本实用新型专利技术是一种和显微硬度计配套用来实现材料硬度测量的数据处理机，它采用了Ｚ８０八位ＣＰＵ作为中央处理器组成最基本系统，对光栅测长信号采用程序细分，提高分辨力，减少硬件，具有专用键盘，对细分后的测长信号进行一系列数据修正，最后通过ＬＥＤ显示和打印机输出。本实用新型专利技术具有一定的通用性，可以用在各种类型的硬度计中。（*该技术在1997年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
显微硬度计用数据处理机本技术属于一种显微硬度计配套数据处理机，用于实现材料硬度测量。显微硬度计是一种测定各种材料硬度的材料试验机，其是通过加有一定试验力的金刚钻压头，用特定方式在被测物表面压出一个正方形或菱形的压痕，然后测出压痕的对角线长度，再用公式算出被测物的硬度。本技术具体就是利用显微硬度计和微处理机配套来实现材料硬度测量并进行数据处理，显示和打印输出。目前现有技术和显微硬度计配套的用于材料硬度测量数据处理的有HXD－1000型数字显微硬度计控制器，测长机构选用光栅，测长信号的处理细分采用中小规模集成电路和分立器件，电路复杂，成本高。继后来用4位微机，但其内存容量小，接口电路复杂，功能少。西德菜茨公司83年产品RZD－DO控制箱采用复杂的硬件对光栅测长信号进行处理细分，测量数据须用拨盘进行修正，在执行某些功能后须对光栅重新校对零位，没有控制加试验力的功能。本技术的目的，针对现有技术缺点，设计一台显微硬度计用数据处理机，减少测长信号处理细分的中小规模集成电路和分立器件，配用专用接口对光栅测长信号进行程序细分，采用8位微机、专用接-->口、键盘，增加内存容量，增加光栅零位记忆功能，增加控制试验力的功能。为此本技术采用Z80八位CPU作为中央处理器组成最基本系统，光栅测长信号的处理细分用程序配用由运算放大器、A／D转换器、比较器及单稳态组成的接口电路进行。采用专用键盘、接口，增加控制试验力控制电路。本技术实施例结合附图加以说明。图1为光栅细分电路方框图；图2为显微硬度计用数据处理机主机原理图；图3为光栅测长信号原理图；图4为光栅细分流程图；图5为键盘接口电路；图6为显示器接口电路；图7为试验力控制电路。本技术如图2所示，包括对光栅测长信号进行处理的接口电路7、中央处理器（Z80八位CPU）6，用来存放测试。显示、运算和打印程序的EPROM存储器4、用于随机存放输入数据、各种标志、运算的中间与结果数据的RAM存储器3、计数器定时器接口芯片CTC8、译码器5、显示和打印、键盘的PIO接口2、打印机9、键盘10和显示器1。对于被测工件上打出的硬度压痕的对角线长度用光栅进行测量，用程序配用接口电路对光栅测长信号进行细分，再对长-->度信号进行数据修正和运算最后通过LED显示和打印机输出。键盘和显示器用并行接口片子PIO与译码器组成，如图5、图6所示，键盘有28个键，其中11个数字键、1个复位键、16个功能键根据需要自行定义，8位LED发光二极管数码显示器。打印机采用LASER PP40描绘器与微机通道Centionics标准接口相连，微机中的硬件采用PIO的一个通道接成。键盘接口硬件也很少，硬件中仅用了PIO的A通道，其中4根线输出并通三－八译码器变成键盘矩阵的8根行线，另4根线作列输入，从而组成了二进制的键盘接口电路。如图6所示的显示器接口电路，用PIOA口4根线经BCD七段显示译码器74LS248接到LED段驱动线上，B口8根线分别经驱动器接LED位控制线上，由于74LS248只能译出7段，对于LED的第8段——小数点这里单独用一根A口输出线经三极管驱动。现有技术中对光栅测长的光电信号采用硬件细分，也即采用中小规模集成电路或分立元件对测长信号进行处理细分，电路复杂，典型电路如图1所示，相位差为90°的两列光栅测长信号分别由差分放大器1、2放大之后得到Sinθ和Cosθ两路信号，Sinθ一路又经倒相器取得－Sinθ。Sinθ、Cosθ和－Sinθ由串联电阻链移相得到彼此之间相位差为18°的10路信号，这10路信号由跟随器隔离，施密特触发器整形成方波，再把方波倒相得到反相的另外10路信号，这种采用硬件细分光栅测长信号，电路复杂。-->本技术就省去现有技术中这部分复杂电路，而是采用程序配用由运算放大器、A／D转换器、比较器及单稳态组成的专用接口电路来实现。根据光栅测长原理，位移置的大小和方向这二个信号包含在由莫尔条纹移动而产生的两相交变信号之中。信号呈余弦波，两信号的相位相差90°，如图3所示，分别为cosθ（U1）、sinθ（U2），设在测量区间〔0，l〕内有N条干涉条纹，由此而产生的测长光电信号可以分二步，首先计算在位移区间的光电信号变化的周期数N，即计数经过了多少个正峰值。程序中将U2整形后的前后沿产生中断请求信号，在中断期间判别正负峰和移动方向，并对正峰计数。右移作加，左移作减，从而完成了周期计数。然后测出光栅移动起始点和终止点到相邻峰点距离△L，这是由U2信号判别该点所在像限，从而计算出△Ls与△LE，则相应长度Lx可根据下式算出来：Lx＝NT－ΔLs＋ΔLE （1）式中T为光栅尺的栅距（本机配置的光栅尺是每毫米为50线，故T＝20微米）。根据图2，测得长度信号cosθ通过运算放大器进行电平转换，再经过A／D转换后送入微处理器数据总线供读出，将sinθ信号通过过零触发器整形成方波，一面送至数据总线供微机判别极性，另一方面双单稳态电路在方波正负沿上微分形成一定宽度的正向脉冲作为中断请求信号（见图3）。-->细分程序见光栅细分流程图（图4）。进入光栅细分程序后第一次读得的cosθ值U1作为起始点电压，同时读出sinθ极性为以后判别像限所用，接着设立起始点已读标志，使以后读出的U1信号作为终止电压。计算起始点或终止点离相邻峰点的长度ΔL，需要经过cosθ信号的正负峰二次以上中断后才能进入下面的运算程序，并通过子程序GRASU来运算的（见图4），子程序GRASU中的Uco为偏移电压，Um为平均值，用此数据算出的角度精度高，改善了由于直流漂移而引起的误差。要求得长度Lx除了对位移区间内的光电信号变化周期进行计数外，尚需算出ΔL。为消除由于光电信号直流电平波动的误差，计算长度用下列公式：θ＝cos－1（(U′1)/(Um)）（2）ΔL＝Kθ （3）进行计算（见图4子程序流程）式中：U′1＝U1－Uco为起始点或终止点去除直流电平偏移后的读出值。Um＝1/2（Up－Us）为平均值-->Uco＝1/2（Up＋Us）为偏移值K为常数K＝(T)/(2π)T＝20微米为缩短程序执行时间，避免冗长复杂的运算以达到加快测长速度和显示结果连续的目的。（1）采用搜索查表来代替cos－1（(U′1)/(Um)）和ΔL＝Kθ的运算。首先算出(U′1)/(Um)（cosθ）的比值，再根据每毫米50线的光栅（T＝20μ）得到分辨率为1μ的要求，即在一个像限（π2）内分成6点。列表如下：N0(孤度）cosθKθ(μ)1 0 1 02 π/10 0.95 1.03 π/5 0.80 2.04 3/10π 0.58 3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由光栅测长信号接口电路、中央处理器、ＥＰＲＯＭ存储器、ＲＡＭ存储器、显示器、键盘及接口电路组成的显微硬度计用数据处理机，其特征在于：ａ．由八位ＣＰＵ作为中央处理器组成最基本系统；ｂ．键盘和显示器用并行接口片子ＰＩＯ与译码器组成，键盘有２８个键，１６个功能键根据需要自行定义；ｃ．打印机采用ＬＡＳＥＲ—ＰＰ４０描绘器与微机通道Ｃｅｎｔｉｏｎｓ标准接口相连；ｄ、光栅测长信号的处理细分采用光栅细分程序配用由运算放大器、Ａ／Ｄ转换器、比较器及单稳态组成的接口电路；ｅ．由８Ｄ触发器７４ＬＳ２７３及红、绿发光二极管组成加试验力的控制电路。
【技术特征摘要】
1、一种由光栅测长信号接口电路、中央处理器、EPROM存储器、RAM存储器、显示器、键盘及接口电路组成的显微硬度计用数据处理机，其特征在于：a.由八位CPU作为中央处理器组成最基本系统；b.键盘和显示器用并行接口片子PIO与译码器组成，键盘有28个键，16个功能键根据需要自行定义；c.打印机采用LASER-PP40描绘器与微机通...
【专利技术属性】
技术研发人员：宣新年，
申请(专利权)人：上海第二光学仪器厂，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]
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