電子式萬能材料試驗機是一種材料試驗機測控裝置,，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料拉伸、壓縮,、剝離,、撕裂、抽出等力學(xué)性能試驗的測試與控制,。該試驗機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接口，結(jié)合變頻控制器技術(shù)實現(xiàn)機臺斷點停機控制,、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機中的材料拉伸,、壓縮的位移值實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現(xiàn)8位獨立的可編程數(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，互補輸出,，集成模塊,，具有體積小，價格低,，非接觸等特點,。它是一種集光、機,、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)器與單片機等連接后可實現(xiàn)動態(tài)測量和實時自動控制,。

　　3 電子式萬能材料試驗機

　　圖1為試驗機機臺外型,。該試驗機是由機座(內(nèi)放置了單相電機和變頻器),，控制箱，力量傳感器,，位移傳感器,，以及機架等組成?？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)成試驗機力量測量單元；由增量式光電軸角編碼器,，LS7266R1雙軸積分式計數(shù)器構(gòu)成試驗機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,，從而獲得機械運動狀態(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,，實現(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),，解決零點漂移,，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。試驗機人機接口方便,，系統(tǒng)的功能多,、性價比高。

圖1 試驗機機臺

　　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機中的硬件設(shè)計原理框圖,。采用華邦的W78E58B高性能單片機,，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,，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)，實現(xiàn)了20位線性轉(zhuǎn)換,。通過內(nèi)置的滿度,、零點和線性修正寄存器，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)控單片機是否正常運行，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機應(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單片機內(nèi)的RAM單元中，然后進(jìn)行運算處理,。

　　5 試驗機上位機軟件設(shè)計

　　材料試驗機系統(tǒng)帶有功能強大的上位機軟件,，可實現(xiàn)獨立完成材料試驗控制或通過PC機串口命令完成材料試驗控制兩種方式。上位機采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計VB語言進(jìn)行設(shè)計,，可以實現(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,，實現(xiàn)打印,、測試、統(tǒng)計,、單位切換(F／X),、傳感器通道切換、機臺上行,、機臺停止,、機臺下行、回歸位移零,，多段校正等功能。通過上位機軟件可實現(xiàn)機臺的速度和位移控制,，實時顯示當(dāng)前的壓力數(shù)據(jù),、位移數(shù)據(jù)、力量及位移峰值,。斷點停機控制,、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,。試驗機軟件實現(xiàn)功能畫面之一如圖4所示。

圖4 試驗機軟件圖

　　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,，使用方法。重點以LS7266R1與單片機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機中的應(yīng)用方法,。本文的創(chuàng)新點是巧妙地把力量傳感器,，位移傳感器等機械運動狀態(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),，從而實現(xiàn)了對電子式萬能材料試驗機的測量和控制。實現(xiàn)獨立完成材料試驗控制或通過PC機串口命令完成材料試驗控制方式,。