系統軟件設計

    1單片機軟件部分的設計

單片機的軟件部分主要完成光柵位移傳感器的數據采集、A/D轉換、計算光柵位移傳感器的正向、反向莫爾條紋的個數、為數字電路提供CP脈沖以及完成USB的通信等工作。

① A/D轉換部分的程序設計

PIC18F4550 器件的ADC模塊有13個輸入通道。該模塊能將任意一個模擬輸入信號轉換成相應的10位數字信號。本檢測系統需要把COS和SIN兩路正弦模擬信號轉換成 數字信號，同時把一路零位脈沖信號送入單片機寄存器中。因此在設計A/D轉換部分程序時，把RA0、RA3分別設為SIN和COS兩路模擬信號的輸入，把 RA5設為零位信號的數字輸入，其他模擬信號口都分別設為數字量輸出口，以便最大限度的減少單片機的外圍電路對該系統信號采集的影響，提高整個系統的抗干 擾能力和精度。

② 定時器/計數器部分的程序設計

本檢測系統的單片機需要把光柵位移傳感器正向移動的光柵線數和反向移動的光柵線數計算出來，然后通過USB接口送到上位機，作為光柵位移長 度的計大數部分。光柵位移傳感器輸出的正弦信號經過信號調理電路后，可以把它移動的光柵線數轉換成數字脈沖，從而可以通過計算脈沖的個數來達到計算光柵線 數的目的。因此我們可以選擇Timer0和Timer1作為計數器使用，從而計算出光柵位移傳感器正反向移動的光柵線數。

③ 比較/ 捕捉/PWM （CCP）模塊的設計

PIC18F4550具備一個16位數據和分辨率的捕捉(Capture)/比較（Compare）/PWM（Pulse Width Modulation）模塊CCP2和一個增強型捕捉/比較/PWM模塊CCP1。其中，增強型CCP1具有死區控制和故障保護輸入功能。每個CCP模塊 有一個16位寄存器，它可以用作16位捕捉寄存器、16位比較寄存器或PWM主/從占空比寄存器。因為本設計只需要一路PWM輸出，所以我們只需要使用一 個CCP2就能滿足設計要求。根據系統設計要求，我們使用單片機的Timer2配合單片機的CCP使用，使CCP模塊輸出4M的方波。

④ USB模塊的設計  

對于單片機控制程序，目前沒有任何廠商提供自動生成固件（firmware）的工具，因此所有程序都要由自己手工編制。本系統的設計就是在Microchip提供的DEMO程序的基礎上，進行必要的修改而完成的。

2  PC軟件部分的設計

PC的軟件部分主要用于完成上位機同下位機之間的USB通信，光柵位移傳感器位移信號的細分和顯示等功能。為了下一步的軟件開發以及與廠家的其它軟件接口，應廠家的要求，本系統上位機的軟件部分采用VC++6.0來實現。

該設備驅動程序采用了Microchip的通用USB設備驅動程序，而接口通信程序采用了Microchip的BAPI.DLL動態鏈接庫。

計算機對最后一個正弦信號進行細分，細分點通過計算相位程序結合正、余弦信號象限判別來獲得。為了提高精度，我們把正、余弦信號分為8個象 限，然后求出細分點的比值，然后通過求細分點反正切函數求出光柵尺的相位，再根據光柵尺相位的弧度值計算出光柵尺細分點的位移值，最后把光柵尺細分點的位 移值加上光柵尺移動的完整光柵線數，從而得到光柵尺的位移值。

因為光柵尺柵線的柵距不同，為了設計的通用性，我們在編程時對三種常用的柵距（100線/mm、50線/mm、25線/mm）都分別作了處理。若使用光柵尺柵線為100線/mm，即光柵柵距為 0.01mm，對正弦信號進行100細分，可得測距分辨率為0.1μm。

在本課題設計時，我選用MFC基于對話框的設計，數據的顯示等全用Windows的公用控件完成。