基于PLC的微调机频率修正系统软件设计

1、（ 2017届 ）毕业设计题 目：基于PLC的微调机频率修正系统软件设计姓名： 陈嘉杰 专业： 电气工程及其自动化 班级： 电气N132 学 号： 201345699205 指导教师： 朱宁 导师职称： 副教授 嘉兴学院南湖学院教学事务管理中心 2017年5月11日 诚 信 声 明我声明，所呈交的设计是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得嘉兴学院南湖学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，设计中的所有内容均真实、可信。  设计作者签名： 签名日

2、期： 年 月 日 II授 权 声 明学校有权保留送交设计的原件，允许设计被查阅和借阅，学校可以公布设计的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存设计，学校必须严格按照授权对设计进行处理，不得超越授权对设计进行任意处置。设计作者签名： 签名日期： 年 月 日基于PLC的微调机频率修正系统软件设计 摘要世界电子科技水平飞速发展，石英晶体元件不但有稳定的频率并且具备很好的品质因数，被用到很多领域中。全球石英晶体微调机市场迎来了一场迅速发展的浪潮，正向小型化、高精度、高基频、高性能和高稳定性平稳前进。石英晶体微调机可以当做标准的频率源或脉冲,提供高精度的频率基准,从高端军用电子设备发展到民用电

3、子产品的广泛领域,应用于消费电子、小型电子产品、信息设备、移动终端、网络设备和汽车等方面十分常见,变成了电子工业中不可缺少的一部分。石英晶体电气特性优良而且成本低，帮助石英晶体微调机在短时间内不被其他元器件所替代。利用PLC对微调机进行软件设计可以改善微调机的整体性能，还能克服微调机的一些缺陷，使微调机达到更高的精度。 关键词：可编程序控制器；石英晶体谐振器；微调机；频率测量VSoftware design of fine tuning machine frequency correction system based on PLCABSTRACTThe rapid development o

4、f electronic technology, quartz crystal element not only has stable frequency and quality factor has very good, is used in many fields. The quartz crystal trimming machine market ushered in a wave of the rapid development of positive, miniaturization, high precision, high frequency, high performance

5、 and high stability frequency source forward. The quartz crystal trimmer can be used as a standard or reference frequency pulse, provides high accuracy, from high-end military electronic equipment development to a wide field of civil electronic products, used in consumer electronics, small electroni

6、cs, information equipment, mobile terminal, network equipment and other aspects of vehicle into electronic is very common. A part of the industrial industry. The electrical characteristics of quartz crystal quality and low cost, help the quartz crystal trimmer is not replaced by other components in

7、a short period of time. The performance of the whole software design can improve the trimmer for trimming machine using PLC, can overcome some defects of trimming machine, trimming machine to achieve higher accuracy. Key Words: PLC; quartz crystal resonator; trimmer; frequency measurement VII 目录第一章

8、绪论11.1 课题背景11.2 课题目的与意义11.3 相关领域现状21.4 课题任务2第二章 石英晶体频率微调机概述32.1 真空系统32.2 工位系统32.3 蒸发镀膜系统32.4 频率测试系统42.5 微机控制系统4第三章 工作原理53.1 微调机的工作原理53.2 频率测量原理53.2.1 石英晶体谐振器的电气特性53.2.2 石英晶体元件负载谐振频率测量的方法63.3 石英晶体参数的测量方法6第四章 微调机频率测试系统的设计84.1 调谐放大器84.2 选频网络84.3 晶体的激励功率和谐振电阻测量电路94.3.1 峰值检波器104.3.2 激励功率的模拟运算电路104.3.3 电阻

9、测量的模拟运算电路104.3.4 电压频率(V/F)转换电路114.4 自动增益控制电路114.5 频率计12第五章 软件设计135.1 软件总体设计方案135.1.1 参数预置145.1.2 阻抗计预置145.1.3 手动操作145.1.4 自动微调145.1.5 晶体测量145.2 PLC软件设计155.2.1 调试过程165.2.2 梯形图设计16总结18参考文献19致谢21附录22附录A：PLC支持的基本指令22附录B：输入输出分配图23附录C：总设计框图24IX嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 第一章 绪论1.1 课题背景 在二十世纪二十年代WGCady实现了用石英晶体产生控制频率，石

10、英晶体谐振器被频繁的应用在无线电等领域。石英晶体谐振器的频率具备极好的稳定性，于是可以供给时序逻辑电路同步脉冲，还可以用作时间频率基准。现在全球电子技术发展迅速，尤其是计算机和通信技术的迅速发展，世界市场对晶体的需求量越来越大，大约以每年10%的速度增加。目前全球年产量约为60亿只、我国的晶体年产量就有6亿多只，而且大部分都成了出口商品。21世纪发达国家对产业构造进行严密的调整，晶体生产的销路逐渐转移到海外，受其影响，这几年我国的晶体生产出产量特别大，加工晶体生产的数量、检测设备的数量都不断增加。目前国内的晶体生产厂家的水平还不够高，基本都需要依赖进口。 1965年以后，全球电子科技水平发展迅

11、速，全球石英晶体微调机市场也进入了迅速增长的时期。石英晶体微调机能供给高精度的频率基准，现在已经渐渐地从精密军用电子设备应用发展到日常电子产品的广阔领域，在消费类电子产品、小型电子类产品、移动终端、资讯设备、网络设备和汽车等领域中大展宏图，变成了电子行业中基础的元器件。凭借着它优良的电气特性和低成本的优点，使石英晶体微调机在很长一段时间内不会被其他元器件所替代。1.2 课题目的与意义 晶体成品生产的核心设备就是石英晶体频率微调机，它的主要作用是经过晶体频率微调技术对晶体的谐振频率实现微调。目前真空镀膜技术是许多生产中常用的晶体频率微调技术，当达到设定的真空条件，就能经过蒸发镀膜改变晶体电极表面

12、镀膜介质的厚度，然后就可以对晶体的谐振频率进行微调，使它能够达到一个特定值。目前我国还不能制造微调机，国内企业所用的微调机基本上从美国、德国、日本等国家进口，价格非常昂贵，国际上生产需求特别大，很多专业人员急切希望国产微调机能成为主流。现在先进国家的微调机应用最多的有两种。第一种：微调频率在160MHz之间，频率测试系统利用振荡器，系统采用微计算机进行控制，自动化水平较高。第二种：微调频率在l200MHz之间，频率测试系统利用零相位网络系统，控制系统采用个人计算机，自动化程度高。这两种微调机的频率测试方法是不同的。国企行业生产中常用微调机为第一种形式，第二种形式的微调机只有少数厂家才会采用。两

13、种微调机对晶体的谐振频率进行微调都采用了蒸发技术。45基于PLC的微调机频率修正系统软件设计1.3 相关领域现状 1、在2006年，国产微调机测控系统还存在着很多问题，北京机械工业学院的一名教授设计出了一种新的微调机测控系统，研发的测控系统由高性能单片机和CPLD作为系统的重要控制单元、以网络零相位测试方法为基础的频率检测单元、USB通信接口和个人计算机等组成。通过实验证明，该测控系统具有很高的微调精度、微调范围非常广、性能可靠、实时性相当精确等特点。2、在2013年，以提高石英晶体微调的精度和效率为目标，北京信息科技大学的一名教授构建了石英晶体微调测试双通道结构的系统。测控系统采用结构相同的

14、信号源，两路网络被激励是同时进行的，鉴相电路是相互独立的，在微调过程中，石英晶体测试速度快、范围广、精度高。为了提高测试速度我们使用的是变步距扫描法，这种方法可以满足微调控制要求。这种特殊的双通道石英晶体调测控系统，石英晶体进行微调时，两只是同时进行的，这样可以有效的提高生产效率，而且没有降低石英晶体微调的精度。经过实验证明，该系统能实现石英晶体谐振频率的控制精确度在之间。 1.4 课题任务微调机按功能可分为五大部分：真空系统、频率测试系统、工控系统、蒸发镀膜系统、微机控制系统。现在国内不能制造微调机的关键问题是缺乏精确的测控技术手段，所以开发微调机控制系统成为研制微调机的重要环节。通过研发微

15、调机可以认识到，国内现在大多数厂家生产的是不到70MHz的晶体，可以利用我们掌握的技术，开发研制170MHz的微调机测控系统是行得通的。研制微调机测控系统成为了这个课题任务的重难点，在微调机中的微调原理和频率测试方法的基础上，完成频率测试系统的软件设计，真空系统、工控系统、蒸发镀膜系统等相关的电气系统设计，目前上述设计工作已全部完成。新型测控系统已完全运用在微调机的研制中。嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 第二章 石英晶体频率微调机概述微调机中至关重要的一部分就是微调机测控系统。按照功能，微调机的结构可分为5个系统：真空系统、蒸发镀膜系统、工位系统、频率测试系统、微机控制系统。 图2-1 微调机

16、结构简图2.1 真空系统真空系统中主要包括真空室、机械泵、扩散泵、控制电磁阀、真空度检测仪等组，真空室的设计要求密封性良好，玻璃罩要求够结实。电磁阀就是真空系统中的受控对象，其结构简图如图2-2所示。真空室、扩散泵、机械泵由管道和电磁阀串联起来。首先把真空室抽真空，利用机械泵使真空室内的真空度大于3Pa，然后把扩散泵的工作按钮打开，使真空室内的真空度达到一个预定值。晶体频率微调完后，真空室内的真空度必须在0.02Pa以下，如果真空度小于0.005Pa，蒸发镀膜的材料就会发生氧化，使表面发黑，最终影响的是晶体的质量，最严重的就是晶体报废。 图2-2 微调机真空系统结构简图2.2 工位系统工位系统

17、由转盘、步进电机和步进电机驱动器等元件组成。主要功能是将转盘圆周上的晶体（等距分布）传送到微调位置。转盘的工位数为36、72、90、144、180。步进电机最大的优点是选择工位数灵活方便，微机控制系统利用步进电机驱动器来控制步进电机的转角把待调晶体精确的传送到微调位置。基于PLC的微调机频率修正系统软件设计2.3 蒸发镀膜系统 蒸发镀膜系统包括蒸发电极、试压器、脉宽调制信号发生器、冷却系统、挡板等。最重要的作用是将镀膜材料加热、蒸镀到晶体的基膜上，从而微调晶体的谐振频率，蒸发镀膜速度与蒸发电流的大小是密切相关的。镀膜时需要一个蒸发源，蒸发源被称为钼舟。在钼舟两端施加一个电压，就会产生电流，随后

18、产生热量，持续加热到一定温度就会蒸发上去。以下介绍三种氧化膜不会阻碍蒸发的情况：1.氧化物比蒸发物更易挥发。镀金属时我们要镀的金属就会被氧化物污染，举例说明：氧化钨比钨容易蒸发。此刻必须用遮板挡住再基板，为了除去氧化钨需要对它进行加热，完成以上步骤就可以移开遮板镀钨了。2.氧化物在高温分解。3.金属扩散性很好，能通过氧化层。在接近1000时，铬就不会受到影响，如果高温过高，铬还是会受到影响。所以镀金属必须以最快的速度完成，防止被氧化。2.4 频率测试系统 频率测试系统主要包括阻抗计、计数器、检测头等。通过信息控制平台给予检测头一个命令，检测头运动至相应位置，对石英晶片频率进行检测，并将检测到的

19、频率信息反馈给信息控制平台。当转盘工作时，检测头抬高，转盘上的晶体转到微调工位此刻检测头立即放下，阻抗计就能测得晶体的谐振频率，再把数据信号输送到计数器进行计数，然后就能监测得到晶体的频率。当晶体的谐振频率到达一个特定值时，检测头抬高，频率测量结束，接着对下个晶体进行测试。频率测试系统的频率测量限度是70MHz，精确度可以达到±2ppM。2.5 微机控制系统微调控制系统中的最重要的几个受控目标是：真空系统中的前极阀、低真空阀、高真空阀、放气阀、水阀、真空计电源；蒸发镀膜系统中的挡板、调压器、脉宽调制器；工位系统中非常重要的步进电机驱动器；频率测试系统中的阻抗计、计数器、激励功率电压调

20、节器等目标。微调机控制系统的计算机必须具有运算速率快，系统安全可靠，软件资源丰富等优点。主控计算机经过特定接口卡及外围电路控制以上受控目标。控制系统对安全性能要求很高，尤其是真空系统中每个控制电磁阀不能出现任何差错。嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 第三章 工作原理3.1 微调机的工作原理 真空排气系统中的重要元件包括真空室、机械泵、扩散泵、真空检测仪、控制电磁阀等，主要通过真空检测仪对真空室的真空度进行实时检测，随后将数据反馈到信息控制平台子系统。运动子系统包括转台、步进电机和步进电机驱动器，信息控制平台子系统通过信息控制平台子系统控制步进电机的转角将待调晶体准确的传送到微调位置。检测头运动子

21、系统由阻抗计、计数器、测头等组成，转盘运动至相应位置，检测头检测晶体的谐振频率，并将信息通过计数器反馈至信息控制平台子系统。微调机钼舟调功及控制子系统主要是将检测谐振频率不达标的晶体微调直至达标。 从石英晶体材料中切出石英晶片，并将芯片放到一个有电场的地方中时，晶体就会产生机械变型。施加一个在石英晶片上的力，可以在对应的方向上产生电场，这就是石英晶体的压电效应现象。如果在晶片上加一个交变电场，那就会发生机械振动，如果外加交变电场的频率等于晶片的固有频率，则产生的机械变型达到最大值，此现象就是压电谐振。微调机最重要的作用是经过对石英晶体表面进行镀膜来改变它的谐振频率,然后使频率达到预定值。3.2

22、 频率测量原理微调机测控系统的重要部分是频率测量系统。按照频率监控要求，这个测控系统的作用是测量晶体的负载谐振频率，在晶体的微调精度过程中最重要的是负载谐振频率的测量准确度。3.2.1 石英晶体谐振器的电气特性 石英晶体谐振器具备压电效应的特性，在交变电场上附加的频率数值和石英晶体的固有频率相等时，就会使晶片发生机械谐振，机械振动发生压电效应的现象和振荡电路产生耦合。实际上，晶体就是电阻、电感、电容构成的谐振电路，如图3-1所示为石英晶体理想等效电路模型,动态电感的大小相当于石英晶片的重量，它的范围在10HH之间。石英晶片弹性系数的大小和动态电容C的大小密切相关，它的范围10PF。和C的值与石

23、英晶片的外形、振动方式、频率大小、外形尺寸、电极方向和加工工艺等方面有关，普通情况下，L、C的离散度都是小于10%。谐振电阻相当于石英晶片振动时的损耗，损耗大小约10100。静态电容C约为几个PF。 图3-1 石英晶体理想等效电路模型基于PLC的微调机频率修正系统软件设计3.2.2 石英晶体元件负载谐振频率测量的方法 先从晶体的等效电膜型开始着手，对微调机和频率测量进行全面的分析。 图3-2 负载石英晶体等效电路计算法如果接负载电容就是多余的,在测量夹具中完全可以用无感短路线直接代替,此时图3-2中点阻抗要远远大于C点对地的阻抗,因此可忽略。在系统校准时，和可以消除,只需知道三个量，通过测量石

24、英晶体的串联谐振频率、静态电容和动态电容就可以计算出负载谐振频率 计算法是以石英晶体动态参数测量为基础的,但是测量动态参数时，只能达到百分之几的精度,因此计算法在同类算法中能达到最低的测量精度。实载电容法可以有效的减少动态参数的影响,但是载入电容后会产生杂散电容,因此负载电容不适合应用,其测量过程麻烦,同时电容校准精度不够高,精度提高也是有限的。测量法由于不受的影响,同时可以消除和,测量晶体的阻抗就可以直接测出晶体的动静态参数和谐振频率,其测量精度高、速度快,适合利用石英晶体生产半成品和测量成品。石英晶体阻抗测量难度大，所以我们必须使测量法的精度和速度有更好的突破。3.3 石英晶体参数的测量方

25、法 阻抗计法具备测量精度高的特点，阻抗计测量串联谐振频率的精度为±2ppm。仪器的测量结果主要受下列因索影响： 1阻抗计本身由于振荡电路引线、分布参数的影响使加在晶体两端的激励信号的相位不相等。调谐回路是固定的，晶体的串联谐振频率和谐振频率不等时，就会使谐振电路产生相移，我们把这项误差统称为内部相移误差。 2测头部分造成测量误差的是引线电感和分布电容，电感电容使反馈网路产生附加相移就会引起误差，我们把这些误差称为外部相移误差。 3阻抗计中频率计本身存在误差，校对时，它的实际误差不能超过±0.5ppm。嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 4测试环境中，测量误差的大小会随着温度的变

26、化而变化。对阻抗计而言，由于差动放大电路被用在振荡器的前级，测量结果只会被温度变化产生很小的影响，所以可以忽略。环境的温度会影响晶体本身的特性，影响程度主要与晶体的温度特性有关，而晶体的温度特性又与晶体的晶片加工过程和材料本身特性有关。因此在规定的温度条件下才能进行晶体电参数测量，这样才能使测量的结果和真实结果更加接近。 晶体在测量时必须保证环境温度达到规定标准，对仪器测量精度产生影响的主要因素是分布参数（引线电感、电容）和频率计的精度。从理论分析和对实际测最结果的分析中可以得出结论，频率计的精度为±0.5ppm，阻抗计及分布参数使晶体偏离谐振状态不超过±1.5ppm，串联

27、谐振频率的测量误差不超过2ppm的设计指标。效率和成本存在着诸多问题，所以在我国没有得到广泛应用。只是初步应用于其他晶体测试仪器的校准中。当前利用的最为常见, 阻抗计法的谐振频率误差在±2×之间。 图3-4 阻抗计中晶体的实际电路模型图3-4中b点为晶体端点,、是对地的电容分布在晶体插座引线上,其值在2.5pF左右;是插座电极两端的电容,其值在1.5pF左右;和是引线电感,其值在26nH之间。加入和两个电阻可以有效增加测量精确度，接入一个低阻值电阻约20;负载电容其值为1030pF,处于短接状态，晶体就会发生串联谐振。基于PLC的微调机频率修正系统软件设计 第四章 微调机频

28、率测试系统的设计 按照阻抗计测试频率原理以及在实际测量中的需要，加快测量速度，使操作程序达到最快捷，对测量结果进行误差修正的效果会很好，将阻抗计与微计算机结合在一起进行设计。计算机可以对测试系统进行操控，方便进行误差修正。4.1 调谐放大器 调谐放大器包括差动放大器和选频网络，选频网络包括电感和电容，差动放大器的开环电压增益和调谐放大器的增益是完全相等的。石英晶体的压电效应的特性在放大器的传输过程中会形成正反馈，能够构成振荡电路。振荡信号经过高输入阻抗的整形电路，接着发出方波形式的信号，再把方波传输到频率计，峰值检波器、模拟运算电路、自动增益控制电路三个电路构成自动增益控制系统，振荡器对晶体的

29、激励功率是保持不变的，数模转换电路发出的电压信号能够有效的提高放大器的效果。 一般来讲差动放大器与长尾放大器不同，差动放大器具备恒流带动负载，并且它的增益效果明显比长尾式的放大器好很多，不过我们可以改变V，从而扩大差动放大器的电压，随着V电压增加而减小，但是必须把实际电路中点P和自动增益的控制电路相连接，使差动放大器的增益变化，还需符合待测石英晶体限定的功率条件。这两个通道构成差动式放大电路的输出和输入，如图4-1所示： 图4-1 差动放大器电路图4.2 选频网络 以电容和电感并联谐振式为基础的选频网络称为放大器选频网络。并联谐振回路固有频率的计算公式为，由并联谐振回路的阻抗频率特性知，在附近

30、回路阻抗最大，此时选频放大器的增益最高；当工作频率和固有频率的差变大时，回路中的阻抗值就会变小，随阻抗值的变小使放大器的增益也迅速减小，让振荡器的谐振频率近似值，其带宽范围由LC回路的Q值决定。 阻抗计的频率范围是170MHz，这样选频的谐振频率也在170MHz范围内，在这个范围内，假如只用LC选频网络，想完成选频任务是不可能的，所以分频段设计必不可少。电路中有6个频段，选频网络的原理图如下图4-2所示。嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 图4-2 选频网络的原理图 I/O控制接口是计算机的重要接口，它主要控制FB1FB6的开关，工作状态时，FB1FB6中只有一个是高电平(+5V)，其他都是低电平

31、（0V），使对应的频段的电感串联调谐放大器和可变电容C构成一个并联谐振回路。具体参数可通过公式计算，其中可变电容C的范围是15PF200PF，具体参数如表4-1所示。 表4-1 选频网络的参数表频段电感（H）范围（MHz）频段113312频段23024频段38.248频段41.8816频段50.331640频段60.2240704.3 晶体的激励功率和谐振电阻测量电路 谐振电阻测量电路和激励功率包括：峰值检波器、电压频率(V/F)转换电路、模拟运算电路。由两个峰值检测器检测晶体的两个引出端的峰值电压，从模拟电路中计算激发功率和电阻测量的数据，输出的形式是电压，经过V/F转换电路转化成对应的脉冲

32、信号，传输到频率计，然后通过计算机计算出激励功率和电阻值。基于PLC的微调机频率修正系统软件设计4.3.1 峰值检波器峰值检波器电路的功能是把信号峰值记录下来，输出电压与输入信号息息相关，两者一起变化稳定在输入信号的最大值处。因为峰值检波器与振荡器被测晶体紧密相连，振荡器难免会受到影响，所以检波器的输入阻抗要非常高，因为振荡器频率很高，所以检波器必须具备非常快的响应速度。4.3.2 激励功率的模拟运算电路 激励功率的反馈控制都是利用模拟运算电路来实现电路迅速的反应。在实际的电路中我们往往会用标准的模拟运算集成电路AD532，从而计算出，如图4-3所示为电路原理图。 图4-3 激励电路的模拟运作

33、电路原理图 4.3.3 电阻测量的模拟运算电路石英晶体的可替换电阻能够用公式来算出或者通过测量得知，电阻测量的模拟运算电路原理图如图4-4所示，其模拟运算公式： 图4-4 电阻测量的模拟运算电路原理图嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计4.3.4 电压频率(V/F)转换电路 一定规格的压控振荡器芯片应用于电压频率转换电路，只要在500KHz以下线性度良好，外围电路结构简单调整起来非常容易。激励功率和测量电阻的模拟运算电压输入值和经过多路选择开关CD4052与压控振荡器芯片的电压输入端相连，压控振荡器的芯片频率输出与频率计相连，经过计算就可以得到测得的实际激励功率值和电阻值。如图4-5所示为压控振荡器

34、原理图。 图4-5 压控振荡器原理图4.4 自动增益控制电路由于石英晶体的谐振频率需要与激励功率存在着密切的联系，需要减少测量制造的误差，激励功率需要保持稳定。其原理图如图4-6所示。实际测量的功率电压值和D/A转换输出的功率电压密切相关。 图4-6 增益自动控制原理图 D/A转换集成芯片DAC0832依据功率值输出参考电压的设定值，激励功率反馈电压从模拟运算器AD532输出，他们都接在放大器A1的两相输入端，那么可以得出： 所以 从上式可以得出随着的变化而变化，但是激励功率保持不变。被测晶体的等效电阻大小不会影响。基于PLC的微调机频率修正系统软件设计4.5 频率计 频率计的功能是对信号的频

35、率进行测量。频率测试系统的测量误差不超过2ppM，测频在170MHz范围内。要求频率计的测量误差不超过±0.5ppM，频率计的量程是1100MHz。因为阻抗计的频率采用的是二分频输出法，频率计的实际测量范围要求会很小。如图4-7所示为频率计。一般的频率计算方法可用f=N/T，等式中N表示计脉冲个数，T表示计数时间。要使频率计拥有很高的精度，就要提高计数电路的可靠性及时间基准的精确性。 图4-7 频率计嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 第五章 软件设计个人计算机是直接应用到生产中的，适应实验者的技术水平，操作软件应尽可能的简单化以方便实验者的操作，操作简单是软件的设计原则之一。另外，提高

36、可靠性设计是另一个设计原则。5.1 软件总体设计方案利用自上而下的软件编程设计思想，将使软件具有良好的开放性，可以添加或删除软件功能，根据功能划分，程序可分为五个模块：1参数预置2阻抗计预置3手动操作4自动微调5晶体测量 图5-1 主程序流程图 控制系统的电源打开后，计算机将自动执行以上控制程序流程。首先要将各可编程控制的接口芯片初始化，然后把原始数据读取并存于计算机硬盘中，计算机根据数据自动设置接口状态再对阻抗计进行预置，以上工作都完成后，主菜单显示，等待操作者将功能代码写入。程序对功能代码进行判断，如果有效，程序会进入这个功能代码的程序模块中，功能完成程序就会返回主菜单，等待下一次输入命令

37、。基于PLC的微调机频率修正系统软件设计5.1.1 参数预置参数预置模块的作用是完成微调和设置测量时所需的参数，它的子程序模块如下：1阻抗计的参数预置，包括频率预置、误差范围预置、激励功率预置、高限电阻预置。2工位数的选择，工位数的选择有36、72、144、90、180。3微调圈数的预置，微调圈数分为一圈、两圈和三圈三种情况，一般微调圈数愈高则微调精度愈高。另外该模块还包括每圈预留的微调量及微调时所用蒸发电流系数的大小。4真空度值的预置，包括低真空度预置和高真空度预置。5参数值一览，进入该模块就能够看到全部预置参数，在确认无误后马上进行微调。5.1.2 阻抗计预置这个模块的作用是：根据设定的频

38、率值对阻抗计进行自动调谐操作。以循序渐进的方法来实现调谐频率。5.1.3 手动操作手动操作模块是专为设备维护服务而设计的。利用此功能设备维护人员可以方便地对真空系统的各个阀门进行手动操作，另外还可以以单步执行的方式进行工位调整为避免误操作，程序中专门设计了误操作保护程序，即程序对输入的操作命令进行监控，对错误的操作命令报警提示并拒绝响应命令。5.1.4 自动微调自动微调模块的功能：自动完成有关晶体微调的全部操作。在主程序接收到命令后，程序响应，进入微调子程序系统。第一步程序读取数据，包括低真空抽时、高真空度、微调圈数、各圈的蒸发电流系数，工位数等。然后程序自动进行抽真空操作，真空室内的真空度到

39、达预置值时，程序立刻进入徽调子程序。根据用户需要程序可进行一圈、二圈和三圈微调，圈数愈多则微调精度愈高，在完成用户规定的微调圈数后，执行冷却放气操作，最后返回主程序。5.1.5 晶体测量晶体测量模块主要功能是在线测量晶体的电参数。这个功能一般在微调机中使用的较少，主要是为了把这个测量系统应用到其他设备上。微调机中通常只是需要测量石英晶体的负载谐振频率。流程图如图5-2所示。嘉兴学院南湖学院本科生毕业设计 图5-2 晶体测量子程序流程图5.2 PLC软件设计可编程逻辑控制器（PLC）实质上就是一个存储器，可以进行编程，是以计算机为基础的控制器，PLC被广泛应用在工地的电控制器。它起源于继电器控制

40、装置和继电器装置，但它们之间还是有很多不同的地方，看似只是电路的物理过程，其实不像我们看到的那样，出入信息变换控制主要存储在PLC的程序中。它主要的优点有：1、使用便捷，编程简单 2、功能强，性能价格比高 3、硬件齐全，使用方便，适应能力强 4、可靠性高，抗干扰能力强 5、系统设计简单、安装便利、调试工作量少 6、维修工作量小，维修方便基于PLC的微调机频率修正系统软件设计5.2.1 调试过程当我们按下驱动按钮时，真空泵就会开始运作，当真空泵到达上限的时候，我们就要求它停止运作，到达下限的时候就立即开始运作，此时探头下来检测，检测完毕后又回到原来的位子上。探头回来后把挡板打开，钼舟就开始加热然

41、后镀膜一段时间，最后停止加热，关闭挡板，测量完成。5.2.2 梯形图设计X0是真空泵的启动按钮，X1是真空泵的上限信号，X2是真空泵下限信号，X3是机械探头上位置，Y0是真空泵工作，Y1是真空泵上限，Y2是真空泵达到最低要求信号，Y3机械手探头下来正转，Y4机械手探头复位，Y5钼舟打开，Y6钼舟加热，Y7镀膜时间，Y10挡板关闭，如表5-1所示。 表5-1 输入输出接口输入输出X0真空泵启动按钮Y0真空泵工作X1真空泵上限按钮Y1真空泵上限X2真空泵下限按钮Y2真空泵下限X3机械手探头下来按钮Y3机械手探头下来Y4机械手探头复位Y5挡板打开Y6木舟镀银Y7镀银时间Y10挡板关闭梯形图： 嘉兴学

42、院南湖学院本科生毕业设计基于PLC的微调机频率修正系统软件设计 总结对于一位临近毕业的大四学生来说，利用大学所学的知识，把理论和实际相结合起来完成毕业设计是一个很好的锻炼机会。经过毕业设计的实际操作，真正运用了课本上的专业知识，尤其的PLC这门课的内容，主要指令有上升沿触发指令，下降沿触发指令等。总而言之，经过毕业设计我对PLC指令的使用有了更深的理解，掌握了PLC控制系统设计过程的细节，熟知PLC系统的设计内容和系统的方法和步骤，通过实践收获到了书本上学不到的知识。在导师的精心指导下,困难一个个的被解决了。他那作风优良的生活态度,谨慎治学的教育作风,深深的感染了我,他就是我人生的导向。经过两

43、个多月的辛苦付出,我才发现实践与理论的差距实在是太大了,这时我才体会到什么是真正的学无止境,学习不仅是提炼身心的好方式,也是提高人的修养的好方式,我们做任何事一定要认认真真,不得马虎,只有做事认真的人才能真真正正取得成功,才能在成功的道路上越走越远。毕业设计是通过撰写论文和实物制作的方式来完成的,很好的提升了我们的运用和动手能力。使我们充分发挥组织前置、语言表达能力、分析问题解决问题的能力。经过这次设计我的所有潜质都明显的提高了。同时我变得更加自信、成熟。 基于PLC的微调机频率修正系统软件设计 参考文献1薛国富，任丽华石英晶体元件参数的测量方法J压电晶体技术，1987，12(4)2孙平，可编

44、程控制器原理及应用。北京高等教育出版社 .1999年3中华人民共和国电子工业推荐性部标准用型网络零相位法测量石英晶体 元件参数s19894张转霞，李东，刘桂礼，王艳林，网络法测量晶体频率的误差分析及校正。北京机械工业学院学报2002（4）5李东，刘桂礼，赵双琦，石英晶体谐振器电参模型及其对测量精度的影响。 天津大学学报1999（6）6 李东，刘桂礼，赵双琦,石英晶体谐振器频率测量的误差因素分析。中国科学院研究生院学报1999（2）7秦自楷:压电石英晶体,国防工业出片社,19808林勇，陈烨，石英晶体谐振器生产工艺流程综述。电讯技术报1997（3）9刘解华，张其善，杨军，石英晶体元件负载谐振频率

45、测量技术的研究。测试技术学报2005（2）10靳世久，孙家篡，杨学友，何圣元，石英谐振器参数综合测试方法。仪器仪表学报1994（3）11艾方,李东,王艳林,刘刚,一种新型石英晶体频率微调机测控系统设计。北京机械工业学院学报 2006（12）12王茂凡,赵中敏.PLC控制系统可靠性的软件设计J.江苏邮通建设监理有限公司.2010,613宋新菊，李东，王艳林，刘桂用，于石英晶体频率测试相位检测技术研究。北京市教育委员会科技发展基金项目 2006（11）14中华人民共和国电子工业推荐性部标准用型网络零相位法测量石英晶体元件参数s198915石英晶体频率微调机测控系统的研制 唐志强，北京机械工业学院 199816向家安,胡乙进.PC微机调速器频率测量方法综述J.武汉事达电气股份有限公司.2005,817石英晶体元件参数的测量. 第5 部分: 采用自动网络分析技术和误差校正确定等效电参数的方法S . 北京: 中华人民共和国信息产业部, 1999- 08- 26.18Becamel