精密儀器課程設計

1、精密儀器課程設計設計題目: 激光干涉納米位移測量系統(tǒng)設計 姓 名： * 學 號： * 指導老師： * *年*月目 錄第1章 引言 31.1納米技術 31.2納米測量技術 31.2.1納米測量技術的發(fā)展 31.2.2雙頻激光干涉技術的國內外現(xiàn)狀 5第2章 總體方案設計 82.1總體框圖 82.2 雙頻激光干涉測量系統(tǒng)組成8第3章 檢測系統(tǒng)硬件電路設計 9 3.1雙頻激光干涉光路部分 9 3.2電路模塊103.2.1 光電轉換 113.2.2 I/V轉換電路113.2.3 消直電路 123.2.4 放大電路 123.2.5 低通濾波電路 133.2.6 整形電路 143.2.7 細分電路 153.

2、2.8 計數(shù)電路 163.2.9 顯示電路 173.3軟件模塊 18第4章 系統(tǒng)電路總圖 22第 5章 總結與展望 23參考文獻 25第 1 章：緒論1.1 納米技術納米技術作為當前發(fā)展最迅速、研究最廣泛、投入最多的科學技術之一，被譽為21世紀的科學, 并且和生物工程一起被認為是未來科技的兩大重要前沿?？萍及l(fā)達國家為搶占這一高新技術生長點、制高點，競相將納米技術列為21 世紀戰(zhàn)略性基礎研究的優(yōu)先項目, 投人了大量的人力、物力和財力。納米技術對許多工業(yè)領域已經開始具有非常關鍵的作用。它不僅將為許多技術難題提供新的解決方案和思路, 而且會進一步提高人們的生活水平, 并有可能在很大程度上改變人們的生

3、活方式。從納米精度上的機械零件的加工和裝配、電子器件的生產制造、掃描探針顯微鏡的發(fā)展、微型機電系統(tǒng)的制造、到納米結構材料的加工和生物醫(yī)學系統(tǒng)的制造等，納米技術正在得到廣泛的發(fā)展和應用。納米加工和制造離不開納米測量。精密計量已不能適應納米技術發(fā)展的要求，而且成為了納米技術發(fā)展的瓶頸。因此，納米測量技術和測量裝置，不僅是21世紀納米技術實用過程中必須關注的焦點，而且也是21 世紀計量測試領域研究的重中之重。1.2 納米測量技術1.2.1 納米測量技術的發(fā)展縱觀納米測量技術發(fā)展的歷程，它的研究主要向兩個方向發(fā)展：一是在傳統(tǒng)的測量方法基礎上，應用先進的測試儀器解決應用物理和微細加工中的納米測量問題,分

4、析各種測試技術,提出改進的措施或新的測試方法；二是發(fā)展建立在新概念基礎上的測量技術，利用微觀物理、量子物理中最新的研究成果,將其應用于測量系統(tǒng)中,它將成為未來納米測量的發(fā)展趨向。但納米測量中也存在一些問題限制了它的發(fā)展。建立相應的納米測量環(huán)境一直是實現(xiàn)納米測量亟待解決的問題之一，而且在不同的測量方法中需要的納米測量環(huán)境也是不同的,目前應該建立一個合適的納米環(huán)境,尋求新的測量原理和多種技術的綜合應用。同時，對納米材料和納米器件的研究和發(fā)展來說，表征和檢測起著至關重要的作用。由于人們對納米材料和器件的許多基本特征、結構和相互作用了解得還不很充分，使其在設計和制造中存在許多的盲目性，現(xiàn)有的測量表征技

5、術就存在著許多問題。此外，由于納米材料和器件的特征長度很小，測量時產生很大擾動，以至產生的信息并不能完全代表其本身特性。這些都是限制納米測量技術通用化和應用化的瓶頸，因此，納米尺度下的測量無論是在理論上，還是在技術和設備上都需要深入研究和發(fā)展。納米計量技術按照量程、分辨率和測量不確定度的特點，可以分為兩大類：一類是激光干涉儀技術，其特點是量程大，可達幾十米，但對小于半個光波長的位移需要用電子鑒相等細分方法來實現(xiàn)，由于電子噪聲等非線性誤差的影響，半波長以內的位移測量并不可靠；另一類是差拍干涉儀技術、射線干涉儀技術、光學 射線干涉儀技術、頻率測量技術和光頻梳技術等，他們的特點是量程小，一般幾微米或

6、幾十微米，但分辨率和測量不確定度高，可達亞納米甚至皮米量級。所以為達到測量范圍為100 um，分辨率達1nm，選用激光干涉技術。激光干涉儀使用激光波長作為基本刻度，其位移測量結果可以直接溯源到米定義波長基準，目前使用的干涉儀主要包括單頻激光偏振干涉儀和雙頻激光干涉儀。單頻的是在20世紀60年代中期出現(xiàn)的，最初用于檢定基準線紋尺，后又用于在計量室中精密測長。原理：從激光器發(fā)出的光束，經擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產生干涉條紋。當可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉換元件和電子線路等轉換為電脈沖信號，經整形、放大后輸入可逆計數(shù)

7、器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結果，因而限制了單頻干涉儀的應用范圍，只有設法用交流測量系統(tǒng)代替直流測量系統(tǒng)才能從根本上克服單頻激光干涉儀的這一弱點。雙頻激光干涉儀是七十年代初期由美國HP公司首先推出的，至八十年代中期十幾年間內幾乎壟斷了世界市場。它是在單頻激光干涉儀的基礎上發(fā)展的一種外差式干涉儀，和單頻激光干涉儀一樣，雙頻激光干涉儀也是一種以波長作為標準對被測長度進行度量的儀器。由此，此課程設計最終選定基于雙頻干涉原理，來實現(xiàn)位移測量系統(tǒng)的設計。雙頻激光干涉儀是激光在計量領域中

8、最成功的應用之一，是工業(yè)中最具權威的長度測量儀器。雙頻激光干涉儀采用外差干涉測量原理，克服了普通單頻干涉儀測量信號直流漂移的問題,具有信號噪聲小、抗環(huán)境干擾、允許光源多通道復用等諸多優(yōu)點,使得干涉測長技術能真正用于實際生產。雙頻激光干涉儀可以在恒溫，恒濕，防震的計量室內檢定量塊，量桿，刻尺和坐標測量機等。它既可以對幾十米的大量程進行精密測量，也可以對手表零件等微小運動進行精密測量，既可以對幾何量如長度、角度直線度、平行度、平面度、垂直度等進行測量，也可以用于特殊場合，諸如半導體光刻技術的微定位和計算機存儲器上記錄槽間距的測量等等。1.2.2 雙頻激光干涉技術的國內外現(xiàn)狀國外生產激光干涉儀的公司

9、有美國的Ag2ilent (前身為HP) 、ZYGO、英國的Renishaw 等公司。目前世界上有三種比較典型, 也是比較成熟的激光干涉儀: 美國Hew lett Packar d 公司生產的HP 系列雙頻激光干涉儀; 美國Zygo 公司研制的用于DSW 光刻機X、Y 工作臺直線及角位移測量的雙頻激光干涉測量系統(tǒng); 以及英國Renishaw公司的激光校準系統(tǒng)。表1-1 各激光儀參數(shù)對比序號型號激光功率/mW分辨率/nm測量精度/pm測量速度/m*s-1廠家國別1SP125150.6352.54103美國2ML1011.00.11Renishaw英國3AXIOM/201.250.011.8ZYG

10、O美國4LDDM1011.4OPTODYNE美國5HP5527B1100.10.45HP美國6HP55291100.10.7HP美國7L-1K-10A1100.10.4TSK日本8M150010.60.4SIOS德國我國于70年代開始了激光測量系統(tǒng)的研制，1975 年由中國計量科學研究院與陜西機械學院研制出我國第一臺國產雙頻激光干涉儀樣機，量程為60m，測量精度為0.5 10-6，到目前為止, 哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、華中理工大學等也相繼開展了對激光干涉儀及相關技術的研究, 成都工具研究所已生產出帶有測量空氣參數(shù)裝置并進行誤差補償?shù)募す飧缮鎯x。成都工具研究所的產品主要為MJS系列激光干涉儀，

11、其較早MJS系列的干涉儀采用進口激光器的熱穩(wěn)頻技術，之后最新第四代的產品是基于雙縱模穩(wěn)頻技術，在測速的方面均有所創(chuàng)新和改進。 圖1-1 成都產品 MJS系列激光干涉儀表1-2 目前國內外干涉儀產品技術指標對比AgilentRenishawZYGO成都工具所激光頭單/雙頻雙頻單頻雙頻雙頻產生雙頻方法塞曼效應/聲光調制塞曼效應塞曼效應最大頻差（MHz）4/203.651.2最高測速（mm/s）100010005100500300數(shù)據(jù)電路板最高測速下分辨率（nm）1.241.240.311.2420最高測速下測量范圍（m）4080404020近年來,隨著科學技術的發(fā)展,人們對測量工具也提出了更高的要

12、求。為迎合新的測量要求,雙頻激光干涉儀也相應向高分辨率、高精度、高測速等幾個方向發(fā)展。1、高分辨率僅依靠光學系統(tǒng),普通干涉儀的只能達到半波長的分辨率,即0. 1m 量級,目前的干涉儀產品通過電子細分的方法提高測量分辨率。國外Agilent 、ZYGO 等公司的產品可實現(xiàn)2048 細分,最大分辨率達到0. 15nm。清華大學精儀系殷純永教授的研究小組研制的SJD5 型雙頻激光干涉儀可實現(xiàn)640 細分,分辨率0. 49nm。2、高精度與納微米精密測量溯源在要求納米精度的條件下,出現(xiàn)大量科學與技術問題有待解決,諸如:非線性誤差(對半個波長分割的不均勻性) 、空氣折射率影響、溫度壓力效應、環(huán)境振動影響

13、等問題。同時BIPM 納米工作組已將激光干涉儀、高精度位移傳感器等列入國際計劃,納米精密測量技術的溯源成為迫切需要解決的課題。制造業(yè)的發(fā)展迫切需要解決高速加工過程中運動目標的精密測量和定位,許多精密機床的運動速度已達幾m/ s ,而從精度等方面考慮,只有激光干涉技術更適合解決以上問題。近年來我國成功地克服了塞曼雙頻激光器的頻差閉鎖現(xiàn)象,研究出國內外計量領域多年期盼的中頻差(340MHz 頻差可控輸出) He2Ne 激光器 ,并獲得專利。以這種激光器作為光源的雙頻激光干涉儀將實現(xiàn)4m/ s 的測量速度,其優(yōu)勢在于測量速度快,且穩(wěn)頻系統(tǒng)和信號處理電路相對簡單可以實現(xiàn)，不增加太多造價。雙頻激光干涉儀

14、向著高分辨率、高精度、高測速等方向發(fā)展,為了實現(xiàn)上述目標,其研究領域也在進一步深入拓寬,我們應該加強研究,爭取早日研制出具有自主知識產權的儀器,縮小與世界先進水平的差距。第 2 章：總體方案設計2.1 總體方案設計總體框圖：雙頻激光干涉光路放大電路調理電路光電檢測電路位移顯示單片機系統(tǒng)細分電路計數(shù)電路圖2-1 總體框圖2.2 雙頻激光干涉測量系統(tǒng)組成雙頻激光干涉測量系統(tǒng)主要由光路和電路兩大部分組成。第 3 章：檢測系統(tǒng)硬件電路設計 .3.1雙頻激光干涉光路部分其組成部分：主要包括全內腔HeNe激光器、分光鏡、檢偏器、干涉鏡、光電檢測器等組成。圖3-1雙頻激光干涉光路圖雙頻激光干涉工作原理：He

15、- Ne 激光器在縱向磁場的作用下, 其0.633um 譜線分裂成頻率相差1.5-2.0MHz, 偏振態(tài)分別為左右旋的兩束偏振光, 經1/ 4 波片后成為正交的線偏振光。在干涉中, 線偏振光經偏振分光器后一個頻率的光作為測量光, 另一個作為參考光, 兩路光相干后形成拍頻信號。當測量反射鏡移動時產生多普勒頻移f , 其中包含被測位移信息, 對其積分可求出被測位移量。原理如圖2 所示, D1接收的信號為f1- f2 的拍頻信號, D2接收的信號為(f1-f2)f 的拍頻信號, 兩路信號相減得到含有被測位移信息的多勒頻移f 。代表測量長度的累積脈沖數(shù)為:雙頻頻差與外加縱向磁場的大小成正比, 增加外加

16、磁場的大小可使雙頻頻差增大。但外加磁場也不能無限增大, 頻率牽引作用也限制了雙頻頻差的進一步增大。3.2電路模塊電路模塊包括硬件和軟件兩部分。硬件部分由光電接收元件、信號處理電路及單片機系統(tǒng)組成；軟件功能主要實現(xiàn)干涉條紋信號的軟件細分, 測量結果數(shù)據(jù)處理, 以及顯示和通信功能。光電元件 放大 消直I/V轉換整形電路低通濾波細分電路89C51 (軟件計數(shù))顯示圖3-2 電路模塊光強在硅光電池上發(fā)生移動, 移動量的大小轉化為干涉條紋的移動量, 經過硅光電池轉化為正弦信號的變化量。經后續(xù)電路放大、消直后, 得到兩路相差90正弦信號。放大后的信號分成兩部分, 一部分讓相差90的兩路正弦信號轉化為對應方

17、波, 讓其中一路微分成正向和反向脈沖, 讓這兩路脈沖與兩路正弦信號的方波分別“與”, 并送給單片機的計數(shù)器, 從而實現(xiàn)辨向和條紋周期的大數(shù)計數(shù)。另一部分, 經數(shù)模轉換, 送給單片機, 實現(xiàn)小數(shù)的計算。單片機軟件根據(jù)軟件細分原理進行大、小數(shù)的組合處理, 把結果數(shù)據(jù)儲存, 并在顯示器上顯示出來。3.2.1 光電轉換 光電轉換電路能采集雙頻激光干涉信號，將其轉換成正弦電信號。其選擇標準包括噪聲、響應速度、光譜響應范圍、穩(wěn)定性及工作環(huán)境等指標。硅光電二極管的光譜響應范圍從可見光到1 100 nm ,響應時間從10 -9s 到10-8s ,響應速度快。選用探測單元為直徑為0. 8 mm 的PIN 型高速

18、硅光電二極管S10783 ，其響應度為0. 46A/W，暗電流為0. 01 nA ，結電容為4. 5 p F。硅光電二極管在光伏模式下工作,可實現(xiàn)非常精確的線性度,被放大的信號只與入射光強成正比。此時暗電流為零,探測器的噪聲主要是散粒噪聲和電阻的熱噪聲,當待測信號是微安級的微弱電流信號時,這對提高系統(tǒng)信噪比是非常有益的。3.2.2 I/V轉換電路 I/V轉換電路將A 級光電流信號變換成與后續(xù)電路匹配的電壓信號。光電信號是一種微弱的并含有高頻噪聲的信號，輸入信噪比甚低，因此需要最大限度地抑制噪聲，采用低噪聲放大器來設計電路。在設計電路時，一方面要檢測的光電信號為交流的，要求前置放大電路具有一定的

19、帶寬或頻率響應特性，另一方面要獲得最大的信噪比，而等效噪聲帶寬又與信號帶寬成正比，因此，在保證有用信號不被濾除的情況下，采用壓縮前置放大電路的通頻帶的方法來減小噪聲，提高檢測信號的動態(tài)范圍.綜上所述，設計的前置放大電路如下圖所示。在器件的選擇上，選用低噪聲放大器 OP27，其具有極低的噪聲，良好的直流精度特性，低失真，高增益和寬達 63MH 的增益帶寬等優(yōu)點，此外，為了獲得良好的低噪聲性能，電路中一般都選用金屬膜電阻器和繞線電阻器，選用損耗較小的云母電容和瓷介電容來降低噪聲，在大容量電容中，選用漏電流很小的鉭電解電容，小容量電容則選用聚丙烯或聚苯乙烯類型。 圖3-3 I/V轉換電路3.2.3消

20、直電路 由于干涉條紋對比度不為1 并受到外界干擾, 從光電接收器輸出的信號中除含有交流成分外, 還含有直流成分, 所以必須首先調整信號中的直流分量。為此采用如下圖所示的直流電平調整電路.通過改變放大器同相輸人端的電壓, 達到消去直流電平的目的。圖3-4 消直電路3.2.4放大電路通過MAX4488 構成同相放大器的次級放大電路后,正弦電壓信號由前置放大電路0. 23 V 輸出提升到次級放大電路2 V 輸出,滿足濾波和整形電路信號幅值要求。圖3-5 同相放大電路3.2.5低通濾波電路前級放大完成了對干涉條紋的光電轉換，并對信號進行放大，得到了光電壓信號。盡管前級放大電路從各方面考慮以減小噪聲，但

21、輸出信號中的噪聲成分仍然很大，有用信號易被噪聲覆蓋，如果直接轉換為方波，信號邊沿并不穩(wěn)定，因此，一般情況下考慮在整形電路前再加上濾波電路對信號進一步濾波，然后再進行整形。由于激勵光被調制為一個固定的頻率，產生的光的頻率跟激勵光具有相同的低頻，因此應選擇一個低通濾波器，中心頻率跟調制頻率一致，才可以方便地清除噪聲信號。Butterworth 低通濾波器在= 0 及其附近的通帶具有最平坦的幅頻響應,且隨著階數(shù)n 的增加,其頻率響應特性越接近理想的低通濾波特性 。根據(jù)對系統(tǒng)帶寬內電壓幅頻響應平坦及阻帶衰減的濾波器設計要求,選用2 階Butterworth 低通濾波器,采用一級運算放大器MAX4488

22、 、兩節(jié)RC 濾波網(wǎng)絡組成的有源濾波電路實現(xiàn),根據(jù)動鏡驅動控制系統(tǒng)對激光干涉信號頻率的要求,濾波器截止頻率f c = 530 kHz ,通帶增益K0= - 1 。其電路如圖 所示。圖 3-6 低通濾波器3.2.6整形電路經過前置放大器對干涉條紋信號的光電轉換及放大，濾波電路對信號噪聲的及濾除，理論上條紋移動時就可以得到標準的正弦信號，但是由于電路器件響應非理想等各種原因，導致電路濾波效果不太好，出來的光電壓信號為近似正弦的信號，仍含有少量的噪聲成分，信號的幅值和零點在某些地方仍發(fā)生抖動，如果直接采用常規(guī)的比較器整形為方波，當信號在設定的比較電壓值附近抖動時，并且這種抖動是無規(guī)律的，就會使得輸出

23、的方波信號也隨之產生抖動，造成后續(xù)電路的誤處理。因此本課題這里采用555施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器具有l(wèi)/3Vcc的回差電壓，其克服了輸入信號在設定電壓值附近抖動的問題，消除噪聲電平對信號整形為方波的影響，減小了對正弦波形質量的要求。圖3-7 555施密特觸發(fā)器3.2.7細分電路細分電路主要完成對對信號的細分的功能，是系統(tǒng)檢測的必不可少的一部分，對信號的細分則直接影響系統(tǒng)的分辨力。本測量系統(tǒng),由于其基準長度為光波的波長=0.6328m，若不進行細分處理時，其測量分辨力只能達到/2=0.32m。為了提高該測量系統(tǒng)的測量分辨力，在電路中加入了細分塊，將輸入的兩路信號進行倍頻處理。當倍頻數(shù)為m時，其

24、分辨力將提高到原來的m倍。本模塊將實現(xiàn)對輸入信號2，4，8，16倍頻，從而實現(xiàn)0.16m，0.08m，0.04m，0.02m四種脈沖當量。當NE564壓腔振蕩器進行不同倍數(shù)的倍頻，要改變外圍模擬電路的配置，故本設計先將輸入信號進行倍頻處理,然后通過單片機控制分頻，從而實現(xiàn)程控倍頻。鑒相器是使輸出電壓與兩個輸入信號之間的相位差有確定關系的電路，它是鎖相環(huán)PLL的基本部件之一，鑒相器可以分為模擬鑒相器和數(shù)字鑒相器兩種。鑒相器的輸出信號包含很多的諧波分量，當鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時，這些分量的第一項為“直流”分量，其它頻率的分量為不需要的信號，而且在鎖相倍頻電路的信號傳遞中，也會有高頻噪聲對信號產生干擾

25、，這些較高頻率的分量也是不需要的信號，所以要用低通濾波器將其濾除。壓控振蕩器是輸出頻率與輸入電壓有對應關系的振蕩電路VCO，在自動頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。壓控振動器VCO低通濾波器LF鑒相器PDM分頻圖3-8 鎖相倍頻電路結構本系統(tǒng)分辨率要求為1nm，激光波長為632.8nm，光路已實現(xiàn)了2細分，故鎖相倍頻數(shù)應設置為316，即m=316。圖3-9鎖相倍頻細分電路3.2.8計數(shù)電路實現(xiàn)計數(shù)累加功能的技術的方法較多，常用的可分為軟件方法和硬件方法兩種：使用硬件計數(shù)，在執(zhí)行速度上遠遠超過軟件計數(shù)方式，但硬件電路復雜，成本較高。使用軟件

26、計數(shù)，外圍電路比較簡單，在計數(shù)頻率不高的情況下，具有一定的優(yōu)勢，但其降低了系統(tǒng)的實時性，可靠性也不如硬件電路。因此，本課題采用AT89S51單片機來實現(xiàn)計數(shù)，不僅連接電路較簡單，而且能達到較高的計數(shù)速度。本課題采用中斷計數(shù)的方式，如下圖所示，取計數(shù)脈沖接到中斷 INIT0、INIT1端，采用下降沿觸發(fā)方式，當一個計數(shù)脈沖的下降沿過來時即發(fā)生一個中斷，設置一個計數(shù)變量 R，產生中斷后R計數(shù)值減 1，完成運算后恢復中斷，繼續(xù)等待下一個下降沿的輸入，從而實現(xiàn)計數(shù)。圖3-10 單片機的軟件計數(shù)中斷接口為了保證計數(shù)值不會溢出，采用一個字節(jié)兩個 8 位寄存器存儲計數(shù)值，一個存儲計數(shù)值低位數(shù)據(jù)，另一個存儲計

27、數(shù)值高位數(shù)據(jù)，對應可實現(xiàn)的計數(shù)范圍為065536，并設定計數(shù)初始值不為 0，防止做減計算時出現(xiàn)負數(shù)而不便于輸出顯示。這樣，計數(shù)值在每次計數(shù)脈沖到來時，就會根據(jù)判向信號電平高低計算刷新計數(shù)結果，為了控制數(shù)據(jù)發(fā)送頻率，通過發(fā)送延時程序，每隔 100ms 發(fā)送一次計數(shù)值。同時，為了便于控制計數(shù)的開始與停止時刻，在 P1.3 端口接入一按鍵開關。3.2.9 顯示電路如圖所示，本系統(tǒng)采用共陰極7段數(shù)碼管，以到達納米級位移大小的位移顯示。通過鎖存器輸出實現(xiàn)7片數(shù)碼管的位選，端口地址分配如表3。圖3-11 顯示電路3.3 軟件模塊開始 入口重新賦初值設T0為模式1開中斷（P0）R1（P2）R2啟動T0返回等

28、待中斷圖3-12 程序流程圖ORG 0000HLJMP MAIN ORG 0000BH AJMP SERVE1ORG 0001BH AJMP SERVE2ORG 0030HMAIN: MOVE TMOD,#11H MOV TL0,#81HMOV TH0,#CFH SETB TR0SETB ET0MOV TL1,#81HMOV TH1,#CFH SETB TR1SETB ET1SETB EA SJMP $中斷程序：ORG 000BHSERVE1: MOV TL0,#81HMOV TH0,#CFHMOV R1, P0 MOV R2, P2RET1ENDORG 001BHSERVE2: MOV TL

29、1,#81HMOV TH1,#CFHMOV R3, P0 MOV R4, P2RET1END運算程序：ORG 2000HSTART: MOVE A, 0.0000011BMOV B, R2MUL ABMOV R5,AMOV R6,BMOV A,R2MOV B,R1MUL ABADD A, R6MOV A,BADDC A,#00HMOV R7,AEND整數(shù)部分二進制轉十進制：IBTD: CLR AMOV R1,AMOV R2,AMOV R3,AMOV R7,#8LOOP:CLR CMOV A, R6RLC AMOV A,R3ADDC A,R3DA AMOV R3AMOV A,R2ADDC A,R

30、2DA AMOV R2AMOV A,R1ADDC A,R1DA AMOV R1AMOV 50H,R1MOV 51H,R2MOV 52H,R3DJNZ R7,LOOPEND小數(shù)轉換：DBTD: MOV R0,53HMOV R1,#3LOOP: MOV A,R3MOV B,#10MUL ABADD A,BMOV R0 AINC R0DJZN R1,LOOPEND顯示程序及流程圖：DIS: MOVE R0,#50H 顯示緩沖區(qū)址MOV R2,#01H 位控字，先點亮最低位（右邊）MOV A,R2MOV DPTR,#TAB 字型表頭地址DPTRLP0: MOV P1,AMOV A,R0 取顯示的數(shù)據(jù)M

31、OVC A,A+DPTRMOV P0,A 送出顯示ACALL DISMDEC R0MOV A,R2JB ACC.5,LP1 判斷是否掃描到最左邊的顯示器了RL AMOV R2,AAJMP LP0LP1：RETTAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H,6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FHDIMS: MOV R7,#02HDL:MOV R6, #0FFHDL1:DJNZ R6,DL1DJNZ R7,DLRET圖 3-13 顯示流程圖第 4章 系統(tǒng)電路總圖圖4-1 系統(tǒng)電路總圖第 5章 總結與展望課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉

32、實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發(fā)展的日新日異，激光測量已經成為當今納米應用中空前活躍的領域，在現(xiàn)代生活中可以說得是應用廣泛。因此作為測控技術與儀器專業(yè)的學來說掌握激光干涉納米位移測量的系統(tǒng)設計是十分重要的。利用氦氖激光器并根據(jù)雙頻干涉儀的原理，設計了雙頻激光干涉測量系統(tǒng)達到測量納米級位移的目的。該系統(tǒng)先進之處在于對差頻的計算轉化為對時間的積分過程，最終轉換為對脈沖信號的計數(shù)，這是整個系統(tǒng)設計的設計依據(jù)和關鍵。但是激光干涉測量精度受到多種因素影響。其測量誤差來源主要有：系統(tǒng)誤差，指受到系統(tǒng)客觀條件的限制，測量系統(tǒng)所存在的不可消除的誤差；阿貝誤差，在測量

33、系統(tǒng)安裝過程中，測量軸線與被測對象的運動軸線之間的誤差角以及測量過程中被測對象多自由度運動等形成的誤差；環(huán)境誤差，激光儀工作過程中，環(huán)境的改變會導致測控誤差。 因為條件的限制，次設計無法進行測試試驗，固只在理論上設計了雙頻激光干涉測量系統(tǒng)的設計過程。其基本原理是激光源產生出一對相差頻率f的激光f1和f2，然后利用分束器產生出f11和f21。f11和f21拍頻產生出強度信號f，而f12和f22用作干涉光束，由于反射鏡的運動，產生出多普勒信號f1-f2f，最后將兩個信號轉換成電信號鑒頻就測出頻率差f。得到的信號對時間積分，可以測出所求的目標移動距離。緊接著，根據(jù)上述原理，設計了一系列后續(xù)的測量電路

34、，旨在解決信號處理以達到系統(tǒng)要求。 此次課程設計包括文獻檢索、文獻閱讀，方案構思、確定，測量方法設計、控制方法設計，測控系統(tǒng)的軟硬件設計，繪制原理圖，撰寫課程設計報告?；仡櫰鸫舜握n程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，在整整四周的日子里，可以說得是苦多于甜，尤其是在單片機，protel等方面的知識，在設計過程中雖然遇到了較多的問題，但經過認真查閱書本、資料思考，終于掌握了相關知識的應用和軟件的操作，者說明了我在這方面的知識欠缺和經驗不足，明白了之前學習中的很多盲點。但是經過這次實際我學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。所以

35、針對設計中遇到的問題，我作以下總結，這可以作為以后學習的經驗和教訓。首先通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，提高自己獨立思考的能力。其次，在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但是這讓我明白了苦盡甘來的道理，凡事都不可能一次性成功，只有持之以恒，才能嘗到最后勝利的果實。最后，我需要鍛煉分析問題解決問題的能力。從原理分析到系統(tǒng)設計過程中，要學會分析所實現(xiàn)的功能，將實際的問題抽象概括化，找出各步驟之間的聯(lián)系，而分析問題以及分析后如何取解決問題是整個過程的關鍵，需要謹慎的思維和考慮問題的全面性。

36、這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多各種各樣的問題，最后在老師和同學的指導幫助下，終于游逆而解。由此，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝！參考文獻1李東光，張國雄高.速精密激光干涉測量的研究現(xiàn)狀及其關鍵技術. 天津大學，19982趙育良, 張忠民. 基于CCD 激光干涉微位移測量系統(tǒng)準確度分析J. 海軍航空工程學院，2002，07:35-373胡長德, 陸加海, 幸褀 , 高娟. 基于激光干涉的長導軌直線度誤差測量J. 裝備指揮技術學院士官系，2008，12：10-154金鋒,盧楊,王文松,張玉平. 光柵四倍頻細分電路模塊的分析與設計J. 北京理工大學學報,200

37、6,12:1073-1076.5金鋒,盧楊,王文松,張玉平. 光柵四倍頻細分電路模塊的分析與設計J. 北京理工大學學報,2006,12:1073-1076.6張志文,曾志兵,羅隆福,王偉,郭斌,王承林. 基于新型全數(shù)字鎖相環(huán)的同步倍頻技術J. 電力自動化設備,2010,02:123-126+130.7陳一新. 鎖相倍頻器的1金鋒,盧楊,王文松,張玉平. 光柵四倍頻細分電路模塊的分析與設計J. 北京理工大學學報,2006,12:1073-1076.8齊永岳,趙美蓉,林玉池. 納米測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與展望J. 儀器儀表學報,2003,S1:91-94.9劉俊豐,同向前. 單片數(shù)字鎖相倍頻電路的設計

38、與實現(xiàn)J. 微計算機信息,2005,13:153-154.10郝媚美,鄭應文. 一種實用的利用鎖相環(huán)實現(xiàn)的倍頻電路J. 福建電腦,2003,09:22-25.11余水寶. 智能數(shù)字鎖相倍頻技術研究J. 浙江師范大學學報(自然科學版),2003,01:21-24.12張志文,曾志兵,羅隆福,王偉,郭斌,王承林. 基于新型全數(shù)字鎖相環(huán)的同步倍頻技術13. 電力自動化設備,2010,02:123-126+130.14陳一新. 鎖相倍頻器的相位抖動及其抑制措施J. 武漢大學學報(工學版),2002,06:81-84.15金鋒,盧楊,王文松,張玉平. 光柵四倍頻細分電路模塊的分析與設計J. 北京理工大學

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40、羅隆福,王偉,郭斌,王承林. 基于新型全數(shù)字鎖相環(huán)的同步倍頻技術22. 電力自動化設備,2010,02:123-126+130.23李廣云,樊鋼,李宗春. 雙頻激光干涉儀在測距儀精度自動檢測中的應用J. 解放軍測繪學院學報,1999,03:7-10.24戴高良,晃志霞,殷純永,徐毅,許捷. 納米精度雙頻激光干涉儀非線性誤差的確定方法J. 中國激光,1999,11:987-992.25陳一新. 鎖相倍頻器的相位抖動及其抑制措施J. 武漢大學學報(工學版),2002,06:81-84.26高賽,殷純永. 高測速雙頻激光干涉儀J. 光學技術,2001,03:238-239+246.27齊永岳,趙美蓉,林玉池. 納米測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與展望A. 中國儀器儀表學會.中國儀器儀表學會第五屆青年學術會議論文集C.中國儀器儀表學會:,2003:4.28王淑珍. 基于白光干涉超精密表面形貌測量方法與系統(tǒng)研究D.華中科技大學,2010.29張輝. 微納米測量環(huán)境控制機理及系統(tǒng)研究D.合肥工業(yè)大學,2009.30康巖輝. 雙縱模雙頻激光干涉儀信