【正文】 應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)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(jiǎn)圖如 圖 所示 。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過(guò)于簡(jiǎn)單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過(guò)于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，在選定各個(gè)模塊的方案中，對(duì)各方案的用到的主要芯片進(jìn)行簡(jiǎn)單功能介紹及應(yīng)用，并且給出了本次電路設(shè)計(jì)的具體電路圖。放大后的模擬電壓信號(hào)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(jī)中，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測(cè)物體 的重量。50 年代開(kāi)始出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子衡器。當(dāng)時(shí)帶電子裝置的衡器其稱量工作是機(jī)械式的，但與稱量有關(guān)的顯示、記錄、遠(yuǎn)傳式控制器等功能是電子方式的。 經(jīng)過(guò) 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，衡器技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高。電子秤與機(jī)械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、實(shí)用價(jià)值強(qiáng)、維護(hù)方便等特點(diǎn)，可在各種環(huán)境工作，重量信號(hào)可遠(yuǎn)傳，易于實(shí)現(xiàn) 重量顯示數(shù)字 化，易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。隨著計(jì)量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺(tái)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(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)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(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)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(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)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(guó)都非常重視。 國(guó)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(jì)繁榮，為了把稱重技術(shù)引入到生產(chǎn)工藝過(guò)程中去，對(duì)稱重技術(shù)提出了心動(dòng)要求，希望稱重過(guò)程自動(dòng)化，為此電子技術(shù)滲入衡器制造業(yè)?，F(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(chǔ)運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)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(lái)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(chǎng)的需求，電子稱的發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋盒⌒突?、模塊化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、可靠性高；其應(yīng)用性趨向綜合性、組合性。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)過(guò)載報(bào)警提示。由此設(shè)計(jì)出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡(jiǎn)單，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡(jiǎn)單的輸出輸入關(guān)系。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)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(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)為控制核心 采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)為控制核心，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。其主要在 PC 機(jī)接口卡的總線接口、程控交換機(jī)的信號(hào)處理與接口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機(jī)床的測(cè)試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。 傳感器動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。 雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素： （ 1）小功率、高阻抗。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 )( 43 421 1 RR RRR RE ????))(( 4321 4231 RRRR RRRRE ?? ??3421 RRRR ?號(hào)轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量及相應(yīng) 電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。 應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。 前級(jí)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(hào)一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號(hào)亦難以直接用來(lái)顯示、記錄、控制或進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。 在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠小以保證要求的信噪比。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比 較符合應(yīng)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(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，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(jìn)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(shí)間也越長(zhǎng)。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過(guò)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(jià)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(zhǎng)時(shí)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(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)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(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)： 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)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。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 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(jiǎn)稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片 平 行的玻璃當(dāng)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(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。 （ 2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。 （ 2）字符的顯示：用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)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(diǎn)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(shè)計(jì) 專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對(duì) 按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問(wèn)題的處理，甚至還集成了顯示接口功能。相對(duì)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(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，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(biāo)，用來(lái)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(hào)放大處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成。作為電子秤，系統(tǒng)對(duì) 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(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高 電平時(shí)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(shí)鐘工作電路的輸入。 INA126 特點(diǎn)及引腳說(shuō)明 （ 1） INA126 器件特點(diǎn)： 低靜態(tài)電流： 175 μ A/chan 寬電壓范圍： 177。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 時(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)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(shè)計(jì)圖 圖 LM331 電路設(shè)計(jì)圖 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的 開(kāi)發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)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(shè)計(jì)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(jì)算 RAM 區(qū)和顯示 RAM 區(qū)。設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示 。 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，終于按照畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度要求如期完成了實(shí)用電子秤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。比如系統(tǒng)的超量程信號(hào)直接由單片機(jī)送入報(bào)警電路，沒(méi)有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報(bào)警電路。老師們一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不儀授我以文，而且 教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無(wú)窮之道。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)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(xué)院畢業(yè)論文 35 參考文獻(xiàn) [1] 宋文續(xù)，揚(yáng)帆 .傳感器與檢測(cè)技術(shù) .北京：高等教育出版社， [2] 常健生 .檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [3] 凌志浩 .智能儀表原理與設(shè)計(jì)技術(shù) .上海：華東理工大學(xué)出版社， [4] 于永權(quán) .89 系列（ MCS51 兼容） Flash 單片機(jī)原理及應(yīng)用 .北京：電子工業(yè)出版社， 1997 [5] 李朝清 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [6] 丁元杰 .單片微機(jī)原理及應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [7] 周航慈 .單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [8] 孫涵芳 .單片機(jī)原理及應(yīng)用（修訂版） .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1996 年 [9] 何立民 . 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 (1)(8).北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx [10] 于海生 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) .北京：清華大學(xué)出版社， 1999 年 [11] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .第四版 .北京：高等教育出版社， [12] 《中國(guó)集成電路大全》編寫(xiě)委員會(huì) TTL/CMOS 分冊(cè) 國(guó)防工業(yè)出版社， 1985 [13] 《中國(guó)集成電路大全》編寫(xiě)委員會(huì) 9－ 16 分冊(cè) 國(guó)防工業(yè)出版社， 1986 [14] 《電子技術(shù)應(yīng)用》， 。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。日歷時(shí)鐘電路可以顯示購(gòu)貨日期，通訊接口電路 可以與上位機(jī)（ PC 機(jī)）進(jìn)行通訊，從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上位機(jī)，然后通過(guò)串口或并口通訊與電子稱相連，達(dá) 到遠(yuǎn)距離控制的目的。 一、 主要工作及結(jié)論 熟悉 AT89C51 單片機(jī)功能及工作特性，掌握其接口擴(kuò)展方法。設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示 。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 30 主程序流程圖 主程序流程圖給出了系統(tǒng)工作的基本過(guò)程，描述了信號(hào)的基本流向，起到一個(gè)向?qū)У淖饔?。根?jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(shí)程序等組成 。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號(hào)頻率輸入處理。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開(kāi)路形式，因而可以通過(guò)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(shè)計(jì) 圖 如圖 所示 。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在掉電模