钢板表面粗糙度检测系统改1234

1、表面粗糙度检测系统设计 XL摘 要表面粗糙度是反映零件表面光滑程度的物理量。它是在切削过程中，由刀具在工件表面上留下的刀痕而产生的。目前广泛应用触针式轮廓仪可以实现粗糙度部分参数的评定，但存在测量精度较低、测量参数较少、测量结果输出不直观等缺点，已不能满足现代工件测量要求。本文根据表面粗糙度的定义，基于微机开发出的表面粗糙度测量仪，除能解决传统仪器目前存在的问题外，还具有测量速度快，自动化程度高和良好的操作优点，而且通用性强，价格便宜，将具有较大的应用价值和市场潜力。基于单片机的表面粗糙度参数测量仪，就是通过设计编写表面粗糙度参数测量的软件控制程序, 使得仪器的测试更加灵活，多样化，只要加上必

2、要的硬件设备就可以根据用户需要构成测试仪器。关键词：单片机，表面粗糙度，检测，计算目 录1 绪论11.1 文献综述11.2 立题意义21.3 光纤传感技术的发展与现状31.4 表面粗糙度测量技术的发展41.5 本文研究内容52 粗糙度检测的基本原理62.1 表面粗糙度的概念62.2 表面粗糙度的测量参数62.3 反射式光纤位移传感器的结构72.4 反射式光纤位移传感器输出特性72.5 粗糙度测量原理83 粗糙度测量仪的方案总体设计103.1 硬件方案设计103.2 软件系统设计114 粗糙度测试仪硬件及软件设计124.1 信号调理电路124.2 单片机及其外围扩展电路的设计124.3 软件设计

3、175 调试与验证255.1 调试分析过程255.2 调试故障及原因分析266结论27参考文献29附录 电路图32附录 程序清单331 绪论1.1 文献综述介绍了表面粗糙度的概念和表面粗糙度测量仪的发展历程、现状及发展趋势，设计基于单片机的一种新的表面粗糙度测量仪1，即利用传统的表面粗糙度测量仪与虚拟仪器技术相结合。在切削加工过程中，由于刀具和被加工表面间的相对运动轨迹(即刀痕)、刀具和被加工表面间的摩擦、切削过程中切屑分离时表层金属材料的塑性变形以及工艺系统的高频振动等原因，零件表面会出现许多间距较小的、凹凸不平的微小的峰、谷。这种零件被加工表面上的微观几何形状误差称为表面粗糙度2。表面粗糙

4、度不同于主要由机床、夹具、刀具几何精度以及定位夹紧方面的误差等因素引起的表面宏观几何形状误差，也不同于主要由机床、刀具、工件的振动、发热、回转不平衡等因素造成的介于宏观和微观几何形的统一标准4，通常按波距或波距与波幅的比值来划分。波距小于lmm的属于表面粗糙度；波距在110mm的属于表面波度；波距大于10mm的属于形状误差。波距与波幅h的比值小于40时属于表面粗糙度5；比值在401000时属于表面波度；比值大于1000时属于形状误差6。表面粗糙度是机械零件的一个重要的精度指标，对零件的性能会产生很大的影响。零件表面粗糙度会直接影响零件的耐磨性、疲劳强度、配合性质、抗腐蚀性以及密封性等。因此，关

5、于表面粗糙度测量的研究一直在持续，传统的测量方法有光切法、针描法、比较法、干涉法和印模法等多种，主要是使用电动廓仪、样板、干涉显微镜、光切显微镜等多种计量仪器和工具。目前广泛应用触针式轮廓仪可以实现粗糙度部分参数的测量评定，但存在测量精度较低，测量参数较少，测量结果的输出不直观等缺点，已不能满足现代工件的测量要求，开发研制新型的表面粗糙度测量仪来满足现代精密工件的测量要求是很有必要的，基于微机开发出的表面粗糙度测量仪，除能解决传统仪器目前存在的问题外，还具有测量速度快，自动化程度高和良好的操作性等优点，而且通用性强，价格便宜，将具有较大的应用价值和市场潜力 20。基于微机技术的表面粗糙度参数测

6、量仪，就是通过设计编写表面粗糙度参数测量的软件控制程序, 使得仪器的测试更加多样化，灵活，只要加上必要的硬件设备就可以根据用户需要构成测试仪器。1.2 表面粗糙度测量技术表面粗糙度和零件的性能和工作寿命密切相关，因此，人们认识到测量表面粗糙度的重要性，在很长一段时间之前。然而，由于技术水平，技术工艺落后，只能单靠触觉和视觉估计。在生产技术不断发展以后，开始采用了比较显微镜进行比较测量，但这些原始测量方法只能对表面微粗糙度做出一个定性的评估。测得的表面粗糙已有很长一段时间，在一般情况下，表面粗糙度测量方法可以分为两大类：接触和非接触式表面粗糙度测量技术。 (1)接触式针式轮廓是使用最广泛的非接触

7、式测量仪器，一般采用金刚石针尖，为了上下往复运动的驱动杆控制探针沿表面，以正确反映实际的侧面轮廓曲线。其优点是：重现性好，分辨率高，结果可靠，测量范围大，其水平和垂直分辨率20nm及0.lnm。它还作为对比其他方法粗糙度测量技术。目前正在手写笔的形状，大小，形状，接触力的动态特性，手写笔，仪表和智能将不断提高。最大的缺点：探头经常划伤的表面进行测量。因此，这种类型的针式表面轮廓并不适用于轻金属，塑料和超精加工表面。(2)非接触式由于接触测量仪器的缺点，光学技术已经引进一侧的表面粗糙度测量，以实现非接触式测量。典型的方法有以下几种：光散射法-它是如何工作的：当粗糙的表面上的激光入射角，散射光强度

8、分布，正态分布，角分布的表面粗糙度之间有一定的关系。可以测量表面粗糙度的对象，并根据他们的角分布。光散射法的特点是：测量速度快，设备结构简单。但是，因为它可以测量平均特征的侧面，它不能放弃的表面形貌，是一个参数测量技术。光学探测方法-光学探测方法的类型，基本上是一个小的聚焦光斑事件被测物表面，模拟机械触笔测量的。 干涉显微镜法-光波干涉，光束发射束在工件表面的一侧，另一束射向参考镜，两束光再相遇后反射光的光照条件下拍摄，形成的干涉条纹。相对曲率的条纹反映在被测物表面的高度差的会徽概念。1.3 设计任务书及主要技术指标要求介绍了表面粗糙度的概念和表面粗糙度测量仪的发展历程、现状及发展趋势，设计基

9、于虚拟仪器开发的一种新的表面粗糙度测量仪，即利用传统的表面粗糙度测量仪与虚拟仪器技术相结合，在计算机上用LabVIEW可视化的虚拟仪器系统开发平台开发出新的表面粗糙度测量系统。本次设计的内容安排可以分为三部分：第一部分主要是硬件电路方案的设计、元器件的选择等。具体的硬件电路包括传感器测量电路以及数据采集电路和数据传输电路等。在实验板上每一个硬件电路焊接完成后，每一部分单独调试，在各个部分调试成功后，联调整个硬件电路，最后做出分析，得出结论。第二部分是实现单片机程序设计，对数据进行处理、显示和存储。第三部分在上两部分都调试成功的前提下，进行模拟调试，得出设计最终结果。2 粗糙度检测的基本原理本文

10、应用光纤位移传感器测量物体表面粗糙度的系统之前,做一个简短的介绍表面粗糙度的知识,和表面粗糙度的概念、表面粗糙度测量基准、表面粗糙度测量原理应遵循的表面粗糙度和评价的参数定义的和有更全面的认识和理解。这些基本的定义是设计的实验系统的计算机和数据处理程序的理论依据。2.1 反射式光纤位移传感器的结构传感器通常是由光源光纤和接收光纤构成。位移传感器中光纤采用Y型结构，即两束光纤的一端合并为光纤探头，另一端分叉为两束，分别为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用。当光源发出的光，经光源光纤照射到位移反射体后，被反射的光又经接收光纤输出，被光敏器件接收。其输出光强决定于反射体距光纤探头的距离，当位

11、移变化时则输出光强作相应的变化。通过对光强的检测而得到位移量。图2-1为反射式光纤位移传感器原理图。图2-1 反射式光纤位移传感器的原理图2.2 反射式光纤位移传感器输出特性反射式光线位移传感器如图2-1所示，光源发出的光经发送光纤射向被测物体的表面（反射面）上，反射光有接收光纤收集，并传送到光探测器转换成电信号输出，通过电信号的大小就可以测得物体距离探头的位移。由于光学纤维的大小有一定的光圈,当结束时的光纤探针测量一个、发射光线反射光纤不能接收光纤,光信号接收光;当测表面逐渐远离光纤探针,光纤光测表面发射的面积越来越大,和接收光纤照明区域也结束越来越大,一个线性增长的输出信号;当收购是所有的

12、光光纤,输出信号到达一个位移输出信号曲线（图2-2）上的“光峰点”、光峰点这段曲线之前,前斜坡区;当测表面继续远离它,部分反映出光的反射式光纤没有接受,因为接收光纤更遥远的由地面接收光强光敏元件的逐渐减少,输出信号的逐渐减弱,斜坡区的曲线之后。在边坡的位移curve-output地区之前,输出信号强度增长的非常快,这一区域可用于微米级的位移测量。在斜坡区,疲软的信号和调查和测量表面之间的距离成反比,可以用于距离较远和敏感性,线性度和准确度不高的测量。在光峰面积、信号达到最大值,其大小取决于表面的状态被测量所以这个区域可用于对表面状态行光学测量，即可用于粗糙度的测量。图2-2为位移电压输出特性图

13、。 图2-2 电压位移输出特性2.3 粗糙度测量原理如前所述，在峰值点附近，输出对距离的变化不敏感，而对粗糙度的变化最敏感，这正是测量粗糙度十分需要的特性。这里挑选了7块研磨样板，其Ra值都是精确标定已知的。取其中Ra值最小的样板为基准，细调距离d使输出电压为最大，并将此距离固定。再将其他研磨样板依次换上分别测出其输出电压，作为输出与Ra的关系如图所示：图2-3 粗糙度和电压的关系实验中分别对每块样板测出电压十次取平均值。有关数据如下表所示：表2-1 不同样板表面粗糙度与输出电压数据表样板编号123456Ra（um）0.0050.020.030.040.0450.05输出电压（V）4.693.

14、052.581.951.691.43按表的实验数据对Ra值和输出电压进行曲线拟合，得出拟合曲线方程。 (2-1)式中Ra的单位为；输出电压的单位为V。得出这种拟合曲线方程后，将用同样加工方法得到的任意工件放在这种仪器上测量，就能得出这种工件的表面粗糙度。3 粗糙度测量仪的方案总体设计书（主要技术指标）本设计是基于虚拟仪器开发的一种新的表面粗糙度测量仪，即利用传统的表面粗糙度测量仪与虚拟仪器技术相结合。具体是利用光纤位移传感器进行粗糙度的测量，然后经过单片机计算，得到结果总体方案包括硬件和软件设计以及上位机的设计。下图是总体方案功能框图。 图3-1 总体方案功能框图3.1 硬件方案设计硬件方案的

15、设计主要包括测量部分和单片机部分的设计。测量部分主要包括传感器的选择，单片机部分主要包括数据采集部分和数据计算部分设计。3.1.1 传感器的选择本设计选用CSY-G型光电传感器实验仪所提供的传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半圆分布即双D型，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一光纤接收光信号，再由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关。3.1.2 光纤传感器特性实验由于光纤传感器探头由于系统所获得的数据具有非线性和

16、测量仪器本身的误差，输人位移或粗糙度和输出电压之间没有确定的函数关系。因此往往事先测量一组数据，然后使用此数据进行曲线拟合，得到一条拟合曲线。 表3-1 采集数据电压位移位移(mm)00.20.40.60.811.21.41.6电压(V)00.320.892.93.894.544.554.353.343.1.3 单片机数据采集和传输电路的设计本系统采用的单片机是AT89C52。选用的A/D转换器是ADC0809，ADC0809是目前比较常用的一种逐次比较式8路模拟量输入、8位数字量输出的A/D转换器。片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A的编码来决定所选通道。输出可直接连到单片机的

17、数据总线上，可对0-5V模拟信号进行转换。3.2 软件系统设计 软件系统主要包括主程序、A/D转换。下面详细介绍下位机的软件设计思想。软件总体流程图如图3-2所示。 图3-2 系统软件总体流程图4 粗糙度测试仪硬件及软件设计（单元电路的设计） 根据总体设计方案的要求，本章详细论述系统硬件部分的设计。整体电路图见附录，软件程序见附录二。4.1 信号调理电路 信号调理电路的功能主要是完成对光纤传感器输出的微弱不稳定信号进行放大滤波，使其输出电压信号满足A/D转换的要求，在05V范围内。由于反射式光纤位移传感器的输出电压信号很小。因此在进行A/D转换时，就要对信号进行电压放大以达到转换要求。故而在传

18、感器和A/D转换电路之间加入了一级有源放大电路，使输出电压为05V，从而为后续的A/D转换电路提供必要条件。图4-1为电压放大电路电路图。图中的放大倍数为100倍可满足设计要求。 图4-1 电压放大电路电路图4.2 单片机及其外围扩展电路的设计单片机外围扩展电路主要包括时钟电路、复位电路、A/D转换电路。4.2.1 .单片机介绍(1)单片机的内部结构及应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 单片机有8位、16位甚至32位机，但8位单片机以它的价格低廉、

19、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。 MCS-51系列高档8位单片机是Intel公司1980年推出的产品，而AT89C51芯片是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。图4.2为单片机的内部结构框图。图4-2 单片机的内部结构框图 AT89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable R

20、ead Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。(2)AT89C52特性 其主要特性是：可与MCS-51 兼容；8K字节可编程闪烁存储器 ；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断

21、源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；VCC：供电电压；GND：接地。图4-3为AT89C52的管脚图。图4-3 AT89C52管脚图4.2.2 时钟电路设计 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。图4-4是89C52片内振荡器电路。89C52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件，图4

22、-5是内部时钟方式的电路。外接晶体（在频率稳定性不高，而尽可能要求廉价时，可选用陶瓷谐振器）以及电容CX1和CX2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性。晶体可在1.2MHz12MHz之间任选，电容CX1和CX2的典型值在20pF100pF之间选择，但在60pF70pF时振荡器有较高的频率稳定性。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

23、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。本设计考虑到打印机的时序的要求，晶阵采用11.0592MHz。图4-4 89C52片内振荡器电路图 图4-5内部时钟方式的电路图4.2.3 复位电路的设计89C52的复位输入引脚RET（即RESET）为89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序从指定处开始执行，即从程序存储器中的0000H地址单元开始执行程序。在89C52的时钟电路工作后，只要在RET引脚上出现两个机器周期以上的高电平时，单片机内部则初始复位。只要RET保持高电平，则89C52循环复位。只有当RET由高电平变成低电平以后，89C52才从0000H

24、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4-6所示，是常用复位电路之一。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。通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。上电时，刚接通电源，电容C相当于瞬间短路，+5V立即加到RET/VPD端，该高电平使89C52全机自动复位，这就是上电复位；若运行过程中需要程序从头执行，只需按动按钮即可。按下按钮，则直接把+5V加到了RET/VPD端从而复位称为手动复位。复位后，P0到P3并行I/O口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。平复位电路4.2.4 A/D转换电路的设计逐次逼近型A/

25、D转换器是目前品种最多、应用最广的ADC器件。它有两个类别，一是单芯片集成化A/D转换器，另一是混合集成化A/D转换器。ADC0809转换器是单芯片集成化A/D转换器，是8位A/D转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。ADC0809由单一5V电源供电，片内带有锁存功能的8位模拟多路开关，可对8路05V的输入模拟电压分时进行转换，完成一次转换约需时间100µs（相应的时钟频率为640KHz），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，比较器，输出缓冲锁存器，可以直接接到单片机的数据总线上。ADC0809内部没有时钟电路，故时钟信号应由单片机提供（接10脚CLOC

26、K端）。本课题使用的单片机时钟频率为12MHz，若与单片机接口时，可利用其地址锁存允许信号ALE（2000KHz）经2个D触发器四分频获得500KHz的时钟，恰好满足0809对时钟频率的要求。图4-7为ADC0809的引脚图。图4-7 ADC0809管脚图该芯片共有28个引脚，具体引脚功能如下：输入引脚IN0IN7是8路模拟量输入端，接收要转换的模拟数据；输出引脚 D0D7为数据输出端，其功能是将转换好的数据由此端输出；通道控制单元A、B、C为8路输入通道的选通单元，每次只能选通一条通道。C、B、A的编码由单片机提供， 地址通道编码见表4-1；START为启动A/D转换信号的控制端，在一个正脉

27、冲作用之后，转换器就开始工作。； 表4-1 地址编码ALE为地址锁存信号输入端，当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入A/D转换器；时钟信号CLK是时钟信号输入端，A/D转换器要求的时钟频率为640KHz，如果高于此频率，转换器无法正常工作；参考电压端口REF(+)和REF(-)是用来提供A/D转换的量化单位。一般REF(+)=5V，REF(-)=0V；输出允许控制信号OE，当OE为高电平时，允许从A/D转换器锁存器中读取数字量；标志信号EOC是A/D转换结束标志信号，当A/D转换完毕时，EOC端输出高电平，表示转换结束，因此EOC可作为CPU的中断或查询信

28、号；电源端 VCC接地端GND。ADC0809工作时序如图4-8所示。由于本设计只要求一路模拟信号输入即可，因此C、B、A引脚并联接地便选通了IN0口，可以满足设计要求。图4-8为ADC0809工作时序图： 图4-8 ADC0809工作时序图图4-9为ADC0809和单片机连接图： 图4-9 ADC0809和单片机连接图4.3 软件设计4.3.1 主程序设计 主程序的基本功能是实现各子程序的初始化和对各个模块程序实现调用。从而实现对整个测试系统的流程进行控制，以达到对被测表面进行测量的目的。其流程图如下： 开始系统初始化A/D采样中断计算程序结束YN 图4-13 主程序流程图/*TS12864

29、A-3 端口定义*/#define LCD_data P0 /数据口sbit LCD_RS = P10; /寄存器选择输入 sbit LCD_RW = P11; /液晶读/写控制sbit LCD_EN = P25; /液晶使能控制sbit LCD_PSB = P12; /串/并方式控制sbit wela = P26;sbit dula = P27;main()uchar i; uchar AD_i=50,TEM_i=100,Max=0,Min=0,Eve=0,Fangcha=0; char ADtemp,ADtemp0; /定义中间变量uchar CCdata40=0; TMOD=0x01;

30、TH0=(65536-50000)/256;+CCdata14+CCdata15+CCdata16+CCdata17+CCdata18+CCdata19+CCdata20)>>1;4.3.2 ADC0809转换程序设计A/D转换子程序主要的作用是将传感器转换出来的模拟信号转换成计算机可以处理的数字信号，而A/D转换器的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。A/D转换子程序流程图如图4-14所示。开始初始化启动ADC0809读出A/D转换值保存结果返回 图4-14 ADC0809转换流程图 发送一个字节 unsigned char BitCounter=8; unsig

31、ned char temp; do temp=Data; Scl=0; _nop_(); if(temp&0x80)=0x80) Sda=1; else Sda=0;Scl=1;temp=Data<<1;Data=temp;BitCounter-; while(BitCounter); Scl=0; 读入一个字节并返回 Sda=1; do Scl=0; _nop_(); Scl=1; _nop_(); if(Sda) temp=temp|0x01; else temp=temp&0xfe; if(BitCounter-1) temp1=temp<<1;

32、temp=temp1; BitCounter-; while(BitCounter);return(temp); 写入DA数模转换值 Start(); Send(AddWr); /写入芯片地址 Ack(); Send(0x40); /写入控制位，使能DAC输出 Ack(); Send(Data); /写数据 Ack(); Stop(); 读取AD模数转换的值，有返回值 Start(); /写入芯片地址 Send(AddWr); Ack(); Send(0x40|Chl);/写入选择的通道，本程序只用单端输入，差分部分需要自行添加 /Chl的值分别为0、1、2、3，分别代表1-4通道/显示上半屏

33、内容设置 for(i=0;i<32;i+) lcd_wcmd(0x80 + i); /SET 垂直地址 VERTICAL ADD lcd_wcmd(0x80); /SET 水平地址 HORIZONTAL ADD for(j=0;j<16;j+) lcd_wdat(*img); img+; /显示下半屏内容设置 for(i=0;i<32;i+) lcd_wcmd(0x80 + i); /SET 垂直地址 VERTICAL ADD lcd_wcmd(0x88); /SET 水平地址 HORIZONTAL ADD for(j=0;j<16;j+) lcd_wdat(*img)

34、; img+;5 调试与验证调试与分析的过程包括硬件电路的调试、程序的调试及它们的联机调试过程。一旦系统的工作总框图确定之后，硬件电路和程序的设计工作就可以齐头并进。硬件电路的调试可以先采用某种信号作为激励，然后通过检查电路能否得到预期的响应来验证电路是否正常。软件程序是先按模块分别进行子程序调试，然后对完整的功能程序进行调试检查。5.1 调试分析过程本次毕业设计采用的仿真系统是由南京伟福实业有限公司开发的伟福仿真器进行软件调试的，此系统可以开发应用软件，以及对硬件电路进行诊断、调试等。它的具体功能是可以进行CPU仿真，可以单步、跟踪、断点和全速运行，而且，程序的编译过程中，可以对设计软件进行

35、自诊断，并自动给出故障原因。同时用户调试程序时，可以通过窗口观察寄存器的工作状况，以便及时发现和排除编程中可能出现的错误。可以看出，该仿真系统是款功能强大，实用性强的仿真系统。本次毕设之所以采用伟福仿真系统，就是由于此仿真系统强大的功能，因为所借助的仿真系统性能的优越，直接影响设计者设计和调试的效率。调试与分析的过程一般包括电路原理的调试、程序的调试及它们的联机调试过程。一旦系统的工作总框图确定之后，电路原理图和程序的设计工作就可以齐头并进。硬件电路的调试可以先采用某种信号作为激励，然后通过检查电路能否得到预期的响应来验证电路是否正常。通常采用的方法是通过编制一些小的调试程序分别对相应各硬件单

36、元电路的功能进行检查，而整个系统硬件功能必须在硬件和软件设计完成之后才能进行。软件程序也是先按模块分别调试，然后再连接起来进行总调。它只有在相应的硬件系统中调试，才能最后证明其正确性。5.1.1 硬件调试硬件调试首先要对照硬件电路图，仔细检查电路的走线是否和电路图一致。用实验室的万用表按照设计的电路图检查。再仔细检查各个芯片是否好用。查看各引脚电平是否符合理论值要求，在此基础上进行硬件的功能调试，使其转换电路和显示电路都能达到系统要求。5.1.2 软件调试系统调试主要包括A/D转换程序的调试，数据处理程序的调试。首先对程序进行单步调试，观察仿真器窗口，查看输出结果、内存单元以及各个特殊寄存器中

37、的值是否正确。如果有错误，要查找错误的原因，并及时进行修改。通常来说，如果各子模块的程序正确，然后把各个模块组合起来，全速运行，查看程序是否能够实现设计所有功能。若不能实现，则重新单步运行，逐条检查程序，直到发现错误，并进行改正。5.1.3 软硬件联调经过硬件、软件单独调试后，进行软硬件综合联调。首先进行分步运行，将设计的源程序对应该测试芯片的各个模块，测出其工作特性及运行状况。通过联调找出硬件电路和软件的错误。5.2 调试故障及原因分析1.线路错误由于线路比较复杂，精神一时不集中，使单片机的发送端和接收端混淆，当进行硬件调试时发现一点现象也没有，经过示波器对各个引脚的测试发现了问题所在，径改

38、正硬件正常运行。2.发送命令太快当软件与硬件进行联调时，发现测量值非常不稳定，总是结果和零之间跳变，经检查发现单片机发送命令太快，快于的数据转换，缓冲区还没有值，所以出现跳变。经过改慢发送命令的时间，使的显示的以正常。6 结论传统的粗糙度测量方法有比较法、针描法的、光切法、干涉法和印模法等，主要是使用样板、电动轮廓仪、光切显微镜、干涉显微镜等多种工具和计量仪器。目前广泛应用触针式轮廓仪可以实现粗糙度部分参数的测量评定，但存在测量参数较少，测量精度较低，测量结果的输出不直观等缺点，已不能满足现代工件的测量要求，迫切需要开发研制新型的表面粗糙度测量仪来满足现代精密工件的测量要求，本次设计的表面粗糙

39、度测量仪，除能解决传统仪器目前存在的问题外，还具有测量速度快，自动化程度高和良好的人机界面等优点，而且价格便宜，通用性强，将具有较大的市场潜力和应用价值。1光纤位移传感器的特性是：当光源发出的光经发送光纤射向被测物体的表面(反射面)上，反射光有接收光纤收集，并传送到光探测器转换成电信号输出，电信号的大小随着探头与被测物体的距离变化而变化。本文应用光纤位移传感器的输出特性设计了表面粗糙度测试仪，为实现表面粗糙度的精确测量提供了较好的途径，而且随着材料技术和传感器技术的不断发展，该方法将会更加的完善。2本文通过对测试样件的测量对所设计的粗糙度测试仪进行了实验验证，结果证明应用光纤位移传感器的粗糙度

40、测试仪可以很好的进行粗糙度的测量。3因为没有标定的样板，所以本论文没有对所设计的粗糙度测试仪的精度进行具体的标定，因此没有办法保证测量的精度。如果有时间，或者调节允许，该设计将会取得更好的效果。 在工业生产加工中，零件表面粗糙度会直接影响零件的配合性质、疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性以及密封性等。因此，表面粗糙度测试仪在今后的工业生产中有着广泛的应用。本系统硬件选用了市场上应用较多的、光学性能优良、反应敏感、光纤位移传感器，以及性价比很高的AT89C51芯片和ADC0809等芯片，其中ADC0809是目前比较常用的一种逐次比较式8路模拟量输入、8位数字量输出的A/D转换器，这些元件价格低廉，性能稳

41、定。而软件的设计除能解决传统仪器目前存在的问题外，还具有测量速度快，自动化程度高和良好的人机界面等优点，而且价格便宜，通用性强，将具有较大的市场潜力和应用价值。本设计的成本很小，但自动化程度很高。因此，应用本设计所采用的方法，可以对加工的零件实现大面积测量，具有一定的应用价值，该设计具有较好的经济效益和社会效益。总之，应用光纤位移传感器的输出特性，表面粗糙素测试仪可以实现对零件的表面进行测量，可以很好实现对测量结果的显示和存储，便于对测量工件的管理。参考文献1 贾伯年. 传感器技术. 东南大学出版社. 20002 赵茂泰. 智能仪器原理及应用. 电子工业出版社, 20043 原荣. 光纤通信.

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