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1、便携式序质量管理仪的研制华中理工大学(武汉,430o74)垒曙光夏先平v陈志祥-'--?_.一-_.__.—-1引言随着经济的发展和对产品质量要求的提高,实际生产中大量采用自动化程度较高和带有数显量具接人功能的检测仪器和工具,提高检测效率和准确度,其中工序质量管理仪(SPC仪)就是一种用于生产现场的检测和分析的仪器,目前国外使用非常普遍,产生非常大的经济效益.生产这种仪器的国外着名的厂家有日本的Mitutoyo公司,意大利的Marposs公司,瑞士的TESA公司,美国的Federal公司等,国内还投有.但这些国外厂家的产品价格非常高,而且有些功能没有或不切合中国实际,例如:它们不能接国产
2、的数显量具,所以研制开发国产的工序质量管理仪十分必要,会极大地促进产品质量的提高,而且会给使用者带来很大的经济效益.T72仪器的工作原理(1)仪器的功能和组成…该仪器为便携式,可让用户输入日期,零件号,工序号,名义尺寸,公差值,测量方式,抽样组数,样本容量等,所有的输入值和测量值均可掉电保护.该仪器可获取量仪(有电压信号输出),数显量具的测量值,并可进行实时统计分析,对加工工序的稳定状况进行监测,也可通过SPC网把数据传输到微机中进行进一步地处理.根据以上功能要求,作者设计的ZK一3型便携式工序质量管理仪由MCS一80C198单片机系统,模拟信号调理电路,数字信号提取电路,液晶显示和键盘
3、控制,输出控制电路,串行通信系统,打印机接口等部分组成,如图1.——回一——臣要串行口电子卡尺数字信号广==:.:-18叱l98L兰兰三竺广—'CPU直流模拟信号LH_二_==一^D目图1工序质量管理仪的各部分组成框图(2)数字信号获取过程分析从数显量具中获取测量值是仪器的一个重要功能.下面分析数显电子卡尺数据的输出格式.例如:电子卡尺上显示值为一162.08mm.用示波器来观测卡尺的信号波形.从数显电子卡尺,千分尺发送出来的信号波形如图2.由以上分析可知,必须把数显卡尺输出的串行数据流转变为单片机系统可读取的并行数据,74HC164可以满足这一要求.74HC164是一个8位串行输入/并
4、行输出移位寄存器,该移位寄存器有两个串行数据输入端A.和A2,它们的作用是相同的.串行数据在时钟信号的同步下移人移位寄存器.该器件有一个低电平有效的复位输入脚,当其有效49时,可把8位寄存器内容全清为0.图2数显卡尺输出信号的波形分析表1中D"为数据输入;"Q…Q"为移入的数据来自上一级.n^_rACPVCCMcPCCPB7CPVCC14Hc164PPB0PA7,PBOPli'7PC0:ji:PC7PB7PC0PC7表174HC164的功能表输入输出复位时钟Al0…LXXXLL?--LH—LXX不变H_广HDDQ…QH—广DHDQn'一Q由功能表可以看出,在时钟的上跳变时,Al和A2相与
5、的结果(串行数据位)便被移入移位寄存器的Q级,原Q级的数据移入Qb级,以此类推Qg级的数据移入Qh级.多片74HC164可以串联使用.图3数显卡尺信号提取电路由于卡尺输出的两个信号的频率均为转换结果:0001011Oo01o00001Oo01111ltX)kHz,信号频率很高,不能只用一片即为:16208F(十六进制),F代表负数,小74HC164来读三次数据,这样软件处理的速度数点为定点;跟不上,必须级联三片74HC164把24位串行所以,转化为测量值:一162.08mm.数据一起转换为并行数据,然后一次读出该数图3中,"DATA"为数显卡尺信号输出段,据,就能够符台速度要求,准确地获
6、取电子卡尺"cP,,为同步输出端;PA0一PA7,PB0～PB7,中的测量数据.具体的电路如图3所示.PC0一PC7为82C55的三个端I=l.经过三片74HC164转换之后,把串行的数据流(24位比特)变成80C198单片机系统总线可读取的并行数据(---个字节的数据).下面是转换结果:503仪器的硬件和软件设计I]3.1硬件系统设计由于单片机的硬件系统比较成熟,这里就佃册加两个特殊的方面进行讨论.(1)为了设计便携式仪器,必须采取一系列措施,这些措施包括:采用LCD液晶显示器,选用各种低功耗的器件和芯片(CPU采用80C198,其他芯片采用HCMOS和74HC系列等),并且在满足速度
7、指标的前提下进行降低功耗的硬件和软件设计.硬件方面包括降低CPU主频(6M),对存储器(RAM和EPROM)设置维持工作方式,以降低功耗;软件设计方面,由于80C198具有空闲待机和停机节电两种进一步降低功耗的特殊运行方式,程序设计时,采用中断方式,使仪器具有睡眠工作方式,当有用户输入或外部中断信号时,自动唤醒开始工作,这样大大地减少了系统的功耗.(2)液晶显示模块的设计由于软件处理结果需要有汉字和曲线显示.故选用点阵式液晶显示模块
