單片機(jī)的軟件部分主要完成光柵位移傳感器的數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算光柵位移傳感器的正向、反向莫爾條紋的個(gè)數(shù)、為數(shù)字電路提供CP脈沖以及完成USB的通信等工作。
① A/D轉(zhuǎn)換部分的程序設(shè)計(jì)
PIC18F4550 器件的ADC模塊有13個(gè)輸入通道。該模塊能將任意一個(gè)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的10位數(shù)字信號(hào)。本檢測(cè)系統(tǒng)需要把COS和SIN兩路正弦模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)，同時(shí)把一路零位脈沖信號(hào)送入單片機(jī)寄存器中。因此在設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換部分程序時(shí)，把RA0、RA3分別設(shè)為SIN和COS兩路模擬信號(hào)的輸入，把 RA5設(shè)為零位信號(hào)的數(shù)字輸入，其他模擬信號(hào)口都分別設(shè)為數(shù)字量輸出口，以便最大限度的減少單片機(jī)的外圍電路對(duì)該系統(tǒng)信號(hào)采集的影響，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干 擾能力和精度。
② 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部分的程序設(shè)計(jì)
本檢測(cè)系統(tǒng)的單片機(jī)需要把光柵位移傳感器正向移動(dòng)的光柵線數(shù)和反向移動(dòng)的光柵線數(shù)計(jì)算出來，然后通過USB接口送到上位機(jī)，作為光柵位移長(zhǎng) 度的計(jì)大數(shù)部分。光柵位移傳感器輸出的正弦信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后，可以把它移動(dòng)的光柵線數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，從而可以通過計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù)來達(dá)到計(jì)算光柵線 數(shù)的目的。因此我們可以選擇Timer0和Timer1作為計(jì)數(shù)器使用，從而計(jì)算出光柵位移傳感器正反向移動(dòng)的光柵線數(shù)。
③ 比較/ 捕捉/PWM （CCP）模塊的設(shè)計(jì)
PIC18F4550具備一個(gè)16位數(shù)據(jù)和分辨率的捕捉(Capture)/比較（Compare）/PWM（Pulse Width Modulation）模塊CCP2和一個(gè)增強(qiáng)型捕捉/比較/PWM模塊CCP1。其中，增強(qiáng)型CCP1具有死區(qū)控制和故障保護(hù)輸入功能。每個(gè)CCP模塊 有一個(gè)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?yàn)楸驹O(shè)計(jì)只需要一路PWM輸出，所以我們只需要使用一 個(gè)CCP2就能滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，我們使用單片機(jī)的Timer2配合單片機(jī)的CCP使用，使CCP模塊輸出4M的方波。
④ USB模塊的設(shè)計(jì)
對(duì)于單片機(jī)控制程序，目前沒有任何廠商提供自動(dòng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)就是在Microchip提供的DEMO程序的基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要的修改而完成的。
2 PC軟件部分的設(shè)計(jì)
PC的軟件部分主要用于完成上位機(jī)同下位機(jī)之間的USB通信，光柵位移傳感器位移信號(hào)的細(xì)分和顯示等功能。為了下一步的軟件開發(fā)以及與廠家的其它軟件接口，應(yīng)廠家的要求，本系統(tǒng)上位機(jī)的軟件部分采用VC++6.0來實(shí)現(xiàn)。
該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序采用了Microchip的通用USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，而接口通信程序采用了Microchip的BAPI.DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。
計(jì)算機(jī)對(duì)最后一個(gè)正弦信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，細(xì)分點(diǎn)通過計(jì)算相位程序結(jié)合正、余弦信號(hào)象限判別來獲得。為了提高精度，我們把正、余弦信號(hào)分為8個(gè)象 限，然后求出細(xì)分點(diǎn)的比值，然后通過求細(xì)分點(diǎn)反正切函數(shù)求出光柵尺的相位，再根據(jù)光柵尺相位的弧度值計(jì)算出光柵尺細(xì)分點(diǎn)的位移值，最后把光柵尺細(xì)分點(diǎn)的位 移值加上光柵尺移動(dòng)的完整光柵線數(shù)，從而得到光柵尺的位移值。
因?yàn)楣鈻懦邧啪�的柵距不同，為了設(shè)計(jì)的通用性，我們?cè)诰幊虝r(shí)對(duì)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(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行100細(xì)分，可得測(cè)距分辨率為0.1μm。
在本課題設(shè)計(jì)時(shí)，我選用MFC基于對(duì)話框的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的顯示等全用Windows的公用控件完成。