【正文】 益和高穩(wěn)定性的放 大器放大。故易受外界干擾，信號需經(jīng)放大，并采 取抗干擾措施。它有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)響應好、可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應等優(yōu)點。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 從下圖中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的核心器件。 結(jié)構(gòu)簡圖如 圖 所示 。又因為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達不到設計的標準。 第 3 章系統(tǒng)硬件設計，在選定各個模塊的方案中，對各方案的用到的主要芯片進行簡單功能介紹及應用，并且給出了本次電路設計的具體電路圖。放大后的模擬電壓信號經(jīng) V/F 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。 50 年代開始出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子衡器。當時帶電子裝置的衡器其稱量工作是機械 式的，但與稱量有關(guān)的顯示、記錄、遠傳式控制器等功能是電子方式的。 經(jīng)過 40 多年的不斷改 進與完善，衡器技術(shù)也在不斷進步和提高。電子秤與機械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低、實用價值強、維護方便等特點，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠傳，易于實現(xiàn) 重量顯示數(shù)字化，易于與計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提 高勞動生產(chǎn)率。隨著計量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。稱重裝置不僅是提供重量數(shù) 據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。 因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國都非常重視。 國內(nèi)外電子稱發(fā)展及成果 隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟繁榮，為了把稱重技術(shù)引入到生產(chǎn)工藝過程中去，對稱重技術(shù)提出了心動要求，希望稱重過程自動化，為此電子技術(shù)滲入衡器制造業(yè)。現(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng) 已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、預包裝技術(shù)、收貨業(yè)務及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。根據(jù)近些年 來電子稱重技術(shù)和電子衡器的發(fā)展情況及電子衡器市場的需求，電子稱的發(fā)展動向為：小型化、模塊化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準確度高、可靠性高；其應用性趨向綜合性、組合性。在擴展功能上，本設計增加了一個過載報警提示。由此設計出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。 方案四 采用現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)為控制核心 采用現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)為控制核心，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實現(xiàn)。其主要在 PC 機接口卡的總線接口、程控交換機的信號處理與接口、雷達聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機床的測試系統(tǒng)等方面有廣泛應用。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。 傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。壓電器件的弱點：高內(nèi)阻、小功 率。 雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡單和良好動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，但也有不利因素： （ 1）小功率、高阻抗。電阻應變片把機械應變信號轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便 處理。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 9 ? ?? ?? ?)()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo ?????????? ??????ERR???應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關(guān)。 前級放大器部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行信號轉(zhuǎn)換。 在預定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應足夠小以?；趩纹瑱C的電子稱設計 10 證要求的信噪比。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比 較符合應用要求。其最大輸入偏置電流為 20nA，這一參數(shù)反映了它的高輸入阻抗。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Ｖ o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i 進行比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除。Ｖ i 越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為納秒級，用于個通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 A/D 轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。 列如 LM331 LM331 是性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制 解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。根據(jù)分辨率的要求利用軟件處理，最后得到 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)： 基本的半導體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的。 N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N根段選線。 基于單片機的電子稱設計 16 圖 LED 數(shù)碼管顯示方式 方案二 LCD 顯示 LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片 平 行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向， 將光線折射出來產(chǎn)生畫面。 （ 2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 （ 2）字符的顯示：用 LCD 顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1”，其它的為 “0”，為 “1”的點亮，為 “0”的不亮。所以選用液晶顯示， 1602LCD 符合基本條件，能夠采用。 方案一 專用芯片式設計 專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問題的處理，甚至還集成了顯示 接口功能。相對于專用芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。 方案一的電路由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 LM317 和 LM337 組裝而成 ,可輸出范圍為 177。 數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號放大處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成。作為電子秤，系統(tǒng)對 V/F 轉(zhuǎn)換的速度要求不高，而且 LM331的轉(zhuǎn)換精度足以滿足系統(tǒng)的誤差要求。在閑置模 式下， CPU 停止工作。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為 數(shù)據(jù)/地址的第八位。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高 電平時間。另外，該 引腳被略微拉高。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 INA126 特點及引腳說明 （ 1） INA126 器件特點： 低靜態(tài)電流： 175 μ A/chan 寬電壓范圍： 177。同時它動態(tài)范圍寬，可達 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達 12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 圖 INA126 電路設計圖 圖 LM331 電路設計圖 基于單片機的電子稱設計 28 第 4章 系統(tǒng)軟件設計 在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設計是最復雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對那些控制系統(tǒng)比較復雜的情況。 程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設計方法。一秒鐘采樣物料重量 (已轉(zhuǎn)成脈沖頻率 )，并賦值重量計算 RAM 區(qū)和顯示 RAM區(qū)。設計流程圖如圖 所示 。 經(jīng)過幾個月的努力，終于按照畢業(yè)設計進度要求如期完成了實用電子秤控制系統(tǒng)的硬件設計任務。比如系統(tǒng)的超量程信號直接由單片機送入報警電路，沒有設計保護電路再入單片機處理后送入報警電路。老師們一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不儀授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！ 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 35 參考文獻 [1] 宋文續(xù)，揚帆 .傳感器與檢測技術(shù) .北京：高等教育出版社， [2] 常健生 .檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) .北京：機械工業(yè)出版社 ， [3] 凌志浩 .智能儀表原理與設計技術(shù) .上海：華東理工大學出版社， [4] 于永權(quán) .89 系列（ MCS51 兼容） Flash 單片機原理及應用 .北京：電子工業(yè)出版社， 1997 [5] 李朝清 .單片機原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學出版社， [6] 丁元杰 .單片微機原理及應用 .北京：機械工業(yè)出版社， [7] 周航慈 .單片機應用程序設計技術(shù) .北京：北京航空航天大學出版社， [8] 孫涵芳 .單片機原理及應用（修訂版） .北京 ：北京航空航天大學出版社， 1996 年 [9] 何立民 . 單片機應用技術(shù)選編 (1)(8).北京：北京航空航天大學出版社， 2021 [10] 于海生 .微型計算機控制技術(shù) .北京：清華大學出版社， 1999 年 [11] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎 .第四版 .北京：高等教育出版社， [12] 《中國集成電路大全》編寫委員會 TTL/CMOS 分冊 國防工業(yè)出版社， 1985 [13] 《中國集成電路大全》編寫委員會 9－ 16 分冊 國防工業(yè)出版社， 1986 [14] 《電子技術(shù)應用》， 。 通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。日歷時鐘電路可以顯示購貨日期，通訊接口電路 可以與上位機（ PC 機）進行通訊，從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上 位機，然后通過串口或并口通訊與電子稱相連，達 到遠距離控制的目的。 一、 主要工作及結(jié)論 熟悉 AT89C51 單片機功能及工作特性，掌握其接口擴展方法。設計流程圖如圖 所示 。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 29 主程序流程圖給出了系統(tǒng)工作的基本過程，描述了信號的基本流向，起到一個向?qū)У淖饔谩８鶕?jù)系統(tǒng)的控制任務，本系統(tǒng)的軟件設計主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序和延時程序等組成 。本系統(tǒng)的軟件設計主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號頻率輸入處理。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。 18V 低偏移電壓： 250 μ V max 低溫度漂移： 3 μ V/ 176。 AT89C51 電路具體設計 圖 如圖 所示 。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時