图9 量程切换电路
通过双向模拟开关4051来控制各开关的状态，每个输出引脚控制一个开关，这样多可以有8个量程档次。4051的输入信号有A、B、C这三个引脚确定。软件中若检测幅值过大，则将A、B、C这三个引脚中的某几个置l，再由4051输出的信号将某些特定开关闭合，从而改变放大倍数，达到量程自动切换的目的，同时在软件中还应自动对测的值乘以相应的倍数。
本系统把量程划为*l、*2.5、*5、*5四档。这样在进行动平衡时，系统自动更换量程，同时将量程档在屏幕上显示，实现振动测量可以在不同的量程下进行。
直流偏置电路
直流偏置电路，这是考虑到输入A/D的信号幅值大小必须在0~5V间，而测得的振动信号是一个正负幅值基本相同的正弦信号，它经过前面的差分放大和量程切换后，仍然是一个幅值不超过2V正弦信号，故需加直流偏置，通过一个加法电路把测得的信号与直流偏置信号叠加使输出符合单片机0~5V的要求。直流偏置电路设计如图10所示：
图10 直流偏置电路
积分电路
积分电路可以实现对输入信号的积分运算，加速度传感器其输出电压与速度成正比，输
出的信号为速度信号v[m/s]，也可以把速度量经积分转换成位移量s[?m]，再予以显示。积分电路设计如图11，它是反相放大器中，用电容C代替反馈电阻Rf构成的。积分电容的两端并联一个电阻R3，R3是积分漂移泄露电阻;用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象，为了减少误差要求，R3>>10R1。
图11 积分电路图
液晶接口设计
单片机的显示输出模块主要用于实现单片机控制中的数据输出和状态反馈，是单片机应用系统的重要组成部分。常用的显示输出包括LED显示输出和LCD液晶显示输出两种，对单片机应用系统而言，用的做多的是LED，因为LED示器成本低，与单片机接口灵活。但LED只能显示数字和少量简单的字符，而不能显示汉字和图形。而LCD由于其强大的显像功能和智能化程度，以及日益降低的价格，正在逐渐成为显示器中首选。
单片机的显示输出模块主要用于实现单片机控制中的数据输出和状态反馈，是单片机应用系统的重要组成部分。常用的显示输出包括LED显示输出和LCD液晶显示输出两种，对单片机应用系统而言，用的做多的是LED，因为LED示器成本低，与单片机接口灵活。但LED只能显示数字和少量简单的字符，而不能显示汉字和图形。而LCD由于其强大的显像功能和智能化程度，以及日益降低的价格，正在逐渐成为显示器中首选。
鉴于上述原因，本系统采用LCD作为显示器，不仅能显示振动信号的幅值与相位，不平衡量的大小、位置，还能实时显示振动波形。实现动平衡步骤菜单化操作，使结果更为直观，振动分析更为方便，平衡步骤更为简单。
MzL05-12864是为一块小型的128*64点阵的LCD显示模组，模组上的LCM采用COG技术将控制(包括显存)、驱动器芯片ST75655集成在LCM的玻璃上，接口简单、操作方便；在LCM的墓础上设计了MzL05~12864模组，将模组所必需的外围电容电阻集成到模组上。MzL05~12864模组与各种MCU均可进行方便简单的接口操作。
图12 液晶显示器与单片机接口设计
键盘接口设计
在单片机控制系统中，键盘输入是实现人机对话的必不可少的功能配置。它可以实现数据、命令的传送功能，是人工调控系统的重要手段。常见的键盘有独立式和矩阵式键盘两种，独立式键盘电路简单，但由于每个按键均需要一根输入线，当键盘按键数量比较多时，需要的1/0口线也比较多，故本系统选用矩阵式薄膜键盘作为仪器的输入模块。键盘采用74LS14芯片作为地址译码器进行全地址译码法的扩展。74LS64芯片是一个TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入、并行输出的功能。
图13 74LS164串行变并行原理图
图14 键盘与单片机接口设计
软件设计
整个软件系统的功能采用两级中断的方法实现，即键盘中断和定时中断，其中定时器中断的优先级要高于键盘中断优先级。仪器启动后，首先对系统进行初始化，并显示系统功能菜单，并进入等待状态，通过按下仪器面板上的功能键来选择相应的功能。
转速测试模块的功能是根据通过二重自相关算法获取工作转速，振动响应测试模块包括原始振动测试及试加重振动测试功能，分别在工作转速下测得有原始不平衡量引起的振动信号的幅值及试加重后振动信号的幅值;平衡参数设置模块的功能是输入并保存进行动平衡计算所需的试加重大小与相位;平衡计算模块的功能是计算不平衡量的大小和位置，为现场做整机动平衡提供理论依据。
图15 系统软件结构图
转速的计算
采用二重自相关法对原始振动信号进行处理，使振动信号中的工频分量得到有效的加强，并对其他频率的信号及噪声信号得到很好的抑制。经过二重自相关后的信号后，虽然相位信息丢失了，但是完全保留了有不平衡量引起的工频信号的频率信息，此时可采用计算两个正弦信号的峰峰值之间的时间来估算转速信号，继而测算出工作频率。
图16 转速计算流程图
不平衡振动幅值测试
振动响应测试包括原始振动测试模块及试加重振动测试模块，其主要步骤为利用测得的工作转速构造正弦及余弦信号，根据傅立叶级数的正交性，通过互相关方法对振动信号有抑制噪音、异频分量的作用，最后有效的提取出振动信号工频幅值。
图17 原始振动测量框图
参数设置