螺栓組聯(lián)接實驗臺改進設計說明書[帶圖紙]

1、<p>　　螺栓組聯(lián)接實驗臺改進設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　螺栓聯(lián)接是機械設計課程中重要的教學章節(jié)，是機械零部件聯(lián)接中最常用的聯(lián)接方法。我?，F(xiàn)有螺栓聯(lián)接綜合實驗臺由于誤差大，均起不到驗證理論的作用。為此，結(jié)合實驗教學，對我?，F(xiàn)有的螺栓聯(lián)接試驗臺結(jié)構(gòu)給出改進設計方案.該方案實施后，增加了螺栓聯(lián)接實驗內(nèi)容，完善了整個實驗

2、過程，在提高試驗臺的效率和能力方面取得了明顯的效果。該實驗臺具有加載穩(wěn)定準確、改變螺栓和被聯(lián)接件剛度可靠、操作方便、性能穩(wěn)定、精度高的特點。還介紹了螺栓連接實驗臺的結(jié)構(gòu)組成及測試原理，測試系統(tǒng)的組成及各部分作用;進行了機械裝置零部件的結(jié)構(gòu)設計和強度計算;設計了測試系統(tǒng)的硬件電路，包括應變儀的采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、鍵盤電路、顯示電路等;分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇型ㄓ嵲怼⒉ㄌ芈?、發(fā)送與接收、電平轉(zhuǎn)換等內(nèi)容;討論了鍵盤防抖

3、原理和數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及非編碼鍵盤的控制方式、中斷查詢等問題;論文還對軟件的實現(xiàn)和元器件的選擇等做了詳細的論述。</p><p>　　在本文中，還詳細闡述虛擬式應變測試系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和軟硬件在螺栓聯(lián)接實驗臺上的應用，并以Visual C++軟件為開發(fā)平臺，運用面向?qū)ο螅∣OP）的軟件設計方法，構(gòu)建出了圖形逼真、功能強大的虛擬式應變測試儀系統(tǒng)。該應變測試系統(tǒng)的軟件由主控制模塊、初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖

4、形顯示模塊、存儲打印模塊和輔助功能模塊七部分組成，實現(xiàn)了對應變信號進行采集、處理、分析和顯示。系統(tǒng)可對與應變測量有關的多類型參量進行實時測量，將信息的采集和處理一體化，數(shù)據(jù)和結(jié)果實現(xiàn)可視化，其價格比傳統(tǒng)應變測量儀器低廉，大大提高了工作效率。 </p><p>　　關鍵詞：螺栓,聯(lián)接,試驗臺,改進</p><p>　　Bolt connection experimental design i

5、mprovement</p><p>　　ABSTRACT </p><p>　　Bolt connection is important in mechanical design course teaching section, is the most commonly used mechanical components in the connection of the conn

6、ection method. Our existing comprehensive test-bed bolt connection error, because both theoretical role play. Therefore, the combination of experimental teaching, our existing bolt-joint test design scheme is improved st

7、ructure. The plan implementation, increase the bolt-joint experiment content, experiment process, perfect the test in improving </p><p>　　In this paper, also tells the virtual strain test system of logical s

8、tructure and software and hardware in the experimental stage bolt connection with Visual c + +, and the application of software development platform for using object-oriented (OOP) software design method, and construct a

9、 graphical lifelike, powerful virtual strain tester system. This strain of software testing system by the master control module, initialization module, the data acquisition module, data processing module, the gr</p>

10、;<p>　　Key words: bolts, Connection, Test-beds, improved</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><

11、;p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1螺栓組聯(lián)接試驗臺的應用背景1</p><p>　　1.2螺栓組聯(lián)接實驗臺的實驗內(nèi)容及其性能特點1</p><p>　　1.2.1實驗內(nèi)容2</p><p>　　1.2.2 性能特點2</p><p>　　1.3 本課題的意義與研究內(nèi)容2</

12、p><p>　　第2章螺栓聯(lián)接實驗臺的結(jié)構(gòu)設計3</p><p>　　2.1螺栓聯(lián)結(jié)部分3</p><p>　　2.1.1 螺栓組結(jié)構(gòu)設計3</p><p>　　2.1.2螺栓組聯(lián)接的受力分析3</p><p>　　2.1.3螺栓聯(lián)接的強度計算7</p><p>　　2.1.4 確定螺栓直

13、徑13</p><p>　　2.1.5校核螺栓所受的預緊力15</p><p>　　2.2 加載裝置部分17</p><p>　　2.3測試儀器部分17</p><p>　　2.3.1電阻應變片的測試17</p><p>　　2.3.2電橋18</p><p>　　2.3.3壓力傳感

14、器19</p><p>　　2.4 本章小結(jié)20</p><p>　　第3章 螺栓測量裝置的設計21</p><p>　　3.1 測量裝置的需求分析21</p><p>　　3.2 測量裝置的總體方案確定21</p><p>　　3.3 測量裝置的硬件實現(xiàn)22</p><p>　　3

15、.3.1采樣電路22</p><p>　　3.3.2采樣電路30</p><p>　　3.3.3 串行通信37</p><p>　　3.4 測量裝置的軟件實現(xiàn)42</p><p>　　3.4.1流程控制44</p><p>　　3.4.2傳感器校正44</p><p>　　3.4.3

16、數(shù)據(jù)管理45</p><p>　　3.4.4 數(shù)據(jù)評價46</p><p>　　3.4.5 用戶接口程序47</p><p>　　3.5 本章小結(jié)47</p><p>　　第4章 虛擬圖像顯示儀的設計48</p><p><b>　　4.1 引言48</b></p>&l

17、t;p>　　4.2 系統(tǒng)的總體設計48</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)的組成49</p><p>　　4.2.2系統(tǒng)軟件的總體設計49</p><p>　　4.2.3系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的選擇50</p><p>　　4.3 系統(tǒng)的硬件設計51</p><p>　　4.3.1電阻應變片的選擇51<

18、;/p><p>　　4.3.2 應變放大器的選用52</p><p>　　4.3.3 數(shù)據(jù)采集卡的選用55</p><p>　　4.4 系統(tǒng)的軟件設計原則55</p><p>　　4.5系統(tǒng)軟件開發(fā)流程55</p><p>　　4.5.1儀器功能定制56</p><p>　　4.5.2功能

19、模塊開發(fā)56</p><p>　　4.5.3儀器集成測試57</p><p>　　4.6軟件功能總體設計57</p><p>　　4.7 主控制模塊58</p><p>　　4.8 初始畫模塊59</p><p>　　4.8.1 測試對象參數(shù)設置59</p><p>　　4.8.2

20、傳感器、放大器的參數(shù)設置59</p><p>　　4.9 數(shù)據(jù)采集模塊59</p><p>　　4.9.1采樣界面操作59</p><p>　　4.9.2采樣方程的類型60</p><p>　　4.9.3本系統(tǒng)的采樣程序62</p><p>　　4.10 數(shù)據(jù)處理模塊62</p><p&

21、gt;　　4.10.1數(shù)據(jù)處理概述62</p><p>　　4.10.2數(shù)字濾波63</p><p>　　4.10.3標度變換65</p><p>　　4.10.4數(shù)據(jù)二次處理66</p><p>　　4.11 圖形顯示模塊67</p><p>　　4.12 存儲模塊69</p><p&

22、gt;　　4.13 本章小結(jié)70</p><p><b>　　致謝71</b></p><p><b>　　參考文獻72</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 螺栓組聯(lián)接試驗臺的應用背景</p><p

23、>　　我國高等工程教育改革的一項重要任務是在培養(yǎng)學生具有扎實的理論基礎的同時，加強對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，其中實驗教學是一個重要的環(huán)節(jié)．實驗課程教學質(zhì)量的優(yōu)劣不僅對本課程有影響，而且對學生的實踐能力的培養(yǎng)也會起到潛移默化的作用,而實驗課程的指導思想和教學內(nèi)容的制定，實驗方法和手段的采用又不可避免地要受到實驗裝置的制約和影響．為造就面向2I世紀經(jīng)濟建設的優(yōu)秀人才，實驗課程的改革已迫在眉睫．因此必須在實驗中引入現(xiàn)代計算機技術和

24、先進電子技術，培養(yǎng)學生掌握先進的實驗方法和檢測技術．</p><p>　　螺栓組聯(lián)接實驗臺裝置是用于工科院校“機械設計”、“機械設計基礎”課程教學的實驗設備,現(xiàn)有的實驗裝置大多是在靜態(tài)軸向工作載荷情況下,電測螺栓與被聯(lián)接件之間的變形協(xié)調(diào)關系,而無法反映動態(tài)軸向工作載荷作用下螺栓與被聯(lián)接件之間的變形協(xié)調(diào)、位移、應力關系。學生只能憑借書本及課堂理論予以理解,滿足不了現(xiàn)代教學的需要。而且傳統(tǒng)的“螺栓組聯(lián)接中螺栓的受力和

25、相對剛度系數(shù)”實驗及“單個緊螺栓聯(lián)接中螺栓的相對剛度系數(shù)和動載荷特性實驗”在我校普遍采用的南京金陵機械廠生產(chǎn)的DLS-I 型螺栓實驗臺。通過動靜態(tài)應變儀來測量應變量，再由學生手工處理數(shù)據(jù)并繪制螺栓受力圖的。這種測量方式手段陳舊、儀器精度難以滿足要求。另外，數(shù)據(jù)處理手段的落后，使實驗不僅耗時，而且難以激發(fā)學生的學習熱情，也難以提高實驗的水平和深度。因此，在這種情況下必須對原有的實驗臺裝置進行改進，才能夠滿足現(xiàn)有的實踐教學要求，加深學生對機

26、械設計基礎知識的理解。經(jīng)過改進后該實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定。由于用兩種測試方法,即計算機數(shù)據(jù)采集和靜動態(tài)電阻應變儀測量,所以該裝置使用時靈活性好,測試手段新穎,測量精度高,便于學生掌握。該裝置臺式化設計,積體小,成本</p><p>　　1.2 螺栓組聯(lián)接實驗臺的實驗內(nèi)容及其性能特點</p><p>　　1.2.1 實驗內(nèi)容</p><p>　　本試驗裝置可完成下

27、述試驗項目, 并給出定性或定量結(jié)果</p><p>　　（1）完成不同初拉力的聯(lián)接件和被聯(lián)接件的受力變形規(guī)律研究</p><p>　?。?）實現(xiàn)螺栓組應力分布規(guī)律研究</p><p>　?。?）對初壓力的螺栓動態(tài)變化規(guī)律進行參數(shù)可視化分析</p><p>　?。?）測定螺栓聯(lián)接系統(tǒng)的相對剛度</p><p>　?。?）

28、了解和部分掌握電阻應變片技術、計算機技術在力測量中的應用。從而驗證螺栓組聯(lián)接受力分析理論和現(xiàn)代測量技術在機械設計中的應用。</p><p>　　1.2.2 性能特點</p><p>　?。?）可完成螺栓組在受傾覆靜態(tài)力矩作用下的受力—變形規(guī)律的分析</p><p>　?。?）可對螺栓受力—變形規(guī)律進行分析</p><p>　?。?）實現(xiàn)了加載

29、與檢測的數(shù)字化分析</p><p>　?。?）利用軟件平臺實現(xiàn)了機械參數(shù)的可視化分析</p><p>　　1.3 本課題的意義與研究內(nèi)容</p><p>　　該實驗裝置的研制對教學實驗的改造、開展計算機輔助測試的研究工作具有很重要的意義。特別是為機械基礎系列課程中實驗教學從傳統(tǒng)的驗證型、演示性實驗向綜合性、研究型轉(zhuǎn)變的改革打下良好的基礎。同時，也為培養(yǎng)學生獨立分析問

30、題、解決問題的能力，培養(yǎng)動手能力、科學研究能力、創(chuàng)新能力發(fā)揮了積極的作用。另外，也提高了實驗技術人員的科研能力。 </p><p>　　本文主要的研究內(nèi)容:</p><p>　　(1)螺栓軸向力矩的測試方法及原理;</p><p>　　(2)機械裝置結(jié)構(gòu)設計及強度計算;</p><p>　　(3)測量裝置采樣電路、人機接口、數(shù)據(jù)傳輸?shù)扔布膶?/p>

31、現(xiàn);</p><p>　　(4)數(shù)據(jù)管理、評價、流程控制等軟件的實現(xiàn)。</p><p>　　(5)虛擬應變圖像顯示界面的設計</p><p>　　第二章 螺栓聯(lián)接實驗臺的結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　螺栓聯(lián)接綜合實驗臺的結(jié)構(gòu)主要由：螺栓聯(lián)接部分、加載裝置部分、測試儀器部分等三部分組成。該實驗臺具有加載穩(wěn)定準確、改變螺栓和被聯(lián)接件剛度可靠、

32、操作方便、性能穩(wěn)定、精度高的特點。</p><p><b>　　2.1螺栓聯(lián)接部分</b></p><p><b>　　設計步驟：</b></p><p><b>　　1)螺栓組結(jié)構(gòu)設計</b></p><p><b>　　2)螺栓受力分析</b><

33、/p><p>　　3)螺栓聯(lián)接的強度計算</p><p><b>　　4)確定螺栓直徑</b></p><p>　　5)校核螺栓所需的預緊力是否合適</p><p>　　確定螺栓的公稱直徑后，螺栓的類型，長度，精度以及相應的螺母，墊圈等結(jié)構(gòu)尺寸，可根據(jù)底板的厚度，螺栓在托架上的固定方法及防松裝置等全面考慮后定出。</p

34、><p>　　2.1.1螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設計的主要目的，在于合理地確定聯(lián)接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和聯(lián)接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。為此，設計時應綜合考慮以下幾方面的問題：</p><p>　?。╝）聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設計成軸對稱的簡單幾何形狀，如圓形，環(huán)形，矩形，框形，三角形等。這樣不但便于加工

35、制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和聯(lián)接接合面的形心重合，從而保證接合面受力比較均勻。</p><p>　?。╞）螺栓的布置應使各螺栓的受力合理，當螺栓聯(lián)接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時，應使螺栓的位置適當靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。如果同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，應采用銷，套筒，鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的預緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　?。╟）螺栓

36、排列應有合理的間距，邊距。布置螺栓時，各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機體壁間的最小距離，應根據(jù)扳手所需活動空間的大小來決定。</p><p>　?。╠）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應取成4，6，8，10等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時分度和畫線。同一螺栓組中螺栓的材料，直徑和長度均應相同。</p><p>　　（e）避免螺栓承受附加的彎曲載荷。除了要在結(jié)構(gòu)上設法保證載荷不偏心外，還應在工藝上保證被聯(lián)

37、接件，螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線相垂直。</p><p>　　2.1.2螺栓組聯(lián)接的受力分析</p><p>　?。╝）受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接</p><p>　　圖2-1所示為一由2個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對稱中心。當采用螺栓桿與孔壁間留有間隙的普通螺栓聯(lián)接時，靠聯(lián)接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦

38、力來抵抗橫向載荷，假設在橫向總載荷F∑=1500的作用下，各螺栓所承擔的工作載荷是均等的。</p><p>　　圖2-1 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中z為螺栓聯(lián)接數(shù)目（本設計Z=10）</p><p>　　對于普通螺栓聯(lián)接，應保證聯(lián)接預緊后，接合面間所產(chǎn)

39、生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。假設各螺栓所需要的預緊力均為Qp，螺栓數(shù)目為z，則其平衡條件為 </p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　f——接合面間的摩擦系數(shù)，見下表2-1；</p><p>　　i——接合面數(shù)（圖中，

40、i=2）；</p><p>　　Ks——防滑系數(shù)，Ks=1.1～1.3.</p><p>　　所以螺栓所受到的預緊力為：</p><p><b>　　表 2-1</b></p><p>　　(b)軸向載荷 FΣ的螺栓組聯(lián)接</p><p>　　FΣ與螺栓軸線平行，且過螺栓組聯(lián)接形心O。計算時，認為

41、各螺栓平均受載。則每個螺栓所受軸向工作載荷為</p><p>　　(c)受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接</p><p>　　如下圖2-2所示，轉(zhuǎn)矩T作用在聯(lián)接接合面內(nèi)，在轉(zhuǎn)拒T的作用下，底板將繞通過螺栓組對稱中心O并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動。為了防止底板轉(zhuǎn)動，可以采用普通螺栓聯(lián)接，也可以采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接。其傳力方式和受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接相同。 </p><p>　　(a)

42、 (b)</p><p><b>　　(c)</b></p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　采用普通螺栓聯(lián)接時，靠聯(lián)接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。假設各螺栓的預緊程度相同，即各螺栓的預緊力均為Qp，則各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的摩

43、擦力均相等，并假設此摩擦力集中作用在螺栓中心處。</p><p>　　由上式可得各螺栓所需的預緊力為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：f—接合面的摩擦系數(shù)，見表2-1；</p><p>　　ri—第i個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離；</p><p>

44、;<b>　　z—螺栓數(shù)目；</b></p><p>　　Ks—防滑系數(shù)，Ks=1.1～1.3.</p><p>　　采用配合螺栓聯(lián)接時，在轉(zhuǎn)矩T的作用下，各螺栓受到剪切和擠壓作用，各螺栓所受的橫向工作剪力和各該螺栓軸線到螺栓組對稱中心O的連線（即力臂r。）相垂直（圖b）。為了求得各螺栓的工作剪力的大小，計算時假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面。則各螺栓的剪切變

45、形量與各該螺栓軸線到螺栓組對稱中心O的距離成正比。即距螺栓組對稱中心O越遠，螺栓的剪切變形量越大。如果各螺栓的剪切剛度相同，則螺栓的剪切變形量越大時，其所受的工作剪力也越大。如圖b所示，用ri、rmax分別表示第i個螺栓和受力最大螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離；Fi、Fmax。分別表示第i個螺栓和受力最大螺栓的工作剪力，則得</p><p><b>　　(2-4）</b></p&g

46、t;<p>　　根據(jù)作用在底板上的力矩平衡的條件得</p><p>　　即 （2-5）</p><p>　　聯(lián)解式（2-3）及（2-4），可求得受力最大的螺栓的工作剪力為 ：</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　2.1.3

47、螺栓聯(lián)接的強度計算</p><p>　　(a) 承受預緊力的緊螺栓聯(lián)接</p><p>　　圖2-3 承受預緊力的緊螺栓聯(lián)接</p><p>　　緊螺栓聯(lián)接裝配時，螺母需要擰緊，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預緊力的拉伸而產(chǎn)生拉伸應力外，還受螺紋摩擦力矩T的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應力，使螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復合應力狀態(tài)下。因此，進行強度計算時，應綜合考慮拉伸應力和扭轉(zhuǎn)切應力的

48、作用。</p><p>　　螺栓危險截面的拉伸應力為： </p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　所以 </p><p>　　螺栓危險截面的扭轉(zhuǎn)切應力為：</p><p><b>　　(2-8)</b>&l

49、t;/p><p>　　對于M10~M68的鋼制螺栓，可取</p><p>　　由于螺栓材料是塑性的，可根據(jù)第四強度理論，求出螺栓預緊狀態(tài)下的計算應力為：</p><p><b>　　=227.03N</b></p><p>　　由此可見，對于M10~M68普通螺紋的鋼制緊螺栓聯(lián)接，在擰緊時雖同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在

50、計算時，可只按拉伸強度計算，并將所受的拉力（預緊力）增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。</p><p>　　當普通螺栓聯(lián)接承受橫向載荷時，由于預緊力的作用，將在接合面間產(chǎn)生摩擦力來抵抗工作載荷。這時，螺栓僅承受預緊力的作用，而且，預緊力不受工作載荷的影響，在承受工作載荷后仍保持不變。預緊力的大小，根據(jù)接合面不產(chǎn)生相對滑移的條件確定。</p><p>　　螺栓危險截面的拉伸強度條件式為：</

51、p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　這種靠摩擦力抵抗工作載荷的緊螺栓聯(lián)接，要求保持較大的預緊力，結(jié)果必然使螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸增加。此外，在振動、沖擊或變載荷下，由于摩擦系數(shù)的變動，將使聯(lián)接的可靠性降低，有可能出現(xiàn)松脫。為避免上述缺陷，可用各種減載零件來承擔橫向工作載荷，螺栓聯(lián)接只保證聯(lián)接，不再承受工作載荷，因此預緊力不必很大。</p>

52、<p>　　(b) 承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接</p><p>　　這種緊螺栓聯(lián)接承受軸向拉伸載荷后，由于螺栓和被聯(lián)接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力并不等于預緊力和工作拉力之和。根據(jù)理論分析，螺栓的總拉力除和預緊力、工作拉力F有關外，還受到螺栓剛度C和被聯(lián)接件剛度C等因素影響</p><p>　　圖2-4承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接</p><p&

53、gt;<b>　　圖2-5</b></p><p>　　為保證聯(lián)接的緊密性，防止聯(lián)接受載后接合面間產(chǎn)生縫隙，，有緊密性要求的聯(lián)接，F(xiàn)1 =（1.5~1.8）F；一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時， F1 =（0.2~0.6）F；工作載荷不穩(wěn)定時， F1=（0.6~1.0）F ；地腳螺栓，F(xiàn)1≥F。</p><p>　　螺栓的總拉力為： </p><p>

54、;<b>　　式中：</b></p><p>　　----螺栓相對剛度，其大小與螺栓和被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)尺寸、材料及墊片、工作載荷的作用位置等因素有關。其值在0~1之間變化。</p><p>　　設計時，根據(jù)聯(lián)接的受載情況→求出螺栓的工作拉力F→再根據(jù)聯(lián)接的工作要求選取F1→計算螺栓的總拉力F2→進行強度計算。螺栓危險截面的拉伸強度條件為：</p><

55、p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　表2-2 螺栓的相對剛度Cb/(Cb+Cm)</p><p>　　(c) 受軸向變工作拉力的緊螺栓聯(lián)接</p><p>　　除按上式作靜強度計算外，還需對螺栓的疲勞強度作精確校核。當工作拉力在0~F之間變化時，螺栓總拉力將在F0~F2之間變化。</p><p&

56、gt;<b>　　圖2-6</b></p><p>　　如果不考慮螺紋摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用，則螺栓危險截面的最大拉應力為：</p><p><b>　　最小拉應力為： </b></p><p><b>　　應力幅為： </b></p><p>　　螺栓的最大應力計算安全系數(shù)為：

57、 </p><p>　　式中：σ-1tc—螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限，MPa。</p><p>　　ψσ—試件的材料特性，對碳鋼，ψσ=0.1~0.2，對合金鋼，ψσ=0.2~0.3。</p><p>　　Kσ—拉壓疲勞強度綜合影響系數(shù)，忽略加工方法的影響，則，Kσ=kσ/ε。</p><p>　　S—安全系數(shù)。見表2-3</p&g

58、t;<p>　　表2-3 螺紋聯(lián)接的安全系數(shù) S</p><p>　　(d) 承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接,見圖2-7</p><p>　　螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為 </p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　螺栓桿的剪切強度條件為</p><p><

59、;b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中：F —螺栓所受的工作剪力/N；</p><p>　　do—螺栓剪切面的直徑（可取為螺栓孔的直徑）/mm；</p><p>　　Lmin—螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度/mm，設計時應使Lmin1.25d0； </p><p>　　[σ]p—螺栓或孔壁材料的許用擠壓應力/

60、MPa ； </p><p>　　[τ]—螺栓材料的許用切應力/MPa .</p><p>　　圖2-7 承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接</p><p>　　2.1.4確定螺栓直徑</p><p>　　首先選擇螺栓材料，確定其性能等級，查出其材料的屈服極限，并查出安全系數(shù)，計算出螺栓材料的許用應力[σ]= σs/S。適合制造螺栓聯(lián)接件的材料品種很

61、多，常用材料有低碳鋼Q215、10號鋼和中碳鋼Q235、35、45號鋼。對于承受沖擊、振動或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可采用低合金鋼、合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnsi等。對于特殊用途（如防銹蝕、防磁、導電或耐高溫等）的螺紋聯(lián)接件，可采用特種鋼或銅合金、鋁合金等。根據(jù)表2-6選擇螺栓的性能等級</p><p>　　表2-6 螺栓的性能等級</p><p>　　表2-7 螺母的性能等

62、級</p><p>　　因為成人 </p><p>　　所以當采用4.8級螺栓時，其直徑為： </p><p>　　2.1.5校核螺栓所需的預緊力</p><p><b>　　采用公式為：</b></p><p><b>　　碳素鋼螺栓 </b></p&g

63、t;<p><b>　　合金鋼螺栓 </b></p><p>　　式中：—螺栓材料的屈服極限</p><p>　　A1—螺栓危險截面的面積</p><p>　　對一般聯(lián)接用的鋼制螺栓聯(lián)接的預緊力QP，擰緊力矩T=T1+T2，由圖2-8可知</p><p><b>　　圖2-8</b>

64、</p><p>　　對一定直徑的螺栓，當F0已知時，可由上式求出T</p><p>　　由圖2-9可知，假設標準扳手L=15d，擰緊力F，T=FL</p><p><b>　　，成人</b></p><p><b>　　所以對于</b></p><p><b>　

65、　圖2-9</b></p><p>　　2.2 加載裝置部分</p><p>　　加載裝置主要有加載手柄、加載絲桿、推力軸承等組成，主要作用是給螺栓提供一個軸向壓力P,由M=PL求出聯(lián)接受到的翻轉(zhuǎn)力矩，其中P為作用在傳感器上的載荷。其主要結(jié)構(gòu)如圖2-10所示</p><p><b>　　圖2-10</b></p>&l

66、t;p>　　2.3 測試儀器部分</p><p>　　測試儀器部分主要由電阻應變片、電橋盒、壓力傳感器組成。 應用應變測量技術，測量構(gòu)件表面的應變及應力，對于分析與研究零件、機構(gòu)或結(jié)構(gòu)的受力情況及工作狀態(tài)的可靠性程度，驗證設計計算結(jié)果的正確性，對于發(fā)展機械設計理論，研究機械工程中某些物理現(xiàn)象的機理及實現(xiàn)機械運行自動化，都具有十分重要的意義。應變測量作為一種有效的測試與轉(zhuǎn)換技術，還可以用于多種物理量的檢測與計

67、量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程或科學實驗的測量與控制。</p><p>　　2.3.1 電阻應變片的測試</p><p>　　用應變片測量螺栓受力應變時，將應變片粘貼于各個螺栓表面上，并焊接上引線。在外力作用下，螺栓表面產(chǎn)生微小機械變形時，應變片也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應的電壓或電流的變化，根據(jù)式</p><p>　　其中稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，=2.

68、</p><p>　　可以得到被測對象的應變值，而根據(jù)引力應變關系：</p><p>　　式中：—測試的應力；</p><p><b>　　E—材料彈性模量。</b></p><p>　　可以測得應力值。通過彈性敏感元件，、力、力矩、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應變，因此可以用應變片測量上述各量，從而可做成各種應變式傳感器。<

69、;/p><p><b>　　2.3.2電橋</b></p><p>　　電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化變成電壓或電流輸出的一種測量電路，其輸出既可用指示儀表直接測量，也可以送入放大器進行放大。橋式測量電路簡單，并具有較高精確度盒靈敏度，因此在測量裝置中廣泛應用。電橋電路如圖2-11所示</p><p><b>　　圖2-11 <

70、;/b></p><p>　　測量電路有多種，最常用的是橋式測量電路。R1、R2、R3、R4四個電阻依次接在A、B、C、D （或1、2、3、4）之間，構(gòu)成電橋的四橋臂。電橋的對角AC接電源，電源電壓為E；對角BD 為電橋的輸出端，其輸出電壓用UDB表示。電橋的組合方式如表2-8所示</p><p>　　表2-8 電橋的組合</p><p>　　根據(jù)實驗需要由表

71、2-8選擇相應的電橋組合方式，并通過電橋盒把相應的應變輸入到所設置的電阻應變儀中。</p><p>　　2.3.2 壓力傳感器</p><p>　　設計綜合測試試驗臺，通過測量加載絲桿所承受的軸向壓力信號，測出作用在壓力傳感器上的載荷Q，通過M=QL計算出聯(lián)接受到的翻轉(zhuǎn)力矩M ，并作出是否合格的判斷。此過程測量力大，測試規(guī)格范圍廣， 試驗數(shù)據(jù)準確，測量精度高，測量快速方便，勞動強度低 。&

72、lt;/p><p>　　根據(jù)GB/1231-2002的規(guī)定，螺栓測試時的預拉力，M12螺栓為119~178Nk，擬選用杭州永正電子有限公司生產(chǎn)的電阻應變式Y(jié)Z363YSO型壓式負荷傳感器，見圖2-12，測量范圍0~490Nk ，技術參數(shù)見表2-8。</p><p>　　圖2-12 壓力傳感器</p><p>　　表2-8壓式負荷傳感器技術數(shù)據(jù)</p>&l

73、t;p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要進行機械裝置的結(jié)構(gòu)設計，對工作臺的組成部件，螺栓聯(lián)接的受力、強度進行了設計計算，對電阻應變片的安裝、工作原理進行了說明，并對壓力傳感器的選擇做了簡單分析。</p><p>　　第三章 螺栓測量裝置的設計</p><p>　　3.1 測量裝置的需求分析</p&

74、gt;<p>　　對于螺栓測量裝置的用戶與制造商來說，一般有三方面的需求:功能需求、造價需求和其他需求。首先，裝置的功能應當滿足力矩系數(shù)計算和傳感器參數(shù)調(diào)整這些基本需要，同時，還應該有便于管理環(huán)境的數(shù)據(jù)上傳功能、方便快捷的人機交互等。其次，裝置的造價是需要考慮的另一個問題。</p><p>　　3.2 測量裝置的總體方案確定</p><p>　　測量裝置部分和機械部分一起構(gòu)成

75、了螺栓扭矩測量系統(tǒng)?；谏线厡τ跍y量裝置的需求的分析，可以得出裝置的總體框架如圖3-1所示:</p><p>　　圖3-l測量裝置總體框圖</p><p>　　圖3-1左半部分主要是測量系統(tǒng)的信號輸入部分:主要包括傳感器與數(shù)據(jù)采集器。傳感器有一個:壓力傳感器檢測加載裝置的壓力;電阻應變片檢測螺栓加載后產(chǎn)生變形后的應變。它們的輸出信號經(jīng)過接口電路的放大調(diào)整后，達到與參考電壓相匹配的狀態(tài)，然后

76、接入數(shù)據(jù)采集器。</p><p>　　圖3-1中間部分的處理器和數(shù)據(jù)存儲器構(gòu)成了整個測量系統(tǒng)的運算處理單元。</p><p>　　圖3-1右邊部分主要是測量系統(tǒng)的人機接口和數(shù)據(jù)接口。人機接口包括鍵盤與顯示單元。數(shù)據(jù)接口設定為串行通訊口，用于將數(shù)據(jù)備份到其他設備。縱觀上圖，測量裝置方案設計的核心是傳感器與處理器的選擇。這兩者確定下來以后，其他的都是細節(jié)問題。因為對于傳感器，首先，只有選擇了某

77、種類型的傳感器，才能考慮和數(shù)據(jù)采集器接口的問題。傳感器的接口電路很多人都討論過，是比較成熟的東西。而傳感器的選擇方案比較多，可以用貼片的方式，也可以用壓-壓傳感器的組合方式或者壓-扭傳感器的組合方式;其次，傳感器還與機械部分相連，需要考慮機械連接部分的造價和裝配等問題;最后，要考慮傳感器精度及精度損失的問題。所以，傳感器的選擇對最終方案有決定性的影響。對于處理器，與傳感器一樣也存在一個接口問題，同時選擇不同的處理器對于測量裝置功能的強弱

78、有很大影響，還影響到軟件設計開發(fā)的效率，以及日后升級換代的代價。因此，處理器與傳感器的選擇是首先和重點要考慮的問題。壓力傳感器的選擇已在第二章中討論過了，因此，這里只介紹處理器的選擇。</p><p>　　處理器方案有兩個:32位的ARM7系列和8位的MCS51系列。目前，嵌入式處理器市場，32位ARM產(chǎn)品隨著日漸增長的高性能新應用，包括信息家電、汽車電子、電子玩具市場則促進32位ARM產(chǎn)品需求的增長。32位的A

79、RM系列MCU可以滿足更寬的尋址范圍需求的增長，提供在時鐘速度方面更多原始CPU能力、以及嵌入式應用需要的網(wǎng)絡連接、USB通信接口等;且32位的ARM7系列MCU可以更好地對TROS進行支持，滿足迅速開發(fā)軟件的需求。再加上生產(chǎn)工藝的進步使得32位產(chǎn)品在整體成本上與16位產(chǎn)品相差無幾。因此32位產(chǎn)品在MCU市場上呈持續(xù)上升的發(fā)展勢頭。8位MCU主要功能是作控制，大部分應用在通信產(chǎn)品、PC外圍設備、消費類電子以及一般通用型產(chǎn)品之中。8位產(chǎn)品

80、具有低廉的生產(chǎn)成本、巨大的整體出貨量、簡潔的程序代碼等優(yōu)勢，因此設計人員在綜合考慮成本、效能、設計時效等因素之后大部分愿意選擇8位微控制器產(chǎn)品。在市場上8位微控制器應用依然占據(jù)微處理器市場近六成以上的市場份額，并且還在不斷增長之中。要求低成本和小尺寸器件的嵌入式應用是使8位MCU仍然是應用主流的主要因素。出于在滿足基本功能的基礎上盡量節(jié)省成本的考慮</p><p>　　3.3測量裝置的硬件實現(xiàn)</p>

81、<p>　　測量裝置的硬件電路主要有四部分構(gòu)成:采樣電路、人機接口電路、串行通訊和其他控制電路。</p><p><b>　　3.3.1采樣電路</b></p><p><b>　　1)概述</b></p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展與普及，數(shù)字設備正越來越多地取代模擬設備，在生產(chǎn)過程控制和科學研究等廣

82、泛的領域中，計算機測控技術正發(fā)揮著越來超重要的作用。然而，外部世界的大部分信息是以連續(xù)變化的物理量形式出現(xiàn)的，例如溫度、壓力、位移、速度等。要將這些信息送入計算機進行處理，就必須先將這些連續(xù)的物理量離散化，并進行量化編碼，從而變成數(shù)字量，這個過程就是數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　數(shù)據(jù)采樣就是將被測對象(外部世界、現(xiàn)場)的各種參量(可以是物理量，也可以是化學量、生物量等)通過各種傳感元件做適當轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號調(diào)理

83、、采集、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進行數(shù)據(jù)處理或存儲記錄的過程。用于數(shù)據(jù)采樣的成套設備稱為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)(DataAqcuisitionSysetm)。數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)是計算機與外部世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)采樣技術是信息科學的重要組成部分，已廣泛應用于國民經(jīng)濟和國防建設的各個領域，并且隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)采樣技術具有廣闊的發(fā)展前景。數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)追求的最主要目標有兩個:一是精度，二是速度。對任何目的測試都要有一

84、定的精確度要求，否則將失去測試的意義;提高數(shù)據(jù)采樣的速度不僅僅是提高了工作效率，更主要的是擴大數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的適用范圍，便于實現(xiàn)動態(tài)測試。</p><p><b>　　2)基本組成</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。圖4-2是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件基本組成示意圖。 傳感器的作用是把非電的物理量轉(zhuǎn)變成模擬電量(如

85、電壓、電流或頻率)。通常把傳感器輸出到AD/轉(zhuǎn)換器輸出的這一段信號通道稱為模擬通道。</p><p>　　放大器用來放大和緩沖輸入信號。由于傳感器輸出的信號較小，因此，需要以放大。以滿足大多數(shù)AD/轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入4~10v的要求。</p><p>　　圖3-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對多個物理量進行采集，即所謂多路巡回檢測，

86、這可通過多路模擬開關來實現(xiàn)。模擬開關之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分,它包括采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持電路的作用是快速拾取模擬多路開關輸出的子樣脈沖，并保持幅值恒定，以提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采樣/保持電路放在模擬多路開關之前(每道一個)。還可實現(xiàn)對瞬時信號進行同時采樣。采樣/保持器輸出的信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關鍵電路。由于輸入信號變化速度不同，系統(tǒng)對分辨力、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同。目前普

87、遍采用單片集成電路，有的單片A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含有采樣/保持電路、基準電源和接口電路。這為系統(tǒng)設計提供了較大方便。本設計采用的TLC2543采集芯片即是此種類型。A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果要送給計算機。有的則采用并行碼輸出，有的則采用串行碼輸出。使用串行輸出結(jié)果的方式對長距離傳輸和需要光電隔離的場合較為有利。并且能夠節(jié)省單片機系統(tǒng)的資源。</p><p><b>　　3)性能指標</b></p

88、><p>　　對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求和具體應用目的與應用環(huán)境有密切關系，對應不同的情況往往有不同的要求。以下給出的是比較主要和常用的幾個指標的含義。</p><p>　　①系統(tǒng)分辨率:是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號最小變化量。通常用最低有效位值(ILSB)占系統(tǒng)滿度信號的百分比表示。表3-l示出了滿度值為10v時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率。</p><p>　　表3-l

89、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率</p><p>　?、谙到y(tǒng)精度:是指當系統(tǒng)工作在額定采集速率下，每個離散子樣的轉(zhuǎn)換精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。通常表示為滿度值的百分數(shù)。</p><p>　?、鄄杉俾?又稱為系統(tǒng)通過速率、吞吐率等，是指在滿足系統(tǒng)精度指標的前提下，系統(tǒng)對輸入模擬信號在單位時間內(nèi)所完成的采集次數(shù)，或者說是系統(tǒng)每個通道、每秒鐘可采集的子樣數(shù)目。它表征了系統(tǒng)每采集一個有效數(shù)據(jù)

90、所需的時間。</p><p>　　④動態(tài)范圍:是指某個物理量的變化范圍。信號的動態(tài)范圍是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅值VmaX與最小幅值Vmin之比的分貝數(shù)，即</p><p>　?、莘蔷€性失真:也稱諧波失真。當給系統(tǒng)輸人一個頻率為f的正弦波時，其輸出中出現(xiàn)很多頻率為kf(k為正整數(shù))的新的頻率分量的現(xiàn)象，稱為非線性失真。諧波失

91、真系數(shù)用來衡量系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的程度，它通常用下式表示:</p><p><b>　　式中A一基波振幅</b></p><p>　　AK一第K次諧波的振幅。</p><p>　　4)數(shù)據(jù)采集器TLC2543</p><p>　　TLC2543是12位開關電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個器件有三個片選(瓦)，輸入/輸出時鐘(

92、1/0CLOCK)以及地址輸入端(DATA可以通過一個串行的3態(tài)輸出端(DATAOUT)與主處理器或其外圍的輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。本器件可以從主機高速傳輸數(shù)據(jù)。除了高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，TLC2543有一個片內(nèi)的器可以在n個輸入通道或3個內(nèi)部自測試電壓中任采樣一保持是自動。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時，“轉(zhuǎn)換結(jié)束”(EOC)輸出端變高成。本器件中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻抗的基準電壓，具有轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點。 &

93、lt;/p><p><b>　　TLC2543特點</b></p><p>　　TLC2543模塊使用開關電容逐次逼近技術完成AD/轉(zhuǎn)換過程。樣速率66KsPs，供電電流僅需lmA。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省機I/O資源，且價格適中，大約為40元左右。其特點有:</p><p>　　12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>

94、;<b>　　n個模擬輸入通道</b></p><p><b>　　3路內(nèi)置自測試方式</b></p><p><b>　　固有的采樣與保持</b></p><p>　　線性誤差ILSBMxa</p><p><b>　　片內(nèi)系統(tǒng)時鐘</b></p&

95、gt;<p>　　轉(zhuǎn)換結(jié)束(End一of一Conversion，EOC)輸出</p><p><b>　　單極性或雙極性輸出</b></p><p>　　可編程的MBS或LBS前導</p><p>　　可編程的輸出數(shù)據(jù)長度</p><p><b>　　采用CMOS技術</b></

96、p><p>　　TLC2543C的工作溫度為O℃-75℃;TLC2543I的工作溫度為40℃-85℃;TLC254M3的工作溫度為55℃-125℃。</p><p>　　表3-2TLC2543的引腳說明</p><p>　?、赥LC2543的引腳排列及說明</p><p>　　TLC2543有兩種封裝形式:DB、DW或N封裝以及NF封裝，這兩種封

97、裝的引腳</p><p>　　排列如圖3-3，引腳說明見表3-2。</p><p>　　圖3-3 TLc2543的兩種封裝引腳排列</p><p><b>　?、劢涌跁r序 </b></p><p>　　可以用四種傳輸方法使TLC2543得到全12位分辯率，每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個時鐘周期。一個片選(瓦)

98、脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處，或是在轉(zhuǎn)換時序的開始處變化一次后保持瓦為低，直到時序結(jié)束。</p><p>　　圖3-4顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入?yún)柕臅r序，圖3-5顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個時鐘周期，僅在每次換序列開始處插入一次時序。</p><p>　　圖3-4 16時鐘傳送時序圖(使用，MSB在前)</p><p>　　圖

99、3-5 16時鐘傳送時序圖(不使用，MBS在前)</p><p><b>　?、艽型庠O接口SP</b></p><p>　　在TLC2543與微處理器之間傳送數(shù)據(jù)最快地方式是串行外設接口(SP)I。TMS37O(德州儀器公司)，HS/300(日立公司)，和MC68HCll(摩托羅拉)等系列微處理器的某些芯片都提供SPI接口。其主要特性:串行數(shù)據(jù)同時輸出和輸入;同步工

100、作;提供頻率可編程的串行時鐘;數(shù)據(jù)傳送結(jié)束標志。其主要功能如下:SPIDAT(SPI移位寄存器)裝入要發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)。這樣對這個字節(jié)的傳送自動初始化。在這個數(shù)據(jù)傳送時間內(nèi)，數(shù)據(jù)在另一個SPIDAT被接受。PSINTFLAG定時被檢查。當輸入數(shù)據(jù)的最后一位被接受到，SPINTFLAG被置1。這表示接收的數(shù)據(jù)字節(jié)可以從串行輸入緩沖器(SPIBUF)讀取，</p><p>　　SPIDAT準備接收下一個傳送來的字

101、節(jié)。</p><p><b>　　5)采樣電路</b></p><p>　　在C52系列微處理器中都不帶SPI或相同的接口能力。為了和TLC2543模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，需要用軟件合成SP的操作。這樣數(shù)據(jù)傳送速率下降，受微處理器的時鐘頻率影響。因此盡可能要選擇高的微處理器頻率，以減少指令周期時間，優(yōu)化接口的數(shù)據(jù)傳送速率。</p><p>　　圖3-6

102、顯示了TLC2543和AT89C52微處理器接口電路。TLC2543的I/O時鐘、數(shù)據(jù)輸入、片選CS由并行雙向I/0口1的管腳Pl.O、PI.1、Pl.2、Pl.3提供。TLC2543的轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)通過Pl.2腳接收。通道選擇和數(shù)據(jù)輸出方式通過編程來選擇。</p><p>　　圖3-6 AT89C52與TLC2543連接圖</p><p><b>　　6)采樣程序</b&g

103、t;</p><p>　　TLC2543的通道選擇和方式數(shù)據(jù)為8位，其功能為:D7、D6、D5和D4用來選擇要求轉(zhuǎn)換的通道，D7D6DSD4=0000時選擇O通道，D7D6DSD4=0001時選擇1通道，依次類推;D3和D2用來選擇輸出數(shù)據(jù)長度，本程序選擇輸出數(shù)據(jù)長度為12位，即D3DZ=00或D3DZ=10;Dl，DO選擇輸入數(shù)據(jù)的導前位，DIDO=00選擇高位導前。在本數(shù)據(jù)采集器中，才有中斷方式定時采集，即每

104、1Oms采集一次。利用TO定時/計數(shù)器產(chǎn)生定時。其中斷服務程序為:</p><p>　　TCL2543： CLK EQU P1.1</p><p>　　DIN EQU Pl.2</p><p>　　DOUT EQU P1.3</p><p>　　CS EQU Pl.4</p><p>

105、　　MOV DPH， 36H ；定義數(shù)據(jù)存儲高位地址</p><p>　　MOV DPL， 35H ；定義數(shù)據(jù)存儲低位地址</p><p>　　CLR CLK ；清I/0時鐘</p><p>　　SETB CS ；片選為高 </p><p>　　

106、CLR CS ；片選為低</p><p>　　MOV R7，#OSH ；先讀高8位</p><p>　　MOVA，37H ；通道選擇及數(shù)據(jù)輸出方式入A</p><p>　　LOOPI: MOVC，DOUT ；數(shù)據(jù)輸出到C</p><p&

107、gt;　　RLCA A ；A寄存器的內(nèi)容左移</p><p>　　MOV DIN，C ；輸出方式/通道字節(jié)</p><p>　　SETB CLK ；設置I/O時鐘為高</p><p>　　CLR CLK ；設置I/O時鐘為低</p><

108、;p>　　DJNZ R7，LOOPI ；R7不為0則返回LOOP1</p><p>　　MOVX @DPTR，A ；采集數(shù)據(jù)存儲到指定RAM區(qū)</p><p>　　INC DPTR ；RAM區(qū)地址加1</p><p>　　MOV A，#OOH ；清累加器</p>

109、<p>　　MOV R7，#O4H ；再低4位</p><p>　　LOOPZ: MOVC，DOUT ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p>　　RLC A ；A寄存器左移，移入結(jié)果數(shù)據(jù)位</p><p>　　STEB CLK ；設置I/0時鐘為高&

110、lt;/p><p>　　CLR CLK ；清I/O時鐘</p><p>　　DJNZR7，LOOP2 ；R7不為O，則返回LOOP2</p><p>　　MOVX @DTPR，A ；采集數(shù)據(jù)存儲到指定RAM區(qū)</p><p>　　SETB CS ；設置

111、片選為高</p><p>　　INC DPTR ；RAM區(qū)地址加一</p><p>　　MOV 36H，DPH ；RAM區(qū)地址入緩沖區(qū)</p><p>　　MOV 35H，DPL</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　除

112、需要以TLC2543為核心的采集電路外，還必須有電源、控制、鍵盤及顯示電路。下面就其他部分電路進行分析設計。</p><p><b>　　3.3.2人機接口</b></p><p><b>　　1)鍵盤電路</b></p><p><b>　　①概述</b></p><p>　

113、　隨著單片機在各種智能儀表、工業(yè)過程自動控制系統(tǒng)中的應用日益廣泛，在某些應用場合往往需要對單片機控制的工藝過程進行參數(shù)的修正或設置，人為對單片機的工作進行干預，此時作為人與單片機之間進行對話的接口設備的鍵盤則成為不可缺少的一部分。鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。前者是用軟件來識別和產(chǎn)生代碼，后者則用硬件來識別。而目前，在單片機應用系統(tǒng)中，大多數(shù)鍵盤是根據(jù)不同的應用要求分別定做的。根據(jù)硬件的組成，其工作方式可分為外部中斷鍵盤、矩陣掃描鍵盤

114、，或者采用專用鍵盤接口以及使用標準鍵盤。單片機與一般矩陣鍵盤的接口方法有兩種:一是通過8155或8255接口芯片來進行擴展;二是用8279可編程鍵盤/顯示器芯片實現(xiàn)接口。另外還有一種是采用外部中斷實現(xiàn)鍵盤接口，該種方式特別適合少量功能鍵系統(tǒng)設計。本設計電路采用此種方式實現(xiàn)。</p><p>　　②單片機對非編碼鍵盤的控制方式</p><p>　　鍵盤處理程序的關鍵是如何識別鍵碼。而在單片機

115、應用系統(tǒng)設計中，為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼鍵盤。在這種鍵盤結(jié)構(gòu)中，單片機對鍵盤控制的辦法是“掃描”。根據(jù)單片機進行掃描的方法又可分為程控掃描法、定時掃描法和中斷掃描法。</p><p>　　程序控制掃描方式:這種方式就是只有單片機空閑的時候，調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應鍵盤的輸入請求。</p><p>　　定時掃描方式:定時掃描方式就是CPU每隔一定時間(通常為10ms)對鍵盤掃描一次。&l

116、t;/p><p>　　當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，便進行讀入鍵盤操作，求出鍵值，并分別進行處理。定時時間間隔由單片機內(nèi)部定時/計數(shù)器來完成，這樣可以減少計算機掃描鍵盤的時間。采用該方式時，必須在其初始化程序中，對定時器寫入相應的命令，使之能定時產(chǎn)生中斷，以完成定時掃描的任務。</p><p><b>　　中斷掃描方式</b></p><p>　　無論是程控掃

117、描法還是定時掃描法，均占用單片機CUP的大量時間。因為不管有沒有鍵入操作，CUP總要在一定的時間進行掃描，這對于單片機控制系統(tǒng)和智能化儀器都是很不利的。為了更進一步節(jié)省CUP的時間，可采用中斷掃描法。該方法的實質(zhì)是:當沒有鍵入操作時，CUP不對鍵盤進行掃描，以節(jié)省出大量的時間對系統(tǒng)進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理。一旦鍵盤輸入，則向CUP申請中斷。CUP響應中斷后，即轉(zhuǎn)入相應的中斷服務程序，對鍵盤進行掃描，以便判別鍵值，并作相應的處理。</p&