7988模数转换集成芯片、所述集成运算放大器为德州仪器的LM7321集成运算放大器。
7.根据权利要求1所述的一种微位移测试数据采集系统的主控系统，其特征在于：所述主单片机的MIS接口连接温度传感集成电路，所述温度传感集成电路为德州仪器的DS1820温度传感器芯片。
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