位移测量系统的设计.docx

1、摘 要在现代工业生产过程中，常常需要测量很多不同的位移量。与此同时对位移量进行较为精确地检测，是提高控制精度的基础。因此之前所普遍采用的传统位移测量装置已经不能适应时代发展的潮流。在此情况下通过科研人员的不断努力终于研制出了数字式光电编码器,它的输入量是角位移量其输出量是相应的电脉冲,并且它有体积小，精度高的优点。故而，这次毕业设计选用的是光电编码器 。 本次毕业设计是以 AT89C51 单片机为核心，用光电编码器来实现对位移量的精确测量，再将测量结果显示在 LCD 液晶显示器上。其中本次设计中所选用的是输出电压为 5V 的光电编码器。本文由浅入深先介绍了一些关于位移测量的基本原理，进而阐述了

2、各个模块的设计思路，工作过程以及显示效果。本文借鉴了一些当前较为流行的设计思想，例如硬件软件化，很好的满足了设计要求。 关键词：位移， 测量，光电编码器，单片机，LCD 显示器AbstractIn the control field, a variety of displacement measurements often need to be carried out. In actual industry position control domain, to increase the control precision, carries on the examination to the

3、controlled member is accurately very important.The traditional machinery survey displacement installs has not been able to satisfy the modern production by far the need, but the digital sensor electro-optic encoder, can transform the angular displacement into with it correspondence electricity pulse

4、 output, mainly uses in the mechanical position and the velocity of whirl examination, has the precision to be high, volume small and so on characteristics, therefore this design decided that uses the electro-optical encoder to carry on the displacement to examine.This design to use the electro-opti

5、cal encoder to realize the displacement survey and the simulation, realizes the survey from the exterior different displacement value and the demonstration. Makes concrete using at89C51 monolithic integrated circuit is the core, the electro-optical encoder carries on the displacement to survey, simu

6、ltaneously by LCD liquid crystal display module demonstration. This design uses the electro-optical encoder output voltage is 5V, the output signal after four doubling circuit processing sends in the monolithic integrated circuit to carry on counting processing, finally sends in the LCD module demon

7、stration. In this paper, detailed working process of displacement measurement system is started with principle of displacement measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality. Key words

8、: The displacement surveys, electro-optical encoder, microcontroller, LCD display module目 录第一章 绪论1.1 位移测量及其传感器简介1.2 光栅位移测量技术简介第二章 原理及方案说明2.1 方案选择及原理2.1.1 鉴相原理2.1.2 脉冲的鉴相和计数的软件实现方法2.1.3 脉冲的鉴相和计数的硬件实现方法2.1.4 用单片机内部计数器实现可逆计数2.2 位移测量参数及电路参数分析2.2.1MCS-51 的定时器/计数器简介2.2.2 定时器模式选择位第三章 系统电路的设计3.1 硬件电路的设计3.1.

9、1 单片机的选择3.1.2 AT89C51 的介绍3.1.3 1XP8001-1 简介3.2 软件的设计第四章 显示部分4.1 LCD 显示器4.2 LCD 分类及特点4.3 LCD1602 液晶显示器第五章 仿真实现5.1 PROTEUS 仿真软件简介5.2 KEIL 软件的简介结论致谢参考文献第一章 绪论1.1 位移测量及其传感器简介位移包括线位移和角位移。在工业生产过程中需要大量的位移检测，而且位移检测还是测量诸如力、扭矩、速度、加速度、流量等参数的基础。位移是矢量，其不仅具有大小，而且还具有方向。在实际测量中，应使二者方向重合，这样才可以得到比较满意的测量结果。若二者的方向不重合，则会

10、使测量结果产生较大的误差。 在具体测量时，要依据测量对象的不同，而灵活选择测量点、方向与系统。位移传感器，放大电路以及显示器组成了位移测量系统。其中选用合适的位移传感器是本次设计的关键。应用场合不同，所选用的传感器也不同。表 1.1-1 中是一些主要位移传感器的性能与特点的介绍。表 1.1-1 常用位移传感器一览表 型式 测量范围 精确度 直线性 特点线位移 1300mm 0.1% 0.1%滑线式角位移 0360 0.1% 0.1%分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固线位移 11000mm 0.5% 0.5%电阻式变阻器式角位移 060r 0.5% 0.5%结构牢固，寿命长，但分辨力差

11、，电噪声大非粘贴的 0.15%应变 0.1% 1% 不牢固粘贴的 0.3%应变 2%3% 使用方便，需温度补偿应变式半导体的 0.25%应变 2%3% 满刻度 20% 输出幅值大，温度灵敏性高变气隙型 0.2mm 1% 3% 只宜用于微小位移测量螺管型 1.52mm电感式自感式特大型 3002000mm 0.15% 测量范围较前者宽，使用方便可靠，动态性能较差1%差动变压器 0.0875mm 0.5 0.5% 分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽涡电流式 2.5250mm 1% 3%3%分辨力好，受被测物体材料、形状、加工质量影响同步机 360 0.17 0.5%可在 1200r/min 转速工作，

12、坚固，对温度和湿度不敏感微动同步器 10 1% 0.05%旋转变压器 60 0.1%非线性误差与变压比和测量范围有关变面积 10-3103mm 0.005% 1%受介电常数因环境温度、湿度而变化的影响电容式变间距 10-310mm 0.1%分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性霍尔元件 1.5mm 0.5% 结构简单，动态特性好直线式 10-3104mm2.5m 250mm感应同步器旋转式 0o360 0.5模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线式感应同步器的分辨力可达 1m)长光栅 10-3103mm3m 1m计量光栅圆光栅 0o360 0.5”同上(长光栅分辨力可达 1m

13、)长磁尺 10-3104mm5m 1m磁尺圆磁尺 0o360 1”测量时工作速度可达12m/min接触式 0o360 10-6rad角度编码器 光电式 0o360 10-6rad分辨力好，可靠性高本次毕业设计所采用的光电编码器具有许多优点，比如响应快、精度高、抗干扰能力强等。正是基于其诸多优点，使得其在很多领域都发挥着不可替代的作用。本设计位移的测量就是用单片机和光电编码器来实现的。1.2 光栅位移测量技术简介很早以前人类就发现了光栅，但由于当时人们认知水平的不足以及技术因素的局限，光栅并没有得到广泛的应用。第三次工业革命以后，不论是认知水平还是技术水平都已经达到了相当高的水准。在此情况下，光

14、栅的莫尔条纹现象引起了科学界的重视，并很快在位移测量等领域得到了广泛的应用。由此就产生了一种新型传感器即光栅式传感器。光栅式传感器不仅精度高而且可以进行动态测量，也便于控制的自动化。尤其它强大的抗干扰能力，进一步推动了其应用领域的不断扩大与深入。不可否认，在传感器与检测技术方面日本始终处于世界领先水平，就是美国也是望其项背。日本产的传感器不论是测量精度还是质量方面都是一流的，毫不夸张的说，日本代表了当今世界传感器技术的最高水平。当然在光栅式传感器方面也是如此。例如有日本尼康公司所生产的轴角编码器，每转可输出的脉冲高达 1296 万，可谓是当今世界的分辨率之最。改革开放以来，经过我国科学家的不断

15、努力，我国在光栅式位移传感器领域也取得了巨大进步。虽说如世界先进水平还有不小的差距，当相比之前也已经是相当了不起的进步了。第二章 原理及方案说明2.1 方案选择及原理光电编码器常常应用于高精度控制系统中。其位移测量原理：光电编码器会产生两路脉冲，以 A、B 脉冲命名，两路脉冲的相位差相差 90。为了确定电机的正反转，可以事先规定：若脉冲 A 超前脉冲 B 90则为正转；若脉冲 A滞后脉冲 B 90则为反转。显然位移量与脉冲数的关系是正比。因此只要确定了二者之间的比例关系就可以方便的得出位移量的大小。这种方法的优点是既方便又精确而且成本又很低。通过上述原理可知，计数的准确与否对于位移的测量是至关

16、重要的。在实际的位移测量系统中计数器必须可以加、减计数，这是因为电机可以正、反转，故而计数器应与之相适应。一般来说设计方法可以分为硬件设计方法和软件设计方法。硬件设计的优点是响应速度快，时效性好，可靠性高。其缺点是电路设计比较复杂，而软件设计却与之相反。总之二者各有优劣，应针对不同的情况灵活选择。本次设计中的计数方案是：先对编码器的脉冲输出进行鉴相以确定电机的正反转，其次根据鉴相的结果来进行与之相应的加或减计数。2.1.1 鉴相原理当今脉冲鉴相方法 主要有两种,一种是软件鉴相法，另一种是 D 触发器鉴相法。图 1 是编码器输出脉冲相位与其正反转之间的对应关系。图 2.1-1 编码器输出波形2.

17、1.2 脉冲鉴相与计数的软件实现方法由下图所示光电编码器所输出的 A 相脉冲接至单片机的 INT0 中断口，B 相脉冲接至单片机的 P1.0 口。具体的工作过程是：把 INT0 的触发方式设置成下降沿触发，且开启与之对应的中断。当中断被触发时，系统自动进入中断服务程序，与此同时开始判别 B 相脉冲电平的高低。若为高电平说明电机正转进行加 1 计数；若为低电平说明电机反转进行减 1 计数。图 2.2-2 计数与判向电路的软件实现2.1.3 脉冲鉴相和计数的硬件实现方法相较于软件计数硬件计数优势显著，那就是计数执行速度远远快于软件计数。但硬件计数缺点也很明显那就是外围电路复杂，不仅使设计成本大大增

18、加而且由于所使用的元件多不易调试且容易出错。下图就是实际使用时所用的硬件计数电路图图 2.2-3 加减计数芯片 74LS193图 2.2-4 光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数2.1.4 用单片机内部计数器实现可逆计数 通过对以上两种计数实现方法的分析可以得出这样的结论：针对这次毕业设计两种方法均不太合适。其实本次设计可以直接使用单片机内置的计数器就可以很好的实现加减计数。单片机 8051 片内有 2 个 16 位定时计数器(定时器 0 和定时器 1)，但问题是这两个定时计数器是加 1 计数器不能直接使用，所以需要通过合适的编程来实现“减”计数功能。硬件电路如图 5 所示。图 2.2-5 单片机

19、内部计数器加减计数的硬件结构把光电编码器输出的 A 接至 D 触发器的 D 端同时再接至 T0 端，B 相脉冲接至触发器的 CLK 端，同时触发器的输出信号 DIR 一路接至 INT0，另一路经反相器后接入 INT1 端。设计思想是：让 INT0、INT1 工作于下降沿触发方式，这样当 DIR 信号脉冲改变时会触发两个中断中的一个。当 INT1 中断时，进行加计数，反之，当 INT0 中断时，进行减计数。这种设计思想可以用 C 语言编程得到很好的实现。以下就是 C 语言程序：#includeint data k=1;void service_int0() interrupt 0 using 0

20、 k- ;/*标志位减 1*/TR0=0 ;/*停止计数*/TH0= -TH0 ;TL0= -TL0 ;/*把计数器重新复值，此时相当于减计数*/TR0=1 ;/*开始计数*/void service_int1() interrupt 2 using 1 k+ ;/*标志位加 1*/TR0=0 ;/*停止计数*/TH0= -TH0 ;TL0= -TL0 ;/*把计数器重新复值，此时相当于加计数*/TR0=1 ;/*开始计数*/void timer0(void) interrup 1 using2 if(k=0)/*反向计数满*/else if(k=1)/*计数为 0*/else/*正向计数满*

21、/void main(void)TCON=0X05 ;/*设置下降沿中断*/TMOD=0X05 ;/*T0 为 16 位计数方式*/IE=0X87 ;/*开中断*/TH0=0 ;TL0=0 ;/*预置初值*/这种计数方法很好的避开了软件计数法和硬件计数法的弊端，其硬件电路并不复杂且编程较为简单而且大大提高了执行速度。以上分别介绍了软件计数法、硬件计数法以及利用单片机内置计数器计数实现法。软件计数法电路简单但 CPU 资源被大量占用以致使执行速度慢难以满足计数的实效性。硬件计数法 CPU 资源占用少、执行速度快但外围电路复杂容易出错。而利用单片机内部计数器来实现技术可以很好的满足设计要求。因此选

22、用第三种计数方法，即利用单片机内部定时计数器实现可逆计数。2.2 位移测量参数及电路参数分析在本设计的仿真中，光电编码器产生的 A,B 相方波用 PROTUES 中的信号源加不同的起始时间来模拟。一个用原始的，还有一个用延时 1/4 周期。变换方向时将两个信号调换就行了。2.2.1 51 系列单片机的定时器/计数器简介51 系列单片机有两个内置的定时计数器，以 T0、T1 命名。两个定时计数器均可以通过编程来设置它们的工作方式、量程、以及启动方式。与 T0、T1 定时计数器的控制相关的寄存器有两个，它们分别是 TMOD 模式控制寄存器和 TCON 控制寄存器。其中有关 TMOD 模式控制寄存器

23、的各个位的定义如图 2.3-1 所示。及表 2.3-1图 2.3-1 TMOD 寄存器用于定时/计数的操作方式及工作模式指令格式2.2.2.定时器模式选择位C/T0，定时器模式，每一个机器周期计数器自动加 1。C/T1，计数器模式，在单片机 T0 引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。GATE0，定时/计数器工作不受外部控制。GATE1，定时/计数器 T0 的起停受 INT0 引脚的控制。1.计算计数初始值因为系统的晶振频率为 fosc=12MHz，则机器周期 Tm=12/fosc=1s。设计数初始值为 X：X=216-td/Tm=216-1105/1=15535则（TH0）=0011110

24、0B3CH，（TL0）=10101111B=AFH2.设置工作方式方式 0：M1M0=01； 定时器模式：C/T=1；定时/计数器启动不受外部控制： GATE=0；因此，（TMOD）=05H。第三章 系统电路的设计3.1 硬件电路的设计位移测量设计的整个系统框图如下：光电编码器四倍频电路CPUAT89C51数码显示A 相B 相图 3.1-1 系统硬件组成框图上图中所示的由光电编码器所输出的 A 相、B 相脉冲的前后沿均与光电码盘的四分之一节距信息相对应。如果直接将这两路脉冲信号送入单片机通常会产生较大的误差。因此，必须采取必要的设计来减少误差，可用四倍频方法来对脉冲信号进行处理，这样可以大大提

25、高测量精度。四倍频电路设计图如图 3.1-2 所示，与之对应的时序图如图 3.1-2 所示。由时序图 3.1-2 可以看出，经四倍频电路处理后，输出信号由 A、B 变为YA，YB 信号，在同一时刻，XA，XB 一个是脉冲信号，另一个是高电平。因此，将 XA，XB 两个信号送入单片机对应的端口上，则电机的转向和位移量只需通过对 XA、XB 信号判断、计数和计算就能得到。图 3.1-2 四倍频设计电路图 3.1-3 四倍频电路时序图3.1.1 单片机的选择在微型计算机问世后，大大带动了计算机硬件系统的发展，通用微处理器的发展更新速度达到了惊人的状态，由此大量的通用微型计算机不断面世且性能很好。随着

26、以上元器件技术的不断发展，单片机的发展速度越来越快，且应用面不断扩大，取得了令人欣喜的成果，其发展可以分为三个阶段：1974 年1978 年，为初级单片机阶段，Intel 公司于 1974 年首先研制成功了 MCS48 系列单片机，这种单片机使用了专门的结构设计。其内部包括 8位 CPU、并行 IO 端口、8 位定时计数器、RAM、 ROM 等等。1978 年1983 年，为高性能单片机阶段，由于在初级单片机阶段单片机市场去得了空前的成功，其发展前景十分乐观，致使许多公司都纷纷致力于单片机的研发，这有极大的促使了单片机技术的飞速发展。因为 Intel 公司早早确立了其在单片机开发领域的领先优势

27、，故而这一代的单片机中还是 Intel 公司的MCS51 系列一枝独秀。它具有完善的外部总线以及实现了单片机的控制功能，并由此形成了完整的并行三总线结构。1983 年至今，随着单片机技术的不断深入，单片机的发展已经进入了不断完善与深入的阶段，其发展朝着大容量、高速度方向不断推进着，形成了 8位单片机不断完善、巩固与提高，16 位、32 位、64 位单片机奋力研制的格局。由于近些年来各个半导体厂商的不断研发，单片机领域出现了百花齐放、百家争鸣的喜人局面，以致使单片机的家族越来越庞大，单片机的型号可谓是纷繁庞杂。当然对于本次毕业设计我们采用的还是 Atmel 公司的经典单片机产品 AT89C51。

28、特别值得一提的是，改革开放以来我国在单片机领域也已经取得了长足的进步。我国台湾华邦公司所生产的 W78E51 系列单片机，其技术已是相当成熟了，形成了一套完整的产品体系。具体来说，华邦公司所生产的单片机具有很多优点，比如，性价比高、功能强大、产片体系健全等等。其产品可分为四个档次：标准系列、宽工作电压系列、涡轮51 系列、工作级别系列。3.1.2 AT89C51 介绍在当今世界单片机领域众多的生产厂家中，美国的 Atmel 公司始终是其中一枝独秀的生产厂家。Atmel 公司的拳头产品：就是 AT89 系列。在当今众多的单片机产品中，被广泛应用的就是这个系列的单片机。AT89C51 微型控制器（

29、俗称：单片机）性能优越，可以在+5V 的低电压下工作，而且它将微处理器技术与闪存技术的融为一体，尤其是其内置有可以反复擦出的闪存。大大的减少了广大的使用者的开发费用。AT89C51 是一款由美国 Atmel 设备公司研制的高性能的互补金属氧化物半导体 8 位微处理器。在研发此款产品时采用了高密度非易失性存储器制造技术。它不但内置了通用的 8 位中央处理器与 Flash 存储单元，而且还与标准的MCS51 指令集相兼容。因此可以说，内置功能强大的 AT89C51 单片机可以为广大用户提供具有成本效益的解决方案。如下图所示 AT89C51 单片机具有 40 个针脚，它们功能各不相同。其中 I/O端

30、口有 32 个，均可以双向输入或输出，按编号分为 P1、P2 和 P3 口，各具 8 个。还具有 INT0、INT1 两个外部中断口，T0、T1 两个可编程的定时器/计数器以及两个全双工串行通信端口。89C51 的芯片引脚图如下所示：图 3.1-4 AT89C51 引脚图表 3.1-1 P1 口引脚功能表端口引脚 第二功能P1.5 MOSI（用于 ISP 编程）P1.6 MISO（用于 ISP 编程）P1.7 SCK（用于 ISP 编程）表 3.1-2 P3 口引脚功能表端口引脚 第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 （外中断 0）INTP3.3 （外中

31、断 1）P3.4 T0（定时计数器 0 外部输入）P3.5 T1（定时计数器 1 外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）WRP3.7 （外部数据存储器读选通）DAT89 系列主要性能指标片内 ROM 形式及容量IO 端口特性 定时器数中断源数加密位频率封装形式及引脚数系列型号EPROM Flash片内RAM容量片外ROM、RAM 寻址范围并行口串行口标准1AT89C51 4KB 128B 2*16KB 4*81 2 6 3 0-24DIP 40PLCC 44PQEP 443.1.3 1XP8001-1 简介增量式编码器的工作原理实质上就是上述的位移测量原理即：光电编码器会产生两路脉冲，以

32、 A、B 脉冲命名，两路脉冲的相位差相差 90。为了确定电机的正反转，可以事先规定：若脉冲 A 超前脉冲 B 90则为正转；若脉冲 A滞后脉冲 B 90则为反转。但是实际的增量式编码器比此略微复杂一些，他不仅仅输出 A、B 相脉冲而且还输出一路脉冲，以 Z 为其命名。利用 A、B 相脉冲的相位差可以很容易的确定电机的旋转方向。而 Z 相脉冲主要是用来定位基准点的。因此，本次设计决定采用增量式编码器。本次设计所选用编码器的是西门子公司生产的 1XP80011 型编码器。其主要的性能指标如下：电源： 长线差分驱动 +5-30V 无负载时输入： 200mA ；150mA最大负载电流： 100mA ；

33、 20mA分辨率： 1024 两相输出相位差：90 度输出振幅： U 高2.5V，U 低0.5V频率范围：0.8us/160KHz最高转速：9000/MIN最大径向受力：60N最大轴向受力：40系统输出：12-PIN图 3.1-9 1XP8001-1 光电编码器外观表 3.1-3 机械参数电源电压DC（V）输出形式 系统输出 放大整形 分辨率推拉式 12-PIN 有50.5推挽式 12-PIN 有1024表 3.1-4 机械参数允许轴负载允许最大机械转数 频率范围径向 轴向9000r/min 0.8uS / 160 KHz 60N 40N表3.1-5 环境参数工作环境 储存温度 耐振动 耐冲击

34、 构造 防护等级 重量-10+60 -20+80 30m/ S2（10200Hz）（X、Y、Z三个方向各2小时）30m/ S2（X、Y、Z三个方向各2次）防尘 IP66 0.3KG（电缆除外）3.2 软件的设计C 语言之所以被称为高级程序编程设计语言是因为它的设计语言接近自然语言便于掌握和理解。而且 C 语言摆脱了机械编程的面向机器的缺点，它是面向对象的一种程序设计语言。因此 C 语言的出现大大提高了编程的效率。正因如此，本次软件设计部分采用 C 语言来进行编程，并且采用了模块化的编程思想。其程序流程图如下：图 3.2-1 程序流程图主程序上电初始化系统初始化计数器、捕获模块初始化送 LCD

35、模块显示电机启动结束NY 中断计数、计算 判断电机方向第四章 显示部分在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称 LED；液晶显示器，简称 LCD；荧光管显示器。4.1 LCD 显示器LCD（Liquid Crystal Display） ，这一名词对大多数人而言并不陌生。但这种技术的存在远远超过了人们的想象。19 世纪末奥地利植物学家首先发现了液晶，即液态晶体。液晶体具有特殊的光学性质那就是它的电光效应。据此原理，在上个世纪首先由英国科研人员研制出了第一块液晶显示器。随着液晶显示器商业价值的发现与开发，液晶显示技术得到了迅速的发展，现如今液晶显示器已被广泛的应用于各种显示设备中。

36、由于 LCD 显示器具有诸多优点，例如体积小、重量轻、功耗低等。所以使其在微型控制领域也得到了广泛的应用。 。图 4.2-1 LCD 模块外观图 4.2-2 液晶显示器基本结构4.2 LCD 的分类及特点LCD 液晶显示器可分为两大类：一种是笔段式液晶显示器，另一种是点阵式液晶显示器（其又包含字符型与图象型两种类型） 。与 LED 显示器相比 LCD 显示器具有自身显著的特点。LCD 显示器比LED 显示器耗电量更低，因此其被大量的应用与微小型、低功耗的显示设备中。4.3 LCD1602 液晶显示器本次毕业设计所使用的液晶显示器是 1602，1602 是字符型液晶显示器，其用来显示字母和数字是

37、很方便的，而且控制简单、成本也很低。1602 液晶显示器可以用来显示字母、数字以及符号，其最多能显示 16*2 个字符，显示效果清晰、美观。现在市面上 1602 液晶显示器大约 6 元一个还是很便宜的。1602 可显示内部字符（包括 ASCII 字符，如数字、大小写字母、各种符号、日文假名等） ，也可以显示自定义字符（单或多个字符组成的简单字符，汉字，图案等，最多可定义 8 个字符） 。图 4.3-1 1602 液晶引脚图图 4.3-2 1602 液晶原理图第五章 仿真实现5.1 Proteus 仿真软件的简介Proteus 是一款非常好用的单片机模拟软件。虽然现在有很多与之类似的电子模拟软件

38、，但是 Proteus 绝对是其中模拟单片机最好的电子仿真软件，它不但可以模拟 51 系列单片机、AVR 单片机、PIC 单片机而且还可以模拟部分的ARM 芯片。Proteus 所支持的外围电子器件有许多，其中包括 A/D、LCD、LED 数码管以及温度、时钟等芯片。对初学者来说，Proteus 是一个非常好的入门工具。当然，实际的开发板在学习中是非常重要的，终归到底 Proteus 还只是个电子模拟软件。Proteus 软件自身就组成了一个完整的电子设计系统，包含了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真、PCB 设计以及自动布线。针对 Proteus 的持续开发15 年来一直都没停止，由此

39、研发出了 VSM 技术，这对整个电子模拟软件领域产生了革命性的影响。用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，甚至还可以采用诸如 LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。ISIS 是 Proteus 系统的中心，它远不仅是一个图表库，而是具有控制原理图画图的外观超强的设计环境。无论用户的要求是快速实现复杂的仿真以及PCB 设计，还是设计精美的原理图一共出版，ISIS 都是最佳的选择。ISIS 用户界面友好，比如，其布置、编辑、移动和删除操作都能够直接用鼠标来实现，无需费时费力的去查找菜单。尤其是对于初学者来说很容易掌握。ISIS 还可以实现自

40、动布线、必要时也可以手动布线。与支持通常的多图纸设计过程一样，ISIS 也支持层次设计。图 5.1-1 PROTEUS 功能分布图5.2 keil 软件的简介ASF高 级 图 形 分析 模 块 CPU仿真 模 型 VSM 高 级 布 线 /编 辑 AR动 态 器 件 库 混 合 模 型 仿真 器 原 理 图 输 入 系统 ISI Proteus 软 件 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、

41、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行 Keil 软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统。如果你使用 C 语言编程，那么 Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil 的操作步骤如下：1.先是建立 project 文件，输入文件名（但要符合文件名规则） ；2.然后选择所使用的器件（按照设计的要求自己选择） ；3.新建一个 txt 文本文档；4.保存文本文档，此处特别注意：如果编程所用的是 c 语

42、言，文件后缀名是.c而如果编程所用的是汇编语言，后缀名必须是.asm；5.在 project workspace（左侧状态栏）中选择，source group，然后单击右键，选择“add files to source group1”将 C 文件或者汇编文件添加进去；6.在步骤 5 后，你可以看见“translate current file”图标（快捷方式图标）亮；7.此时就可以进行 build 和 translate current file 操作了。 ，结 论 本次毕业设计的题目是光栅位移测量系统的设计，其涉及多个模块即硬件设计模块、软件设计模块、显示模块以及仿真实现模块。也涉及到许多元

43、器件，包括光栅式位移传感器即光电编码器，AT89C51 单片机，LCD 液晶显示器以及Proteus 电子模拟软件和 keil 编程软件。本论文就是从各个模块及元器件的选择依次展开论述的。第一是原理及方案说明部分。在拿到这次毕业论文题目及设计要求后 ，我就开始到图书馆开始查阅资料，了解与学习一些有关这方面的原理性内容，只有对基本的原理熟练掌握后，才能得心应手的开展设计工作。通过对鉴相原理的学习，意义对各种脉冲计数的实现方法的了解后，最终确定了用单片机内部计数器来实现可逆计数。用 Proteus 中的虚拟信号源输出脉冲以及对计数器各种参数进行了设定。 第二是软件硬件设计部分。硬件设计部分，单片机

44、的种类、型号繁复庞杂，它们即使是用途一样但性能也是千差万别，经过仔细的分析对比最终决定采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 型单片机。同样光电编码器也有很多种包括增量式光电编码器、绝对式光电编码器以及混合式光电编码器，从性能和成本因素考虑最终决定采用了西门子公司生产的 1XP8001-1 型光电编码器。而软件部分采用 C 语言结构化编程思想进行编程。第三是显示部分的设计。微型控制系统中的显示器有两大类即 LED 显示器和 LCD 液晶显示器。本次设计采用的是 LCD 液晶显示器，因为它不但功耗小、成本低而且显示字符既清晰又美观。最后是仿真调试部分。这次毕业设计所用的仿真软件是时下电

45、子设计和开发者最常用的功能强大的 Proteus 电子仿真软件。程序编译调试软件所用的是开发者不可或缺的工具 keil 编一条是软件。通过对二者的进行的结合仿真，令本次毕设得到了较为满意的结果。可以说是，很好了满足了毕设要求。虽然我对这次毕业设计付出了很大的努力，但可以肯定的是设计内容与方法上还有许多不足之处以及可以改进的地方，望老师批评指正。致 谢当我得知我的毕业设计题目是光栅位移测量系统时，我的心里是很没底的。因为我对传感器方面的知识学得不是很踏实，尤其是对光栅位移传感器方面更是知之甚少。于是我到图书馆查阅相关书籍，在网上搜集相关资料。但是纸上学来中觉浅，在这里我要感谢我的知道老师樊荣老师。樊老师对我们的毕业设计很是关心，经常给与我们针对性的指导，对我们提出的问题以及有什么困惑的地方总是耐心的解答与解释。我再次表示我诚挚的谢意。当然在大学里依然过的是团体的生活，同学的帮助是必不可少的。在这次毕业设计的准备过程当中，我那可爱的同学们也给与了我很多帮助。当我们遇到困难时总是在一起共同商讨与解决。当我在设计上遇到问题向同求助时，他们总是很乐意的帮忙总结，可以说此次设计的成功同学们的帮助是功不可没的。在此，衷心的感谢我的同学们毕业之后我们依然心连心。其次，我