帶8通道12位AD轉(zhuǎn)換器ADuC812及其應(yīng)用
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4應(yīng) 用
基于ADuC812的諸多特點，如果加上必要的外部信號調(diào)理電路，就可以構(gòu)成一個完整實用的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)非常簡單。
圖1是一個由ADuC812構(gòu)成的動平衡機測量系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，由于不平衡而產(chǎn)生離心力引起擺架系統(tǒng)振動，動平衡機通過傳感器將此機械振動量變成電信號，然后經(jīng)平面分離、衰減和定標(biāo)調(diào)整、濾波放大等處理電路，最后由
指示儀表進行顯示。動平衡機在平衡轉(zhuǎn)子時，轉(zhuǎn)子的任一平面上有不平衡量，必然要在左右兩個支承上同時引起振動，振動的大小可以通過左、右兩個傳感器測量出來，設(shè)m1r1和m2r2為左右校正面上的不平衡量，左校正面上的單位不平衡量在左右兩端引起的振動分別為αL1和αR1，右校正面上的單位不平衡量在左右兩端引起的振動分別為αL2和αR2，左右兩端總的振動為VL和VR，如圖2所示，則有，
式中，Δ＝αL1αR2－αR1αL2是方程組的系數(shù)行列式，如果通過分壓電路，將右端的振動量取出
和左端的振動量相減，則左端的不平衡量m1r1只與左端的振動VL有關(guān)，
只是與左端不平衡量大小有關(guān)的一個標(biāo)量，通過定標(biāo)設(shè)定可以補償它們。這樣就消除了右端的不平衡量對左端的影響，同樣也可以消除左端的不平衡量對右端的影響，通過信號調(diào)理電路，可完成對信號的衰減控制、平面分離、信號放大以及電平的偏置，使輸出信號既包含交流的振動信號，又包含直流的偏置電平。因A／D轉(zhuǎn)換電路是單電源器件，只能轉(zhuǎn)換0～VREF的正電壓，不能轉(zhuǎn)換負(fù)電壓，通過信號調(diào)理電路后的振動信號在經(jīng)過相敏檢波后，輸出的是正的直流電壓，滿足A／D轉(zhuǎn)換的要求。經(jīng)過R00和R900相敏檢波，可將右端的振動信號VR在00和900方向上進行分解，設(shè)分別為VR0和VR90，而經(jīng)過L00和L900相敏檢波，可將左端的振動信號VL在00和900方向上進行分解，設(shè)分別為VL0和VL90，則左右兩端的振動的幅值分別為：
因此，相敏檢波后，得到了左右兩端兩個相位差為90°的分量，對它們進行A／D轉(zhuǎn)換后，由MCU分別計算左右兩端的幅值和相角，振動的幅值｜VL｜和｜VR｜反映了左右兩端振動的大小，通過｜VL｜和｜VR｜的計算，可解算出左右兩端不平衡量的大小，而振動的相位ΦL和ΦR反映了不平衡量所處的位置，相角的計算可求出不平衡量所在的相位，指示出重點或輕點的相位位置。
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由外部中斷0腳控制定時／計數(shù)器0的計時時間來實現(xiàn)，由8051的定時／計數(shù)器在工作方式0和方式1的結(jié)構(gòu)可看出，當(dāng)TCON的TR0位為 1，TMOD的GATE位為1，且T0工作于定時方式時，內(nèi)部振蕩信號經(jīng)過12分頻后給T0提供時鐘信號，T0計數(shù)與否與外部中斷0的電平高低有關(guān)，如果 INT0＝0，T0不計數(shù)，如果INT0＝1，T0開始計數(shù)，這樣就可測量脈沖寬度，通過光電頭將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號后再2分頻，得到頻率為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率一半的方波信號，通過方波信號的高電平去控制T0的計數(shù)，該數(shù)值為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)周期，由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)周期可得到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大小。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及不平衡量的計算通過外部中斷0完成，光電頭產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)2分頻后，得到頻率為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率一半的方波信號，該信號加到INT0上，將外部中斷0設(shè)置成邊緣觸發(fā)，在每個方波的下降沿產(chǎn)生中斷，MCU讀取TL0 和TH0寄存器值，并將TL0和TH0清零，開始下一次計時，然后根據(jù)TL0和TH0的數(shù)值，計算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并根據(jù)TL0和TH0中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期值的四分之一配置定時／計數(shù)器1的TL1和TH1，定時／計數(shù)器1工作于定時方式，通過定時／計數(shù)器1的中斷由兩路DAC產(chǎn)生相位差為90°兩路方波信號，用于對振動信號的相敏檢波，MCU對ADC0～ADC3進行A／D轉(zhuǎn)換，計算左右兩平面的不平衡量的大小和相位，然后將轉(zhuǎn)速及不平衡量的大小和相位送8279進行顯示。不平衡量測量的流程圖如圖3所示。該系統(tǒng)用于一臺渦輪轉(zhuǎn)子動平衡機的改造，收到了預(yù)期的效果。
參考文獻
1 葉能安，余汝生主編．動平衡原理與動平衡機．武漢：華中工學(xué)院出版社，19852 房小翠，王金鳳編著．單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)．北京：國防工業(yè)出版社，1999
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