Курсовая работа: Микрометр

Аннотация

Пояснительная записка к курсовой работе на тему "Микрометр" содержит 47 страниц, 16 рисунков, 4 таблицы, 11 источников.

В работе описано устройство — микрометр, построенное на базе программируемой микросхемы семейства x51 и фотоэлектрического растрового преобразователя модели 19021. Результат измерения в микрометрах целым числом выводится на светодиодный индикатор с общим анодом. Разработка охватывает создание и описание структурной схемы устройства, разработку и описание его принципиальной схемы, а также выбор, расчёт отдельных узлов и реализацию программного алгоритма.

В ходе выполнения работы был проведён анализ существующих технических решений и возможных сложностей их практического применения. Конструкция устройства реализована на основе однокристальной вычислительной машины класса x51.

В приложении к работе приведены принципиальная электрическая схема устройства, полный перечень используемых элементов и текст управляющей программы.

2

Содержание

Введение.............................................................................................................. 5

1 Обзор литературы, методов, схемных решений............................................. 7

2 Структурная схема устройства...................................................................... 12

2.1 Выбор и обоснование.......................................................................... 12

2.2 Описание принципа действия устройства............................................ 13

3 Выбор, обоснование и расчет отдельных узлов............................................ 15

3.1 Микроконтроллер................................................................................ 15

4 Описание полной принципиальной схемы.................................................... 25

5 Оценка нормируемых параметров................................................................ 27

6 Алгоритм работы программы....................................................................... 29

Техническое задание

Тема курсовой работы – Микрометр. Цели курсовой работы:

• разработать принципиальную схему на основе МК семейства микроконтроллеров х51, реализующую функции динамической индикации и косвенного измерения расстояния в микрометрах на основе импульсных сигналов на выходе преобразователя фотоэлектрического растрового;
• разработать программу управления работой устройства на языке С.
• Назначение устройства и область использования.

Устройство предназначено для выполнения лабораторных исследований, при которых требуется микрометровая точность измерительного процесса. Основная область использования – лаборатории и помещения для освоения студентами практических навыков работы с устройствами измерения.

• Общий алгоритм работы устройства.

Основной алгоритм работы устройства заключается в регистрации фронта первого сигнала и (в этот же момент) логического уровня второго сигнала (определение необходимости инкремента/декремента измеренного расстояния). Динамическая индикация реализована в виде отдельной процедуры, вызываемой в обработчике прерываний таймера.

• Состав устройства.

В состав устройства входят: микропроцессор; три одноразрядные семисегментных индикатора (АЛС324Б); дешифратор (КР514ИД2), используемый для вывода цифр на семисегментный индикатор; транзисторы типа p-n-p, необходимые для указания конкретного знакоместа, конденсаторы, резисторы, кварцевый резонатор; разъем для подключения преобразователя фотоэлектрического растрового мод. 19021; кнопка сброса микроконтроллера; источник питания на 5В.

Введение

В современных условиях развития промышленности и научных исследований к средствам измерений предъявляются требования высочайшей точности, надёжности и интеграции в цифровые системы. Особое место среди измерительных инструментов занимают микрометры, предназначенные для определения малых линейных размеров. Их применение является критически важным в таких сферах, как машиностроение, приборостроение, микроэлектроника и прецизионные научные эксперименты. Эволюция микроэлектроники открывает новые возможности для создания измерительных устройств, объединяющих механические компоненты, оптические преобразователи и цифровую обработку сигналов. В этом контексте разработка микрометра, основанного на связке микроконтроллерной платформы и фотоэлектрического растрового преобразователя, представляется закономерным и перспективным направлением.

Переход от аналоговых к цифровым принципам построения измерительных приборов кардинально меняет их характеристики. Использование микроконтроллера в качестве управляющего ядра позволяет не только обеспечивать высокую точность и стабильность результатов за счёт алгоритмической обработки данных, но и вносит элементы интеллектуализации процесса. Это выражается в возможности автоматического выполнения измерений, минимизации субъективных погрешностей, оперативной адаптации параметров под конкретную задачу, а также в лёгкой интеграции устройства в более сложные системы посредством цифровых интерфейсов. Центральным элементом такой измерительной системы является фотоэлектрический растровый преобразователь, выполняющий роль высокоточной оптико-электрической границы. Его принцип действия, основанный на подсчёте импульсов при перемещении оптической решётки, обеспечивает прямое и дискретное преобразование механического перемещения в электрический

сигнал, идеально подходящий для дальнейшей цифровой обработки.

Широта потенциального применения подобных устройств подчёркивает их значимость. В машиностроении они необходимы для входного и выходного контроля геометрии ответственных деталей. В микроэлектронике — для калибровки и проверки элементов с субмикронными допусками. В медико-биологических исследованиях точные измерения микрообъектов становятся основой для диагностики и анализа. Таким образом, актуальность проектирования микроконтроллерного микрометра с фотоэлектрическим датчиком продиктована объективными потребностями в повышении метрологических характеристик, автоматизации измерительных процедур и адаптации инструментария к требованиям цифровой эпохи в самых разных отраслях науки и производства.

Целью курсовой работы является закрепление теоретического материала и освоение методики разработки программно-аппаратных средств микроконтроллерных систем. Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать принципиальную схему на основе МК семейства микроконтроллеров х51, реализующую функции динамической индикации и косвенного измерения расстояния в микрометрах на основе импульсных сигналов на выходе преобразователя фотоэлектрического растрового;
• разработать программу управления работой устройства на языке С.