单芯片球栅数显表的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种单芯片球栅数显表。解决了现有数显表电路都是采用MCU和FPGA（或者CPLD）两种芯片制成，信号线多、容易受干扰，影响系统稳定和测量数据的问题。单芯片球栅数显表包括由面板后后盖构成的壳体，壳体内设有电路板，电路板采用一块MCU芯片，MCU芯片直接通过辅助电路与球栅传感器读头连接。本实用新型的优点是采用一块STM32F103VB/VC单片机芯片，解决了以往采用两块芯片存在的之间需要较多信号线，容易受到干扰，造成系统不稳定测量数据错误的问题。降低了硬件成本，降低了功耗，减少了PCB板面积和PCB布线密度，还降低了电路芯片故障率和连线故障率，提高了系统可靠性和抗干扰能力。
【专利说明】单芯片球栅数显表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种传感器设备，尤其涉及一种成本低、干扰小、故障率低的单芯片球栅数显表。
【背景技术】
[0002]球栅传感器时目前国际上最新一代直线位移传感器，适用于各种机床的加工测量。球栅传感器原产为英国，它是利用导磁介质量的变化实现电磁/磁电转换，其结构包括有传感器读数头和球栅数显表。
[0003]目前市场上的球栅数显表都是用MCU+FPGA (或者CPLD)的方式做的。这样的方式需要MCU芯片和FPGA (或者CPLD)两种芯片，硬件成本会比较高而且增加了 PCB面积和PCB布线密度。MCU芯片与FPGA (或者CPLD)之间需要比较多的数据和地址等信号线，比较容易受到应用现场的干扰，造成系统不稳定，测量数据错误等。

【发明内容】

[0004]本实用新型主要解决了现有数显表电路都是采用MCU和FPGA (或者CPLD)两种芯片制成，信号线多、容易受干扰，影响系统稳定和测量数据的问题，提供了一种成本低、干扰小、故障率低的单芯片球栅数显表。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种单芯片球栅数显表，包括由面板后后盖构成的壳体,在壳体内设有电路板,所述电路板包括一块MCU芯片，MCU芯片采用STM32F103VB/VC单片机芯片，所述MCU芯片直接通过辅助电路与球栅传感器读头连接。本实用新型电路板无需MCU+FPGA(或CPLD)两块芯片构成，只需采用一块STM32F103VB/VC单片机芯片，解决了以往采用两块芯片存在的之间需要较多信号线，容易受到干扰，造成系统不稳定测量数据错误的问题。采用单块芯片还降低了硬件成本，降低了功耗，减少了PCB板面积和PCB布线密度，使得电路板能做得更小更薄，便于安装。另外电路板采用单芯片结构降低了电路芯片故障率和连线故障率，提高了系统可靠性和抗干扰能力。
[0006]作为一种优选方案，所述辅助电路包括激励信号发生电路和三个信号处理电路，所述的MCU芯片包括有两个输出端和三个输入端，激励信号发生电路具有方波输入端、CLK输入端和三个激励信号输出端，MCU芯片的两个输出端分别连接在激励信号发生电路的方波输入端和CLK输入端，传感器读头具有三个，所述激励信号发生电路的每个输出端分别与一个传感器读头的输入端连接，每个传感器读头的输出端分别连接一个信号处理电路后连接至MCU芯片的一个输入端上。MCU芯片控制激励信号发生电路工作，通过发生指令给激励信号发生电路，由激励信号发生电路分别发生激励信号到球栅传感器读头，使得传感器读头工作。信号处理电路用于处理传感器读头检测到的信号，将模拟信号转化为数字信号，然后输送给MCU芯片进行处理。
[0007]作为一种优选方案，在所述电路板还连接有传感器故障指示灯、通讯发送指示灯、通讯接收指示灯、电源状态指示灯，传感器故障指示灯、通讯发送指示灯、通讯接收指示灯、电源状态指示灯分别连接在MCU芯片上，传感器故障指示灯、通讯发送指示灯、通讯接收指示灯、电源状态指示灯都安装在数显表面板上。设置这些指示灯，能更直接显示出数显表的工作状态，方便现场故障排查。
[0008]作为一种优选方案，在MCU芯片上还设置有QEI输出端口和串口输出端口，所述QEI输出端口上连接有差分输出单元，串口输出端口上连接有RS-232通信单元。球栅数显表还具有QEI输出功能，能把球栅信号通过该端口输出，用于连接PLC、数控系统、伺服系统等，为进一步的位移检测、工业控制、全闭环控制等应用提供了支持。还具有RS-232信号输出，用于连接不带QEI接口的设备，如工控计算机、嵌入式系统等。
[0009]本实用新型的优点是:采用一块STM32F103VB/VC单片机芯片，解决了以往采用两块芯片存在的之间需要较多信号线，容易受到干扰，造成系统不稳定测量数据错误的问题。降低了硬件成本，降低了功耗，减少了 PCB板面积和PCB布线密度，另外还降低了电路芯片故障率和连线故障率，提高了系统可靠性和抗干扰能力。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的一种电路结构框示图；
[0011]图2是本实用新型中MCU芯片连接的一种电路结构图；
[0012]图3是本实用新型中激励信号发生电路与MCU芯片连接之间的一种电路结构图；
[0013]图4是本实用新型中激励信号发生单元的一种电路结构示意图；
[0014]图5是本实用新型中信息处理电路的一种电路结构示意图。
[0015]1-MCU芯片2-激励信号发生电路3-信号处理电路4_传感器读头5_传感器故障指示灯6-通讯发送指示灯7-通讯接收指示灯8-电源状态指示灯。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的说明。
[0017]实施例:
[0018]本实施例一种单芯片球栅数显表，包括面板和后盖，面板和后盖一起构成数显表整个壳体，在壳体内安装有电路板，该电路板为由一块MCU芯片I构建而成的电路板，该MCU芯片采用STM32F103VB/VC单片机芯片，该电路板由MCU芯片通过辅助电路域球栅传感器读头连接。如图1所示，该辅助电路包括有激励信号发生电路2、三个信号处理电路3，另外为了增加数显表功能，包括有传感器故障指示灯5、通讯发送指示灯6、通讯接收指示灯7、电源状态指示灯8。MCU芯片包括有两个输出端和三个输入端，激励信号发生电路具有方波输入端、CLK输入端和三个激励信号输出端，MCU芯片的两个输出端分别连接在激励信号发生电路的方波输入端和CLK输入端。传感器读头4具有三个，分别为传感器读头X、传感器读头Y、传感器读头Z，激励信号发生电路的每个输出端分别与传感器读头X、传感器读头Y、传感器读头Z的输入端连接，传感器读头X的输出端连接一个信号处理电路后连接至MCU芯片的一个输入端上，传感器读头Y的输出端连接一个信号处理电路后连接至MCU芯片的一个输入端上，传感器读头Z的输出端连接一个信号处理电路后连接至MCU芯片的一个输入端上。传感器故障指示灯5、通讯发送指示灯6、通讯接收指示灯7、电源状态指示灯8分别连接至MCU芯片上。在MCU芯片上还设置有QEI输出端口和串口输出端口，所述QEI输出端口上连接有差分输出单元，串口输出端口上连接有RS-232通信单元。
[0019]如图2所示，给出了 MCU芯片结构图，该芯片为STM32F103VB/VC单品机芯片，其中MCU芯片47脚和45脚分别接激励信号发生单元的输入端，如图3和图4所示，给出了三个激励信号发生单元的具体电路图，每个激励信号发生单元对应一个激励信号发生电路，如图4所示，这里就给出了一个激励信号发生电路结构图，其他两个激励信号发生电路结构一样，如图3所示，为激励信号发生电路与MCU芯片连接之间的激励信号处理电路，各激励信号发生单元与微控制器之间通过该电路连接，该激励信号处理电路，其右边具有1K_0UT端和125K_0UT端分别连MCU芯片的47和45脚，其左边的SIN_1KZ端分别连接至每个激励信号发生单元电路中的IKHz端，激励信号发生单元电路采用LM380N-8芯片，该LM380N-8芯片的VOUT脚连接传感器读头内激励线圈正极，INPUT -脚连接传感器读头内激励线圈负极，IKHz端通过电阻后连接至INPUT -脚。如图5所示，给出了信号处理电路的具体电路图，图中sig-1n脚为输入端口，sin-out脚为输出端口，中间由电阻、电容和两级放大器构成的模数转换电路。
[0020]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0021]尽管本文较多地使用了 MCU芯片、激励信号发生电路、信号处理电路、传感器读头等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1.一种单芯片球栅数显表，包括由面板后后盖构成的壳体，在壳体内设有电路板，其特征在于:所述电路板包括一块MCU芯片(I)，MCU芯片采用STM32F103VB/VC单片机芯片，所述MCU芯片直接通过辅助电路与球栅传感器读头(4)连接。
2.根据权利要求1所述的单芯片球栅数显表，其特征是所述辅助电路包括激励信号发生电路(2)和三个信号处理电路(3)，所述的MCU芯片(I)包括有两个输出端和三个输入端，激励信号发生电路具有方波输入端、CLK输入端和三个激励信号输出端，MCU芯片的两个输出端分别连接在激励信号发生电路的方波输入端和CLK输入端，传感器读头具有三个，所述激励信号发生电路的每个输出端分别与一个传感器读头的输入端连接，每个传感器读头的输出端分别连接一个信号处理电路后连接至MCU芯片的一个输入端上。
3.根据权利要求1所述的单芯片球栅数显表，其特征是在所述电路板还连接有传感器故障指示灯(2)、通讯发送指示灯(6)、通讯接收指示灯(7)、电源状态指示灯(8)，传感器故障指示灯、通讯发送指示灯、通讯接收指示灯、电源状态指示灯分别连接在MCU芯片(I)上，传感器故障指示灯、通讯发送指示灯、通讯接收指示灯、电源状态指示灯都安装在数显表面板上。
4.根据权利要求1所述的单芯片球栅数显表，其特征是在MCU芯片(I)上还设置有QEI输出端口和串口输出端口，所述QEI输出端口上连接有差分输出单元，串口输出端口上连接有RS-232通信单元。
【文档编号】G01B7/02GK203534509SQ201320657653
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】不公告发明人 申请人:杭州德普测量设备有限公司