嵌入式光栅数显测量系统的研究

论文摘要

从20世纪70年代以来,随着微电子、激光技术、传感技术、计算机技术等前沿科技的迅猛发展,数显量具的水平也迅速发展起来,并逐步开始替代传统机械量具。同时,随着计算机技术的进步,在工业生产及人们的日常生活中有很多设备和装置中都内置了计算机系统,使这些设备或装置具有很高的自动化性能和某种程度的智能性,从而极大的满足了人们生产和生活的需要。目前,随着这种应用的迅速普及,一项被称为“嵌入式系统”的技术应运而生了。本文在依据光栅位移测量原理,采用嵌入式系统设计方案,设计了一种新型的嵌入式光栅数显测量系统。本文根据系统设计要求,确定了嵌入式光栅数显测量系统的总体硬件设计方案。本文设计的嵌入式光栅数显测量系统采用Hctl-2032作为正交解码芯片,完成对计量光栅传感器、光栅尺等测量设备输出的两路相位差90°的正交解码脉冲信号进行数字滤波、正交解码、计数等工作。并采用PHILIPS公司的嵌入式微处理器LPC2210作为中央处理器,对Hctl-2032通过系统数据总线传送的计数值进行数据处理。同时系统还集成了USB通讯、串行通信、LCD显示、并行接口打印等功能。在软件方面,本文采用在嵌入式硬件平台上移植源代码公开的嵌入式操作系统μC/OS-II作为系统的操作系统。μC/OS-II对嵌入式光栅数显测量系统进行多任务管理、外围设备管理及内存管理,能有效地组织系统任务和应用程序,并使系统高效的运行。实验证明,本系统具有高可靠性、高稳定性等特点,完全可以满足高精度的线位移测量要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.3.1 国外相关技术发展现状
• 1.3.2 国内相关技术发展现状
• 1.4 课题来源和本文主要研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 本论文主要研究内容
• 第2章 光栅测量原理及辨向电路
• 2.1 光栅测量原理
• 2.1.1 光栅的分类和结构
• 2.1.2 莫尔条纹
• 2.1.3 光栅测量位移的工作原理
• 2.2 辨向电路
• 2.3 本章小结
• 第3章 光栅数显测量系统的硬件设计
• 3.1 光栅位移信号采集部分电路硬件设计与原理
• 3.1.1 正交解码芯片Hctl-2032
• 3.1.2 芯片Hctl-2032 工作原理及内部结构
• 3.1.3 内部正交解码模式选择以及数据锁存器的数据输出模式
• 3.1.4 正交解码芯片与微处理器的硬件连接
• 3.2 嵌入式最小系统的硬件设计
• 3.2.1 嵌入式最小系统的定义
• 3.2.2 电源部分的设计
• 3.2.3 时钟部分的设计
• 3.2.4 系统复位电路的设计
• 3.2.5 存储器系统的设计
• 3.3 光栅位移信号处理部分电路硬件设计与原理
• 3.3.1 微处理器LPC2210 的主要性能
• 3.3.2 系统的内存模块硬件设计
• 3.3.3 系统的程序存储器模块的硬件设计
• 3.4 系统外围通讯接口的硬件设计
• 3.4.1 串行通讯接口的硬件设计
• 3.4.2 并行打印接口的硬件设计
• 3.4.3 系统USB 通信接口的硬件设计
• 3.5 系统液晶显示模块及键盘控制电路的硬件设计
• 3.5.1 系统液晶显示电路的硬件设计
• 3.5.2 系统键盘控制电路的硬件设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 光栅数显测量系统的软件设计
• 4.1 嵌入式系统的系统任务
• 4.2 嵌入式光栅数显测量系统的应用软件设计
• 4.2.1 操作系统的API 函数
• 4.2.2 系统的主程序设计
• 4.2.3 计数值采集处理程序设计
• 4.2.4 数据显示程序的设计
• 4.2.5 键盘控制程序的设计
• 4.3 嵌入式实时操作系统μC/OS-II 的移植
• 4.3.1 嵌入式操作系统μC/OS-II 的体系结构
• 4.3.2 移植嵌入式实时操作系统μC/OS-II 的主要工作内容概述
• 4.3.3 移植μC/OS-II 操作系统的主要步骤
• 4.4 系统的实验验证
• 4.4.1 正向位移测量实验
• 4.4.2 反向位移测量实验
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢