毕业设计-硬度计信号处理及显示电路

毕业设计（论文）题目硬度计信号处理及显示电路系统软硬件设计专业测控技术与仪器硬度计信号处理及显示电路系统软硬件设计摘要硬度计是检测材料和零件硬度比较精密的工具，用来测量材料或者成品半成品的相对硬度，其性能指标主要体现在检测精度和可操控性两个方面。本文通过对现有的洛氏硬度计的工作原理的分析，结合当前的科技水平，论述了以ATMEL公司的AT89S51单片机为核心处理器【1】，通过光栅位移传感器对位移信号进行采集【2】，然后送到细分辨向电路进行20细分，再送入单片机的计数器，经处理后通过六位8段LED数码管显示出来。在单片机系统中，使用C语言实现计数和显示等部分的功能。关键词洛氏硬度计；光栅位移传感器，AT89S51单片机；LED数码管HARDNESSOFSIGNALPROCESSINGANDDISPLAYSYSTEMHARDWAREANDSOFTWARECIRCUITDESIGNABSTRACTTHEROCKWELLHARDNESSTESTERISAPRECISIONMEASUREMENTINSTRUMENTINMATERIALANDPARTHARDNESSTESTING，WHICHISOFTENUSEDINDETECTIONOFMATERIALS,PRODUCTANDHALFFINISHEDPRODUCTITSPERFORMANCEISDECIDEDBYMEASUREMENTPRECISIONANDMANIPULATIONCAPABILITYBASEDONTHEEXISTINGROCKWELLHARDNESSOFTHEPRINCIPLEOFCOMBININGTHECURRENTLEVELOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,DISCUSSEDTHECOMPANYTOATMELAT89S51MICROCONTROLLERASTHECOREPROCESSOR1,THROUGHTHEGRATINGDISPLACEMENTSENSORSIGNALSTOTHEDISPLACEMENTOFCOLLECTING2,ANDTHENSENTTOTHEFINERESOLUTIONTOTHE20SUBCIRCUITS,ANDTHENSENTTOTHECOUNTERSCM,TREATEDTHROUGHTHESIXPARAGRAPH8OFTHELEDDIGITALDISPLAYINTHESCMSYSTEM,THEUSEOFCLANGUAGE,SUCHASCOUNTINGANDDISPLAYSOMEOFTHEFUNCTIONSKEYWORDSROCKWELLHARDNESSGRATINGDISPLACEMENTSENSORSAT89S51SCMLEDDIGITALTUBE1绪论11洛氏硬度计的发展与现状洛氏硬度计的检测方法最初是由美国人洛克威尔（SPROCKWELL和HMROCKWELL）在1914年提出的。以后他们在1919年和1921年两次对硬度计的设计进行了改进，奠定了现代洛氏硬度计的雏形。1930年，威尔逊（CHWILSON）进行了更新设计，使洛氏硬度检测和设备更趋完善，一直沿用到现在【3】。硬度计是一种经典式的材料试验仪器，传统的结构大多数都是采用砝码和杠杆放大机构加荷，有的还用砝码油压，加荷等等，一直延续了一个世纪。本世纪60年代以来，蓬勃迅速发展的微电子技术，光栅技术，激光技术与自动调节技术等大大促进了硬度计在结构上的改革与更新，目前已经出现了伺服电机驱动的加，卸荷机构和光栅，磁栅测深显示机构以及差动调节系统，因而使得当代硬度计测量精度，测量速度和使用的简便性都有显著的提高。特别是微电脑系统也被应用之后，硬度计的自动化程度和连续检测的稳定性以及即时显示与提供检测结果等功能都达到了一个前所未有的水平。国外生产硬度计的厂家很多较为知名的有美国的威尔逊（WILSON）公司，意大利的加利略（OFFICINEGALILEO）公司,德国的莱比锡（LEIPZIG）公司与沃尔佩特（WORPERT）公司，英国的维克斯（VICKERS）公司，瑞士的葛耐姆（ALBERTGNEHM）公司以及日本的松泽公司和明石公司等，此外，捷克，匈牙利，独联体也有许多生产厂家。其中众多的产品都数字化和微电脑化了，除了试验检测外，更多的产品被用于零件生产和工艺处理后的质量监督与控制的生产线上。目前广泛使用的数显洛氏硬度计，如莱州华银试验仪器公司生产的HRS150型等等，已采用了高精度的光栅位移传感器测量压痕深度，以微电子技术进行程序控制，实现了检测力施加自动化，硬度指示数字化，检测过程自动化，具有数据采集，计算，显示，打印及各种硬度值间换算等功能【4】。另外，如HRD150型电动洛氏硬度计，这种机型采用了自动对零专用表测量压痕深度，仅以上升工作台操作即可完成施加预检测力和表针自动对零的过程，消除了人工对零的误差。该机主轴系统为无摩擦式结构，主检测力的施加，保持，卸除均电器控制达到自动完成一个检测过程。这些基本上是洛氏硬度计的发展现状，随着科学技术的发展，缺陷也在不断体现出来，所以还有相当大的改进空间。随着国民经济建设的迅速发展，工业产品的品质与品种及新材料，新工艺的采用，使得硬度计也必将有更大的进步。12课题提出的意义及研究内容从洛氏硬度计目前的发展状况来看，有很多企事业单位还在使用机械式测量，读数的的硬度计，不仅测量效率低，而且误差比较大，特别是人为因素造成的误差（因为在测量读数方面对操作人员的要求高）明显偏大。对这种类型的洛氏硬度计进行数字化改进是势在必行的。本文主要的研究内容有1总体方案的研究与设计2系统硬件电路的设计3系统软件方面的设计4整个软硬件系统的调试本文主要围绕以上所列内容进行研究，其间，还会对在整个设计中所必须要用到的仪器或软件进行必要的说明。2系统总体设计方案的研究与设计21洛氏硬度计的结构与检测方法洛氏硬度计是检测材料和零件硬度较精密的计量仪器，它的示值准确与否是非常重要的。对硬度计的管理，使用与维护，出使用部门和检测人员应认真对待外，还应定期委托国家计量部门检定，以保证示值准确和检测质量。211洛氏硬度计的结构洛氏硬度计属于压入法硬度计，即也是静力法硬度计。静力法硬度计一般是由机架，加荷机构，压头及测量装置及部分组成。A机架它是硬度计所有部件的支撑体，应具有很好的刚性和稳定性。按形状可分为门式和悬臂式两种。洛氏硬度计采用的是悬臂式，检测力一般都是通过杠杆放大之后加在主轴上的。B加荷机构加荷机构包括产生检测力的装置，加卸荷装置，控制施加检测力速度装置等。洛氏硬度计是利用杠杆机构产生检测力的。他的优点是砝码通过杠杆放大形成检测力，体积小，质量轻。一般洛氏硬度计因其检测力仅为1470N150KGF，多采用单杠杆的加荷方法（如常用的HR150A,HR150DT,）,如图21所示。C测量装置压痕的深度和平面几何尺寸的测量（后者指布氏，维氏及显微硬度压痕）装置，可分为机械式和光学式测量。洛氏硬度检测属于机械式，测量工具是专用百分表。D压头压头在硬度试验中是一个至关重要的部件，他的精度和品质是保证示值准确性的重要因素。由于实验方法的不同，压头有不同的材料，不同的几何形状和不同的精度要求。洛氏硬度实验法用的是1588和3175的淬火钢球和夹角为120的圆锥体金刚石图21单杠杆加荷示意图压头支点砝码加力点试件支点套型刀压头。212洛氏硬度检测方法A原理洛氏硬度是以顶角为120的金刚石圆锥体或规定直径的淬火钢球作压头，在初始检测力F0的作用下，再加上主检测力F1，在总检测力F作用下，将压头压入试样表面。之后卸除主检测力，在保留初始检测力F0，测量压痕深度残余增量E，100（或130）减去E所得到的值（E值以0002MM为单位）即为洛氏硬度值。B符号及计算公式洛氏硬度检测及计算公式所用符号及其含义见表21所示。表21洛氏硬度符号及其说明符号说明符号说明金刚石圆锥角（120）HARA标尺洛氏硬度100ER金刚石圆锥体顶部曲率半径/MMHRCC标尺洛氏硬度100ED钢球直径/MMHRDD标尺洛氏硬度100EF0初始试验力/NHRBB标尺洛氏硬度130EF1主试验力/NHREE标尺洛氏硬度130EF总试验力/NHRFF标尺洛氏硬度130EH0施加主试验力在初始试验力下的压痕深度/MMHRGG标尺洛氏硬度130EH1在主试验力下的压痕深度HRHH标尺洛氏硬度130E增量/MME增量，用0002MM为单位HRKK标尺洛氏硬度130E根据洛氏硬度（HR）定义，一个洛氏硬度单位在特定条件下定义为0002MM压痕深度的残余增量。规定洛氏硬度的读数如下当用金刚石圆锥压头（ACD）时为100E；当用钢球压头（BEFGHK标尺）时为130E，即HRKE（式中K为定义常数，用钢球压头为130，用圆锥压头为100）。由HRKE公式看出，压痕深度的残余增量越大，则洛氏硬度值越低；E越小，硬度值越高。所谓标尺，是用不同压头和总检测力的组合加以区分。例如用金刚石圆锥压头，总检测力为1471N（150KGF）时，是HRC如用1587MM钢球做压头，总检测力为9807N100KGF是，是B标尺HRB。E是去除主检测力后，在初始检测力F0的残余压痕深度增量。用金刚石压头，1470N总检测力的条件下，在卸除主检测力后，如E为008MM，因为每一洛氏硬度单位为0002MM，则HRC1004060由此可以看出此值无量纲为一有条件的无名数。K值为什么定义为100和130当压头为金刚石圆锥体时，因为HRC（A）规定用于测量较硬的材料，如淬火后的钢及硬质合金等，一般不会出现压入深度为02MM而使硬度值为零的情况。当压头为钢球时，多用于测量中等及较低硬度的材料，硬度值跨度较大，为了避免出现负值将用钢球的洛氏硬度标尺K值均定为130。C洛氏硬度标尺及技术参数已被替代的GB23083金属洛氏硬度实验法标准中只有HRA,HRB,HRC三个标尺。现行的GB/T23091金属洛氏硬度实验法标准将原来的三个洛氏硬度扩展为9个标尺。见表22。D标尺的应用规则HRA，适用于测定坚硬或薄硬质材料，如硬质合金，渗碳后淬硬钢，经硬化处理后的薄钢带，薄钢板。因为对于HRC67材料若仍用1471N检测力易于损坏金刚石压头。宜用检测力较小，压入深度浅的HRA标尺。表22洛氏硬度标尺及技术参数洛氏硬度标尺硬度符号压头类型初始检测力F0/N主检测力F1/N总检测力F/N洛氏硬度范围AHRA120金刚石圆锥9807490358843088HRABHRB15875MM钢球98078826980720100BRBCHRC120金刚石圆锥9807137314712070HRCDHRD120金刚石9807882698074077HRD圆锥EHRE3175MM钢球98078826980770100HREFHRF15875钢球98074903588460100HRFGHRG15875钢球9807137314713094HRGHHRH3175MM钢球98074903558480100HRHKHRK3175MM钢球98071373147140100HRKHRB，适宜用于测定中等硬度的材料，如退火后的中碳和低碳钢，可锻铸铁，各种黄铜和大多数的青铜以及经固溶处理时效后的各种硬铝合金等。适用范围是HRB20100，当试样硬度小于20HRB时，因为这些金属的蠕变行为，试样在检测力作用下变形将持续很长时间，表上的指针或光学投影刻度将长时间的缓慢移动，难以测量准确。而当HRB100时，因为钢球压入的深度过浅，灵敏度降低，影响测量精度。HRC，是用于测量经淬火及低温回火后的碳素钢、合金钢、模具钢，也是用于测量冷硬铸铁，珠光体可锻铸铁，钛合金等。一般HRB100的材料可用C标尺测定，当HRC25MA表31SM12技术特性线性差动输出TTL输出信号8芯电缆9针CAN信号9针CAN电源5V红色1电源5V1电源0V蓝色2电源0V2输出1白色3输出13输出2黄色4输出24输出3灰色5输出35输出3反相粉色6丝网（屏蔽）9输出1反相棕色7输出2反相绿色8表32连接线缆和接头定义SM12的输出信号为矩形方波，A，B两路相差90的两路方波，能够指示出移动距离和方向。Z相波形为零位脉冲信号，一般用于测量长度的中间位置。输出信号可根据需要是线性差动或者TTL方波（如图34）。33信号的细分和辨向处理由于光栅本身的固有分辨频率是有限的，在实际测量中远不能满足要求，因此我们采用电子细分的方法使其用同样栅距的光栅元件达到较高的分辨率。传感器输出的信号为两路相位相差90的方波信号，其脉冲宽度还需要进行进一步的细分，首先送入五细分辨向电路进行第一步细分，细分后的信号再送入QA740210四倍频专用集成电路中进行再次细分，这样经过20细分的脉冲信号再送入单片机计数器中。图34SM12输出信号图33光栅位移传感器331有关信号细分和辨向的概念细分的基本原理是根据周期性测量信号的波形，振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个周期的更高的分辨力。由于位移除了有大小的属性外，还有方向的属性，为了辨别测量位移的方向，其原理如图35所示，在图所示的光栅辨向原理中，两个相隔14莫尔条纹间距的光电元件【7】，将各自得到相差2的电信号U1和U2。它们经整形转换成两个方波信号U1和U2。从图中波形的对应关系可看出，当光栅沿A方向移动时，U1经微分电路后产生的脉冲图中充填的脉冲正好发生在U2处于“L”电平时，从而经YL输出一个计数脉冲；而U1经反相并微分后产生的脉冲图中未充填的脉冲则与U2的“0”电平相遇，与门Y2被阻塞，没有脉冲输出。当光栅沿C方向移动时，U1的微分脉冲发生在U2为“0”电平时，与门Y1无脉冲输出；而U1的反相微分脉冲则发生在U2的“1”电平时，与门Y2输出一个计数脉冲。U2的电平状态实际上是与门的控制信号，移动方向不同，U1所产生的计数脉冲的输出路线也不同。于是可以根据运动方向正确地给出加计数脉冲或减计数脉冲，再将其输入可逆计数器，即可实时显示出相对于某个参考点的位移量。332集成电路QA740210的概述图35光栅辨向原理在本课题中，对于四细分集成电路我们使用QA740210，这是一款四倍频专用集成电路，可将两路正交的方波信号进行四倍频后产生两路加、减计数信号，可送双时钟可逆计数器进行加、减计数，也可直接送单片机（TA89S51）进行数据处理。其主要特点如下1，数字化微分电路四路微分信号脉宽由主频周期决定，因此，是一致的，而且可在很大范围里方便地选择。2，临界报警与过速报警两档速度提示可在光栅运动速度近极限值时给出临界报警信息，以便操作者及时控制光栅运动快慢。在速度超过极限值时本电路将给出出错信息。3，绝对零位控制绝对零位的设置将给操作者带来许多方便，如故障断电后的重新定位等。本电路有“到绝对零位开始计数”和“到绝对零位停止计数”，以及“与绝对零位无关”三种工作模式。4，片选本电路设有片选端，可以构成多标数显系统。5，CMOS工艺输入输出的电压电流与4000系列CMOS及LSTTL电路兼容。A,其管脚排列如图36所示，逻辑图如图37具体功能如下图36管脚排列图37逻辑图管脚1振荡器0。（X0）它既可以与X1、X2构成振荡器，也可以作为外部时钟的输入端。管脚2正交信号1。（0O）接收光栅尺传送过来的信号，也可以接收QA740210（5细分电路）产生的信号。这个信号应为方波。本电路将对0O与管脚3接收的90O正交方波进行四倍频，并根据0O与90O之间的相位关系进行相位判别。管脚3正交信号2。（90O）本管脚接收一个与管脚2在相位上相差90O的方波信号（参见管脚2的说明）。管脚4减计数脉冲输出。（CPO）此管脚常态为高电平，当有输出时，为一个与振荡器中X高电平等宽的负脉冲，此管脚应接双时钟可逆计数器的减计数时钟端。管脚5加计数脉冲输出。（CPO）（参见脚4说明）此管脚应接双时钟可逆计数器的加计数时钟端。图37逻辑图管脚6负号输出端（MSO）可指示光栅尺与设定零位的相对位置，在片选时可由MSI予置，此时MSO与MSI同电平。0O如超前90O则当全“0”信号输入后，此端为低，90O如超前0O则当全“0”信号输入后，此端为高，此端可直接驱动LED。管脚7全“0”信号输入端。（AZI）此管脚接收可逆计数器传送过来的一个正脉冲信号，（宽度1个主频周期），它的输入使本来CPO有输出，变成CPO有输出。管脚8负号输入端。（MSI）可逆计数器所显示数不为“0”的情况下，表33所示。此端在片选选中时起作用。表33MSI010O超前90OCPO出CPO出90O超前0OCPO出CPO出管脚10清零输入。（/CE）清除报错信号，并使ABS功能处于A模式，此端在片选时起作用，低电平有效。管脚11片选输入（/CS）使电路可以用于多坐标数显表，低电平选中，/CE、/ABSC及MSI才起作用。管脚12绝对零位模式选择。（/ABSC）本脚需要输入一个负脉冲。片选并清零后本脚输入负脉冲的个数决定ABS的三个模式输入0个脉冲，A模式，绝对零（ABSZ）输入不起作用；输入奇数个脉冲，B模式，绝对零（ABSZ）输入后CPO才有输出；输入偶数个脉冲，C模式，绝对零（ABSZ）输入后CPO停止输出。管脚13绝对零输入。（ABSZ）本脚需要输入一个正脉冲。由光栅尺或QA740204电路给出，如果一个光栅尺有若干个绝对零位输出，则只有第一个起作用（参见管脚12）。管脚14绝对零位标志。（FABS）A模式时，FABS1B模式时，FABS0C模式时，FABS为一串脉冲（与X0同频同相）管脚15速度报警输出。（WARN）设本电路主频（X2）为FX,当0O（90O）的输入频率FI1/8FX时，WARN“0”当1/8FXFI1/6FX时,WARN有正脉冲出现，宽度与0O输入的方波相同当FI降到1/8FX以下后，此端自动恢复为“0”，当FI1/6FX时，WARN“1”，此“1”电平只有当片选选中且完成清零（即/CS0且/CE0）后才能恢复为“0”电平。管脚16振荡器端口X2与X0、X1构成振荡器。管脚17振荡器端口X1与X0、X2构成振荡器。也可用作主频输出。B,QA740210的工作特性1工作电压范围VDD5V202直流参数（见表34）（VDD5V）参数及测试条件符号规范值静态功能IDD10A输出低电平电压（1A）VOL005V输出高电平电压1AVOH495V输入低电平电压VIL15V输入高电平电压VIH35V输出低电平电流VIL05VIOL2MA输出高电平电流VOH25VIOH2MA输入低电平电流VILVSSIIL01A输入高电平电流（V2HVDD）IIH01A3交流参数（VDD5V）（1）最高工作频率（主频）25MHZ,允许最高输入频率、300KHZ。（0O、90O）（2）CPO、CPO、FABS与X2的时间关系如图38。（3）WARN与0O的时间关系如图39。4QA740210在本设计中是对两路正交信号进行四倍频，其接法如下图310所示。图38图39表34图310（其他输出均悬空）C，QA740210在使用时的注意事项如果QA740204的VDD用10V，则可用CD4010进行电平转换后输入本电路；利用电容隔直，可分辨出FABS中的B、C模式的差别，也可分辨出WARN报警与临界报警的差别；利用G2G5组成一个单稳电路，可对瞬态临界报警信号起一个延长的作用，使操作者能觉察到这个信号（可用LED或讯响器提示）。34LED数码管显示电路对于经过单片机处理过的硬度信号，需要在以直观的方式显示出来，LED八段数码显示管可以满足这一要求，通过六个并联的数码显示管显示出经过处理后的硬度值【9】。341LED数码显示管概述发光二极管LED是一种通电后能发光的半导体器件，其导电性质与普通二极管类似。LED数码显示器就是由发光二极管组合而成的1种新型显示器件。在单片机系统中应用非常普遍。LED数码显示器是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点（表35是LED数码管的字形表）。显示字符共阴极字符共阳极字符显示字符共阴极字符共阳极字符03FHC0H96FH90H106HF9HA77H88H25BHA4HB7CH83H34FHB0HC39HC6H466H99HD5EHA1H56DH92HE79H86H67DH82HF71H8EH707HF8HH76H89H87FH80HP73H8CH342LED数码显示管的接法A，共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。B，共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。在本设计中共阳极LED数码显示管型号为（JMS03911A），数码管采用三极管进行驱动【10】，三极管为普通NPN型三极管，其引脚排列如图313所示表3535本章小结本章围绕洛氏硬度计的数字化改进所需要的硬件进行了介绍，说明了各个硬件模块的功能和结构，以及相应的技术参数，电路原理图。硬件的实现主要包括主控制器的选择和分析以及各各个硬件模块的电路设计实现等【11】。总的电路原理图见附录A。4基于AT89S51单片机系统的软件设计在进行单片机编程时要考虑所用的软件是否熟悉并适合开发系统，汇编语言、C语言、PL/M语言是单片机常用的开发语言，由于C语言相比其他两种语言具有简洁易懂，便于进行模块化设计，容易移植，越来越广泛的被使用。本设计中我们采用C语言进行单片机编程。41AT89S51单片机常用的编程语言20世纪90年代开始，经过FRANKLIN，KEIL，IAR,BSO/TASKING等公司艰苦不懈的努力，C语言日趋成熟，成为专业化的单片机高级语言。本设计中使用KEILC51软件进行系统的软件开发【12】。411单片机C语言的概述图313KEILC51是美国KEILSOFTWARE公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。KEILC51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具VISION2【13】，VISION2全是WINDOWS界面。只要看一下编译后生成的汇编代码就能体会到KEILC51生成的目标代码效率之高，多数语句生成的目标代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现出高级语言的优势。我们使用的版本是V7版，是很优秀的8051C编译器。412单片机C语言的特点和结构使用C语言进行嵌入式系统的开发，具有以下的优势编程调试灵活方便；生产的代码编译效率高；便于进行模块化开发；可移植性好；便于项目的维护管理。KEILC51的编译环境VISION2是一个标准的WINDOWS应用程序，它包括C51，A51，BL51，LIB51，OH51，RTX51在内的编图41VISION2集成开发环境C51编译器A51汇编器LIB51库RTX51实时操作系统BL51连接VISION2调试器C51库外界仿真51监视器高速CPU外设仿真HEX译、汇编、定位连接、库、转换和模拟等软件集成在一个环境下，具有源代码编辑、项目管理、程序生成器等功能，他的人机界面友好，操作方便。当使用KEILC51工具时，项目的开发流程和其他软件的相似。1，创建一个项目，从器件库中选择目标器件配置工具设置。2，用C语言或汇编语言创建源程序。3，用项目管理器生成应用程序文件。4，修改源程序中的错误。5，测试连接应用。图41是一个完整的8051工具集的框图，此外，VISION2提供以下特性帮助用户加快嵌入式应用的开发过程用户可以定义密码序列的全功能编辑器；将外程序加入下拉式菜单的应用管理器；创建和保存项目的项目管理器；会变编译和连接应用的集成程序生成器；所有环境的对话框和开发工具设置。42各功能部件的初始化设计任何单片机系统在上电或复位后都会进行初始化，在本课题中，使用C语言进行编程，并且以嵌入式操作系统为开发平台，这可以大大提高开发效率和软件性能。为了能够顺利的进行软件调试，我们需要对单片机进行初始化，以使其能正确的计数和显示。包括初始化CPU各种模式的堆栈和寄存器；初始化系统中要使用的各种外部设备。首先进行单片机外部中断接口INT0和INT1的初始化，分别使用子函数进行初始化，程序代码如下所示VOIDINT0INITVOIDTCON|10/INT01边沿触发IE|（10）/EX01IE|17/EA1VOIDINT1_INITVOIDTCON|12/INT11边沿触发IE|12/EX11IE|17/EA1其次需要对单片机接LED数码显示管的输出端口进行初始化，使数码管在系统刚开始运作时显示“888888”，其程序代码如下VOIDPORT_INITVOIDP20X00P10X0043数据采集计数任务的软件设计对单片机进行初始化以后，其两个计数器端口T0，T1被置为零，准备对从细分电路送来的相位相差90方波信号分别进行加减计数，然后将计数的结果送入中央处理单元，在那里转化为需要输出的数值。数据采集计数任务的流程图如图42（A为正向，B为负向）所示。计数部分程序如下所示A,正向计数VOIDINT0VOIDINTERRUPT0/结果IFDATA_FLAG0XAA/DATA_FLAG0X55数值为正，/DATA_FLAG0XAA数值为负DATA_COUNTELSEIFDATA_COUNT0DATA_FLAG0XAADATA_COUNTELSEDATA_COUNTB,反向计数VOIDINT1VOIDINTERRUPT2/结果IFDATA_FLAG0X55/DATA_FLAG0X55数值为/正，DATA_FLAG0XAA数值为负DATA_COUNTELSEIFDATA_COUNT0DATA_FLAG0X55DATA_COUNTELSEDATA_COUNT图42A正向计数COUNT加1；DATA_FLAG0XAACOUNT加1COUNT减1开始初始化判断DATA_FLAG是否等于0XAADATACOUNT是否为0真假真假44LED显示任务的软件设计在对单片机的输出接口进行初始化后，目的是使整个系统在开始工作时，LED数码管显示复位值“000000”。当计数电路将所记结果送入单片机后，数码管显示程序要对数据进行处理，使每个数码管只显示自己对应的那一位数字，当超出量程时，最高位显示负号“”，其中P10P17对应控制着每个LED数码显示管的A、B、C、D、E、F、G、DP八个段的发光二极管的亮与灭，而P30，P31，P32，P33，P36，P37分别控制着6个数码显示图42B负向计数COUNT加1；DATA_FLAG0X55COUNT加1COUNT减1开始初始化判断DATA_FLAG是否等于0X55DATACOUNT是否为0真假真假管那个点亮。其程序流程图如43所示。显示程序源代码为EXTERNUNSIGNEDCHARDATA_FLAG/0123456789NULLCODEUNSIGNEDCHARTABLE120X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X00,0X40/CODEUNSIGNEDCHARTABLE120,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0X0A,0X0BVOIDDISPLAYUNSIGNEDINTCOM,UNSIGNEDINTCOM_DATAUNSIGNEDCHARPUNSIGNEDCHARLED550,LEDPTABLELEDLED5LEDCOM_DATA/10000/万COM_DATACOM_DATA10000LEDCOM_DATA/1000/千COM_DATACOM_DATA1000LEDCOM_DATA/100/百COM_DATACOM_DATA100LEDCOM_DATA/10/十COM_DATACOM_DATA10LEDCOM_DATA/个P10SWITCHCOM/从左往右依次为1、2、3、4、5、6、7CASE1LEDLED5P2PLED4P101BREAKCASE2LEDLED5P2PLED3P111BREAKCASE3LEDLED5P2PLED2P121BREAKCASE4LEDLED5P2PLED10X80P131BREAKCASE5LEDLED5P2PLED0P141BREAKCASE6IFDATA_FLAG0XAAIFCOM_DATA0P2P11P151BREAK45整个软件系统的流程图整个软件系统工作流程图如图44所示，在系统上电以后，首先是单片机及其外围电路的的初始化，然后单片机不停的扫描两个计数器是否有脉冲输入，假如有的话，判断对脉冲相位的判断来确定计数器是执行加还是减运算，计数器收集到的脉冲信号经过处理后要通过LED数码管显示出来，其中单片机的P10到P17接口分别控制数码管的哪一段点亮，而P30到P37（除P34P35）用于控制应该点亮哪一个数码管。主函数程序图43真开始初始化对送来的数据进行处理退出函数给对应数码管进行赋值COM是否为16假代码如下（完整的程序代码见附录B）VOIDDISPLAYUNSIGNEDINT,UNSIGNEDINTUNSIGNEDINTDATA_COUNTUNSIGNEDCHARDATA_FLAGVOIDMAINVOIDCLK_DIV0X00INT0_INITINT1_INITPORT_INITDATACOM0DATA_FLAG0X55/DATA_FLAG0X55数值为正，DATA_FLAG0XAA数值为负DATA_COUNT0WHILE1DATACOMIFDATACOM7DATACOM1DISPLAYDATACOM,DATA_COUNT5性能测试与结论51系统的性能测试真假真假开始系统的初始化显示数据细分电路送入脉冲信号进行COUNT运算结束判断位移为正进行COUNT运算处理脉冲信号WHILE1图44整个洛氏硬度计软件和硬件都设置好后，就可以进行上电测试，以检验其测量的可靠性，准确性等各项性能。在开始给整个系统上电后，单片机及其外围电路进行初始化，LED显示“888888”，说明数码管各个段的功能正常，然后开始进行硬度的测量，当给位移传感器一个位移后，数码管的数字开始发生变化，其显示的值应该为经过处理后的硬度信号。52实验结果的分析通过LED数码管显示的值为五位数字，另外还有一个符号位，用以说明硬度值是