电涡流式金属板材测厚仪的设计讲解

1、吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计摘要本论文阐述的是电涡流式金属板材测厚仪的设计。本课题利用电涡流传感器、 单片机系统设计出一种金属板材测厚仪，它能实现不同金属板材的厚度测量、厚度 合格检验及其超标报警，通过键盘进行待测金属板材种类输入、厚度合格检验时的 设定厚度和误差等级设置， 并用 LED 显示，给出合格检验时超标与否的指示灯提示 及蜂鸣超标报警提示。本系统由两部分组成：硬件系统和软件系统。硬件系统利用 电涡流传感器及其测量电路测量不同材质和厚度的金属板，得到不同电压，经放大 后进行模数转换输入单片机。单片机通过软件编程对被测数据进行相关处理，结果 送往 LED 显示器进行显示， 并外

2、接蜂鸣器和指示灯实现超标报警。 软件系统用汇编 语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统通过联调后，实现了预期各种功能， 符合设计要求。关键词 ：电涡流传感器；金属板材测厚仪；合格检验；单片机； LED显示-I-吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计AbstractThis paper introduces the design of metallic material thickness based on eddy current sensor. The task uses eddy current sensor, Single Chip Micyoco system to design m

3、etallic material thickness meter. The system can realize the functions of thickness measurement, pass examination and its overrun alarm. The input of the quality of metallic planking to be measured the preseting of object thickness and error grade when pass examinating all can be done through key bo

4、ard. The relative information is displayed on LED readtine. When pass examinating,buzzer and light prompting of overrun or not are given. The system design contains two parts: hardware design and software design. The hardware system uses eddy current sensor and its measuring circuit to measure diffe

5、rent kind of metallic plankings to get different voltage value.After amplified, the voltage is tramcformed to digital signal and then is sent to SCM. Through softwere programming, the measured data is processed and the result is displayed on LED in SCM system. The overrun alarm is realized by buzzer

6、 and light in dicator. Assemble language is used in the software system and modularization design idea is adopted. This system realizes all desired functions and coincides with demand after system debugging.Keywords:eddy current sensor; planking thickness meter; pass examination; Single Chip Micyoco

7、; LED display吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计目录摘要 IAbstract II第 1 章 绪论 11.1 测厚仪的简介 11.2 电涡流传感器测厚原理 2第 2 章 金属板材测厚仪的硬件系统设计 32.1 金属板材测厚仪的硬件设计方案 32.2 传感器及其测量电路的设计 42.3 放大电路的设计 52.4 单片机系统电路的设计 52.4.1 单片机的选择 . 52.4.2 单片机外围电路的设计 . 82.4.3 键盘电路的设计 . 102.4.4 数据采集电路的设计. 112.4.5 显示电路的设计 . 122.4.6 报警电路的设计 14第 3 章 电涡流式金属板材测厚仪

8、的软件系统设计 163.1 测厚仪的软件设计方案 163.2 数据采集子程序的设计 183.3 报警子程序的设计 错 误！未定义书签。致谢 18参考文献 21吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计第 1 章 绪论1.1 测厚仪的简介厚度是工业生产中最常见和最基本的工业参数之一，是与人类的生活、工作关 系最密切的物理量，也是各学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理 量。所以厚度的测量问题是一个经常遇到的问题。厚度测量方法有很多：简单的厚度测量可以用卷尺或直尺来完成，要求精度高 的用游标卡尺来完成，一些金属的厚度还可以用传感器来测量，具体用什么方法测 厚要根据所测物体的大小、形状、材质以

9、及测量精度来定。在进行金属的厚度测量时，经常遇到金属表面有非金属涂层或油污等杂质使接 触测量不准确或无法进行， 而且在工业现场的在线测量也使得接触式测量变得困难， 这就使得非接触式测量的优点显现出来。电涡流传感器是 20世纪 70年代以来得到 迅速发展的一种传感器，它利用电涡流效应进行工作。由于结构简单、灵敏度高、 频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量，可用广泛用来检测金 属材质的厚度。近年来，精密测量技术发展迅速，成果喜人。例如在线测量技术，已可进行加 工状态的实时测量与显示，及时检测加工是否出现异常状况，从而可大幅度提高生 产效率。面对我国高速发展的电子测量仪器市场，电子测

10、量仪器有关企业将加快技 术进步和市场开发的步伐，努力做好国内外市场的开拓工作，真正把中国的电子测 量仪器产业做强、 做大，将更多、更好、更新的电子测量仪器产品提供给广大用户。总之，测量技术必须实现高精度化， 同时也要求实现高速化和高效率化， 因此， 非接触测量和高效率测量也必然成为新世纪精密测量技术的重要发展方向。随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面 的广泛应用，传统电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化等方面都发生了巨大吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计的变化，逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器 智能仪器。目前， 不仅大多数传统电子仪器已有相应

11、换代的智能化产品，而且还出现了一些全新的仪 器类型和测试系统，仪器智能化已成为现代电子仪器发展的主流方向。1.2 电涡流传感器测厚原理厚度测量方法有很多，但可以分为两大类：接触式测量和非接触式测量。一些 表面干净、光滑的物体如镜片，木盒等物体可以用直尺或卡尺等测量工具进行接触 式测量。而一些金属板材如铁片、铜片等，他们的表面经常会有油污或附有一层油 漆或杂质，使得接触式测量不准确也不方便，而金属板材都具有电涡流效应且涡流 效应的产生是不需要接触的，我们可以由此设计电涡流传感器来测量金属厚度。选择电涡流传感器来测厚不仅仅是因为它可以不接触测量金属厚度，还因为电 涡流传感器的结构很简单， 只要一个

12、涡流线圈就可以进行测量， 技术上很容易实现。 而且通过改变涡流线圈的直径和传感器的激励频率就可以在很大程度上改变传感器 的灵敏程度和测量时的线性区间，实用性很强。同时电涡流传感器还不受油污等介 质的影响，对于一些表面不清洁的板材也可测量。所以用电涡流传感器可以很容易 实现金属板材厚度测量的要求。在工程科学与技术领域里，传感器是一种能把特定的被测量信息按一定规律转 换成某种可用信号输出的器件或装置。其中电涡流式传感器是一种利用磁路磁阻变 化引起传感器线圈的电感变化来检测非电量的机电转换装置。它可用来广泛检测量 位移、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数。由于它结构简单、工作可靠、寿命 长，并具有良

13、好的性能与宽广的适用范围，适合在较恶劣的工作环境中工作，因而 在计量技术、工业生产和科学研究领域得到了广泛应用。吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计第 2 章 金属板材测厚仪的硬件系统2.1 金属板材测厚仪的硬件设计方案在仪器设计时，一方面要考虑控制任务较多，接口复杂，另一方面也要考虑成 本问题。综合这两方面的因素，选用了 MCS-51 系列中的 89C52 单片机作为核心元 件。该硬件部分主要是信号测量电路和单片机系统电路两部分组成。电涡流传感器 测量电路的输出信号通过 A/D 转换电路输入到单片机中， 同时单片机外接按键电路 控制单片机的程序运行以及参数设定，使得仪器按要求工作。最后的结

14、果用外接的 LED 显示再配合蜂鸣器和发光二极管达到报警功能，使得仪器更加人性化。在设计测厚仪时，利用电涡流传感器测量电路输出电压作为初始信号。为了能 将电压信号转换成数字信号进行处理显示，需要接 A/D 转换器 ADC0809 ，而 ADC0809 的工作电压为 0 5V，大于传感器输出电压，所以还需要接差放电路。 完成数字信号的转换后对信号进行处理就可以用单片机配合软件编程来完成。本系统的硬件系统框图如图 2-1 所示图 2-1 单片机硬件方案系统框图吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计2.2 传感器及其测量电路的设计电涡流传感器是建立在电磁场理论基础上，传感器探头内的线圈产生的时变磁

15、场通过被测成块的金属导体后，金属导体中就会产生涡流，根据涡流的大小可以判 断金属的厚度。涡流传感器可以实现无接触测量金属板厚度、非金属板金属镀层厚 度、导体表面非导体镀层厚度，及金属体内部的无损探伤。反射式涡流传感器对金 属厚度测量的过程，也就是传感器探头中的线圈与金属体间的非电量位移参数，对 线圈的电量参数的一个反射过程。 通过对线圈变化电参量的监测， 可以完成对反射 金属体的厚度测量。被测金属导体变化的厚度信号 x ，通过涡流传感器转换为变化的电感信号 L ，L 还需进一步转换为便于测量的电信号。 本次设计使用了谐振电路。 如图 2-2 所示，1 2 3 4 通过电涡流传感器测量电路后电感

16、变化 L 转换成电压 U 输出。图 2-2 测量电路的设计吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计2.3 放大电路的设计在很多实际测量现场中所测量的各物理信号经传感器输出后一般情况都比较弱或是与经处理后显示的范围不相符，而且其中还包含工频、静电和电磁耦合等共模 干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪 声和高输入阻抗，习惯上将具有这种特点的放大器称为放大器或仪表放大器。本课题中的被测物理量经电涡流传感器及其测量电路输出的电压信号比较微弱。而 ADC0809 的正常工作电压是 0 5V，所以必须在 ADC0809 前加入一个前置 放大电路实现电压的放大， 如图 2-

17、3；放大倍数为 1020 倍，使输出电压为 05V， 以便于 A/D 转换器的转换。2.4 单片机系统电路的设计2.4.1 单片机的选择单片机自从问世以来，它一直是工业检测、控制应用的主角。市场上常用的单吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计片机有 Intel 公司的 MCS-51 系列，日本松下公司的 MN6800 系列等。其中，MCS-51 由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，功能强，价格低等特点，很容易形成 产品而更受青睐。8031 单片机片内不带程序存储器 ROM，使用时需外接程序存储器和一片逻辑 电路 74LS373，外接的程序存储器多为 EPROM 的 2764 系列。用户若想

18、对写入到 EPROM 中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再 可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没什么保密性可言。8051单片机片内有 4K ROM ，无须外接存储器和 74LS373，更能体现“单片” 的简练。但是编的程序无法烧写到其 ROM 中，只有将程序交芯片厂代为烧写，并 是一次性的，今后都不能改写其内容。89C51 单片机为 EPROM 型，在实际电路中可以直接互换 8051 单片机或 8751 单片机，不但和 8051单片机指令，管脚完全兼容，而且其片内的 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的。89C52是由北京集成电路中心（ BIDC ）设计，由美

19、国的 Atmel 公司生产八位单 片机。它是一种低功耗高性能的具有 8K 字节可电气烧录及可擦除的程序 ROM 的八 位 CMOS 单片机。 该器件是用高密度、 非易丢失存储技术制造并且与国际工业标准 80C51 单片机指令系统和引脚完全兼容。综上所述，从使用方便与简化电路以及其性价比等角度来考虑， 89C52 比较合 适的。本系统采用 CPU为 89C52的单片机， 89C52本身带有 8K 的内存储器，可以 在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的 8031CPU 外加 EPROM 为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容 MCS-51 系列单片机的所

20、有功能。吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 RST/VPD RXDP3.0 TX DP3.1 INT0P3.2 INT1P3.3T0P3.4T1P3.5WRP3.6RDP3.7XTAL2XTAL1VSSTitl eVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P1.0图 2-4 单片机 89c524Size Nu mberBDat e: 2 2-Ju n -2 0 08File:我的 p ro telBA9 B1

21、 B1 1.DDBRev i sio nSheet o fDrawn By:6单片机的 CPU可包括运算部件，控制器，程序状态字， B 寄存器，累加器 Acc或 A ），位处理器等。运算部件由算术逻辑单元、累加器、暂存寄存器、标志寄存器、十进制调整单 元组成。它的功能是进行算术和逻辑运算。 它不但对 8 位变量进行逻辑： “与”、“或”、 “异或 ”、循环、取补、清零等基本操作，还可以进行算术的加、减、乘、除操作。 功能很强的位操作是一般微型计算机标准 ALU 所不具备的，它可以对位变量进行 置位、清零、求补、测试转移及逻辑 “与”，“或”等操作。对半字节（ 4 位）和双字 节（16 位）类型

22、数据也可进行操作。Acc 为累加寄存器。 但是，对累加器操作指令中累加器的助记简写为 A 。MCS-51 指令系统中大部分单操作指令的操作数取自累加器 A ，双操作数指令的一个操作数 取自累加器 A 。B 寄存器用于除法和乘法操作。除法指令中，被除数取自A ，除数取自 B，商数存放在 A 中而余数存放在 B 中。乘法指令的两个操作数分别取 A 和 B，其积则 存放在 AB 寄存器对中。对于其它指令， B 寄存器作为暂存器使用。程序存贮器用于存放编好的程序表格和常数。 程序状态字寄存器 PSW 是一个 8 位的寄存器， 它包含了程序状态信息。 PSW 用于指示指令寄存状态供程序查询和判吉林建筑大

23、学城建学院电气信息系课程设计别之用。PSW 寄存器具有字节地址和位地址， 即每一个标志位都有一个地址， 可方便地 对其中某一位进行操作。我们知道， MCS-51 单片机采用的是程序存储区与数据存储区分别寻址的方式， 各自的空间分别为 64K，对程序存储区与数据存储区（通用 I/O 口及专用扩展芯片 可视为对数据存储区的操作）的扩展依据的是单片机访问外部程序存储器操作时序 和访问外部数据存储器操作时序，也就是说，对于这两类存储区的扩展，单片机给 出的控制信号是不同的。 扩展程序存储区的控制信号为 PSEN 与ALE ，由于 AT89C52 自带的 8K 内存储器足够完成仪器的程序设计，所以芯片的

24、内 /外程序存储器选择控 制端 EA 引脚应接高电平（此时单片机访问片内程序存储器） 且PSEN 引脚可以不使 用，但是 ALE 引脚为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后， ALE 引脚不 断输出正脉冲信号可经分频后作为 A/D 转换器 ADC0809 的时钟信号。由于单片机 的 P0口是作为低 8位地址 A0A7 与 8位数据 D0D7 分数共用的，而外部的扩展 器件均是地址线与数据线各自独立的，故要根据单片机提供的外部程序存储器操作 时序与外部数据存储器操作时序对数据地址信号进行分离。2.4.2 单片机外围电路的设计由单片机硬件设计原理可知：（ 1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路

25、（ 2） 留有余地，在设计硬件电路时，要考虑到将来修改、扩展的方便。因此在 89C52 芯 片本身的最小系统需求外，还选择了 74LS138进行了简单的扩展。1. 时钟电路 89C52的时钟可以两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路； 另一种方式为外部方式。本系统采用内部时钟电路。下面介绍内部时钟方式。内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器 一起构成一个自激振荡器。外接晶体求，但电容的大小会影响振荡频率的高低，振吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计荡器的稳定性，起振的

26、快速性和温度的稳定性。晶体可在1.2MHz 12MHz之间任选，电容 CX1和 CX2的典型值在 20pF100pF之间选择， 但在 60pF 70pF时振荡器有较2 3 4 5 高的频率稳定性。典型值通常选择为 30pF 左右。外接陶瓷谐振器时。 CX1和 CX2的 典型值约为 47pF。在设计印刷电路板时，晶体或陶瓷振荡器和电容应尽可能安装得 与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可靠地工作。为了 提高温度稳定性，应采用温度稳定性能好的 NPO 高频电容，本设计晶阵采用11.0592MHz。图 2-5 89C52 片内振荡器电路图高电平变成低电平以后， 89C52才从 0

27、000H地址开始执行程序。 本系统的复位电路是采用按键复位的电路，如图 3.7 所示，是常用复位电路之Title 一。当 89C52的 ALE及 PSEN两引脚输出高电平， RET引脚高电平到时， 单片机复位Size 通过按键复位称手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。本次设计采File: 用的2是按键电平复位电路。上电3 时， RST端经电阻与电4源 VCC 接通，若运行过程5中需SizeBDate:File:Number5-Jun-2008我的pro telBackup of 测量电路.DDB要程序从头执行，只需按动按钮即可。当按键按下时，复位电路工作在按键复位方式， RST端电

28、压 V RST为：VRST VCCR2R1 R22-1)由于手动按键复位的按键时间， 其电平一般都能使脉冲宽度维持 10ms 以上，所 以对单片机的 RST 端能持续提供高电平以确保单片机可靠的复位。本课题中为单片第 9 页 共 25 页吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计机提供的复位高电平约为 +4.2 V ，经设计 R1=200，R2=1K，C=22F2.4.3 键盘电路的设计键盘也是微型机算机系统中最常用的人机对话输入设备。 在单片机应用系统中， 为了控制系统的工作状态，以及向系统输入数据，应用系统应设有按键或键盘。常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。矩阵式键盘适用按键

29、比较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，它的特点是比 较节省 I/O 端口；独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，且 该输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输 入线上的电平状态可以很容易判断哪个键被按下了。键盘也有工作方式之分：分别 为程序扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式。本设计采用独立式按键接口电路，这是因为独立式按键电路配置灵活，软件结 构简单，而且本应用系统的键较少，所以采用独立式按键接口电路非常合适。本设 计的独立式按键如图 3.10 所示。其中 S1键为启动 /确定键；S2键为功能选择键； S3、 S4、S5 键

30、为数字输入键。 如图 3.10 所示图中的上拉电阻保证按键断开时检测线上有 稳定的高电平，当某一键被按下时，对应的检测线就变成低电平，而其它键相对应 的检测线仍为高电平，从而很容易识别出被按下的键。具体的按键功能详见下章软 件设计部分。吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计+5V图 2-7 独立式按键接口电路2.4.4 数据采集电路的设计电涡流传感器测量电路将厚度转化为电压输出，同时经过放大电路对电压信号 放大。最后，信号被采样 / 保持器采样并保持，使输入到 A/D 转换器后的数字量经三 态门送人总线，以便由 AT89C52对采集的数据进行处理。数据采集电路的核心部件为 AT89C52，它对

31、整个系统进行控制和数据处理。 如下 图 2-8 ，它一般由电涡流传感器、测量电路、放大电路、 A/D转换电路、 AT89C52等 几部分组成。 对采集的数据进行采样和量化是模拟量转化为数字量的两个必要步骤。单片图2-8 数据采集框图通过对任务的分析， 本课题 A/D 转换器用的是 ADC0809，它是 8路 8 位逐次逼近 式转换器，结果为 8 位二进制数据，转换时间短方便测量， 并且它的转换精度在 0.1% 上下，比较适中，适用于一般场合。从电涡流传感器出来的信号经转换和放大处理 后的 0 5V（如 2.5V ）电压信号，通过 ADC0809转换为相应的二进制数字信号暂存 在单片机指定的单元

32、中等待进一步的数据处理。吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计从放大电路出来的被测信号是模拟信号，而单片机只能接收数字信号，因此必须在中间加上一个 A/D 转换电路，将模拟量转化为数字量。如图 2-9：图2-9 数据采集电路图ADC0809由两大部分组成， 一部分为输入通道， 包括 8路模拟开关， 三条地址线 的锁存器和译码器，可以实现 8 路模拟数据通道的选择。第二部分为一个逐次逼近 型 A/D 转换器。它由比较器，控制逻辑，输出三态锁存器逐次逼近寄存器和 D/A 转 换器组成，其中的 D/A转换器由开关阵译码器和 256梯型电阻构成。 ADC0809由单一 正 5V 电源供电；片内带有锁存

33、功能的 8 路模拟多路开关，可对 8 路 0-5V 的输入双 极性模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换大约需 100s；片内具有多路开关 的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器， 256R电阻 T 型网络和树 状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接接到单片 机数据总线上。且 ADC0809具有较经济的价格，所以这里的数据采集电路选择 ADC0809。在采集电路中，只要将放大电路的输出端接到 ADC0809的某一通道，ADC0809 的地址输入线 A,B,C 送入低电平，即可选通 0 通道。另外需要说明的是由于 ADC0809 片内无时钟，可利用单片

34、机 AT89C52提供的地址锁存允许信号 ALE经 D 触发器四分 频得到。1232.4.5 显示电路的设计本设计中采用 LED共阳极 4封装型显示器显示。 LED显示器是单片机应用系统常 用的输出器件。它是由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个 点或一个笔画点亮。控制不同的组合的二极管导通就能显示出各种字符。它的结构 和外型图如图 2-10 所示：吉林建筑大2学城建学院电气信3 息系课程设计5Vd图 22-10 共阳型数码管3 结构和外型图g f GND a b共阳极显示器的发光二极管的阳极连接在一起， 当公共阳极接电源 +5V时，当某 个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极

35、管被点亮，相应的段被显示。通常将控 制发光二极管发光的 8 位字节数据编码称为 LED显示的段选码，要构成多位 LED显 示时，除需要段选线外，还需要位选线，以确定段选码对应的显示位，位选线控制 第几个 LED显示，段选线则控制显示字形。在多位 LED显示时，为了简化电路，节省 I/O 口，降低成本，动态显示方案具 备一定的实用性，也是目前单片机数码管显示较为常用的一种显示方法。本设计采 用一个 4 位 LED动态显示，在位选线和段选线的共同作用下，可以使各个显示器显 示各自的字符，当然这些字符不是同时显示的，但由于人眼存在视觉暂留，加上发 光二极管的余辉效应，由于扫描的速度足够快，每位显示的

36、间隔时间足够短，就可 以给人同时显示的感觉，而不会有闪烁感。犹如同时显示一样。需要说明的是，每 个数码管都有一定的发光驱动电流，而 74LS138输出端口的高电平电压一般为 3.7V 左右，而本次毕业设计需要显示器为 4 个数码管，所以把它转换成电流平均分配到 每个数码管的电流不足以使数码管正常发光，即使发光，那也是特别难看到，所以 这里必须要三极管 9012 驱动，保证数码管能正常发光。通过软件编程，先把所要显 示的数据放入存储单元， 然后把数据送入段选通对应的地址， 再选通某一个 LED，逐 步完成 8 个 LED的显示。如图 2-11 所示：吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计+5VA

37、T89 C5 233333333P00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17347P20P21P22P23P24P25P26P27INT1INT0T1T0EA/VXD TXD ALE/P PSENX1X2RESETRDWR19189177 4ALS2 441823164191G2GDPY_7 -SEG_DPDPY_7 -SEG_DPDPY_7 -SEG_DP1DP Y2bbddf13155314.7 K4.7 K4.7 Kg dpg dp115 10 *8 1cfgb34cd f g b6857fdgep e ddp

38、c9 01 2e e ddp1 A11 A21 A31 A42 A12 A22 A32 A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4dpDPY_7 -SEG_DP8901 24.7 K67DPYdpfgbGND图 2-11 显示电路硬件连接图21.4.6 报警电路的设计2报警电路的设计分为两部分，一是发光二极管的电路设计，一是蜂鸣器的电路 设计。报警电路由 P2.5 控制， P2.5 口接蜂鸣器和发光二极管均为低电平有效。其 中发光二极管在使用时要串联一个电阻，以保证流经发光二极管上的电流不超过最 大的容许电流。系统进行厚度合格检验时，当被测量的金属厚度不在设定的阈值范 围内，则 P2

39、.5 为低电平，蜂鸣器报警同时红灯亮，如果在设定的阈值范围内， P2.5 口为高电平不报警。原理如图 2-12 ：吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计图 2-12 报警电路原理图第 15 页 共 25 页吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计第 3 章 电涡流式金属板材测厚仪的软件系统设计3.1 测厚仪的软件设计方案在单片机系统的程序的设计开发中，单片机就如同整个系统的交通中枢，而程 序就是组成交通中枢的条条大道，各个部分的模块化的程序就是整个系统的组成成 份。软件设计采用模块化程序设计方法，即把一个较长的完整程序，分成若干个子 程序。每段程序完成一个功能，并且具有相对独立性。而模块化程序设

40、计易找出出 错的语句和地方，简洁明了，所以本次设计采用模块化设计软件。设计的模块具有 数据采集、数据运算、逻辑判断等功能。利用这些功能可以实现模数转换、数据转 换及保存、报警、键盘管理、显示器显示等应用。软件编写的好坏，语句运用的是 否简洁直接关系单片机的工作效率。在各个模块化的程序中尽量用最少的语句作最 多的事情，不让语句出现歧义，这样就可以使整个程序可以在系统中更好的运行， 使单片机工作效率大大的提高。所以在划分模块时，应注意以下三个问题：一是每 个模块不宜太长，如果太长的话就失去了模块设计的优点，冗长复杂，不宜调用与 运行，所以通常编制 20-50 行的程序段较适宜；二是力求使模块之间相

41、互独立，尽 量限制模块之间的信息交换，以利于模块的调试；三是利用已有的成熟的模块，尽 量不要自己编写的较生疏的模块，以免在一些细节方面犯一些错误。下面就对设计的软件部分作些介绍，如图 3.1 所示为软件总体流程图。第 16 页 共 25 页吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计主程序开始材质选择显示单元初始开始键？Y功能键？测厚？材质选择数据采集子程数据采集子程数据处理子程数据处理子程检验标准设定子程显示子程序超限？低限？显示 PASS误差等级设定子程Y显示显示 LLLL报警子程序结束图 3-1 主程序流程图第 17 页 共 25 页吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计3.2 数据采集子程序

42、的设计数据采集由 ADC0809芯片来完成，主要分为启动、读取数据、延时等待转换结 束、读出转换结果、存入指定内存单元等几个步骤。 ADC0809的控制方式主要有：程 序查询方式、延时等待方式、和中断方式。本课题采用的是程序查询方式，所谓程 序查询方式，就是首先由微处理器向 A/D 转换器发出启动信号，然后读入转换结束 信号，查询转换是否结束，可以读入数据，否则再继续读入转换结束信号进行查询， 直至转换结束再读入数据。ADC0809初始化后，就具有了将某一通道输入的 0 5V 模拟信号转换成对应的数 字量 00H FFH，然后再存入 AT89C52内部 RAM的指定单元中。具体程序流程图如下

43、图 3-2 所示。图 3-2 数据采集子程序流程图3.3 报警子程序的设计报警子程序是一个比较程序，实现超值报警的控制。在报警子程序之前，先将 标准值及误差等级键入并存储为非压缩的 BCD 码，存入三个存储单元中，键盘设 定标准值和误差等级，数据处理后的值与标准值相比，如果采集到数据与标准值的第 18 页 共 25 页吉林建筑大学城建学院电气信息系课程设计误差大于误差等级所对应的误差值则报警，报警电路既有声报警也有光报警。报警子程序还利用 LED 显示出板材是属于超限还是低限报警。 它首先判断键盘 设定的误差等级，每个误差等级代表一个最大允许误差，即用标准值加上最大允许 误差为测量上限，标准值减去最大允许误差为测量下限。实际厚度值再与测量上、 下限进行比较，大于上限则显示 HHHH 表示超限报