USB技术的研究及其在数字光纤塞规中的应用

论文摘要

在零件的批量生产中,为了控制零件内孔的精度,达到良好的互换性,必须对内孔的直径进行测量。测量的效率与测量精度成为一对矛盾。塞规和游标卡尺都具有效率高的优点,游标卡尺只适合精度不太高的场合。塞规只能保证零件内孔的尺寸在给定的公差带范围之内,塞规长期使用会有磨损。为克服上述缺点,提高测量的精度和效率,提出了一种新的基于USB的数字光纤塞规的解决方案。 目前在微机上存在多种接口形式,USB设备能够即插即用,自动配置,有较高的传输速率。USB在很多方面都优于其他接口。 该数字光纤塞规利用光纤传感器感受位移量的微小变化,采用非接触相对测量的方法,能够快速准确测量出零件内径的尺寸。该仪器由机械部分,传感器,硬件电路,软件部分和微机组成。传感器感受位移量的微小变化,处理电路将位移变化转化为电压的变化,通过ADC量化变成数字量,通过USB接口传输到微机,数据经过处理后显示在微机上。 论文主要论述了仪器完整的实现过程。首先在研究塞规和计算机接口技术的现状后,提出该用USB接口传输的数字光纤塞规的方案,并分析出该课题的任务。 接着详细介绍了USB,分析了USB出现的背景,USB总体结构,USB的数据流模型以及USB的协议层。 然后讨论了仪器的总体设计,分析了仪器的测量原理,讲述了系统的各个组成部分以及软件和硬件的开发工具。 硬件电路设计部分详细讨论了仪器硬件电路的设计。这部分包含了ADμC824单片机、USB接口芯片PDIUSBD12、电压参考AD780、电平转换电路MAX232的详细应用,分析了各个部分在硬件电路中所起的作用。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 塞规现状
• 1.3 微机接口技术的现状
• 1.4 仪器的技术要求
• 1.5 课题的主要任务
• 2 通用串行总线的概述
• 2.1 USB出现的背景
• 2.1.1 USB的主要特性
• 2.2 USB总体结构
• 2.2.1 USB系统的描述
• 2.2.2 USB的物理接口
• 2.2.3 USB的电源
• 2.2.4 USB的数据流模型
• 2.2.5 USB的健壮性
• 2.2.6 系统配置
• 2.2.7 数据流类型
• 2.2.8 USB设备
• 2.2.9 USB主机的硬件和软件
• 2.3 USB的数据流模型
• 2.3.1 从实现者角度出发的USB系统
• 2.3.2 总线拓扑结构
• 2.3.3 USB通讯流程
• 2.3.4 传输类型
• 2.4 USB的协议层
• 2.4.1 位传输顺序
• 2.4.2 同步字段
• 2.4.3 包字段的格式
• 2.4.4 数据包的格式
• 2.4.5 事务的格式
• 3 数字光纤塞规的实现
• 3.1 仪器整体设计
• 3.1.1 测量原理
• 3.1.2 仪器的主要组成部分
• 3.1.3 硬件芯片的选取
• 3.1.4 固件开发工具的选取
• 3.1.5 驱动开发环境的选取
• 3.1.6 应用程序开发环境的选取
• 3.2 仪器的硬件设计
• 3.2.1 MCS-51系列单片机
• 3.2.2 ADμC824
• 3.2.3 USB接口芯片PDIUSBD12
• 3.2.4 电压参考基准AD780
• 3.2.5 电平转换芯片MAX232
• 3.2.6 硬件结构
• 3.2.7 硬件设计中应注意的问题
• 3.3 固件编程
• 3.3.1 USB设备框架
• 3.3.2 固件的总体结构
• 3.3.3 固件的具体实现
• 3.3.4 ADμC824的编程
• 3.3.5 固件开发中的问题
• 3.4 驱动程序
• 3.4.1 USB的硬件和软件
• 3.4.2 设备驱动程序概述
• 3.4.3 设备驱动程序的具体实现
• 3.4.4 设备驱动程序的安装
• 3.5 应用程序
• 3.5.1 查找并打开设备
• 3.5.2 对设备进行读写
• 3.5.3 应用程序的流程
• 3.5.4 成用程序界面
• 4 实验设计及数据处理
• 4.1 实验设计
• 4.1.1 实现HID设备
• 4.1.2 实现通用设备
• 4.1.3 在ADuC824上实现模数转换
• 4.2 仪器的标定
• 4.3 数据处理
• 4.3.1 ADC的性能分析
• 4.3.2 仪器的精度
• 5 结论
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间科研成果简介
• 声明
• 致谢