基于单片机控制的高精度电荷校准仪的设计
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摘要
本文主要论述了用于压电传感器校准系统中的电荷校准仪的原理及其软硬件设计,并按照电荷校准仪的研制工作的次序分为几大部分:首先是理论探讨、原理论证部分,在此提出了电荷校准仪的总体设计;其次是具体硬件电路与软件设计实现电荷校准仪部分;最后是误差分析与实验部分,即设计验证部分。
本电荷校准仪的基本原理是以89C51单片机为核心控制部件,采用直接数字频率合成基本原理来进行设计的。本电荷校准仪设计的关键部分是DDS的实现上,主要体现在硬件电路设计方面,在频率合成、波形发生、低通滤波以及波形的频率和幅度控制等方面都做到了很好的实现。在论文的最后部分对电荷校准仪的误差进行了分析,并通过实验对电荷校准仪的功能和性能进行了验证,证明本电荷校准仪的设计完全达到了实验的要求。
The theory and its designs of hardware and software of a charge calibrator which used in the calibration system of piezoelectricity sensor is being discussed mostly in this article. After that, according to the development order of the charge calibrator, we divide our work into the following parts:firstly, its theory discussing and demonstrating part, here we bring forward the overall design of the charge calibrator; secondly, we bring forward its actual hardware circuit and software design which we have done in the realization of the charge calibrator; at last, it's analysis of the error and experiment part,namely, we validate the design here.
The basic fundamental of this charge calibrator is: it takes the 89C51 singlechip as core of control, and adopts the direct digital synthesis theory in the design. The realization of DDS is the key part of this designs, it is mostly embodied in the design of hardware circuit.Here, we used a large number of integrate circuit which embodied in the realization of frequency synthesize, wave generate, lowpass design and the control of frequency and amplitude of wave. In the last part, we analyse the error of this charge calibrator, in addition,we do many experiments to validate the function and performance of this charge calibrator,and come to a conclusion that the design of this charge calibrator is completely satisfied with the need of experiments.
本电荷校准仪的基本原理是以89C51单片机为核心控制部件,采用直接数字频率合成基本原理来进行设计的。本电荷校准仪设计的关键部分是DDS的实现上,主要体现在硬件电路设计方面,在频率合成、波形发生、低通滤波以及波形的频率和幅度控制等方面都做到了很好的实现。在论文的最后部分对电荷校准仪的误差进行了分析,并通过实验对电荷校准仪的功能和性能进行了验证,证明本电荷校准仪的设计完全达到了实验的要求。
The theory and its designs of hardware and software of a charge calibrator which used in the calibration system of piezoelectricity sensor is being discussed mostly in this article. After that, according to the development order of the charge calibrator, we divide our work into the following parts:firstly, its theory discussing and demonstrating part, here we bring forward the overall design of the charge calibrator; secondly, we bring forward its actual hardware circuit and software design which we have done in the realization of the charge calibrator; at last, it's analysis of the error and experiment part,namely, we validate the design here.
The basic fundamental of this charge calibrator is: it takes the 89C51 singlechip as core of control, and adopts the direct digital synthesis theory in the design. The realization of DDS is the key part of this designs, it is mostly embodied in the design of hardware circuit.Here, we used a large number of integrate circuit which embodied in the realization of frequency synthesize, wave generate, lowpass design and the control of frequency and amplitude of wave. In the last part, we analyse the error of this charge calibrator, in addition,we do many experiments to validate the function and performance of this charge calibrator,and come to a conclusion that the design of this charge calibrator is completely satisfied with the need of experiments.
引文
[1] Kistler5357B 型电荷校准仪说明书
[2] 赵键强、车跃军、姚素芬,电荷校准器,仪表技术,1990 年第 1 期,
[3] 赵宏伟、朱洪文、臧雪柏编著.计算机接口技术,吉林大学出版社,1998
[4] 孙涵芳主编,Intel16 位单片机,北京,北京航空航天出版社,1999
[5] 侯伯文编著,单片微型计算机原理及应用,机械工业出版社,1987
[6] 袁希光,传感器技术手册,北京,国防工业出版社,1986 年 12 月,P522～528
[7] 张瑜,高精度电荷校准仪的研究及动态测试专用集成电路的检测与应用,2004年
[8] 曾辉、徐广辉、刘自力,压电量测系统漏电影响分析,传感器技术,1991 年第2 期,
[9] 胡奇巧,压电加速度传感器校准系统的程控信号源研究,安徽大学硕士学位论文,2005 年
[10] 张小敏,放入式电子测压器的调试校准及可靠性设计,中北大学硕士学位论文, 2005 年
[11] 李琳、张尔扬,直接数字频率合成技术及其应用,电声技术,2002-05-22
[12] JM12864 液晶说明书
[13] 詹惠琴,虚拟仪器中的 EPP 接口设计,现代电子技术,2003 年第 15 期
[14] 赵晶编著,电路设计与制版—protel99 高级应用,北京,人民邮电出版社,2004
[15] 陶益凡,基于 DDS 的信号发生器的研制,南京信息工程大学硕士学位论文
[16] 肖玲妮,袁增贵编著,Protel99sE 印刷电路板设计教程四,北京,清华大学出版社,2003
[17] 王栓柱主编,protel99SE 印刷电路板设计技术,西安,西北工业大学,2002
[18] 孙方平、王静,8051 单片机 C51 集成开发系统,农业网络信息,2004,5
[19] 胡伟,季晓衡编著,单片机 c 程序设计及应用实例,北京人民邮电出版社,2003
[20] 李晓宁,AD9857 的任意波形发生器的设计,电子科技大学硕士学位论文,2002年 1 月
[21] 唐臻宇、张俊峰、周积俊,数字合成式波形发生器研制,四川联合大学学报(工程科学版),1999 年 5 月第 3 卷第 3 期
[22] 李春明,数字波形合成技术理论研究与实践,哈尔滨工业大学博士学位论文,1995 年,P41~43
[23] 李杏春主编,单片机原理及使用接口技术,北京,北京航空航天大学出版社,1996
[24] 张建华,数字电子技术,北京,机械工业出版社,1997 年 10 月,
[25] 何利民编著,单片机应用系统设计,北京航空航天大学出版社,1995
[26] 吕能元、孙育才、杨峰编著,MCS-51 单片微型计算机,科学出版社,1993
[27] 赵宏伟、朱洪文、臧雪柏编著.计算机接口技术,吉林大学出版社,1998
[28] 周航慈编著,MCS-51 应用程序设计,北京航空航天大学出版社,1988
[29] 张俊科、江岳,计算机模拟 I/O 技术,长沙,国防科技大学出版社,1986,P389
[30] JanAxelson 著、那怡超等译,Parallel Port Complete,中国电力出版社,2001年
[31] 周舒梅,数字式正弦波发生器的波形误差分析,仪表技术,1990 年
[32] 吴海良、裴先登,基于微机任意波形发生器的系统误差的分析计算,小型微型计算机系统,1996 年 5 月第 17 卷第 5 期
[33] 王远,模拟电子技术,北京机械工业出版社,1993 年,P354
[34] Soenke Mehrgardt.Noise Spectra of Digital Scien-Generators Using the Table Lookup Method.IEEE,T-ASSP,1983,Vol.31
[35] 冯克编著,MCS-51 单片实用子程序及其应用实例,黑龙江科学技术出版社,1989
[36] P.Burton.Generating Complex Waveform and Vectors Using Multipling D/A Converters.Electronic Engineering,1981,Vol,153,NO,658:45-48
[37] 刘焱、刘鑫,高精度多通道可程控电荷信源的设计,传感器与仪器仪表,2007年
[38] 尹勇,王洪成,单片机开发环境μVision2 使用指南及 USB 固件编程与调试,北京航空航天大学,2004,10,P63-103
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