基于USB的圆度误差测量系统设计

　　回转零件是生产中应用广泛的一类零件，圆度是回转零件的重要考核指标，其精度对轴承等零件尤为重要[1]. 目前圆度检测仪器很多，其中的数据采集部分通常有2种方式: 一种是使用数据采集卡.数据采集卡价格昂贵，而且受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，扩展性差; 另一种是采用外置式采样，通过RS-232C与PC机相连. 这种方式连接方便，但数据传输速度很慢，最高数据传输速度不超过115kb/s. 而 USB可以很好地解决以上问题.USB 是一种高速的接口技术，USB1.1速度可达到12Mb/s，USB2.0速度最高可达到480Mb/s[2]，有效地解决了速度与数据量之间的矛盾，同时具有支持热插拔和即插即用、易于扩展[2]、成本低、可靠性高等诸多优点.本设计使用TI公司的MSP430F149单片机和Philips公司的PDIUSBD12芯片构成USB设备. PDI-USBD12符合通用串行总线USB1.1规范，集成了SIE、FIFO存储器、收发器和电压变换器，是一款高性能的USB接口芯片[3]. MSP430F149内部集成了8通道12位A/D转换模块ADC12，它带有采样/保持功能的ADC内核，A/D转换速度最高可达200ksps，省去了外置A/D 转换的麻烦，不但简化硬件电路，降低成本，而且还可以提高系统的可靠性.

　　1 测量系统的工作原理

　　测量装置示意图如图1所示. 被测零件装夹在两顶针之间，由步进电机1带动旋转. 高精度位移传感器安装在可升降调整的滑块上，滑块由步进电机2实现上下移动. 电机3驱动横向丝杠控制传感器测头的轴向运动. 测量时，电机2驱动纵向丝杠使测头上移靠在被测零件表面，启动电机1使零件匀速转动一周，传感器将零件半径变化量转换成电信号，经滤波、放大后送入单片机，由单片机自带的A/D模块转换成数字信号，然后通过USB接口将数据传给上位机进行分析和处理.

　　2 硬件电路设计

　　2.1 电源电路和复位电路

　　系统采用12V电源供电，而单片机需要3.3V电源，同时考虑硬件要求电源具有稳压和纹波小的特点，12V电源先用LM7805稳压为5V，再用SPX1117芯片稳压得到3.3V电压，给MSP430F149CPU和3.3V外设供电.为了减小电源输出的纹波对系统的影响，在电源的输出端分别连接一个100μF的电解电容和一个0.1μF的瓷片电容滤除高频和低频干扰，在输出端得到稳定的直流电压.

　　为保证复位电路的稳定性和可靠性，采用专门的复位芯片SP708S组成复位电路.

　　2.2 信号调理电路

　　工业制造现场干扰源很多，传感器输出的信号很微弱并且其中夹杂着很多干扰成分，需要滤波放大后才能送入单片机进行A/D转换. 信号调理电路如图2所示. 信号放大电路选用精密仪表放大器AD620.