专利名称：一种用于高精度数显式螺旋测微器上的测量及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子测量装置，尤其适用于高精度数显式螺旋测微器的测量及显示装置，属于电子测量领域。
背景技术：
随着工业生产对产品精度越来越高的要求，对产品的检验也需要高精度要求的测量仪器，目前生产与实验当中广泛被使用的测量仪器为游标卡尺与螺旋测微器，但目前市面上的测微器的种类大部分为需人工读数的仪器，在读数过程中，需花费大量的时间，以确保读数的准确性，即使如此，也很难排除人为疲劳的原因而导致读数错误，目前市场上也有生产厂家生产出了部分数显式的螺旋测微器。其精度为0. 001CM，专利申请号为201210009791. 5的发明专利发明了测量精度达到0. 001MM数显式螺旋测微器，而这种数显 式螺旋测微器需要快速、准确的测量电路及智能显示装置，本发明作为这种高精度数显式螺旋测微器中的电子测量装置的一部分，为其快速测量及准确读数提供了保障，使该螺旋测微器能快速的实现对被测量件的精确测量。

发明内容
本发明提供了一种用于高精度数显式螺旋测微器的测量及显示装置，解决了螺旋测微器无需人工读数的条件下精确测量，读数显示，数据存取等问题。为了解决上述技术问题，本发明一种用于高精度数显式螺旋测微器的测量及显示装置的技术方案是包括了硬件平台和软件平台，硬件平台包括了由激光二极管(D)、调制管(J2)、接受管(Jl)组成的六个光电检测模块。调制管可调节激光二极管的光强，接收管其输出电流随接收到的光强变化。由EPF10K10LC84-4(FPGA)芯片、EPC2LC20 (EEPROM)芯片和电平转换芯片HD74LVC4245AT组成的数字信号处理模块。EPC2LC20芯片为EPF10K10LC84-4芯片扩展的程序存储器，所述电平转换芯片是将高电平为3. 3v逻辑电平转换为单片机能识别的高电平为5v逻辑电平。由STC89C52单片机和LCD1602液晶、复位电路、数据存取电路组成的控制显示模块。所述STC89C52单片机能够驱动IXD1602液晶数字和字母。如图4所示，所述复位电路与单片机的复位引脚连接，按下复位键SI可使控制显示程序重新开始。所述数据存取电路有存数据电路和取数据电路构成，按下存数据电路中的S2可存入当前显示数据，按下取数据电路的S3键可显示上次数据。所述硬件平台中六个光电检测模块分为两个控制信号检测模块，四个数据信号检测模块，光电检测模块的输出分别与数字信号处理模块中的FPGA芯片I/O接口连接，FPGA芯片的信号输出端分为控制线和数据线，经数字信号处理模块中的电平转换电路与单片机的Pl. 0和外部中断0连接。所述控制显示模块中LCD液晶、复位电路、数据存取电路与单片机相对应的P 口连接。所述的软件平台包括了用verilog语言(硬件描述语言)编写的能够完成数字信号的采集、处理、输出等任务的信号处理程序，以及用C语言编写的拥有处理数据，驱动液晶显示，控制信号采集，选择数据存取等功能的控制显示程序。所述的软件平台分别烧录在所述硬件平台FPGA(现场可编程门阵列)所属程序存储器EEPROM和单片机的内核中。光电检测模块将检测到的数据信号和控制信号输出给数字信号处理模块。此时烧录在数字信号处理模块中的信号处理程序进行信号采集、处理，分为数据、控制信号输出给控制显示模块，经控制显示程序依据接收到的控制信号对数据进行分析、统计，将数据信息显示在液晶上。本发明的优点是采用了高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的激光作为易变电量，保证了测量数据的精准度；使用了低功耗、处理速度快、数字逻辑性强的FPGA(现场可编程门阵列)芯片，提高了测量速度，使数据在传输时稳定、可靠、抗干扰能力强；使用了微控制器AT89C51单片机，使螺旋测微器更加智能化、人性化。本发明的产生的积极效果是实现了螺旋测微器在无需人工读数条件下精确测量，对测量数据的存储；提高了测量效率和测量数据的准确性，排除由人为疲劳的原因而导致的读数错误。


图I是本发明的硬件平台电路原理图。图2是本发明的光电检测模块电路原理图。图3是本发明的数字信号处理模块电路原理图。图4是本发明的控制显示模块电路原理图。图5是本发明的信号处理程序流程图。图6是本发明的控制显示程序流程图。图7是本发明的数字信号处理模块中的控制信号图(signal4、signal5为输入控制信号，control_out输出控制信号)。图8是本发明的数字信号处理模块中的数据信号图(signal0、signall、signal2、signal3分别为四路输入数据信号，data_out为输出数据信号)。
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明作进一步描述本发明作为高精度数显式螺旋测微器上的测量及显示装置，包括了硬件平台和软件平台。如图I所示硬件平台电路原理图，其中signal。、signall、signal2、signal3、signal4、signal5为六个光电检测模块的信号输出端,分别与数字信号处理模块的信号输入端1/025、1/027、1/028、1/029、1/030、1/035连接。数字信号处理模块的信号输出端I/037、1/036分别与控制显示模块的信号输入端Pl. O、INTO连接。如图2所示六个光电检测模块，分别包括激光二极管(D)、调制管(Jl)、接受管(J2)及其连接电路(I)。其中 signalO、signall、signal2、signal3、signal4、signal5 为六个光电检测模块的信号输出端，分别于六个接收管的2引脚连接。激光二极管的阴极通过电阻与三极管集电极连接，三极管基极通过电阻与调制管的I引脚连接。 如图3所示数字信号处理模块电路原理图，包括EPF10K10LC84-4 (FPGA)芯片、EPC2LC20 (EEPROM)芯片和电平转换芯片 HD74LVC4245AT。其中 EPF10K10LC84-4 芯片的 12、13、15、55、57、76、77 引脚分别与 EPC2LC20 芯片的 2、4、11、8、19、9、3 引脚连接。EPF10K10LC84-4芯片的37,36引脚分别与HD74LVC4245AT芯片的20,21引脚连接。EPF10K10LC84-4 芯片的25、27、28、29、30、35引脚分别为数字信号处理模块的信号输入端1/025、1/027、1/028、1/029、1/030、1/035。HD74LVC4245AT 芯片 3、4 引脚分别为数字信号处理模块的信号输出端1/037、1/036。如图4所示控制显示模块电路原理图，包括89C51单片机和IXD1602液晶，复位电路、数据存取电路。其中10)1602液晶的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14引脚分别与单片机的22、23、21、39、38、37、36、35、34、33、32引脚连接。复位电路与单片机的9引脚连接，数据存取电路与单片机的8、13引脚连接。单片机的1、12引脚为控制显示模块的信号输入端Pl. O、INTO。其中硬件平台的六个光电检测模块中的四个分别成90度角安装在高精度数显式螺旋测微器光栅盘四周，光栅盘左侧为激光二极管(D)，右侧为接受管(Jl)，用于检测与光栅片同轴测杆的进给位移，当测杆带动光栅盘每移动一个最小单位时，四个光电检测模块相对于光栅盘产生位移，其中一个光电检测模块的接收管受光强度发生改变，此时其输出信号由高电平变为低电平。四路输出信号如图7signal0、signall、signal2、signal3所示。四路信号中每次有一路信号产生上升沿(由低电平转变为高电平)时，输出信号data_out产生一次高脉冲,经数字信号处理模块1/036端口输出。六个光电检测模块中的甲和乙模块安装在测杆周围，用于检测测杆的旋转方向，其输出信号如图8所示，当测杆做进给运动时甲模块的输出信号signal4出现下降沿(由低电平跳变到高电平)，控制信号control_out输出高电平，当测杆改变方向时乙模块输出信号signal5出现下降沿,控制信号control_out输出低电平。signalO、signall、signal2、signal3、signal4、signal5 数字信号的具体处理方式如图5信号处理程序流程图所示，开始在程序中定义了 signalO、signall、signal2、signal3、signal4、signal5六个输入信号变量，control_out、data_out两个输出信号变量。当signalO、signall、signal2、signal3四路信号之一有上升沿出现，data_out产生一个2us的高脉冲，循环执行。当signal4出现下降沿时，control_out变为高电平，当signal5出现上升沿时，control_out变为低电平，循环执行。如图3所示硬件平台的数字信号处理模块将携带控制信息COntix)l_OUt、数据信息data_out的数字信号传输给如图4所示的控制显示模块中单片机Pl. 0和外部中断引脚。当通过甲、乙模块检测到测杆作进给运动时，控制显示程序对数据信号做加计数，否侧做减计数，每时每刻对高精度数显式螺旋测微器的测杆运动状况进行检测，如图4所示数据经单片机处理通过八位数据线传输给液晶并通过控制线驱动液晶显示。此过程中按下图4所示S2键，单片机外部中断I接收到下降沿，中断当前任务保存数据。按下图4所示S3键，单片机Pl. 7 口变为低电平，此时将显示上次测得的数据。按下复位S3键，单片机复位，程序重新执行，读数归零。控制数据显示的具体过程如图6所示，开始对单片机外部中断O、外部中断1、LCD液晶初始化，定义变量count、Value、data。判断复位键SI、存数据键S2、取数据键S3是否按下，若SI按下系统复位，若S2按下将data变量赋值给value变量，若S3按下将value变量赋值给data变量，液晶显示data变量的值，然后继续判断按键状态。此时若发生中断请求，判断Pl. O状态，Pl. O为高电平，count变量赋值为1，Pl. 0为低电平count赋值为-1，并将data变量的值与count变量的值相加赋值给data变量，液晶显示data变量的值，中断请求结束。高精度数显 式螺旋测微器工作时，测杆回到零位，按下复位键SI，液晶显示读数
0.00MM,开始测量被测物，通过安装在高精度数显式螺旋测微器上的光电检测模块，将高精度数显式螺旋测微器测杆的位移(非电量)转化为数字脉冲信号(电量)，经过对数字信号的处理统计，液晶显示被测物的尺寸。
权利要求
1.一种用于高精度数显式螺旋测微器上的测量及显示装置，其特征在于该装置由硬件平台和软件平台组成；所述的硬件平台由六个光电检测模块、一个数字信号处理模块、一个电路的控制显示模块组成，所述六个光电检测模块分别由激光二极管(D)、调制管(Jl)、接受管(J2)及其连接电路(I)组成，所述数字信号处理模块由EPF10K10LC84-4(FPGA)芯片、EPC2LC20 (EEPROM)芯片和电平转换芯片HD74LVC4245AT组成，所述控制显示模块由89C51单片机和IXD1602液晶，复位电路、数据存取电路组成；所述软件平台包括用verilog语言(硬件描述语言)编写的数字信号的采集、处理、输出的信号处理程序，用C语言编写的处理数据、驱动液晶显示、控制信号采集的控制显示程序。
2.如权利I要求所述的测量及显示装置，其硬件平台和软件平台的配合关系特征在于软件平台分别烧录在所述硬件平台FPGA(现场可编程门阵列)所属程序存储器EPC2LC20和单片机的内核中。
3.如权利I要求所述的测量及显示装置，其特征在于光电检测模块中激光二极管的阴极通过电阻与三极管集电极连接，三极管基极通过电阻与调制管的I引脚连接。
4.如权利I要求所述的测量及显示装置，其特征在于控制显示模块中IXD1602液晶的 4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 引脚分别与单片机的 22、23、21、39、38、37、36、35、34、33、32引脚连接；复位电路与单片机的9引脚连接，数据存取电路与单片机的8、13引脚连接；单片机的1、12引脚为控制显示模块的信号输入端Pl. O、INTO。
5.如权利I要求所述的测量及显示装置，其特征在于数字信号处理模块中EPF10K10LC84-4 芯片的 12、13、15、55、57、76、77 引脚分别与 EPC2LC20 芯片的 2、4、11、8、19、9、3引脚连接；EPF10K10LC84-4芯片的37、36引脚分别与HD74LVC4245AT芯片的20、21引脚连接；EPF10K10LC84-4芯片的25、27、28、29、30、35引脚分别为数字信号处理模块的信号输入端 1/025、1/027、1/028、1/029、1/030、1/035 ；HD74LVC4245AT 芯片 3、4 引脚分别为数字信号处理模块的信号输出端1/037、1/036。
6.如权利I要求所述的测量及显示装置，其特征在于其中signalO、signalI、signal2、signal3、signal4、signal5为六个光电检测模块的信号输出端,分别于六个接收管的2引脚连接。
7.如权利I要求所述的测量及显示装置，其特征在于六个光电检测模块的signalO、signall、signal2、signal3、signal4、signal5 还分别与数字信号处理模块的 1/025、I/027、1/028、1/029、1/030、1/035 连接。
8.如权利I要求所述的测量及显示装置，其特征在于数字信号处理模块的1/037、I/036分别与控制显示模块的Pl. O、INTO连接。
全文摘要
一种用于高精度数显式螺旋测微器上的测量及显示装置，主要包括硬件平台和软件平台。其中硬件平台由光电检测模块(1)，数字信号处理模块(2)，控制显示模块(3)等组成。软件平台由烧录在数字信号处理模块中的信号处理程序和控制显示模块中的控制显示程序组成。本装置可以实现螺旋测微器在无需人工读数条件下精确测量，对测量数据的存储，提高测量效率和测量数据的准确性，排除由人为疲劳的原因而导致的读数错误。在螺旋测微器工作时，通过安装在高精度数显式螺旋测微器上的光电检测模块，将高精度数显式螺旋测微器测杆的位移(非电量)转化为数字脉冲信号(电量)，经过对数字信号的处理统计，得到被测物的尺寸并有选择地对数据存取。
文档编号G01B3/18GK102679827SQ20121009329
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者刘志武, 包文泉, 姜雪松, 廖云华 申请人:东北林业大学