数字水平仪的设计与应用
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水平仪的实验原理
水平仪的实验原理可以概括为以下几个方面:
一、液面平衡原理
水平仪的核心部件是安装在绘图台上转动自如的圆形液面,该液面受地心引力作用而保持水平平衡。
这是水平仪得以实现测量水平角的基础。
二、气泡观测法
在液面中央会有一个细小的气泡,当转动液面时,气泡会移向最高点。
观测气泡在圆心的偏移情况,可以判断液面是否水平,并通过调节螺旋装置使气泡回到圆心,这样液面便调整为水平状态。
三、准直光学观测法
也有的水平仪采用了准直光学系统,在液面中央射入一束准直光,调整液面使光束形成一个无散射的光点,即实现液面水平。
这避免了气泡偏移的观测误差。
四、自动补偿机构
现代数字水平仪具有自动补偿调节系统,通过精密的传感器检测液面倾斜,并用电
机驱动自动旋转调整,不需要人工观测气泡。
五、读数精度测试
可以通过转动绘图台观察读数的重复性,以及左右旋转的对称性,来检查水平仪的精度。
需要保证在全范围内读数精度达到仪器精度要求。
六、长期稳定性测试
进行长时间的连续观测,检验水平仪的稳定性。
读取值的波动范围应在允许误差内,不能存在漂移现象。
七、系统误差检定
采用经过准确校准的标准装置来检定水平仪的系统误差,并给出检定报告。
检定通过后方可投入使用。
八、使用环境控制
操作时要控制温度稳定,避免热浮流对读数的影响,还要避免外界震动对液面造成干扰。
通过这些实验测试和操作控制,可以保证水平仪的测量精度,为工程测量提供可靠依据。
这些也是水平仪设计和制造过程中的重要实验内容。
数字水平仪使用说明书数字水平仪产品使用手册欢迎选购我公司的产品!数字水平仪采用高灵敏度电容式传感器,是由单片机作为控制器的高精度计量型产品。
广泛应用于产品的平面度、直线度检测及精密机床、加工中心、三坐标测量机等安装和调整。
同时测量数据可直接输入至计算机,配合测量软件对产品的平面度、直线度进行自动测量,并输出打印计算结果及图形。
人性化的设计、完备的功能,会给您的检测工作带来意想不到的惊喜和顺利。
由于本机的功能较多,使用之前请仔细阅读本使用手册,以便充分利用本机的功能。
目录外观与功能指示--------------------------------------------------------------------------------------4页液晶显示屏显示说明--------------------------------------------------------------------------------4页开机准备-----------------------------------------------------------------------------------------------5页电池安装开机检查功能选择-----------------------------------------------------------------------------------------------6页II档测量I档测量置零电压温度读取删除标定复位测量单位转换使用指南-----------------------------------------------------------------------------------------------9页使用前温度平衡测量档显示屏读数含义工作面水平检测与调整直线度、平面度检测使用水平仪存储功能计算机连机测量仪器调整-----------------------------------------------------------------------------------------------12页相对零位调整绝对零位调整仪器示值标定恢复出厂设置维护指南-----------------------------------------------------------------------------------------------14页维护和保养有关维修的规定主要技术指标-----------------------------------------------------------------------------------------15页外观与功能指示①感应式控制面板②液晶显示屏③可拆卸手柄④数据传输插座⑤电源开关⑥电池仓⑦测量底座⑧壳体⑨标定/复位按键⑩控制盒液晶显示屏显示说明测量单位:mm/m的状态显示测量单位:秒(″)的状态显示①II档测量②I档测量③置零④电压⑤温度⑥读取⑦删除⑧标定⑨复位⑩序号⑪被存储数据的序号⑫存储的最末一个数据标记⑬测量读数显示⑭电量低⑮倾斜方向显示:左侧高⑯倾斜方向显示:右侧高⑰负号显示⑱小数点⑲测量单位:秒开机准备安装电池⑴打开手柄下方的电池盖。
DL系列数字水平仪使用说明书青岛前哨精密仪器有限公司DL系列数字水平仪产品使用手册欢迎选购我公司的产品!青岛前哨精密仪器有限公司是隶属于中国航空工业第二集团的国家二级企业,为国家一级计量单位。
1993年在航空工业中首家获得ISO9001质量体系认证。
80年代初,在国内率先开发出高精度数显式电子水平仪,多年来产品遍及全国各地,在高精度检测领域处于国内领先地位。
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水平仪的认识和使用的实验报告范文篇一:水平仪的认识与使用实验报告1.实验时间:指导老师:分组号及成员:2.实验目的:3。
实验仪器及工具:4。
实验任务及要求:5。
实验步骤:6。
实验数据记录及计算:水平丈量记录手簿日期_____仪器编号_____观察_____天气_____地点_____记录_____实验地址:8。
实验总结:教师评论:篇二:实验一水平仪的认识及使用一、实验目的(1)认识DS3微倾式水平仪的基本结构,各操作零件的名称和作用,并熟习使用方法。
(2)掌握DS3水平仪的布置、对准和读数方法。
(3)认识自动安平水平仪的性能及使用方法。
(4)练习水平丈量一测站的丈量、记录和高差计算。
二、实验组织(1)性质:基础性实验。
(2)时数:4学时。
(3)组织:4人1组。
三、实验设施(1)每组借DS3 微倾式水平仪(或自动安平水平仪)l台、水平尺1对、尺垫2个,记录板1块。
(2)自备:铅笔。
四、实验方法及步骤1.微倾式水平仪的结构(1)认识微倾式水平仪和自动安平水平仪的结构,掌握各螺旋和零件的名称、功能及操作方法;(2)注意比较微倾式和自动安平光学水平仪结构上的差别。
2.水平仪的布置(1)仪器架设在测站上翻开脚架,按观察者的身高调理脚架腿的高度,使脚架架头大概水平,假如地面比较柔软则应将脚架的三个脚尖踩实,使脚架稳固。
而后将水平仪从箱中拿出安稳地安置在脚架头上,一手握住仪器,一手立刻用连结螺旋将仪器固连在脚架头上。
(2)大略整平经过调理三个脚螺旋使圆水平器气泡居中,进而使仪器的竖轴大概铅垂。
在整平过程中,气泡挪动的方向与左手大拇指转动脚螺旋时的挪动方向一致。
假如地面较坚固,可先练习固定脚架两条腿,挪动第三条腿使圆水平器气泡大概居中,而后再调理脚螺旋使圆水平器气泡居中。
3.水平尺上读数(1)对准转动目镜调焦螺旋,使十字丝成像清楚;松开制动螺旋,转动仪器,用照门和准星对准水平尺,旋紧制动螺旋;转动微动螺旋,使水平尺位于视场中央;转动物镜调焦螺旋,除去视差,使目标清楚(领会视差现象,练习除去视差的方法)。
索佳数字水准仪SDL30M简介索佳数字水准仪SDL30M是一款高性能、高精度的数字水准仪,可以广泛应用于工业、土木工程、测量、建筑、机械制造等领域。
该水准仪采用先进的数字化技术,具有自动校准、自动误差补偿、高精度测量等功能,非常适合于高精度水准测量、倾斜角度测量、高程差测量和环境温度补偿等任务。
主要特点•高精度:该水准仪采用精密光学器件和数字化技术,最高测量精度可达0.5mm/km;•大量存储:该水准仪内置的存储器可以记录大量的测量数据,便于用户进行数据分析和处理;•自动校准:该水准仪可以自动进行垂直校准和水平校准,减少用户操作难度,提高测量精度;•自动误差补偿:该水准仪内置的误差补偿功能可以自动识别误差,并进行补偿,提高测量精度;•低功耗:该水准仪采用低功耗设计,电池寿命较长,使用成本低廉。
技术参数•测量范围:2m•测量精度:0.5mm/km•观测距离:20m•信号输出:RS232•存储容量:10000条•显示分辨率:0.1mm•工作温度范围:-10℃~45℃•电源:4节5号干电池使用说明使用该水准仪前,请确保水准仪放置稳定、水平,然后按下电源键,等待系统自动校准完成。
在测量过程中,用户可以通过观察水平仪上的气泡位置,来判断目标平面的高度差。
同时,用户可以通过LCD屏幕显示上的数据,来确定目标平面的具体高度值。
该水准仪内置有RS232接口,可以通过接口将数据传输到计算机上,进行更加精确的数据处理。
维护保养1.请勿将水准仪与其他硬物撞击。
2.水准仪外壳应保持清洁,不要使用任何化学品进行擦拭。
3.当水准仪长时间不使用时,请取出电池,以免电池漏电导致损坏。
4.请勿将水准仪存放在高温潮湿、阳光直射的环境下。
结语索佳数字水准仪SDL30M是一款具有高性能、高精度、功能丰富的水准仪,在土木工程、建筑、机械制造等领域有着广泛的应用。
希望本文能够为大家了解该产品提供一些帮助。
数字水平仪是一款用于测量物体水平度的仪器。
在工程实践中,数字水平仪被广泛应用于建筑、机械制造、地质勘探等领域。
基于STM32的数字水平仪设计,不仅能够实现高精度、高稳定性的测量,还可以通过数字化显示和数据存储功能提高工作效率和数据管理能力。
本课程设计旨在通过对STM32微控制器的学习和实践,帮助学生深入理解数字水平仪的工作原理和设计方法,并通过实际操作锻炼学生的电子设计和嵌入式系统开发能力。
本报告将详细介绍基于STM32的数字水平仪课程设计的内容和实施过程,以及学生的学习成果和反馈意见。
一、课程设计内容本课程设计主要包括以下内容:1. STM32微控制器介绍:包括STM32系列微控制器的基本特性、架构和外设功能。
2. 数字水平仪原理分析:介绍数字水平仪的工作原理、传感器原理、数据处理方法等内容。
3. 硬件设计与制作:包括电路原理图设计、PCB制作、传感器连接、外设接口设计等。
4. 软件程序设计:包括STM32固件库的使用、传感器数据采集与处理算法设计、显示与存储功能实现等。
5. 系统调试与测试:对设计的数字水平仪系统进行功能验证、性能测试和可靠性评估。
6. 实践应用与拓展:对数字水平仪系统进行实际应用测试,并对其功能进行拓展和完善。
二、课程设计实施过程1. 理论学习与基础实验:学生首先需要学习STM32微控制器的基本原理和编程方法,进行相关的基础实验,掌握其开发环境和编程工具的使用。
2. 课程大作业设计:老师布置数字水平仪课程设计的大作业,要求学生在一定时间内完成数字水平仪的硬件设计和软件程序开发,并提供相应的实验报告。
3. 老师指导与实验辅导:老师对学生在数字水平仪课程设计过程中遇到的问题进行指导和辅导,帮助学生解决技术难题和设计瓶颈。
4. 组织实际测试与应用:学生根据设计的数字水平仪系统进行实际测试,并在实际工程中应用,收集相关数据和反馈意见。
三、学生学习成果和反馈意见本课程设计在实施过程中取得了一定的成果,学生们不仅学习到了STM32微控制器的相关知识和技能,还掌握了数字水平仪的设计与制作方法。
水平仪的使用方法和作用水平仪的使用方法和作用水平仪的作用水平仪的主要作用是测量平面水平度,其精度可以达到几十分之一度。
在建筑和土木工程中,水平仪可以测量地基、墙壁和天花板的水平度;在机械加工中,水平仪可以测量机床床身的水平度、定位座的水平度等等。
无论在哪个领域,水平仪都能够帮助工作者保证工作的精度和质量。
水平仪的使用方法1. 准备工作在使用水平仪前,首先要检查水平仪是否完好无损,并确保其精度和准确性。
还需要在使用之前清洁仪器,以确保准确读数。
2. 安装水平仪水平仪需要平稳地放置在测量表面上,以便准确地测量水平度。
如果使用基础式水平仪,需要先放置水平垫,然后将水平仪放置在垫子上。
如果使用气泡式水平仪,则需要将水平仪放置在平稳的表面上,并调整仪器,使气泡位于中央的刻度线上。
3. 进行测量一旦安装好水平仪,就可以进行测量了。
气泡式水平仪的读数非常直观,只需观察气泡位置即可。
基础式水平仪需要读取指针或数字显示器上的数据。
在测量过程中,需要注意避免任何可能干扰水平仪读数的因素,例如震动或不均匀的表面。
4. 记录测量结果测量完毕后,需要将测量结果记录在文件或记录簿上,以便将来使用。
在记录结果时,需要包括测量时间、位置、仪器类型和读数等信息。
水平仪有几种类型1. 激光水平仪:激光水平仪利用激光线来测量平面的水平度和高度。
激光线可以通过墙壁和地面进行投射,提高了测量的精度和速度。
2. 数字水平仪:数字水平仪可以将测量结果以数字形式显示出来,提供更准确和直观的读数方式。
此外,数字水平仪还具有更高的精度和自动校准功能。
3. 视频水平仪:视频水平仪利用摄像头和计算机软件来检测平面的水平度和高度。
它可以实时显示测量结果,并记录在计算机中,方便后续分析和处理。
水平仪工作原理水平仪的水准管是由玻璃制成,水准管内壁是一个具有一定曲率半径的曲面,管内装有液体,当水平仪发生倾斜时,水准管中气泡就向水平仪升高的一端移动,从而确定水平面的位置。
DL系列数字水平仪使用说明书青岛前哨精密仪器有限公司DL系列数字水平仪产品使用手册欢迎选购我公司的产品!青岛前哨精密仪器有限公司是隶属于中国航空工业第二集团的国家二级企业,为国家一级计量单位。
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目录外观与功能指示--------------------------------------------------------------------------------------4页液晶显示屏显示说明--------------------------------------------------------------------------------4页开机准备-----------------------------------------------------------------------------------------------5页电池安装开机检查功能选择-----------------------------------------------------------------------------------------------6页II档测量I档测量置零电压温度读取删除标定复位测量单位转换使用指南-----------------------------------------------------------------------------------------------9页使用中的注意事项测量档显示屏读数含义工作面水平检测与调整直线度、平面度检测使用水平仪存储功能计算机连机测量仪器调整-----------------------------------------------------------------------------------------------12页相对零位调整绝对零位调整仪器示值标定恢复出厂设置维护指南-----------------------------------------------------------------------------------------------14页维护和保养有关维修的规定主要技术指标-----------------------------------------------------------------------------------------15页各类产品配置单--------------------------------------------------------------------------------------17页外观与功能指示①感应式控制面板②液晶显示屏③可拆卸手柄④数据传输插座⑤电源开关⑥电池仓⑦测量底座⑧壳体⑨标定/复位按键⑩控制盒液晶显示屏显示说明测量单位:mm/m的状态显示测量单位:秒(″)的状态显示①II档测量②I档测量③置零④电压⑤温度⑥读取⑦删除⑧标定⑨复位⑩序号⑪被存储数据的序号⑫存储的最末一个数据标记⑬测量读数显示⑭电量低⑮倾斜方向显示:左侧高⑯倾斜方向显示:右侧高⑰负号显示⑱小数点⑲测量单位:秒开机准备安装电池⑴打开手柄下方的电池盖。
常用垂直度测量方法垂直度是一个物体或者对象与地面的正交关系,常常被广泛应用于工业制造、建筑工程和精密测量等领域。
以下是一些常用的垂直度测量方法:1. 水平仪法:这是最为简单和常用的垂直度测量方法之一。
水平仪是一种常见的测量工具,使用液体平衡原理实现垂直度测量。
将水平仪放置在待测物体上,通过观察液面的位置来判断物体是否垂直。
2. 垂线法:这种方法是通过使用垂直线标尺或者铅垂线来测量物体的垂直度。
首先,在待测物体上选择一个点作为参考点,然后使用垂直线标尺或者铅垂线,将其与参考点对齐。
根据垂直线是否与物体各点对齐来判断垂直度。
3. 电子水平仪法:使用电子水平仪可以更精确地测量物体的垂直度。
电子水平仪通过加速度计和陀螺仪等传感器来检测物体的倾斜角度,并将结果显示在屏幕上。
相比传统的水平仪,电子水平仪具有更高的测量精度和易用性。
4. 激光测量法:激光仪器可以用于测量物体的垂直度。
将激光仪器放置在待测物体上,使其发射一条垂直光束。
使用接收器接收反射的光束,通过测量光束的偏移角度来计算物体的垂直度。
激光测量法具有高精度和非接触性的优点。
5. 光干涉法:光干涉法使用光干涉原理来测量物体的垂直度。
在物体表面涂覆一层反射性涂层,将光源照射在物体上,经过反射后与原始光束干涉。
通过观察干涉条纹的形态和密度来判断物体是否垂直。
光干涉法具有高精度和非接触性的特点。
6. 摆线仪法:摆线仪是一种专用测量工具,可以用来测量物体的垂直度。
摆线仪通过摆线和回线的运动来判断物体是否垂直。
将待测物体放置在摆线仪上,观察摆线的运动轨迹和回线的位置是否在同一个平面上来判断垂直度。
7. 数字水平仪法:数字水平仪是一种结合了传统水平仪和现代技术的测量工具。
它使用倾斜传感器和显示器来测量和显示物体的倾斜角度。
通过将数字水平仪放置在待测物体上,即可直观地了解物体的垂直度。
综上所述,以上是一些常用的垂直度测量方法。
随着科技的发展,越来越多的高精度测量工具和技术被应用于垂直度测量中,以满足不同领域对于垂直度测量的要求。
数字水平仪的设计与应用汤琳宝毛洋林潘志浩上海大学通信与信息工程学院摘要:高精度低功耗数字水平仪的设计原理,叙述了其关键芯片ADXL202的结构和原理以及使用方法,给出了详细的设计电路图和程序流程。
关键词:高精度 微功耗 ADXL202 数字水平仪Tang Linbao Mao Yanglin Pan ZhihaoInstitute of Communication and Information Engneering, Shanghai UniversityAbstract: The paper introduces the design theory of the high-precision and low-power digital gradienter. It provides the structure, theory ,and usage of the key chip ADXL202. And it also provides the detailed design circuit diagram and the corresponding program flow chart.Key words: high-precision low-power ADXL202 digital gradienter引言在高楼、桥梁等建筑行业,对建筑物自身在水平面倾斜度的测量和处理,需要一个能连续工作几个月甚至一年以上的采样进度很高的数字水平仪系统,这就要求该系统必须具有高精度微功耗的功能。
本文所介绍的就是能满足这一要求的数字水平仪系统,它在笔者的工作中已得到了充分的应用和试验。
该系统采用ADXL202芯片产生与水平面倾斜的两个角度量,它是一个具有高精度、宽动态特性的加速度测量芯片。
下面对该芯片的主要特点和用法进行简要介绍,随后介绍ADXL202与微功耗单片机C8051F020的接口电路与程序设计。
1 ADXL202简介1.1特点及结构ADXL202特点如下:(1) ADXL202是集双轴加速度传感器于一体的单块集成电路(2) 它既可测量动态加速度,又可测量静态加速度(3) 具有脉宽占空比输出每轴的输出带宽可调(4) 低功耗(<0.6mA)(5) 比电解质、水银、热能斜度测量仪响应快(6) 每根轴的带宽均可通过电容调整(7) 60Hz带宽时的分辨率为5mg(8) 直流工作电压为+3V~+5.25V(9) 可承受1000g的剧烈冲击(10)可应用于:斜度测量、惯性导航、地震监测装置、交通安全系统等 图1和图2分别为ADXL202的功能结构框图和引脚排列图。
表1所列是其引脚功能。
1.2工作原理ADXL202是基于单块集成电路的完善的双轴加速度测量系统。
它是一个以多晶硅为表面的微电机传感器和信号控制环路来执行操作的开环加速测量结构。
对每根轴而言,输出环路将模拟信号转换为脉宽占空比的数字信号。
这些数字信号直接与微处理器接口。
ADXL202可测量正负加速度,其最大测量范围为±2g。
ADXL202也可测量静态加速度,亦可用作斜度测量。
传感器采用在硅片上经表面微加工的多晶硅结构,用多晶硅的弹性元件支撑它并提供平衡加速度所需的阻力。
结构偏转是通过由独立的固定极板和附在移动物体上的中央极板组成的可变电容来测量的。
固定极板通过方波的每π个相位控制。
加速度计受到加速度力后改变了可变电容的平衡,使输出方波的振幅与加速度成正比。
而相位解调技术用来提取信息,判断加速方向。
解调器的输出通过32kΩ的固定电阻输出到脉宽占空比解调器。
这时,允许用户改变滤波电容的大小来设置输出信号的带宽。
这种滤波提高了测量的精度,并有效地防止频率混叠。
经过低通滤波后,模拟信号由DCM(脉宽占空调制器)转换为脉宽占空比信号。
通过一个电阻RSET将T2设定在0.5ms~10ms范围内。
在0g加速度时使输出占空比为50%。
加速度可由一计数/计时器或低功耗的微控制器通过测量T1,T2来测得。
模拟输出信号可通过以下两种方法获得:一种从XFILT和YFILT管脚得到;一种是通过RC滤波器对脉冲信号滤波后得到的dc值推算。
考虑到本设计系统后端处理的单片机中带有高精度的12位AD转换器,故决定采用模拟输出,在XFILT 和YFILT处取值。
1.3斜度测量仪应用在实际数字水平仪的系统设计中,ADXL202被应用为斜度测量仪。
1.3.1 应用原理斜度测量仪是ADXL202的一个典型应用。
ADXL202以重力矢量作为基准以测定空间物体的方位。
如图2所示,ADXL202片载了双轴加速度传感器(Ax和Ay)。
Ax和Ay性能完全一样,并且所在轴彼此垂直。
下面先对单轴加速度传感器性能进行描述。
单轴模拟信号的输出值Ax(Ay)在XFILT(YFILT)管脚处取得,并且可以得到最多5KHz的输出信号带宽。
当传感轴与重力轴垂直(与水平面平行)时,加速度传感器测得重力加速度在传感轴上的分量为0g,此时模拟输出Ax(Ay)为Vdd/2。
当传感轴在分别与重力矢量方向一致和相反时,传感器感应到的重力分量分别为1g和-1g,同时,模拟输出为(Vdd/2 +60mV×Vdd)和 (Vdd/2 – 60mV×Vdd)。
信号输出随感应到的重力矢量分量逞线性变化。
在实际设计中,Vdd选用+5V,使得0g时的模拟输出的电平偏置为+2.5V,线性增长的斜率为300mV/g。
0g Offset = Vdd/2 2.5V at +5V,Vdd [1]Sensititity = ( 60mV × Vdd )/g 300mV/g at +5V,Vdd数字水平仪的输出是两个角度量,如图3所示,分别为俯仰角(pitch)和旋转角(roll)。
这两个角度和Ax、Ay的输出关系算法如下:pitch = ARCSIN ( ( Ax – 2.5V )/ 0.3V )roll = ARCSIN ( ( Ay – 2.5V )/ 0.3V ) / COS( pitch )1.3.2 实际设计参数选择ADXL202的带宽选择决定测量精度(测量最小的加速度)。
滤波可降低噪音,提高加速度测量仪的分辨率。
分辨率取决于XFILT 和YFILT的滤波带宽以及微控制器的计算速度。
ADXL202的模拟信号输出具有典型的5kHz带宽。
用户必须对信号进行滤波处理以减少频率混叠。
为了使DCM的误差最小,模拟带宽应比DCM的频率低1/10。
在实际应用中,模拟带宽可提高至DCM频率的1/2,但这可能导致DCM的动态误差增大。
模拟带宽可进一步减小,从而降低噪声,提高分辨率。
ADXL202的噪声特点是在所有频率下都是同样大的白色高斯噪声,以μg/(Hz)1/2为单位。
换句话说,噪声与加速度信号带宽平方根成正比。
因此,在本设计中,需将带宽限制为实际应用所需的最低频率,以使分辨率和加速度计的动态范围达到最大。
ADXL202的典型噪声值可用以下公式计算:噪声(均方值)=[500μg/(Hz)1/2](1.5BW)1/2[2]例如:100Hz时的噪声均方值为:[500μg/(Hz)(1/2)]×(1.5×100)1/2=6.12mg通常噪声峰值是确定的,可通过均方值来估计。
请参考表2。
表3给出了ADXL202在不同的CX 和CY值时的噪声峰值。
在实际设计的需要中,Cx、Cy选取0.1uF电容,使得带宽为50Hz,并且使得噪声(rms)为4.3mg、噪声峰值(概率95%)(rms×4)为17.2mg。
为进一步降低噪声对信号的影响,在下文中将提到,当单片机采样和A/D转换后对该信号所做的进一步处理。
2 系统设计系统采用C8051F020作为处理器,它是CYGNAL公司生产的8位单片机。
高速8051微控制器内核,速度可达25MIPS。
内部程序存储器是64K的FLASHROM,可重复擦写,内部4K数据RAM。
5个通用16位计数器/定时器,12位A/D转换器。
此外,还有2个UART口、64个I/O口等丰富的数字外设。
[3]2.1电源电路电源电路图如图4所示。
由于本系统采样精度高,所以电源电路的噪声必须特别小。
本系统采用AS2830作为+3.3V供电电压的稳压芯片,使用MC7805作为+5V供电电压的稳压芯片。
此外根据C8051F020的A/D模块基准电压(Vref)的高精度恒定的特殊要求,使用MC1403产生+2.5V的A/D基准电压和用于线性放大模拟信号LM324的参考电压。
2.2模拟信号处理电路ADXL202所产生的模拟信号的处理电路如图5所示。
ADXL202的XFILT和YFILT引脚接0.1uF电容使得模拟输出带宽为50Hz、输出附带噪声(rms)为4.3mg。
由于ADXL202内部32kΩ的RFILT的影响,使得在XFILT和YFILT的模拟输出驱动力不足。
故在XFILT和YFILT之后加上一个由LM324运放构成的跟随器增加驱动。
ADXL202感应的重力分量的变化在+1g~-1g之间,相应的,使得Vdd为+5V 时,输出模拟量的线性变化在+2.2V~+2.8V之间。
但设计中后端单片机A/D采样的输入范围为0V~+2.5V,为了提高采样精度并匹配A/D采样的输入范围,在跟随器之后设计了由LM324运放组成的参考电压为+2.5V、放大系数为7的负反馈放大电路。
这使得放大电路的输出随输入的+2.2V~+2.8V线性变化为输出的+0.4V~+4.6V。
Voutput = - (Vinput – 2.5V) × 30KΩ / 4.3KΩ + 2.5V然后再进行电阻分压,使得最终进入单片机的采样输入为+0.2V~+2.3V。
2.3单片机C8051F020控制及输出电路单片机的控制和输出电路如图6所示。
TMS、TCK、TDI和TDO引脚为JTAG引脚,用于下载和更新程序存贮器FLASHROM 中的程序。
A/D基准电压VREF0接+2.5V。
AIN0.0和AIN0.1引脚接输入被采样的模拟信号。
经过单片机处理后得到的Pitch和Roll信号从UART口输出,并通过电平转换芯片MAX3232转换为可以直接和PC机的COM口相通信的RS232信号。
2.4程序流程整个程序流程如图7所示。
这里不再赘述系统时钟、端口、UART0口等初始化设置,而主要将讲述一下采样后的数据处理过程。
根据过采样和求均理论:为了增加有效位数,信号被过采样,或者所A/D以高于系统所需采样频率fs的速率对信号采样。
每增加一位分辨率,信号必须被以4倍的速率过采样。
fos =4 W × fs [4]其中W是所希望增加的分辨率位数,fs是初始采样频率要求,fos是过采样频率。