【正文】 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、信號(hào)產(chǎn)生器、邏輯分析儀等。 Protues 是英國(guó) Labcenter electronics 公司開(kāi)發(fā)的 EDA工具軟件。概括地說(shuō)， Keil 環(huán)境下的軟件開(kāi)發(fā)主要步驟如下所 述。 Keil 軟件雖然本身不是很大，只有幾十兆字節(jié)，但是要完全掌握其所有功能，短短一章是不可能的，針對(duì)組成結(jié)構(gòu)作個(gè)簡(jiǎn)單介紹。遇到這個(gè)問(wèn)題該怎么辦呢？無(wú)疑仿真軟件是解決電子電路設(shè)計(jì)這個(gè)問(wèn)題的最好方法。 大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，蠕變現(xiàn)象在試驗(yàn)初始階段比較明顯，當(dāng)觀測(cè)時(shí)間足夠長(zhǎng) (比如，t 30min)時(shí)，傳感器輸出值將趨于穩(wěn)定。所以，無(wú)論是傳感器的研制者還是使用者都希望能夠找到一種比較合理的近似算法，以便通過(guò)一組完整的測(cè)量數(shù)據(jù)即可評(píng)價(jià)被測(cè)試傳感器的蠕變特性。 蠕變測(cè)試程序設(shè)計(jì) 根據(jù)定義，環(huán)境條件和其他一切可變條件恒定時(shí)，在一定載荷作用下的傳感器輸出隨時(shí)間發(fā)生的穩(wěn)態(tài)變化稱(chēng)為蠕變。 其物澀感義且交流 電橋要達(dá)到平衡、必須滿(mǎn)足電橋的四個(gè)鋅中對(duì)邊阻抗模的乘積相等，及對(duì)邊阻抗角的和相等。沒(méi)橋臂的電阻分別為只及和直流電橋電路，它們可以全部或部分是應(yīng)變計(jì)；由于其中一個(gè)橋臂 (或兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)橋留 )的應(yīng)變電阻受外界物理量的變化而發(fā)生微小變化。 圖 主程序流程圖 編寫(xiě) A/D 轉(zhuǎn)換程序， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在 temx 中，流程圖如圖 所示。 指令說(shuō)明及時(shí)序 LCD1602 內(nèi)部模塊共有 11 條控制模塊指令，如圖 所示。 圖 LCD 模擬仿真圖 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為 液晶顯示器對(duì)比度 調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的 電位器 調(diào)整對(duì)比度）。 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作是用 I2C 總線(xiàn)的寫(xiě)入方式操作完成的，它的數(shù)據(jù)操作格式如圖 所示。 （ 3） SDA、 SCL：總線(xiàn)的數(shù)據(jù)線(xiàn)、時(shí)鐘線(xiàn)。其實(shí)物圖如圖 所示。模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。用I2Mhz 的晶振，時(shí)鐘周期為 1 us。對(duì) STC90C516RD+系列 單片機(jī)來(lái)說(shuō) ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。 XTAL1： 內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器的輸入端，接通外部晶振的一個(gè)引腳。 P3 口除了作普通輸入輸出口還有第二功能： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部 中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（ T0 定時(shí)器 的外部計(jì)數(shù)輸入） T1（ T1 定時(shí)器 的外部計(jì)數(shù)輸入） /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫(xiě)選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 讀選通） P3 口同時(shí)為編程校驗(yàn)與閃爍編程接收一些 控制信號(hào) 。當(dāng)因此作為輸入的時(shí)候， P2 口的管腳會(huì)被外部拉低，將電流輸出。 ： 40~+85℃（工業(yè)級(jí)） /0~75℃（商業(yè)級(jí)） 管腳說(shuō)明 圖 單片機(jī)的引腳 主要管腳說(shuō)明： P0 口 ： P0 口是一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向的輸入輸出口，每個(gè)腳可吸收 8TTL 門(mén)的電流。 （在系統(tǒng)可以編程） /IAP（在應(yīng)用可以編程），不需要專(zhuān)用編程器，不需要專(zhuān)用仿真器。 MCS51 單片機(jī)共有 4個(gè) 8位 I/O 口 (P0、 PP2 和 P3)。內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路，當(dāng)時(shí)鐘頻率在 6MHz 時(shí)，該復(fù)位電路是可靠的；當(dāng)時(shí)鐘頻率在 12MHz 時(shí)勉強(qiáng)可用。據(jù)變壓器副邊電壓和經(jīng)濾波之后輸出電壓的關(guān)系可以知道，副邊電壓約為177。 51 的內(nèi)部硬件頂設(shè)，可用特殊功能寄存器對(duì)其進(jìn)行編輯。為使電路簡(jiǎn)單便于調(diào)試，本設(shè)計(jì)采用三級(jí)運(yùn)算放大器。 產(chǎn)品示圖 圖 L6N 傳感器外 形 技術(shù)指標(biāo)與特性 外形尺寸 圖 傳感器外形尺寸 傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 該傳感器具有剪應(yīng)力測(cè)量方式，可承受拉、壓力。 蠕變加載機(jī)的模擬仿真圖 其蠕變加載機(jī)仿真圖如圖 所示。 梁氏稱(chēng)重傳感器蠕變加載機(jī)系統(tǒng)組成： （ 1） 采集與控制軟件：軟件啟動(dòng)后按照設(shè)定的步驟和時(shí)間運(yùn)行，通過(guò)單片機(jī)通訊接口采集數(shù)字模塊信息，通過(guò)控制硬件驅(qū)動(dòng)載荷發(fā)生設(shè)備給傳感器加載重量。 傳感器的標(biāo)定方法 稱(chēng)重傳感器的目的是測(cè)量質(zhì)量，在整個(gè)測(cè)量通道中從質(zhì)量到重力，最后變成采樣值，這個(gè)過(guò)程中經(jīng)歷了多次量綱變化，為了使顯示結(jié)果與被測(cè)值一致，需要進(jìn)行標(biāo)度變換，對(duì)測(cè)量通道進(jìn)行反映射。傳感器的輸出信號(hào)隨著時(shí)間的延續(xù)而增加，最后趨于穩(wěn)定的過(guò)程，稱(chēng)為傳感器的正蠕變，傳感器的輸出信號(hào)隨著時(shí)間的延續(xù)而減小，最后趨于穩(wěn)定的過(guò)程稱(chēng)為傳感器的負(fù)蠕變。 ②．輸出的電信號(hào)一般較微弱： 電壓 毫伏級(jí)、微伏級(jí)，電流 毫安級(jí)、納安級(jí)。由式 ()的全微分可以求得電阻值的變化為 2LLdR d dSS S S???? ? ? () 用相對(duì)變化量表示，則有 0000000)1( LdLLdLSdSdSdSLdLPdRdR ????????? () 式中， ??0LdL ，為縱向應(yīng)變； VLdLSdS ??00 ，其中 V 為泊松比，負(fù)號(hào)表示方向相反???? Ed ?0 ， ? 為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)； E 為楊氏彈性模量。 金屬絲電阻應(yīng)變片的稱(chēng)重原理 金屬電阻應(yīng)變片 (簡(jiǎn)稱(chēng)應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì) )是將彈性體的應(yīng)變量轉(zhuǎn)化成電阻值的變化量的元件。在中心處，兩者同時(shí)到達(dá)最大正值；在邊緣處，徑向應(yīng)變有最大負(fù)值，切向應(yīng)變?yōu)榱?。通過(guò)仿真技術(shù)來(lái)模擬真實(shí)受載情況，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理設(shè)計(jì)和工藝的缺陷或錯(cuò)誤 ，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的合理性。參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，首先就要有國(guó)際水平的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，具次還要有適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)需要的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝模式。應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的技術(shù)課題來(lái)自?xún)煞矫?，一方面?lái)自稱(chēng)重傳感器本身主要是特性上和生產(chǎn)上的 問(wèn)題，也可以說(shuō)是技術(shù)上和工藝上的問(wèn)題。其功能趨向是稱(chēng)重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能 ，其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。與人民生活密切相關(guān)的，電子衡器包括電子秤。 具體任務(wù)如下 : 了解梁式應(yīng)變稱(chēng)重傳感器的結(jié)構(gòu)、蠕變參數(shù)標(biāo)定程序和蠕變測(cè)試加載機(jī)的相關(guān)情況，完成開(kāi)題報(bào)告和英文資料翻譯。 研究蠕變測(cè)試工藝流程，傳感器信號(hào)特點(diǎn)，完成控制系統(tǒng)總體方案和整體布局。各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高和衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低密不可分。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國(guó)家法定計(jì)量器具，是國(guó)計(jì)民生、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。特性上是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題，生產(chǎn)上是制造技術(shù)與制造 工藝的問(wèn)題。為此就必須有國(guó)際水平的制造技術(shù)與制造工藝，先進(jìn)的工藝裝備和檢測(cè)手段，特別要有適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)變化，及時(shí)滿(mǎn)足國(guó)際市場(chǎng)需求的現(xiàn)代管理技術(shù)和方法。 制造技術(shù)柔性化：是指在多品種、大批量生產(chǎn)的彈性體加工中，納入先進(jìn)的制造技術(shù)，柔性制造單元（ FMC)、柔性制造系統(tǒng)（ FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。應(yīng)變式壓力傳感器就是在兩個(gè)最大正值和兩個(gè)最大負(fù)值處分別貼上四個(gè)應(yīng)變片，組成全橋電路來(lái)測(cè)量壓力。其基本機(jī)構(gòu)如圖 31 所示，它由敏感柵、基底、鈣片（覆蓋層）、引線(xiàn)和黏結(jié)劑組成。 因此可得 ??? )1( ERdR ??? () 令 EG ?? ???1 ，則有 ?GRdR? () 可見(jiàn)，金屬絲的電阻值變化量與縱向應(yīng)變量呈比例關(guān)系。 ③．輸出信號(hào)與噪聲混在一起（傳感器內(nèi)部噪音） 傳感器信噪比小、輸出信號(hào)弱。我們這次主要研究傳感器的正蠕變，傳感器的負(fù)蠕變和正蠕變相似。尋找測(cè)量通道的映射關(guān)系是非常麻煩的，因此應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中一般采用標(biāo)定的方法得到系數(shù)。 （ 2） 單片機(jī)和控制硬件：執(zhí)行軟件發(fā)出的命令采集模塊數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)加載設(shè)備。 圖 蠕變加載機(jī)仿真圖 第三章 蠕變加載機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 傳感器的選擇 傳感器現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在眾多領(lǐng)域中。輸出對(duì)稱(chēng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，高精度、穩(wěn)定性好。當(dāng)共模電壓的很大時(shí)，儀表放大器可以放大很微弱的差分電壓信號(hào)，同時(shí)還具有很低的輸入阻抗。結(jié)合上面所述與現(xiàn)有條件，我們選擇 STC90C516RD+單片機(jī)。 9 V,根據(jù)這個(gè)來(lái)確定變壓器原副邊匝數(shù)比，這樣就可以得到系統(tǒng)所需的177。在要求不高的情況下，可在復(fù)位腳外接電阻電容復(fù)位。每一條 I/O 線(xiàn)都能獨(dú)立地作輸出或輸入?？梢酝ㄟ^(guò)串 口（ RxD/,TxD/）直接去下載用戶(hù)程序，幾秒就可以完成一片。當(dāng)P1 口管腳第一次寫(xiě)入 1 時(shí)，就會(huì)定義其為 高阻 輸入。這是因?yàn)閮?nèi)部上拉緣故。 I/O 口作為輸入口的時(shí)候會(huì)有兩種工作方 式，就是讀端口與讀引腳。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端。 設(shè)計(jì)者必須仔細(xì)選擇晶振頻率，確保標(biāo)準(zhǔn)的通訊波特率 (1200 、 4800、 9600, 等 )。采用按鍵復(fù)位。能夠完成這一任務(wù)的器件稱(chēng)之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng) A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 PCF8591 實(shí)物圖 在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址，允、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線(xiàn)雙向 I2C 總線(xiàn)以串行方式傳輸。 （ 4） OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。 圖 PCF8591 工作時(shí)序圖 圖 D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)操作格式 顯示電路的設(shè)計(jì) 本次試驗(yàn)采用的是 LCD1602 液晶顯示屏。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù) 寄存器 、低電平 0 時(shí)選擇指令 寄存器 。 圖 LCD 內(nèi)部指令 LCD 液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 稱(chēng)重值轉(zhuǎn)換 首先將稱(chēng)重值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，然后再轉(zhuǎn)換為字型碼放在數(shù)組 LEDBUF[3]到 LEDBUF[6]中。將引起良流電橋的輸出電壓發(fā)生變化，所以，可以由此測(cè)量被測(cè)的物理量。由此見(jiàn)，交流電橋的平衡要比直流電橋的平衡復(fù)雜。其試驗(yàn)過(guò)程如圖 所示。 首先，自然會(huì)想到能否用 t2 時(shí)刻的初讀數(shù)來(lái)近似代替額定輸出 DS。因此，選擇測(cè)量列的最后一個(gè)測(cè)量值作為計(jì)算蠕變的參比值是比較適宜的。其中Proteus 和 keil 兩個(gè)仿真軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)。 uvision4 的軟件界面包括 4 大組成部分，即 菜單工具欄、工程管理窗口、文件窗口和輸出窗口。 ①．新建工程：主要包括工程項(xiàng)目文件的新建、目標(biāo)器件的選著等。 Labcenter electronics 公司與相關(guān)的第三方軟件公司共同開(kāi)發(fā)了 SPICE 電路仿真、處理器模型、動(dòng)態(tài)元器件庫(kù)（基本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、 MOS 管、555 定時(shí)器等）、虛擬儀器、處理器軟件仿真器、第三方編譯器和調(diào)試器等組件，從而生產(chǎn)了這款 EDA 仿真軟件 [63]。 4）具有軟件調(diào)試功能。 Proteus 可以幫助選手最大可能降低失敗率。 ②．從工具箱內(nèi)選取元件模式按鈕，使得元件的模式激活。其操作如下圖 、 所示。作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的匱乏，有許多考慮不周全的地方。 圖 原件選擇對(duì)話(huà)框 ④．在 keywords 中輸入想要選擇的元器件的型號(hào)，并選取元件。 Proteus設(shè)計(jì)流程 我們的軟件在 proteus 進(jìn)行設(shè)計(jì)的流程是按照“設(shè)計(jì)仿真調(diào)試完成”。 本課題主要使用 Proteus 軟件的 ISIS 對(duì)稱(chēng)重傳感器標(biāo)定機(jī)電系統(tǒng) AD 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集以及單片機(jī) STC90C516RD 進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，并在原理圖上對(duì)單片機(jī) C 語(yǔ)言程序進(jìn)行調(diào)試與仿真。 Proteus 軟件從 1989 年問(wèn)世至今，經(jīng)過(guò) 20 多年的使用、發(fā)展和完善。當(dāng)工程比較大時(shí)候，可能會(huì)在一個(gè)工程下新建多個(gè)文件。 ②．工程管理窗口 :工程用于管理工程文件目錄，它由 5 個(gè)子窗口組成，可以通過(guò)子窗口下方的標(biāo)簽進(jìn)行切換，他們分別是 文件窗口、寄存器窗口、幫組窗口、函數(shù)窗口及模板窗口。 Proteus 與 keil C 的聯(lián)合使用則可使這兩個(gè)仿真軟件優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，組建單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在 C51 條件下的整機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。對(duì)于人工測(cè)量，若能使采樣時(shí)間間隔壓縮到5s 已相當(dāng)困難。 s 后立即采樣 。卸載過(guò)程又稱(chēng)為蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，其試驗(yàn)操作過(guò)程與加載過(guò)程類(lèi)似，只不過(guò)是在快速去掉已保持了一定時(shí)間的負(fù)荷之后，測(cè)量傳感器的無(wú)負(fù)荷輸出隨時(shí)間發(fā)生的穩(wěn)態(tài)變化。