数显洛氏硬度计控制系统的开发与设计

摘要

洛氏硬度计是检测材料和零件硬度较精密的计量仪器，其性能指标主要体现在检测精度和操控性两个方面。目前，国内制造的洛氏硬度计的检测与控制系统大多由基于8位微控制器(如8051)的低端嵌入式系统实现，而随着嵌入式ARM微控制器的出现，弥补了以往低端微控制器存在的不足，其具有性能优越、资源丰富、扩展功能强大等优点。本课题将以ARM微控制器为核心，开发洛氏硬度计控制系统。主要工作包括以下两个方面:
　　1.硬件电路的设计:对洛氏硬度计控制系统电路进行设计，主要包括光栅信号的细分辨向处理以及对细分后得到的数据进行采集与存储;电机控制电路完成对电机以及电磁铁的启动与停止的控制;键盘与液晶显示部分用于对测量数据的显示以及测量参数的设置;串行接口模块可实现数据的打印与传输。通过对光栅信号的细分处理，有效的实现了测量精度的提高以及成本的降低。预负荷、主负荷的自动加卸载也使得洛氏硬度计的操做更加简便。
　　2.软件的设计:综合考虑洛氏硬度工作过程中的每个环节，以及各个功能模块在整个测量过程中所起到的作用，对各部分进行程序设计，并结合测量过程编写主程序，通过整个系统的软件调试将各个功能模块的任务很好的结合起来，完成洛氏硬度计控制系统的开发与设计。数字式的读数以及320×240的大屏幕液晶显示使得人机交互更加友好，同时ARM微控制器的优越性让整个系统的运行更加稳定、可靠、高效，各种新功能的加入也让洛氏硬度计具有了更加广阔的市场价值。
　　本文论述了以PHILIPS公司的ARM7 TDMI-S系列的LPC2136嵌入式处理器为核心的设计方法，通过对硬件电路以及软件程序完成对洛氏硬度检测系统的总体设计及其具体实现。研究表明，本设计具有成本低、实时性高、低功耗等特点，能够体现出很好的应用价值。

目录

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1.绪论

1.1 金属材料硬度的定义

1.2 硬度试验的作用和特点

1.3 常用硬度试验方法的分类以及原理

1.3.1 硬度试验方法的分类

1.3.2 常用硬度计原理

1.4 硬度计的现状与发展

1.4.1 硬度计的现状

1.4.2 现代硬度计测量的发展趋势

1.5 课题提出的目的及研究内容

2.系统总体方案的研究与设计

2.1 洛氏硬度计的结构与检测方法

2.1.1 洛氏硬度计的结构

2.1.2 洛氏硬度检测方法

2.2 电动洛氏硬度计的电机加卸荷过程

2.2.1 砝码的安装以及变荷的方式

2.2.2 电机的加卸荷过程

2.2.3 位置开关的选择以及工作原理

2.3 系统总体设计方案

2.3.1 系统硬件结构设计

2.3.2 系统软件结构设计

2.4 本章小结

3.系统硬件电路研究与设计开发

3.1 光栅传感器及其细分电路的介绍

3.1.1 光栅传感器的工作原理

3.1.2 光栅传感器的技术参数

3.1.3 光栅传感器的细分处理

3.2 LPC2136芯片介绍

3.3 基于LPC2136的全自动洛氏硬度计控制板电路的设计

3.3.1 电源部分

3.3.2 系统时钟电路

3.3.3 JTAG接口电路

3.3.4 微型打印机串行接口电路

3.4 液晶显示模块设计

3.5 电机控制电路的设计

3.6 实时时钟以及其他电路的设计

3.7 PCB布线考虑的因素

3.7.1 电源线与地线

3.7.2 数字信号与模拟信号

3.7.3 过孔

3.7.4 提高敏感元件的抗干扰能力

3.8 本章小结

4.在ADS环境下的C语言的软件设计

4.1 ARM软件开发流程及开发环境

4.2 控制系统的软件设计

4.2.1 主程序部分

4.2.2 光栅传感器的数据采集与处理

4.2.3 基于I2C协议的实时时钟以及E2PROM部分软件程序

4.2.4 液晶菜单部分的编写

4.2.5 按键扫描部分的程序设计

4.2.6 串口通讯的程序设计

4.3 洛氏硬度计的应用实验

4.3.1 系统调试

4.3.2 实验结果

4.4 本章小结

5. 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录A 数显洛氏硬度计控制系统电路原理图

附录B