目录绪论 (1)⒈系统硬件设计 (2)1.1 单片机的选择 (2)1.1.1.主要性能 (3)1.1.2 引脚功能说明 (5)1.1.3 单片机的时钟电路 (6)1.1.4 复位电路和复位状态 (7)1.1.5 A/D转换器的选择 (8)1.1.6 MCS-51的最小应用系统及总线结构 (10)专题设计部分2 传感器 (11)2.1压电式加速度传感器工作原理 (11)2.2电荷（电压）放大器 (13)2.3灵敏度 (13)2.4 动态信号分析仪 (14)测振实例3 对激振台振动的测试 (15)3.1 对激振台台面运动谐波失真的测量 (16)3.2 对激振台正弦推力的测量 (16)3.3 对激振台振动位移的测量 (17)4 程序及运算 (17)4.1 线路 (17)4.2 程序框图 (17)4.3 工作原理 (18)4.4 步骤 (18)4.5 程序 (18)5 结束语 (20)机床振动检测系统绪论机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。

机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。

机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。

另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。

这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。

在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。

为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。

这些都离不开振动测试。

振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。

二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。

振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。

幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。

频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。

通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。

相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。

对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。

在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。

速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。

压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量-弹簧系统。

根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。

压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。

关键词：压电式加速度传感器、电荷放大器、动态分析仪、振动测量物体围绕平衡位置作往复运动可产生震动，从频率范围来分，有高频振动、低频振动和超低频振动等。

传感器与被测振动加速度的机件紧固在一起后，传感器受机械运动的振动加速度作用，压电晶片受到质量块惯性引起的压力，其方向与振动加速度方向相反，大小由F=ma决定。

在工程振动测量中，压电式加速度计被广泛地应用。

它包括三向加速度计、线加速度计、角加速度计等。

它具有高动态范围、精度高、工作温度范围宽、安装方便（体积小、重量轻）、内部材料（如石英）不随时间和加速度计的工作状态变化而改变等特点。

用加速度计进行振动测量时，典型的测量系统由加速度计、电荷（电压）和动态信号分析仪组成。

⒈系统硬件设计1.1、单片机的选择：图2-1 ：MCS-51的结构框图由于Intel公司的单片机问世早、产品系列齐全、兼容性强，得到了广泛的应用，目前我国主要使用MCS-51系列的产品，尤以8031为多。

这是因为8031无片内ROM、应用灵活、价格便宜。

MCS-51是Intel公司的8位系列单片机，包括51和52两个子系列。

51子系列有8031、8051、8751;52子系列有8032、8052。

52子系列的不同在于它多具有定时/计数器2 及具有256B的内部数据存储器。

1.11 主要性能● 内部程序存储器：4KB● 内部数据存储器：128B● 外部程序存储器：可扩展到64KB。

● 外部数据存储器：可扩展到64KB。

● 输入/输出口线：32根（4个端口，每个端口8根）。

● 定时/计数器：2个16位可编程的定时计数器。

● 串行口：全双工，二根。

● 寄存器区：在内部数据存储器的128B中划出一部分作为寄存器区，分为四个区，每个区8个通用寄存器。

● 中断源：5个中断源，2个优先级别。

● 堆栈：最深128B。

● 布尔处理机：即位处理机，对某些单元的某位做单独处理。

● 指令系统（系统时钟为12MH Z时）：大部分指令执行时间为1us；少部分指令执行时间为2us; 只有乘、除指令的执行时间为4us .1.12引脚功能说明图2-1是89C51/LV51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。

下面分别叙述这些引脚的功能。

（1）电源引脚Vcc和Vss① Vcc（40脚）：电源端，为+5V。

②Vss（20脚）：接地端。

（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2①XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。

在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。

在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。

②XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容一端。

在89C51片内它是振荡电路反相放大器的输出端。

振荡电路的频率就是晶体的固有频率。

若须采用外部时钟电路，则该引脚悬空。

（3）控制信号引脚RST ALE①RST（9脚）：RST是复位信号输入端，高电平有效。

当此输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时。

就可以完成复位操作。

② ALE/：地址锁存允许信号端。

当89C51上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率Fosc的1/6。

CPU访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。

③：程序存储允许输出信号端。

当89C51/LV51由片外程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次有效（即输出2个脉冲）。

但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

④ /Vpp：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。

当引脚接高电平时，CPU只访问片内Flash ROM并执行内部程序存储器中的指令；但当PC（程序计数器）的值超过0FFFH（对89C51为4KB）时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。

当输入信号引脚低电平（接地）时，CPU只访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。

然而需要注意的是，如果保密位LB1被编程，则复位时在内部会锁存端的状态。

当端保持高电平（接Vcc端）时，CPU执行内部程序存储器的程序。

在Flash ROM编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。

（4）输入/输出端口P0 P1 P2和P3① P0端口：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。

作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。

当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。

作输入口使用时要先写1，这就是准双向的含义。

在CPU访问片外存储器时，P0口分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。

在此期间，P0口内部上拉电阻有效。

在Flash ROM编程时，P0端口接受指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

②P1端口：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P1的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P1作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil).在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接受低8位地址。

③P2端口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P2作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX @DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX @R1”指令）时，P2口引脚上的内容，在整个访问期间不会改变。

在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接受高位地址和一些控制信号。

④P3端口：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在89C51中，P3端口还用于一些复用功能。

其复用功能如表2-2所列。

在对Flash ROM编程和程序校验时，P3还接受一些控制信号。

表2- 2 P3各端口引脚与复用功能表1.13单片机的时钟电路MCS-51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。

单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。

MCS-51单片机的时钟产生方式有两种。

(1) 内部时钟方式利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。

最常用的是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器，如图3-1所示。

晶体可在1.2~12MHz之间选择。

MCS-51单片机在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体，而12Hz频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用。

对电容值无严格要求，但它的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有少许影响。

C1和C2可在20～100pF之间取值，一般取30pF左右。

(2) 外部时钟方式在由我单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。