摘要：系统采用十六位单片机作为核心控制器件，实现磁棒小范围位移的精确测量。本设计首先采用DDs芯片AD985l得到一个频率为100kHz的正弦信号，并且采用THS4503芯片进行差分输出，驱动线性可变差动变压器的原边；差动变压器两个副边的输出信号分别经过INll8芯片放大后，进行半波整流、电子滤波，得到稳定的直流电压，实现磁棒位移信号的实时采集。对两路直流信号分别进行A／D转换，并送入单片机分析处理，最后将计算结果用LCD显示。整个系统结构合理，设计简洁，性能稳定，有较强的抗干扰能力。
关键词：位移；测量；单片机；磁棒；全差分放大器

l 设计要求
1．1 任务
    设计并制作一台位移测量装置，其原理示意图如图1所示(虚线框内部分可以用硬件实现，也可以用软件实现)。

1．2 要求
    (1)制作正弦信号激励电路，技术指标如下：
    ①频率：100kHz；
    ②驱动线性可变差动变压器时输出波形无明显失真。
    (2)设计、制作差动信号测量电路，包括线性可变差动变压器，放大、整流、滤波等电路，数据处理和显示等单元。在图1中的A、B两点分别输出直流电压信号VA、VB。
    (3)用模拟或数字方法计算根据d值计算、显示实际位移量。
    (4)测量的位移范围为一20mm～+20mm，测量误差的绝对值不大于2mm。
    (5)设计一个闭环控制电路，要求用直流电机驱动磁棒移动，控制磁棒达到设定位移，位移误差的绝对值不大于2mm。

2 方案论证
    根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括激励信号模块，机械传动模块，信号处理模块，显示模块和键盘模块，系统总体框图如图2所示。

    方案一：激励信号模块采用高精度，高频率，低输出电阻，驱动能力强的函数发生器芯片MAX038产生一个固定的100kHz频率；机械传动模块采用直条齿轮来驱动磁棒移动，首先要求电机齿轮与直条齿轮的齿相匹配，将直条齿轮与磁铁连接，通过电机的圆形齿轮来带动直条齿轮左右移动，也即是带动磁棒在套简内左右移动；信号处理模块首先通过OP37对差动变压器副边的信号进行放大，在经过半波整流、电子滤波，得到稳定的直流电压，在送入单片机内部的AD转换器进行处理，通过AD转换后A、B两点的电压就可算出d的值，从而得到位移与d的关系式，在通过数码管显示，同时可以通过键盘设定允许范围内的任意值，并准确运行到指定的地点。
    方案二：激励信号模块采用DDS芯片AD9851，该芯片性能稳定，工作可靠，能产生100kHz稳定的频率；机械传动模块采用直流电机控制螺栓实现铁淦氧磁棒精确定位，电机每转动一圈，能产生一个固定的位移量，而且通过单片机控制可以让直流电机转动相应的圈数，以便达到设计要求；信号处理模块首先通过TI公司的仪表放大器INAll8实现小信号的放大，在经过半波整流、电子滤波，得到稳定的直流电压，在通过16位8通道AD转换器ADS8344进行处理，通过AD转换后A、B两点的电压就可算出d的值，从而得到位移与d的关系式，在通过液晶进行显示，同时可以通过键盘设定允许范围内的任意值，并准确运行到指定的地点。综合以上两种方案，我们采用方案二。

3 软硬件设计
3．1 硬件设计
    本系统主要由DDS模块、宽带低失真全差分放大模块，线性可变差动变压器的能量耦合模块、放大整流滤波模块以及4×4键盘和128×64LCD模块构成的人机界面组成。系统结构框图如图3所示：

    (1)激励电路模块
    激励电路部分通过单片机给AD985l送控制字经低通滤波器滤除谐波分量及杂散信号后得到较纯的100kHz正弦波信号。产生的信号通过差分电路形成激励信号，采用THS4503来实现。