MCS-51单片机在超声硬度测试中的应用

　　以往的超声硬度测试仪器大多采用模拟电路实现超声信号的采集、F/V转换、电压显示, 显示不直观且准确度不高。在单片机普及的今天, 采用单片机实现超声信号的采集、转换、显示, 既可提高测量准确度, 又可方便实现布氏、洛氏、维氏之间的转换, 还可实现平均值计算、打印等功能。

　　一、硬件设计

　　硬件构成框图如图1所示。

　　1.核心部分为AT89C52单片机。充分利用单片机片内资源, 通过单片机片内的计数器测量超声振荡信号的频率, 经运算、修正完成对硬度的测量。

　　2.显示部分采用SMG12864B图形点阵LCD液晶显示器。全中文界面、显示内容多、清晰直观,可显示测量值、最大值与最小值、平均值, 在背光或环境光线较暗的情况下, 仍可清晰显示; 该种显示功耗低、抗干扰能力强、对比度好、不怕亮光冲刷、使用寿命长。

　　3.键盘部分采用PVC薄膜按键。美观实用、使用方便、寿命长。

　　4.参数保存部分采用Xicor公司生产的串行EEPROM芯片X25045。内部有Watchdog电路、串行EEPROM(为512字节)、上电复位电路、电源检测电路。该芯片的串行EEPROM部分有块保护功能, 因此, 对所保存参数的可靠性有一定的保证。其内部的Watchdog电路更是单片机设计中必不可少的部分。

　　5.打印部分采用MP—D系列微型打印机, 可打印汉字。

　　6.传感器接口部分采用运算放大器LM311、三极管、阻容元件等与外部传感器一起构成振荡器。其电路如图2所示。

　　其中, X1接传感器, T0接单片机的定时计数器, 接口电路与传感器产生的频率信号经整形后由单片机计数,转换为频率后, 经计算修正为硬度值。

　　二、软件设计

　　单片机系统设计与以往分立元件或集成电路设计的最大不同是单片机系统设计有更大的灵活性。分立元件或集成电路设计中由硬件完成的很大一部分功能可以由软件来完成, 既可简化设计、降低成本, 又可提高测量准确度、增加可靠性。软件框图如图3所示。

　　1.键盘扫描译码部分

　　为4×4行列扫描式键盘, 采用标准扫描译码子程序,扫描与译码为两个独立子程序, 通用性强、可读性强、更改方便, 追加功能容易实现, 为以后程序的更改与功能的增加提供了方便。

　　2.LCD显示部分

　　由于本设计采用了SMG12864BLCD模块, 其内部不含字库及字符发生器, 且设计中还使用了汉字, 因此这部分程序较大, 采用C51程序设计。

　　开机后, 设备显示欢迎使用界面, 按任一键后显示使用界面。