一种材料试验机控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及材料试验机技术领域，尤其涉及一种材料试验机控制器。
【背景技术】
[0002]材料试验机广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、压力容器等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。
[0003]随着材料科学的不断发展以及人们对产品质量的日益重视，试验机应用的领域越来越广泛，试验机周边的配套测量单元也越来越先进，因此对试验机控制器的要求也越来越高。目前控制器普遍采用单MCU或MCU+MCU架构，而MCU不论采用冯诺依曼或者哈弗结构，其运行方式只能是一条条指令串行运行，这对数据采集的同步化是不利的。MCU在采集编码器脉冲信号时，为了快速采集不丢码，程序结构往往被设计成采用中断方式去采集信号，这样会占用过多CPU时间，加重MCU负担，对系统的实时性与准确性有较大影响。而且即使如此，在应用光栅尺，全自动引伸计这样高分辨率的测量工具时，也难以达到所要求的采集速度。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种材料试验机控制器，克服现有技术中存在的信号采集速度慢、测量实时性差及准确率低的缺陷。
[0005]本实用新型目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种材料试验机控制器，包括:AD转换模块，高速脉冲调理模块，PffM脉冲输出调制模块，DA输出模块，通讯模块，电源模块，用于解析软件指令、生成控制信号、接收各路测量信号值并转发给上位机软件的ARM微控制器模块，以及用于采集各路测量信号、对脉冲信号进行方向判别并计数、控制伺服电机运行的FPGA可编程逻辑模块；
[0007]所述ARM微控制器模块与所述通讯模块、FPGA可编程逻辑模块分别连接；所述FPGA可编程逻辑模块，还同时与所述AD转换模块、高速脉冲调理模块、PffM脉冲输出调制模块、DA输出模块分别连接。
[0008]其中，所述ARM微控制器模块采用以ARM Cortex_M3为核心的STM32控制器，由复位芯片、晶体振荡器、ARM微控制器、SffD调试接口组成。
[0009]其中，所述FPGA芯片采用ProASIC3芯片，由48MHZ有源晶振、JTAG调试接口、FPGA芯片组成。
[0010]其中，所述AD转换模块具体包括:
[0011]传感器信号INPUT1+、INPUTl-接入电容Cl两端然后分别经过电阻R2、电阻R3进入电容C5两端，电容C5两端各自接一个电容C4、电容C6滤波，滤波后的信号AIN+、AIN-接入AD转换芯片9的I脚和2脚，进行AD转换，AD转换后的数字信号经由AD转换芯片的11、12、13、14脚各自连接电阻阵列12的1、2、3、4脚后输出至FPGA可编程逻辑模块；AD转换芯片9的3、4脚接在电容C7的两端，AD转换芯片9的5脚接入+5V电压，并通过电容8连接到模拟地，AD转换芯片9的9脚接入时钟信号，AD转换芯片9的15脚接入+3.3V并通过电容Cll连接到数字地去耦，AD转换芯片9的16脚接到数字地，AD转换芯片9的18脚接入+2.5V参考电压，并通过电容10接到模拟地，AD转换芯片9的6、17、19,20脚接到模拟地。
[0012]其中，所述高速脉冲调理模块具体包括:
[0013]两路脉冲信号A、B，Al、BI分别接入电阻阵列13的5、6、7、8脚限流，电阻阵列13的1、2、3、4脚分别接入光親15的I脚、4脚，光親14的I脚、4脚，隔离后的信号分别由光耦14的6、7脚，光耦15的6、7脚输出；光耦14的2、3、5脚接地，光耦14的8脚接入+5V电压并通过电容16接到数字地；光耦15的2、3、5脚接地，光耦15的8脚接入+5V电压并通过电容17接到数字地。差分脉冲信号SVCoder_A+、SVCoder_A_，SVCoder_B+、SVCoder_B+分别接入差分接收器芯片18的1、2脚，5、6脚，经由差分接收器芯片18的3、5脚输出；差分接收器芯片18的16脚接+5V电压并通过电容19接到数字地，差分接收器芯片18的12脚接到数字地。
[0014]其中，所述电源模块具体包括:
[0015]+5V电压经过电容C20、电容C21的一端进入电压转换芯片22的3脚，+3.3V电压从电压转换芯片22的2脚输出，经过电容C23、电容C24的一端进入电压转换芯片25的1、3脚，+1.5V电压从电压转换芯片25的5脚输出，经过电容C27、C28输出至所需电路；电压转换芯片25的4脚通过电容C26接到模拟地，电容C20、电容C21、电容C23、电容C24、电容C27、电容C28另一端接到模拟地；+12V电压经过电容C29、电容C30的一端接入电压转换芯片31的2脚，+5V模拟电压从电压转换芯片31的6脚输出，经过电容C32、电容C33滤波输出至所需电路；电阻R34、电阻R35串联，电阻R34 —端接入+5V模拟电压，电阻R35 —端接到模拟地。电压转换芯片31的4脚，电容C32、电容C33另一端接到模拟地；+12V电压接入电压转换芯片36的8脚，-12V电压从电压转换芯片36的5脚输出，通过电容C38连接到模拟地，电压转换芯片36的3脚连接到模拟地，电压转换芯片36的2脚、电压转换芯片36的4脚分别接到电容C37的两端。
[0016]其中，所述通讯模块具体包括:
[0017]TTL电平信号TXD、RXD接入232电平转换芯片41的9、10脚，转换后的232电平信号经由232电平转换芯片41的7、8脚输出，232电平转换芯片41的7、8脚分别接至电阻R44、电阻R47的一端，电阻R44、电阻R47的另一端分别通过稳压二极管D45、稳压二极管D46接至数字地，232电平转换芯片41的1、3脚分别接在电容C39的两端，232电平转换芯片41的4、5脚分别接在电容C40的两端，232电平转换芯片41的2、6脚分别通过电容C42、电容C48接至数字地，232电平转换芯片41的16脚接入+3.3V电压并通过电容C43接至数字地。
[0018]其中，所述PffM脉冲输出调制模块具体包括:
[0019]PffM脉冲输出频率信号puls、PWM脉冲输出方向信号sign分别接入差分线驱动器49的9、15脚，转换成差分信号后经由差分线驱动器49的10、11、12、13脚输出，差分线驱动器49的4、16脚接入+5V电压，差分线驱动器49的16脚通过电容C50接至数字地，差分线驱动器49的8、12脚接至数字地。
[0020]其中，所述DA输出模块具体包括:
[0021]数字指令经由电阻阵列56接入，电阻阵列56的1、2、3、4脚分别接至DA转换芯片53的21、20、18、17脚，经转换后的模拟电压经由DA转换芯片53的11脚输出，并通过电容C57接地滤波，DA转换芯片53的11脚与8脚短接，DA转换芯片53的2脚与3脚短接，+12V模拟电压经过电容C51、电容C52滤波后接入DA转换芯片53的I脚，电容C51、电容C52的另一端接至模拟地，-12V模拟电压经过电容C54、电容C55滤波后接入DA转换芯片53的24脚，电容C54、电容C55的另一端接至模拟地，+5V电压经过电容C58、电容C59滤波后接入DA转换芯片53的12脚，电容C58、电容C59的另一端接至数字地，DA转换芯片53的22脚接至电阻R60的一端，电阻R60的另一端接到+5V电压，DA转换芯片53的16脚接至复位电路，复位电路由电阻R61与电容C61串联组成，电阻R61的另一端接到+5V电压，电容C61的另一端接至数字地，DA转换芯片53的7脚接至模拟地，DA转换芯片53的13、14、23脚接至数字地。
[0022]本实用新型实施例与现有技术相比，有益效果在于:
[0023]本实用新型实施例采用了 ARM+FPGA的架构，并对系统的功能划分做出了充分的优化，伺服器的位移脉冲信号与大变形脉冲信号的采集都由FPGA芯片完成，通过脉冲细分电路，最终分辨率提高四倍；采集速度快，位移分辨率可以到达0.0lum,大变形接口采集速度与位移采集接口无差异，可以与全自动引伸计，光栅尺等高分辨率量具完全对接；由于FPGA高速并行的执行特点，力、变形、位移得以在同一时间点进行测量，提升了测量结果的实时性与准确性。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型实施例提出的材料试验机控制器的原理框图；
[0025]图2为本实用新型实施例提出的AD转换模块的电路图；
[0026]图3为本实用新型实施例提出的高速脉冲调理模块的第一部分电路图；
[0027]图4为本实用新型实施例提出的高速脉冲调理模块的第二部分电路图；
[0028]图5为本实用新型实施例提出的电源模块的电路图；
[0029]图6为本实用新型实施例提出的通讯模块的电路图；
[0030]图7为本实用新型实施例提出的PffM脉冲输出调制模块的电路