基于PIC单片机的X射线角分类机测控系统的设计与开发

论文摘要

X射线角分类机是目前晶体切割和加工设备中重要的定向专用设备。X射线角分类机是以X射线为手段,依据布拉格方程,对晶体进行分析的光机电一体化精密仪器。本文在手动X射线角分类机的基础上,采用单片微型计算机测控系统和步进电机驱动系统,利用微弱信号检测技术、计算机数据处理技术实现了自动测量,从而消除了人为测量带来的测量误差,提高了晶片检测效率。本文首先详细研究了X射线角分类机的各项设计指标,在此基础上根据功能要求,设计了X射线角分类机测控系统的硬件系统和软件系统,并研究了针对复杂信号的数据采集与处理的各种算法。选定美国Microchip公司先进的高速混合信号片上系统单片机PIC18F4620与PIC16F887作为测控系统的核心；采用硬件与软件相结合的方法实现了模拟信号的放大、滤波、模数转换和数字信号处理；同时,采用了一系列硬件、软件的抗干扰方法保证测量的精度。本文还设计开发了步进电机细分驱动系统。细分驱动技术是一种能有效改善步进电机低频特性和提高步进精度的驱动技术,广泛应用于对工况要求较高的场合,尤其在一些要求高精度、低噪音、低振动的系统中,细分驱动成为步进电机驱动的首选驱动技术。本文在对步进电机细分驱动技术、PWM逆变技术研究的基础上,分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用,论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理,提出了一种基于正弦电流细分和电流追踪型脉宽调制(PWM)的细分驱动技术,实现了步进电机的细分驱动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研发背景
• 1.1.1 晶体学概述
• 1.1.2 X射线角分类机发展概况
• 1.2 研发意义
• 1.3 研究内容与结构安排
• 第2章 X射线角分类机测控系统的总体设计
• 2.1 X射线角分类机的基本工作原理
• 2.2 测控系统具备的功能
• 2.3 测控系统的硬件设计
• 2.3.1 测控系统的硬件总体结构
• 2.3.2 单片机的选型
• 2.4 测控系统的软件设计
• 2.5 测控系统的开发环境
• 2.5.1 硬件开发环境
• 2.5.2 软件开发环境
• 2.6 本章小结
• 第3章 信号处理子系统设计
• 3.1 盖革计数管的原理及特点
• 3.2 电压型信号放大电路设计
• 3.2.1 信号的放大
• 3.2.2 信号的滤波
• 3.3 电流型信号放大电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 单片机控制子系统设计
• 4.1 数据采集与处理
• 4.1.1 光电编码器接口
• 4.1.2 模数转换接口
• 4.2 数据输入输出与显示
• 4.2.1 键盘接口
• 4.2.2 拨码开关接口
• 4.2.3 与上位机通讯接口
• 4.2.4 数码管显示
• 4.2.5 指示灯报警显示
• 4.3 步进电机驱动接口
• 4.3.1 步进电机选定
• 4.3.2 步进电机控制方案
• 4.4 本章小结
• 第5章 步进电机驱动器设计
• 5.1 步进电机驱动系统简介
• 5.2 步进电机的细分驱动
• 5.2.1 细分驱动原理
• 5.2.2 细分驱动特点
• 5.2.3 恒转矩等步距角细分
• 5.3 正弦脉冲调制原理
• 5.3.1 脉宽调制技术原理
• 5.3.2 SPWM电路构成与调制方式
• 5.3.3 电流追踪型PWM技术
• 5.4 驱动器的总体设计
• 5.4.1 驱动器硬件总体设计
• 5.4.2 细分控制
• 5.4.3 脉宽调制电路
• 5.4.4 IR2130驱动电路
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束与展望
• 参考文献
• 致谢