摘要:针对材料试验机等设备中要求测量或控制材料拉伸或压缩的位移，一般采用光电轴角编码器检测位置信号，输出正交编码脉冲信号。若采用其他方法检测位置信号，必然导致电路设计复杂，可靠性降低。因此，提出一种基于LS7266R1的电子式万能材料试验机设计方案。给出了试验机中的控制器工作原理，LS7266R1与单片机
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单片机
单片机是单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer)的简称，是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。
的接口硬件设计，以及主程序软件流程图。巧妙地把力量传感器，位移传感器等机械运动状态的压力或拉力以及位置坐标，变成了电压信号和电脉冲数字信号，供A/D测量和LS7266R1计数，从而实现了独立完成材料试验控制或通过PC机串口命令完成材料试验控制。
电子式万能材料试验机是一种材料试验机测控装置，能够实现对材料拉伸、压缩、剥离、撕裂、抽出等力学性能试验的测试与控制。该试验机通过采集多通道压力信号，编码器输出的位移脉冲信号，并进行干扰抑制、模拟信号放大滤波和隔离变换等处理，利用键盘和显示模块人机接口，结合变频控制器技术实现机台断点停机控制、定荷重控制、定应力控制、定位移控制、定应变(延伸率)控制、力量保持控制、自动回归控制、限位控制、多段条件测试等功能。而针对实现上位移测量及定位移控制功能，提出一种利用光电轴角编码器的专用计数器LS7266R1来采集编码器输出的位移脉冲信号。
1LS7266R1简介
双轴正交信号鉴相器LS7266R1是一款低成本、超高精度、24位双通道的求积计数器，4种可编程计数方式，3种求积方式和1种非求积方式，计数精度高，具有X和Y双通道计数，每路计数长度可达24位，且具有二进制/十进制计数二种可编程方式。特别重要的是它有方向标志功能，测量2路(X、Y)编码器的大小相等，但有2种方向情况，当2路(X、Y)编码器的符号标志S相同时，表示位移为正方向;当符号标志S相反时，表示位移为反方向。利用该功能可以通过光电轴角编码器转换，对电子式万能材料试验机中的材料拉伸、压缩的位移值实行加或减位移值的方向判断。另外，在3种求积方式下，对每路编码器还可实现8位独立的可编程数字滤波的功能。其内部寄存器的功能设置可参见LS7266R1的数据资料。
2光电轴角编码器
光电轴角编码器又称光电角位置传感器，有输出循环二进制码的绝对式光电轴角编码器和输出单列或相位差90°的两列光电脉冲信号的增量式光电轴角编码器3种。这里选用ZSP3.812-003G-3600BZ型增量式光电轴角编码器，该光电周角编码器采用电缆
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电缆
电缆是一种用以传输电能信息和实现电磁能转换的线材产品。既有导体和绝缘层，有时还加有防止水份侵入的严密内护层，或还加机械强度大的外护层，结构较为复杂，截面积较大的产品叫做电缆。
侧出，3600p/r，宽电压7～24V，互补输出，集成模块，具有体积小，价格低，非接触等特点。它是一种集光、机、电为一体的精密数字测角装置，它把轴角信息转换成电脉冲数字信号，通过LS7266R1计数器与单片机等连接后可实现动态测量和实时自动控制。
3电子式万能材料试验机
图1为试验机机台外型。该试验机是由机座(内放置了单相电机和变频器)，控制箱，力量传感器，位移传感器，以及机架等组成。控制箱内的控制器是其核心，由力量传感器、仪表放大器、多路开关、A/D构成试验机力量测量单元;由增量式光电轴角编码器，LS7266R1双轴积分式计数器构成试验机采集编码器输出的位移信号。利用光电方法，通过光电转换将输出轴的机械量。几何位移量转换成相应的电脉冲信号，从而获得机械运动状态，位置坐标及其变化量等信息。CPU根据上述这些信息，以D/A输出控制变频器实现变频技术与伺服控制技术，来调节或启停电机，实现马达的速度调节控制、位移量控制，力量保持控制等多种功能;利用算法实现了对力量传感器的分阶段校正、单位变换、多种保护，解决零点漂移，保证系统可靠稳定。试验机人机接口方便，系统的功能多、性价比高。
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图1试验机机台
4LS7266R1的应用
4.1硬件电路设计
图2为LS7266R1在电子式万能材料试验机中的硬件设计原理框图。采用华邦的W78E58B高性能单片机，24位ADC7710转换器，24位DAC1210转换器，24位LS7266R1计数器，8KBFlashRAM存储器
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存储器
存储器是用来存储程序和数据的部件，有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。它根据控制器指定的位置存进和取出信息。
28C64，内置锂离子电池的DS12887时钟，串行接口芯片MAX232，带看门狗的非易失性存储器X25045等组成。通过三总线(数据、地址、控制)与LS7266R1求积计数器相连，输出2路脉冲分别送到X和Y通道计数。
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图2中，W77E58B80C51系列的单片机，有40引脚，256字节的RAM和36kB的FlashEPROM快闪存储器，可多次编程写入，有两个全双工串行口，有12个中断源，执行速度是标准8051的1.5～3倍。AD7710采用∑-△转换技术，可实现最高24位无失码性能，±0.0015%非线性度。内有可编程增益控制器和数字滤波器处理器。是一款适合低频测量应用的完整模拟前端，可直接接受来自应变计或传感器的低电平信号，并产生串行数字输出。DAC1220是一种适合于过程控制场合的低功耗D/A转换器。它采用△-∑转换技术，实现了20位线性转换。通过内置的满度、零点和线性修正寄存器，可以自动进行校准功能，保证了转换的准确性。28C64RAM：8K字节的FlashRAM存储器，数据可长期保存MAX232标准RS-232通信器件，可连接两对收/发线，把UART的RXD和TXD端TTL/CMOS电平转换成RS-232电平。X25045是串行非易失性存储器，带有看门狗功能，可用于监控单片机是否正常运行，同时还具有上电复位、保存参数、电压监测的功能。DS12887为并行时钟接口芯片，内有锂电池，可保存100年的日历时钟，用于每分钟的数据更新。
4.2系统软件设计
图3为主程序软件流程图。该系统软件主程序包括串口初始化、液晶显示初始化、24位AD771O初始化、LS7266R1初始化、读24位AD7710值、读24位LS7266R1计数器值、计算、处理、显示以及键扫描程序等。
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图3主程序软件流程图
4.3接口软件设计
LS7266R1在电子式万能材料试验机应用中，首先要对LS7266R1进行初始化设置，初始化设置过程是这样的：写入控制字到XIOR或YIOR寄存器中，控制A/B输入停止工作;写入控制字到XRID或YRLD寄存器中，复位BT，CT，CPT，S，BP状态值;写入控制字到XBLD或YRLD寄存器中，复位E和CNTR状态值;写入计数器初始值#00H到XPR2XPR1XPR0或YPR2YPR1YPR0预置寄存器，把初始值传送到CNTR计数器中;写入控制字到XIDR或YIDR寄存器中，使能INDEX位;写入控制字到XCMR或YCMR寄存器中，选择X1，Normalcount工作方式;写入控制字到XIOR或YIOR寄存器中，控制A/B输入启动工作。其次读取LS7266R1计数器过程是这样的：写入控制字到XBLD或YRLD寄存器中，重新复位BP指针，读XFLAG或YFLAG标志寄存器;写入控制字到XRLD或YRLD寄存器中，传送XCNTR或YCNTR计数器值到XOL或YOL输出寄存器中，读取XOL或YOL输出寄存器的值到W78E58B单片机内的RAM单元中，然后进行运算处理。
5试验机上位机软件设计
材料试验机系统带有功能强大的上位机软件，可实现独立完成材料试验控制或通过PC机串口命令完成材料试验控制两种方式。上位机采用面向对象程序设计VB语言进行设计，可以实现试品资料、数据显示、曲线显示、报表设置打印、多种测试方法、数据再分析等模块，实现打印、测试、统计、单位切换(F/X)、传感器通道切换、机台上行、机台停止、机台下行、回归位移零，多段校正等功能。通过上位机软件可实现机台的速度和位移控制，实时显示当前的压力数据、位移数据、力量及位移峰值。断点停机控制、定荷重控制、定位移控制、力量保持控制、自动回归控制等控制和测量方式。具有统计查询功能研究，记忆最近10次/个同一批次试样测试结果(力量、位移)，统计、查询每次测试结果。试验机软件实现功能画面之一如图4所示。
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图4试验机软件图
6结束语
本文从LS7266R1结构原理入手，讲述了该芯片的功能特点，使用方法。重点以LS7266R1与单片机W78E58B的硬件接口电路和软件编程设计过程为例，讲述了LS7266R1在电子式万能材料试验机中的应用方法。本文的创新点是巧妙地把力量传感器，位移传感器等机械运动状态的压力或拉力以及位置坐标，变成了电压信号和电脉冲数字信号，供A／D测量和LS7266R1计数，从而实现了对电子式万能材料试验机的测量和控制。实现独立完成材料试验控制或通过PC机串口命令完成材料试验控制方式。