【正文】 小，通過 單片機 ATMEGA16 控制電子開關(guān) 來切換檢測通道 ，使被測信號順序接通放大器，并通過惠斯登電橋?qū)冃盘?轉(zhuǎn)化為微電壓信號，經(jīng)過放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換 (A/D)，成為對應的數(shù)字信號，經(jīng)單片機 ATMEGA16處理后，存儲數(shù)據(jù)并由 漢顯 LCD 顯示或根據(jù)需要，通過 RS232 接口與 PC 機通訊、上傳數(shù)據(jù) ， 整機的硬件框圖 如 圖 31 所示。為了控制這一電流，使流過應變片的電流小于最大工作電流（ Imax），一般為 25mA，所以電橋的總電流最好小于 50mA；而另一方面電源芯片的最大輸出電流又不能太小，在 采用恒壓源提供的電壓一定的情況下，實際電流輸出超過最大輸出電流， 會導致橋源 芯片 器件的 損壞。 機械觸點式多路開關(guān)主要是指干簧管，水銀繼電器和機械振子式繼電器等，其中以干簧繼電器體積小，切換速度快，噪聲小，壽命長，最適合模擬量輸入通道中使用。 若選擇如圖 35（ b）所示 的接法，考慮到傳感器的橋接方式，它可以避免電子開關(guān)的導通電阻對橋路的影響；但是增 加了器件和布線的成本，同時，由于設計的是便攜式儀表，一定要考慮電源功率消耗的問題。 本儀表的運算放大器采用 精密儀表放大器 AD8221，該芯片采用經(jīng)典的三運放拓撲結(jié)構(gòu)設計，是一款增益可編程、高性能儀表放大器，在業(yè)界同類產(chǎn)品中，其相對于頻率的共模抑制比（ CMRR）最高。AD8221 可以 采用單電源或雙電源供電，特別適合輸入電壓 177。 在圖 310 中 ，單極點有源濾波器的 輸入阻抗很高，等于運放的輸入阻抗。 濾波器的電容要有耐壓高、絕緣好、溫度系數(shù)小和自諧振頻率高等特點。不管你是否承認，這都是確實存在的事實。 由于 本設計所測 應變值的變化很緩慢，采用的又是恒壓源，微電壓信號的變化很小，所以 ADC 的采樣頻率設為 1 次 /秒；不適合 根據(jù)奈奎斯特定律，在電路中設計抗混疊濾波器 。 其次就是要確定 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，要根據(jù)采樣頻率的不同，選擇工作頻率不同的 A/D 轉(zhuǎn)換器件。 本儀表是靜態(tài)應變儀，測量的是緩慢變化的應變（壓力）信號，對精度要求很高，所以選擇 ICL7135 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器件。 BUSY（引腳 21）：轉(zhuǎn)換狀態(tài)標志輸出端。 ICL7135的測量周期分為 4個階段：自動調(diào)零階段、模擬輸入（被測電壓）積分階段、 18 基準電壓反積分（被測電壓量化）階段、積分器回零階段。 I C L 7 1 3 5 A T M E G A 1 6P D 7P D 3P B 1C L KB U S YP O L 圖 314 ICL7135與單片機并行 3線制接法 The parallel connection with threewire type between single chip and ICL7135 20 數(shù)字主電路部分 數(shù)字主電路部分的設計主要是通過整機的工作原理來搭建單片機（ ATMEGA16）與其外設器件的連接電路；其主要包括數(shù)據(jù)存儲部分、通訊部分和人機對話部分等。其中 ATiny系列結(jié)構(gòu)最為簡單，功能最弱，適用于比較低檔的玩具、儀器儀表和簡單的過程控制。 通訊部分 在微型計算機系統(tǒng)中， CPU 與外部的基本通信方式有兩種 [12]：并行通信，數(shù)據(jù)的各位同時傳送；串行通信，數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 16 J un 20 10 S h e e t of F il e : E : \ 畢業(yè)設計 \ 初稿 上交 \ 大圖 \ 復件 復件 M y D e s i g bD r a w n B y:C 1+ V C CV+ G N DC 1 T 1O U TC 2+ R 1I NVR 1O U TT 2O U TT 1I NR 2I NT 2I NC 2R 2O U TM A X 2 3212345678161514131211109RX DT X DV C C162738495J1D B 9+C21u F+C51u F+ C31u F+C11u F+C41u F 圖 316MAX232 的電路接線圖 The circuit diagram of MAX232 串行通訊是將構(gòu)成字符的每個二進制數(shù)據(jù)位，依據(jù)一定的順序逐位進行傳送的通信方法。 對按鍵設計 的 中要注意 按鍵的去抖動 問題；按鍵從開啟到閉合穩(wěn)定，或者從閉合到完全打開，總要有數(shù)毫秒的彈跳時間（即抖動）。本設計采用的是顯示模塊 與 CPU 并行 8 位連接方式，如 圖 318 所示。安裝了這個編譯器后，可以與 AVR Studio 無縫銜接，可以直接在 AVR Studio 中進行 C 語言應用程序的編輯、編譯、和調(diào) 試，經(jīng)過長期實踐證明， GCC for AVR 的軟件缺陷很少，性能可靠，編譯出的燒寫文件尺寸也是很小的 [14]。 以下程序 給 ICL7135提供 250HZ的頻率 ： //PD7輸出 250KHZ CTC模式 定時計數(shù)器 2 void ADHZ() { DDRD|=0X80。 28 addata2=TCNT1。 default: break。=~BIT(1)。 lcdout(27,Vin*10%10+0X30)。 PORTBamp。 PORTBamp。 //E=1 PORTA=data。 //E=1 PORTA=data。//指定在資料的讀取及寫入時，設定游標的移動方向及指定顯示的移位 } void lcdtextout(uchar address,uchar *lcmchararray) { writemand(0x80+address)。 //X地址設置 } 32 5 應變儀的抗干擾 在理想的情況下，一個電路或系統(tǒng)的性能僅由該電路或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及所用的元器 件 性能指標來決定。 //功能設置 擴充指令 直接顯示 writemand(y)。//開顯示 (無游標、不反白 ) writemand(0x01)。=~BIT(6)。=~BIT(6)。0x80)!=0x00)。 } return 0。 lcdout(25,Vin%10+0X30)。 DDRB=0xff。 MCUCR=0x02。 break。其中主程序流程，如圖 41所示 。 ICC 和 IAR 的編譯器產(chǎn)品是需要付費的，而 GCC 是免費的。 YB12864 可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192個中文漢字（ 16 16 點陣， 16 8=128， 16 4=64，一行只能寫 8 個漢字， 4 行；）、 128個字符（ 8X16 點陣）及 64 256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 人機對話 一、鍵盤部分的設計： 鍵盤是若干個按鍵的集合，是人與計算機聯(lián)系的橋梁。 MAX232 是單電源雙RS232 發(fā)送 /接收芯片，采用單 一 +5V 電源供電，只需外接 5 個電容，便可以構(gòu)成標準的RS232 通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛采用 。通過將 8位 RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash集成在一個芯片內(nèi)， ATMEGA16成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。在可靠方面， AVR單片 機抗干擾能力也優(yōu)于 8051單片機。 將 ICL7135的 BUSY端接到單片機的中斷口 INT1上。 為了使電路具有抗 50Hz串模干擾能力， A/D轉(zhuǎn)換的積分時間應選擇積分時間等于 50Hz工頻的整數(shù)倍。 ST （引腳 26）：數(shù)據(jù)輸出選通脈沖輸出端。 綜上所述，在工業(yè)企業(yè)的基于單片機實現(xiàn)的智能儀表裝置中，若對于信號轉(zhuǎn)換速率的要求不是很高而對轉(zhuǎn)換精度要求很高時，選擇雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器是很合適的。當器件的非線性誤差控制在 1 位之內(nèi)時，A/D 轉(zhuǎn)換器件用 “位數(shù) ”所表示的分辨率與其轉(zhuǎn)換精度基本相同，習慣上就用位數(shù)來衡量其轉(zhuǎn)換精度 [10]。對于頻率超過 1/2fS（ fS為 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣頻率）的輸入信號，經(jīng)過采樣 后，其信號被折返到采樣頻率之內(nèi)，因此，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后，可能會很難從轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)判斷輸入信號是在 1/2fS之內(nèi)，還是高于 1/2fS。模擬 濾波器，一般需放置在 A/D 轉(zhuǎn)換器的前面，其功能在模擬域內(nèi)，而不是在數(shù)字域內(nèi)實現(xiàn)的。這個低通濾波器是根據(jù)電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)特點設計的，避免了低通濾波器的電阻產(chǎn)生不必要的電壓降和產(chǎn)生阻抗匹配困難的問題。無源濾波器的成本便宜，但輸入 /輸出阻抗很高 。 V c cV c c++V c c+ REFVVo u tV1V2RGR2 R2 R3 R3 R4 R4 圖 37三運放設計的儀表放大器 instrumentation amplifier of the design with three operational amplifiers 13 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 16 J un 20 10 S h e e t of F il e : E : \ 畢業(yè)設計 \ 初稿 上交 \ 大圖 \ 復件 復件 M y D e s i g bD r a w n B y:R3500傳感器輸出的C30 . 0 1 u FC50 . 3 3 u FC40 . 0 1 u FC60 . 3 3 u F+ 5V 5 V I N+ V sRgO U TRgR E F+ I N V s1234 5678A D 8 22 1J P 1A D 8 2 2 1信號輸出毫伏電壓信號C10 . 1 u FC20 . 1 u FR2120R1120 圖 38 AD8221的外部接線圖 The circuit diagram of AD221 AD8221 的傳遞函數(shù)為： RgKG ??? （ 31） 可編程增 益為用戶提供設計靈活性。 信號放大部分 由于 通過惠斯登 電橋輸出 的 信號一般是 μV級，所以要求電路前級放大部分必須有較強的噪音抑止功能和較高的共模抑制比（ CMRR），以免有用信號被外部的 噪聲淹沒；同時，控制放大倍數(shù)不易過大，以免微小的 失調(diào)電壓可能對電路產(chǎn)生嚴重影響。 CMOS 場效應 管 開關(guān)是一種應用最普遍的模擬開關(guān)，它能克服單溝道場效應管開啟電阻隨輸入電壓變化而變化的缺點，具有較其他電子開關(guān)明顯的特性好，成本低等優(yōu)點，目前常用的集成模擬開關(guān)大多采用了 CMOS 工藝。 10 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 16 J un 20 10 S h e e t of F il e : E : \ 畢業(yè)設計 \ 初稿 上交 \ 大圖 \ 復件 復件 M y D e s i g bD r a w n B y:D1 1 0 uFD2L M 38 5 1 . 2+ 5VR110KC A 1L M 38 5 1 . 2C A 21 0 uF+ V 5 VR210K 1 .2V 圖 34電壓源的電路原理圖 The circuit schematic diagram of voltage source 信號切換開關(guān) 為了獲取測力錨桿各段彎曲載荷 或 錨索測力計的兩端載荷， 本設計需要采用多路 開關(guān)來切換各段電橋的通斷。 9 1 ( 2 ) 3 ( 4 ) 5 ( 6 ) 7 ( 8 ) 9 ( 1 0 ) 1 1 ( 1 2 ) 圖 32應變片布局圖 The layout chart of strain foil 1 23 （ 1為剛體， 2為電阻應變片， 3為端蓋 ） 圖 33 GYS300 型 錨索測力計結(jié)構(gòu)簡圖 The skeleton drawing of prestressed tendon anchorage dynamemter GYS300 惠斯登電橋的橋源 應變儀對橋源的精度、穩(wěn)定性要求很高，因為從傳感器輸出的模擬量與橋源電壓有著直接的關(guān)系，橋源的精度和穩(wěn)定性直接 影響輸出量的精