基于光电编码器的位移测量系统及其仿真设计.docx

传感器课程设计光电编码器摘 要在控制领域中,经常需要进行各种位移量的测量。在实际的工业位置控制领域中，为了提高控制精度，准确地对控制对象进行检测是十分重要的。传统的机械测量位移装置已远远不能满足现代生产的需要，而数字式传感器光电编码器,能将角位移量转换为与之对应的电脉冲输出, 主要用于机械位置和旋转速度的检测，具有精度高，体积小等特点，因此本设计决定采用光电编码器进行位移检测。 本设计为采用光电编码器来实现位移测量及其仿真，实现测量来自外部的不同的位移值及显示。具体应用 光电编码器进行位移测量，同时以LCD液晶显示模块显示。本设计采用的光电编码器输出电压为5V，输出信号经四倍频电路处理后送入单片机进行计数处理，最后送入LCD模块显示。本文从位移测量原理入手，详细阐述了位移测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。关键词：位移测量，光电编码器，单片机，LCD显示模块AbstractIn the control field, a variety of displacement measurements often need to be carried out. In actual industry position control domain, to increase the control precision, carries on the examination to the controlled member is accurately very important.The traditional machinery survey displacement installs has not been able to satisfy the modern production by far the need, but the digital sensor electro-optic encoder, can transform the angular displacement into with it correspondence electricity pulse output, mainly uses in the mechanical position and the velocity of whirl examination, has the precision to be high, volume small and so on characteristics, therefore this design decided that uses the electro-optical encoder to carry on the displacement to examine.This design to use the electro-optical encoder to realize the displacement survey and the simulation, realizes the survey from the exterior different displacement value and the demonstration. Makes concrete using the electro-optical encoder carries on the displacement to survey, simultaneously by LCD liquid crystal display module demonstration. This design uses the electro-optical encoder output voltage is 5V, the output signal after four doubling circuit processing sends in the monolithic integrated circuit to carry on counting processing, finally sends in the LCD module demonstration. In this paper, detailed working process of displacement measurement system is started with principle of displacement measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality. Key words: The displacement surveys, electro-optical encoder, microcontroller, LCD display module目 录第一章 绪论1.1位移测量及其传感器简介1.2国内外位移测量技术简介第二章 原理说明及方案选择2.1 位移测量理论的简要介绍2.2 方案选择及原理2.2.1鉴相原理2.2.2用软件实现脉冲的鉴相和计数2.2.3用硬件实现脉冲的鉴相和计数2.2.4用单片机内部计数器实现可逆计数2.3 位移测量参数及电路参数分析2.3.1MCS-51的定时器/计数器简介2.3.2定时器模式选择位第三章 系统电路的设计3.1 硬件电路的设计3.1.1 单片机的选择3.1.2 AT89C51的介绍3.1.3 光电编码器的选择3.1.4 JXW-12A简介3.2 软件的设计第四章 显示部分4.1 LED显示器第五章 仿真实现5.1 PROTEUS仿真软件简介5.2 KEIL与PROYEUS的联合使用结论谢辞参考文献第一章 绪论1.1位移测量及其传感器简介位移是线位移和角位移的统称。位移测量在机械工程中应用很广，在机械工程中不仅经常要求精确地测量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等许多参数的测量，也是以位移测量为基础的。 位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。如测量方向和位移方向不重合，则测量结果仅是该位移在测量方向的分量。 位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量点、测量方向和测量系统。位移测量系统是由位移传感器、相应的测量放大电路和终端显示装置组成。位移传感器的选择恰当与否，对测量精度影响很大，必须特别注意。 针对位移测量的应用场合，可采用不同用途的位移传感器。表1.1-1中列出了较常见的位移传感器的主要特点和使用性能。本设计使用了其中可直接转换成数字量的角度编码器中的光电编码器。光电编码器是一种高精度的角位移传感器。它在角度测量、位移测量和速度测量中有着广泛的应用。因其具有直接输出数字量、响应快、精度高、抗干扰能力强、分辨率高、输出稳定等特点,其应用范围不仅仅局限于角位移,角速度测量等场合,在直线位移,尤其是大位移测量领域也越来越广泛的应用。本课题即是用单片机与光电编码器来实现大位移的测量。1.2 国内外位移测量技术简介第九届CIMT2005中国国际机床展览会上展示了当今世界位移测量技术最新的发展和最新型的位移传感器，并将数控技术和数控机床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的发展，也将数显技术和数显量具推向一个新的高度。其中最新发展主要体现在三个方面：（1）绝对式光栅尺在控制系统中逐步取代现在通用的增量式光栅尺，并广泛应用于反馈控制系统和数控机床。（2）单场扫描光栅尺将逐步取代现在通用的四场扫描光栅尺。（3）目前普遍采用的增量式容栅测量系统是不能防水的，在不改变数显卡尺的栅式结构条件下采用变电感的测量系统，就能防水，容栅的防护等级也提高了。另外在增量式码道旁边再增加绝对式码道，采用绝对式编码技术通电后不需要对零，在点位测量时也不会产生超速错误。今后普及型的量具仍会采用容栅测量系统，而防水型的都会采用电磁感应测量系统。现代位移测量系统普遍采用光栅、磁栅、感应同步器、球栅和容栅等栅式测量系统，都是应用了重复周期的结构设计，位移的测量都是采用增量测量方法，也就是在确定初始点后要用读出从初始点到所在位置的增量数（步距）来确定位置。因此设备在开机后每个轴需要移动一个位置寻找参考标记。近几年来为了解决开机后机床各个轴在不移动的情况下，光栅尺就能够提供当前绝对位置的数据，德国HEIDENHAIN、日本三丰（MITUYOYO）、西班牙FAGOR等公司都开发了绝对式光栅尺，并成功用于数控机床，配备了绝对式光栅尺的机床或生产线在重新开机后立刻重新获得各个轴的绝对位置以及刀具的空间指向，因此可以立刻从中断处开始继续原来的加工程序，这就大大地提高了数控机床的有效加工时间。绝对式测量是现代测量技术发展的趋势，在位移移传感器上会得到普遍的应用，日本三丰公司已将增量式容栅数显卡尺用新一代绝对式容栅数显卡尺替代，新推出的防水数显卡尺也采用绝对式电磁感应测量系统。日本KF-G公司正在研发绝对式磁栅尺，即将推出新产品。英国-ALCMM公司也在推出绝对式球栅传感器。总之绝对式直线传感器有显著优点，是当前发展起来的新一代产品，将使数控机床反馈控制系统提高到一个新的高度。本设计使用的是光栅式光电轴角编码器。光栅式光电编码器正向着高分辨力的方向发展。如日本尼康公司生产的2HR32400 轴角编码器, 每转可输出1296万个脉冲(0.1),可谓日本的最高分辨力。我国在光电轴角编码器的开发方面上也已经取得了长足的进展,1985年航天部一院计量站研制的精密数显转台,分辨力0.01;1995年中科院长春光机所和中国计量科学研究院联合研制出的角度基准,分辨力0.001,精度P+V=0.05(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角仪的增量式光电轴角编码器分辨力达到了0.02,测角精度R0.04。目前市场上有销售的光电编码器按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测量仪设有记忆电路，其数码管无闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测量仪，所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，这使得转速测量仪实现小型化。单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活。 第二章 原理说明及方案选择2.1 位移测量理论的简要介绍在位移控制系统中,为了提高控制精度,准确测量控制对象的位移是十分重要的。目前,检测位移的方法有两种：（1）使用位置传感器,测量到的位移量由变送器经A/ D 转换成数字量,送至系统进行进一步处理。此方法虽然检测精度高,但在多路、长距离位置监控系统中,由于其成本昂贵、安装困难,因此并不适用。（2）使用光电编码器。光电编码器是高精度控制系统常用的位移检测传感器。当控制对象发生位置变化时,光电编码器便会发出A、B 两路相位差90的数字脉冲信号。正转时A 超前B 为90,反转时B 超前A 为90。脉冲的个数与位移量成比例关系,因此,通过对脉冲计数就能计算出相应的位移。该方法不仅使用方便、测量准确,而且成本较低,在电力拖动系统中经常采用这种位置测量方法。2.2 方案选择及原理使用光电编码器测量位移,准确无误的计数起着决定性作用。由于在位置控制系统中,电机既可以正转,又可以反转,所以要求计数器既能实现加计数,又能实现减计数。相应的计数方法可以用软件实现,也可以用硬件实现。使用软件方式对光电编码器的脉冲进行方向判别和计数降低了系统控制的实时性,尤其当使用光电编码器的数量较多时,且其可靠性也不及硬件电路。但其外围电路比较简单,所以在计数频率不高的情况下,使用软件计数仍有一定的优势。对编码器中输出的两路脉冲进行计数主要分两个步骤:首先要对编码器输出的两路脉冲进行鉴相,即判别电机是正转还是反转;其次是进行加减计数,正转时加计数,反转时减计数。2.2.1鉴相原理脉冲鉴相的方法比较多,既可以用软件实现,也可以用一个D 触发器实现。图1 是编码器正反转时输出脉冲的相位关系。图2.2-1 编码器输出波形由图1 中编码器输出波形可以看出,编码器正转时A 相超前B 相90,在A 相脉冲的下降沿处,B 相为高电平;而在编码器反转时,A 相滞后B 相90,在A 相脉冲的下降沿处,B 相输出为低电平。这样,编码器旋转时通过判断B 相电平的高低就可以判断编码器的旋转方向。2.2.2用软件实现脉冲的鉴相和计数编码器输出的A 向脉冲接到单片机的外部中断INT0 ,B 向脉冲接到I/ O 端口P1. 0 ,如图2 所示。当系统工作时,首先要把INT0 设置成下降沿触发,并开相应中断。当有效脉冲触发中断时,执行中断处理程序,判别B 脉冲是高电平还是低电平。若是高电平,则编码器正转,加1 计数;若是低电平,则编码器反转,减1计数。图2是软件方法的计数与判向电路。图2.2-2 软件方法的计数与判向电路2.2.3用硬件实现脉冲的鉴相和计数硬件计数在执行速度上有软件计数不可比拟的优势,通常采用多个可预置4 位双时钟加减计数器74LS193 级联组成的加减计数电路。如图3 所示,P0、P1、P2、P3 为计数器的4 位预置数据端,与数据输入锁存器相接;QA、QB、QC、QD 为计数器的4 位数据输出端,与数据输出缓冲器相接;MR为清零端,与上电清零脉冲相接;PL 为预置允许端,由译码控制电路触发;CU 为加脉冲输入端,CD 为减脉冲输入端;TCU 为进位输出端;TCD 为借位输出端。图2.2-3 加减计数芯片74LS193当CU 和CD 中一个输入脉冲时,另一个必须处于高电平,才能进行计数工作。而从编码器直接输出的A、B 两路脉冲不符合要求,不能直接接到计数器的输入端,但可以利用这两路脉冲之间的相位关系对其进行鉴相后再计数。图4 给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路,鉴相电路用1 个D 触发器和2 个与非门组成,计数电路用3 片74LS193 组成。当光电编码器顺时针旋转时, A 相超前B 相90,D 触发器输出Q(W1) 为高电平,Q(W2) 为低电平,与非门N1 打开, 计数脉冲通过(W3) , 送至双向计数器74LS193 的加脉冲输入端CU ,进行加法计数;此时,与非门N2 关闭,其输出为高电平(W4) 。当光电编码器逆时针旋转时, A 相比B 相延迟90,D 触发器输出Q(W1) 为低电平,Q(W2) 为高电平,与非门N1 关闭,其输出为高电平(W3) ;此时,与非门N2 打开,计数脉冲通过(W4) ,送至双向计数器74LS193 的减脉冲输入端CD ,进行减法计数。图4是光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数。 图2.2-4 光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数2.2.4用单片机内部计数器实现可逆计数 对以上两种计数方法进行分析可知,用纯软件计数虽然电路简单,但是计数速度慢,难以满足实时性要求,而且容易出错,用外接加减计数芯片的方法,虽然速度快,但硬件电路复杂,由图4 可以看出,要制作一个12 位计数器需要5 个外围芯片,成本较高。我们可以用单片机内部的计数器来实现加减计数。单片机8051 片内有2 个16 位定时器(定时器0 和定时器1) ,单片机8052 还有一个定时器(定时器2) ,这3 个定时器都可以作为计数器使用。但单片机8051 内部的计数器是加1 计数器,所以不能直接应用,必须经过适当的软件编程来实现其“减”计数功能。硬件电路如图5所示。图2.2-5 单片机内部计数器加减计数的硬件结构我们可以把经过D触发器之后的脉冲,即方向控制脉冲（DIR）接到单片机的外部中断INT0端，同时经过反向器后再接到另一个外部中断INT1，并且把计数脉冲A接到单片机的片内计数器T0端即可，相对外部计数芯片来说，使用这种方法电路相对要简单的多。系统工作时，先要把两个中断设置成下降沿触发，并打开相应的中断。当方向判别脉冲（DIR）由低高跳变时，INT1中断，执行相应的中断程序，进行加计数；而当方向判别脉冲由高低跳变时，INT0中断，执行相应的中断程序，进行“减”计数（实际是重新复值，进行加计数）。下面是软件编程思路（在C语言环境下来实现计数功能）：#includeint data k=1;void service_int0() interrupt 0 using 0 k- ;/*标志位减1*/TR0=0 ;/*停止计数*/TH0= -TH0 ;TL0= -TL0 ;/*把计数器重新复值，此时相当于减计数*/TR0=1 ;/*开始计数*/void service_int1() interrupt 2 using 1 k+ ;/*标志位加1*/TR0=0 ;/*停止计数*/TH0= -TH0 ;TL0= -TL0 ;/*把计数器重新复值，此时相当于加计数*/TR0=1 ;/*开始计数*/void timer0(void) interrup 1 using2 if(k=0)/*反向计数满*/else if(k=1)/*计数为0*/else/*正向计数满*/void main(void)TCON=0X05 ;/*设置下降沿中断*/TMOD=0X05 ;/*T0为16位计数方式*/IE=0X87 ;/*开中断*/TH0=0 ;TL0=0 ;/*预置初值*/此方法采用中断的形式进行计数,硬件电路比较简单,程序也不复杂,执行速度较快。以上分别介绍了利用软件、外接计数芯片及单片机内部计数器实现对编码器输出脉冲进行计数的方法。利用软件计数,硬件电路简单,但占用了较多的CPU 资源,执行速度较慢。利用外接计数芯片的方法计数,计数速度较快,但要用较多的外围芯片,硬件电路复杂。利用单片机内部计数器实现加减计数,在编码器旋转方向不频繁改变的情况下,计数速度很快,而且外围电路简单,编程也不复杂,只是占用了2 个外部中断和1 个内部计数器。综上所述选用第三种计数方法，即利用单片机内部计数器实现可逆计数。2.3 位移测量参数及电路参数分析在本设计的仿真中，光电编码器产生的A,B相方波用PROTUES中的信号源加不同的起始时间来模拟。一个用原始的，还有一个用延时1/4周期。方向时将两个信号调换就行了。2.3.1MCS-51的定时器/计数器简介于测速电路的参数，本次设计采用了如下方案：AT89C51单片机图2.3-2 MAX813L看门狗电路图中，电阻R1和R2分压产生1.25V电源门限值。当此脚的电压低于1.25V时，即电源电压低于额定值时，PFO将产生一个脉冲信号，可以用于向CPU发出中断申请，使CPU完成应急处理。此功能可完成电源电压的监测。P1.0喂狗信号，在软件的编制中通过对P1.0的位操作向MAX813L的看门狗输入端输入一个负脉冲。如果程序出现“跑飞”现象，程序将不能正常运行，这个定时发出的脉冲也得不到保障。当单片机超过1.6秒未向MAX813L的看门狗输入端发脉冲信号，MAX813L内部的定时器将会强制将WDO拉到低电平，这个低电平通过MR产生复位信号。单片机复位后从初始状态开始运行，从而保证系统的可靠性，起到了看门狗的作用。此电路同时兼有上电复位和按键复位功能。随着大规模集成电路（LSI）制造技术的飞速发展，单片机也随之迅猛发展，其发展历史大致分为三个阶段：第一阶段（1976年1978年）：初级单片微处理器阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。此系列的单片机具有8位CPU，并行I/O端口，8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但是没有串行口。第二阶段（1978年现在）：高性能单片机微处理器阶段，如Intel公司MCS-5，Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等，该类型单片机具有串行I/O端口，有多种中断处理系统，16位时序同步计数器，RAM，ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片甚至还有A/D转换接口。由于该系列单片机应用领域极其广泛，各公司正大力改进其结构与性能。第三阶段（1982年现在）：8位单片机，经处理器改良型及16位单片机微处理器阶段。在本次设计中，有多种型号的单片机可供选择，具体型号如89C2051，89C51，89C52，80C51，89S52单片机都可以较好地完成本次设计的要求，因此设计者选用了近来应用较为广泛的89C51型单片机。一个单片机应用系统的硬件电路设计应包含有两个部分内容:第一是系统扩展，即当单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O 口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。第二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、D/A、A/D转换器等，并设计相应的接口电路。因此，系统的扩展和配置应遵循下列原则:1.尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。2.系统的扩展与外围设备配置应满足系统功能的要求，并留有适当的余量，以便进行二次开发。3.硬件结构应与应用软件方案统一考虑，软件能实现的硬件功能尽可能用软件来实现，但需注意的是软件实现占用CPU的时间，而且，响应时间比硬件长。4.单片机外接电路较多时，应考虑其驱动能力，减少芯片功耗，降低总线负载。3.1.2 AT89C51介绍Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I0口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。表3.1-1 P1口引脚功能表端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于 ISP 编程）P1.6MISO（用于 ISP 编程）P1.7SCK（用于 ISP 编程）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRi指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号7。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I0口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表3.1-2 P3口引脚功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断 0）P3.3 P3.4T0（定时计数器 0 外部输入）P3.5T1（定时计数器 1 外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。8如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的信号。EAVPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程电压 Vpp。XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、精度高、结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。近10 几年来，发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。光电编码器可以定义为：一种通过光电转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，它主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的光电编码器由码盘（Disk）、检测光栅（Mask）、光电转换电路（包括光源、光敏器件、信号转换电路）、机械部件等组成。一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。按编码器运动部件的运动方式来分，可以分为旋转式和直线式两种。由于直线式运动可以借助机械连接转变为旋转式运动，反之亦然。因此，只有在那些结构形式和运动方式都有利于使用直线式光电编码器的场合才予使用。旋转式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较长的环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广泛的应用，在设计选择了旋转式光电编码器。长春第一光学有限公司的JXW-12A型号，其光电编码器的输出电压为5V。JXW-12A该光电编码器主要由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成。光栅面上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；分别用两个光栅面感光。由于两个光栅面具有90的相位差，因此将该输出输入数字加减计算器，就能测量出位移值。其外观如下：图 3.1-9 JXW-12A光电编码器外观电源电压DC（V）输出形式系统输出放大整形分辨率50.5推拉式12-PIN有1024推挽式12-PIN有表3.1-4 机械参数允许最大机械转数频率范围允许轴负载径向轴向9000r/min0.8uS / 160 KHz60N40N表3.1-5 环境参数工作环境储存温度耐振动耐冲击构造防护等级重量-10+60-20+8030m/ S2（10200Hz）（X、Y、Z三个方向各2小时）30m/ S2（X、Y、Z三个方向各2次）防尘IP660.3KG（电缆除外）3.2 软件的设计在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。4.1 LED显示器LED显示块是由发光二极管显示字段组成的显示器，有7段和“米”字段之分，这种显示块有共阳极和共阴极两种。 LED显示器有静态显示和动态显示。但是，LED显示位数增多时，静态显示就无法适应。动态显示时，LED的二极管从导通到发光要有一定的延时，导通时间太小，发光太弱人眼无法看清，但也不能太大，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的CPU时间，因此动态实质是以牺牲CPU空间换取时间和能耗减少。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形和图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。本文对单片机用于位移测量的理论、原理进行了系统的分析、比较，并对每种测量方法定性、定量的予以阐述，设计了显示接口电路和应用程序。以下从四个方面进行总结:硬件电路单片机用于位移测量种类较多，方法各有不同，在硬件设计上根据使用场合、功能和要求，采用的电路也有差异，单片机有用89C51系列的89C51、89C52等，并对其进行扩展。本系统采用89C51单片机，充分利用单片机内部自带的16位定时计数器进行设计，较完全的开发了单片机自身的功能，接口利用了89C51的P2口具有较大的电流驱动能力的特点，未扩展驱动芯片，直接由单片机驱动，简化了硬件电路。有一定的实用价值和较高的性价比，可用于工业控制中的转速检测、民用电器及其他应用。测量方法在测量原理上采用了利用单片机内部计数器实现可逆计数的测量方法，保证了在位移测量中获得较高的精度。应用范围广泛，可通过扩展进行二次开发。程序调试本系统进行了全面的程序设计，显示程序、中断服务程序和初始化程序