電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)是一種材料試驗(yàn)機(jī)測控裝置,，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料拉伸,、壓縮、剝離,、撕裂,、抽出等力學(xué)性能試驗(yàn)的測試與控制。該試驗(yàn)機(jī)通過采集多通道壓力信號,，編碼器輸出的位移脈沖信號,，并進(jìn)行干擾抑制、模擬信號放大濾波和隔離變換等處理,，利用鍵盤和顯示模塊人機(jī)接口,，結(jié)合變頻控制器技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)臺斷點(diǎn)停機(jī)控制、定荷重控制,、定應(yīng)力控制,、定位移控制、定應(yīng)變(延伸率)控制,、力量保持控制,、自動回歸控制、限位控制,、多段條件測試等功能,。而針對實(shí)現(xiàn)上位移測量及定位移控制功能,，提出一種利用光電軸角編碼器的專用計數(shù)器LS7266R1來采集編碼器輸出的位移脈沖信號,。

　　1 LS7266R1簡介

　　雙軸正交信號鑒相器LS7266R1是一款低成本、超高精度,、24位雙通道的求積計數(shù)器,，4種可編程計數(shù)方式，3種求積方式和1種非求積方式,，計數(shù)精度高,，具有X和Y雙通道計數(shù)，每路計數(shù)長度可達(dá)24位,，且具有二進(jìn)制／十進(jìn)制計數(shù)二種可編程方式,。特別重要的是它有方向標(biāo)志功能，測量2路(X,、Y)編碼器的大小相等,，但有2種方向情況，當(dāng)2路(X,、Y)編碼器的符號標(biāo)志S相同時,，表示位移為正方向；當(dāng)符號標(biāo)志S相反時,，表示位移為反方向,。利用該功能可以通過光電軸角編碼器轉(zhuǎn)換,，對電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)中的材料拉伸、壓縮的位移值實(shí)行加或減位移值的方向判斷,。另外,，在3種求積方式下，對每路編碼器還可實(shí)現(xiàn)8位獨(dú)立的可編程數(shù)字濾波的功能,。其內(nèi)部寄存器的功能設(shè)置可參見LS7266R 1的數(shù)據(jù)資料,。

　　2 光電軸角編碼器

　　光電軸角編碼器又稱光電角位置傳感器，有輸出循環(huán)二進(jìn)制碼的絕對式光電軸角編碼器和輸出單列或相位差90°的兩列光電脈沖信號的增量式光電軸角編碼器3種,。這里選用ZSP3．812-003G-3600BZ型增量式光電軸角編碼器,，該光電周角編碼器采用電纜側(cè)出，3 600 p／r,，寬電壓7～24 V,，互補(bǔ)輸出，集成模塊,，具有體積小,，價格低，非接觸等特點(diǎn),。它是一種集光,、機(jī)、電為一體的精密數(shù)字測角裝置,，它把軸角信息轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù)字信號,，通過LS7266R1計數(shù)器與單片機(jī)等連接后可實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量和實(shí)時自動控制。

　　3 電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)

　　圖1為試驗(yàn)機(jī)機(jī)臺外型,。該試驗(yàn)機(jī)是由機(jī)座(內(nèi)放置了單相電機(jī)和變頻器),，控制箱，力量傳感器,，位移傳感器,，以及機(jī)架等組成?？刂葡鋬?nèi)的控制器是其核心,，由力量傳感器、儀表放大器,、多路開關(guān),、A／D構(gòu)成試驗(yàn)機(jī)力量測量單元；由增量式光電軸角編碼器,，LS7266R1雙軸積分式計數(shù)器構(gòu)成試驗(yàn)機(jī)采集編碼器輸出的位移信號,。利用光電方法，通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械量,。幾何位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號,，從而獲得機(jī)械運(yùn)動狀態(tài),，位置坐標(biāo)及其變化量等信息。CPU根據(jù)上述這些信息,，以D／A輸出控制變頻器實(shí)現(xiàn)變頻技術(shù)與伺服控制技術(shù),，來調(diào)節(jié)或啟停電機(jī)，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的速度調(diào)節(jié)控制,、位移量控制,，力量保持控制等多種功能；利用算法實(shí)現(xiàn)了對力量傳感器的分階段校正,、單位變換,、多種保護(hù)，解決零點(diǎn)漂移,，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,。試驗(yàn)機(jī)人機(jī)接口方便，系統(tǒng)的功能多,、性價比高,。

圖1 試驗(yàn)機(jī)機(jī)臺

　　4 LS7266R1的應(yīng)用

　　4．1 硬件電路設(shè)計

　　圖2為LS7266R1在電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)中的硬件設(shè)計原理框圖。采用華邦的W78E58B高性能單片機(jī),，24位ADC7710轉(zhuǎn)換器,，24位DAC1210轉(zhuǎn)換器，24位LS7266R1計數(shù)器,，8 KB Flash RAM存儲器28C64,，內(nèi)置鋰離子電池的DS12887時鐘，串行接口芯片MAX232,，帶看門狗的非易失性存儲器X25045等組成,。通過三總線(數(shù)據(jù)、地址,、控制)與LS7266R1求積計數(shù)器相連，輸出2路脈沖分別送到X和Y通道計數(shù),。

圖2 硬件原理框圖

　　圖2中,，W77E58B 80C51系列的單片機(jī)，有40引腳,，256字節(jié)的RAM和36 kB的Flash EPROM快閃存儲器,，可多次編程寫入，有兩個全雙工串行口,，有12個中斷源,，執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1．5～3倍。AD7710采用∑-△轉(zhuǎn)換技術(shù),，可實(shí)現(xiàn)最高24位無失碼性能,，±0．001 5％非線性度,。內(nèi)有可編程增益控制器和數(shù)字濾波器處理器。是一款適合低頻測量應(yīng)用的完整模擬前端,，可直接接受來自應(yīng)變計或傳感器的低電平信號,，并產(chǎn)生串行數(shù)字輸出。DAC1220是一種適合于過程控制場合的低功耗D／A轉(zhuǎn)換器,。它采用△-∑轉(zhuǎn)換技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了20位線性轉(zhuǎn)換。通過內(nèi)置的滿度,、零點(diǎn)和線性修正寄存器,，可以自動進(jìn)行校準(zhǔn)功能，保證了轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性,。28C64RAM：8K字節(jié)的Flash RAM存儲器,，數(shù)據(jù)可長期保存MAX232標(biāo)準(zhǔn)RS-232通信器件，可連接兩對收／發(fā)線,，把UART的RXD和TXD端TTL／CMOS電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平,。X25045是串行非易失性存儲器，帶有看門狗功能,，可用于監(jiān)控單片機(jī)是否正常運(yùn)行,，同時還具有上電復(fù)位、保存參數(shù),、電壓監(jiān)測的功能,。DS12887為并行時鐘接口芯片，內(nèi)有鋰電池,，可保存100年的日歷時鐘,，用于每分鐘的數(shù)據(jù)更新。

　　4．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　圖3為主程序軟件流程圖,。該系統(tǒng)軟件主程序包括串口初始化,、液晶顯示初始化、24位AD771O初始化,、LS7266R1初始化,、讀24位AD7710值、讀24位LS7266R1計數(shù)器值,、計算,、處理、顯示以及鍵掃描程序等,。

圖3 主程序軟件流程圖

　　4．3 接口軟件設(shè)計

　　LS7266R1在電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用中,，首先要對LS7266R1進(jìn)行初始化設(shè)置，初始化設(shè)置過程是這樣的：寫入控制字到XIOR或YIOR寄存器中,，控制A／B輸入停止工作,；寫入控制字到XRID或YRLD寄存器中,，復(fù)位BT，CT,，CPT,，S，BP狀態(tài)值,；寫入控制字到XBLD或YRLD寄存器中,，復(fù)位E和CNTR狀態(tài)值；寫入計數(shù)器初始值#00H到XPR2 XPR1XPR0或YPR2 YPR1 YPR0預(yù)置寄存器,，把初始值傳送到CNTR計數(shù)器中,；寫入控制字到XIDR或YIDR寄存器中，使能INDEX位,；寫入控制字到XCMR或YCMR寄存器中,，選擇X1，Normal count工作方式,；寫入控制字到XIOR或YIOR寄存器中,，控制A／B輸入啟動工作。其次讀取LS7266R1計數(shù)器過程是這樣的：寫入控制字到XBLD或YRLD寄存器中,，重新復(fù)位BP指針,，讀XFLAG或YFLAG標(biāo)志寄存器；寫入控制字到XRLD或YRLD寄存器中,，傳送XCNTR或YCNTR計數(shù)器值到XOL或YOL輸出寄存器中,，讀取XOL或YOL輸出寄存器的值到W78E58B單片機(jī)內(nèi)的RAM單元中，然后進(jìn)行運(yùn)算處理,。

　　5 試驗(yàn)機(jī)上位機(jī)軟件設(shè)計

　　材料試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)帶有功能強(qiáng)大的上位機(jī)軟件,，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立完成材料試驗(yàn)控制或通過PC機(jī)串口命令完成材料試驗(yàn)控制兩種方式。上位機(jī)采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計VB語言進(jìn)行設(shè)計,，可以實(shí)現(xiàn)試品資料,、數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示,、報表設(shè)置打印,、多種測試方法、數(shù)據(jù)再分析等模塊,，實(shí)現(xiàn)打印、測試,、統(tǒng)計,、單位切換(F／X)、傳感器通道切換,、機(jī)臺上行,、機(jī)臺停止,、機(jī)臺下行、回歸位移零,，多段校正等功能,。通過上位機(jī)軟件可實(shí)現(xiàn)機(jī)臺的速度和位移控制，實(shí)時顯示當(dāng)前的壓力數(shù)據(jù),、位移數(shù)據(jù),、力量及位移峰值。斷點(diǎn)停機(jī)控制,、定荷重控制,、定位移控制、力量保持控制,、自動回歸控制等控制和測量方式,。具有統(tǒng)計查詢功能研究，記憶最近10次／個同一批次試樣測試結(jié)果(力量,、位移),，統(tǒng)計、查詢每次測試結(jié)果,。試驗(yàn)機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)功能畫面之一如圖4所示,。

圖4 試驗(yàn)機(jī)軟件圖

　　6 結(jié)束語

　　本文從LS7266R1結(jié)構(gòu)原理入手，講述了該芯片的功能特點(diǎn),，使用方法,。重點(diǎn)以LS7266R1與單片機(jī)W78E58B的硬件接口電路和軟件編程設(shè)計過程為例，講述了LS7266R1在電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)用方法,。本文的創(chuàng)新點(diǎn)是巧妙地把力量傳感器,，位移傳感器等機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)的壓力或拉力以及位置坐標(biāo)，變成了電壓信號和電脈沖數(shù)字信號,，供A／D測量和LS7266R1計數(shù),，從而實(shí)現(xiàn)了對電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)的測量和控制。實(shí)現(xiàn)獨(dú)立完成材料試驗(yàn)控制或通過PC機(jī)串口命令完成材料試驗(yàn)控制方式,。