基于單片機C8051F350的彈簧片測試與分選系統(tǒng)

　　要正確使用C8051F350單片機的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位的確切含義，然后根據(jù)系統(tǒng)時鐘頻率，確定調(diào)制器時鐘頻率，計算出分頻常數(shù)和抽取比常數(shù)，并對其進行正確設置。這些特殊功能寄存器共有11個，它們是：控制寄存器ADC0CN，配置寄存器ADC0CF，方式寄存器ADC0MD，時鐘寄存器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)制器的時鐘頻率MDCLK為2.4576MHz時，ADC的性能最佳，此時，調(diào)制器對輸入信號的采樣速率為：MDCLK/128=19.2kHz?？紤]到系統(tǒng)對快速性的要求，設系統(tǒng)的時鐘頻率SYSCLK為49MHz，調(diào)制器取最佳時鐘頻率時，可計算出濾波器的抽取比OWR為20。當參考電壓為內(nèi)部2.5V時，測量計算公式為：

　　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 彈簧片自動測試分選系統(tǒng)的硬件原理

　　圖2所示是彈簧片自動測試分選系統(tǒng)的控制原理框圖，單片機C8051F350是該系統(tǒng)的控制中心，由于其具有功能強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芯片，即可實現(xiàn)LCD液晶顯示接口，LED指示矩陣接口及鍵盤掃描接口等，大大簡化了系統(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24位ADC接口，單片機求得加力值，再根據(jù)步進電機的位移量，按照系統(tǒng)數(shù)學模型，計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)配對庫中，以備將來進行配對操作。為了方便對一組彈簧片進行連續(xù)測試和裝入系統(tǒng)配對庫，系統(tǒng)的分選板上有一個10×20掛釘矩陣，每個掛釘位置旁邊，都有一個LED指示器，掛釘矩陣的X坐標值代表支撐力F，Y坐標值代表彈性系數(shù)K，單片機以串行方式和矩陣邏輯電路連接。

　　4 測試系統(tǒng)的軟件設計

　　本系統(tǒng)軟件的設計采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設計方法，由主程序、中斷服務程序和功能子程序組成。主程序結(jié)構(gòu)簡明，主要完成對單片機系統(tǒng)及分選機構(gòu)的初始化，對鍵盤的掃描，并跳轉(zhuǎn)到相應的功能模塊中去。中斷服務程序主要包括ADC中斷程序，步進電機變頻驅(qū)動程序，鍵盤中斷程序，分選機構(gòu)程序等。子程序主要包括設置模塊、測試模塊、分選板驅(qū)動模塊和校準模塊，以及LCD和LED驅(qū)動子程序、復位和數(shù)學運算子程序等。

　　其中，校準模塊是保證精確測量的關(guān)鍵，主要有砝碼校準和零位校準。砝碼校準用一個標準砝碼對荷重傳感器進行校準，零位校準通過對測試頭機械部分的調(diào)試，得到彈簧片的壓平位置并記憶。

　　設置模塊用于設置分選板X方向的支撐力的原點和步距，以及Y方向的彈性系數(shù)的原點和步距，設置模塊更重要的作用是通過對標準彈簧片的測量，得到一個支撐力和彈性系數(shù)的修正值并記憶，從而保證多臺測試設備的測試數(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單片機的關(guān)鍵。設系統(tǒng)內(nèi)部時鐘頻率為49MHz，調(diào)制器的最佳時鐘頻率為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;設置調(diào)制器時鐘分頻

　　MOV ADC0DECH，#03H;設置抽取比寄存器

　　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ADC0為內(nèi)部校準方式

　　JNB AD0CALC，$;等待校準完成

　　ORL EIE1，#08H;允許 ADC0 中斷

　　MOV ADC0MD，#80H;激活ADC0為空閑方式

　　CLR AD0INT;清中斷標志位

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

　　5 結(jié)語

　　基于混合信號單片機C8051F350的彈簧片自動測試與分選系統(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)過兩年多的使用，該系統(tǒng)測控方案正確，精度達到了設計要求，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，大大簡化了系統(tǒng)，提高了穩(wěn)定性和可靠性，對提高產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了積極的作用。