【正文】 振蕩晶體或是諧振器作為單片機(jī)振蕩源，外接電路及 PIC 內(nèi)部電路說明如圖 6 所示。 如圖 1為 PIC16F877的 40根接腳圖， PDIP是 指一般最常見的 DIP(Dual In Line Package)包裝，而 PIC 單片機(jī)也有 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)與QFP(Quad Flat Package)兩種形式的包裝，依照不同的需求，尋找不同的包裝形式。 5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力 ,通過限流電阻可以接至 220V 交流電源 ,可直接與繼電器控制電路相連 ,無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。 2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。 33 32148U 2 : ALM 35 856748U 2 : BLM 35 832148U 3 : ALM 35 856748U 3 : BLM 35 8R110 kR210 kR310 kR410 kR510 kR610 kR710 kR810 kR910 kR 1 010 kR 1 110 kR V 11k 圖 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī) PIC 單片機(jī)的優(yōu)勢 1） PIC 最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。壓電元件的符號如圖 所示。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的 “居里點(diǎn) ”）。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償 0 ～ 70℃ ，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。 在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。考慮到線路的特殊情況（如 某一節(jié)點(diǎn)的 RS485 芯片被擊穿短路），為防止總線中其他分機(jī)的通信受到影響，在 SN75LBC184 的信號輸出端串聯(lián)了 2個(gè) 20 Ω的電阻R1 和 R2，這樣本機(jī)的硬件故障就不會使整個(gè)總線的通信受到影響。在圖 1 中， INT0 是連至光電耦合器的輸出端。如果此時(shí)總線上有其他節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，則此次數(shù)據(jù)傳輸將被打斷而告失敗，甚至引起整個(gè)總線因某一節(jié)點(diǎn)的故障而通信阻塞，繼而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在圖 1 中，四位一體的光電耦合器 TLP521 讓單片機(jī)與 SN75LBC184 之間完全沒有了電的聯(lián)系，提高了工作的可靠性。同時(shí)將 A 和 B 端之間加匹配電阻，一般可選 100Ω 的電阻。 如今 HART 儀表想買一個(gè)轉(zhuǎn)換口并不困難 而且價(jià)格也不在昂貴 ,目前國內(nèi)有不少HART 協(xié)議轉(zhuǎn)換器 ,例如 :SM100A/SM100B/SM100C(嘉興市松茂電子出的三款 )現(xiàn)已基本滿足國內(nèi)用戶的需求 .同時(shí) HARTRS232/HARTRS485 還支持 MODBUS 協(xié)議 .能很好的滿足不同用戶的需 。 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動(dòng)化控制技術(shù)又一個(gè)新時(shí)代的開始。 還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的 “ 匹配 ” ，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達(dá)到改善信號質(zhì)量的目的，節(jié)能效果顯著。但這在實(shí)際上難以掌握，美國 MAXIM 公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時(shí)間的 3 倍以上時(shí)就可以不加匹配。 RS485 布網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為 RS485 類型的擴(kuò)展卡。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接 32個(gè)結(jié)點(diǎn)。因?yàn)?RS485 接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以 RS485 接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 3. RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。 6) 當(dāng) EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈 23 高阻狀態(tài)。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 三運(yùn)放大電路 本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放大器。 橋式測量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對角線接入工作電壓 U，另一個(gè)對角線為輸出電壓 Uo。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。所以本課題用第一 方案。 V i n1GND2V ou t3U1 78 0 5T122 0 V / 9VD1I N 4 00 1D2I N 4 00 1D3I N 4 00 1D4I N 4 00 1C110 0 0U FC410 0 U FC2 3 U FC3 U F12J1I N 22 0V12J2O U T 5V 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 u1 U1 u2 Ur Uf Uo 220V 直流穩(wěn)壓電源的組成與構(gòu)成圖 壓電 傳感器 三運(yùn) 放大器 PIC 8155 RS485通訊 LED 顯示器 MAX 7219 18 3． 1． 2 方案二 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓電路組成框圖如圖所示，它由調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓和比較放大電路等部分組成?；竟ぷ髟砜驁D如下： 圖 基本工作原理框圖 2． 2方案二： 電阻應(yīng)變片 傳感器 三運(yùn) 放大器 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器 8051 8155 LED 顯示器 RS485 通訊 MAX 7219 17 本方案采用壓電傳感器作為敏感元件采集信息，經(jīng)三運(yùn)放大器放大處理，再送入 ADC0809進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，運(yùn)用 DSP單片機(jī)作為運(yùn)算處理元件處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行通訊和 LED 顯示。 本課程設(shè)計(jì)的數(shù)字壓力傳感器以單片機(jī)為主要部件，利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱（ V）改為壓強(qiáng)綱（ pa）即成為一臺原始電子稱。而三運(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。 3 各電路設(shè)計(jì)和論證 3． 1 電源電路設(shè)計(jì)和論證 直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備中必不可少的組成部分，它通常由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。由限流電阻 R3 和穩(wěn)壓管 V3 組成的電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓 Uz，使雙極型晶體管 V2 的發(fā)射極電位保持恒定。常 用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，金屬電阻應(yīng)變片有絲式、箔式及薄膜式等結(jié)構(gòu)形式。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 R1R2R3R4R5R6R7R8P O T 2U I NUOUT 圖 全橋測量電橋圖 它由電阻應(yīng)變片電阻 R R R R4 組成測量電橋， R1＝ R2＝ R3＝ R4＝ 350Ω，加熱絲阻值為 50Ω左右，測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 Uin供給。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。通道選擇表如下表所示。 ADC0809 應(yīng)用說明： 1) ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 8031 直接相連。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。我們使用的 為動(dòng)態(tài)顯示 LED 動(dòng)態(tài)顯示方式。即具有多站能力 ,這樣用戶可以利用單一的 RS485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因： (1)共模干擾問題： RS485 接口采用差分方式傳輸 信號方式，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。 CAN） one pair 18 AWG）。 （ 2）應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會發(fā)生信號的反射。相當(dāng)于電纜特性 阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在 100～ 120Ω 。 HART網(wǎng)絡(luò)： HART是由現(xiàn)在的艾默生提出一個(gè)過度性總線標(biāo)準(zhǔn)，他主要是在 4~20毫安電流信號上面疊加數(shù)字信號，物理層采用 BELL202 頻移鍵控技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)部分智能儀表的功能，但此協(xié)議不是一個(gè)真正意義上開放的 標(biāo)準(zhǔn)，要加入他的基金會才能拿到協(xié)議，加入基金會要一部分的費(fèi)用。現(xiàn)場總線技術(shù)近年來成為國際上自動(dòng)化和儀器儀表發(fā)展的熱點(diǎn)，它的出現(xiàn)是傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性的變化，是自控系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的方向邁進(jìn)，形成新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控 制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS（ Fieldbus Control System）。它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS－ 485 電平的功能。因此，它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。 SN75LBC184 的 R 端（接收端）和 D端（發(fā)送 端）的原理與上述類似。這就為整個(gè)系統(tǒng)的通信可靠奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，還可以定義各種消息的優(yōu)先級，使高優(yōu)先級的消息得以優(yōu)先發(fā)送，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 RS485 信號線宜選用截面積 mm2 以上的雙絞線而不是平直線 ,并且選用線性電源 TL750L05 比選用開關(guān)電源更合適。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。 電阻應(yīng)變片的工作原理 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱 為電阻應(yīng)變效應(yīng)。電氣絕緣程度 2kV，輸出信號強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。 電荷放大器 電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量 Q 成 正比的電荷 /電壓轉(zhuǎn)換器，它與壓電傳感器配套使用，可測量振動(dòng)、沖擊、壓力等機(jī)械量，電荷放大器的輸入端可配接長電纜，而不會受引線電纜分布電容的影響。 PIC 系列從低到高有幾十個(gè)型號，可以滿足各種需要。采用 PIC 的低價(jià) OTP 型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。目前， PIC 采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。 圖 5. PIC16F877 的 RAM 配置圖（圖片來源： Microchip PIC16F87X Data Sheet） 特殊內(nèi)嵌功能 37 PIC16F877 屬于 內(nèi)嵌功能較多的單片機(jī)，除了 CPU、 POM、 RAM、 I/O 等基本構(gòu)造外，還包括以下各種功能，簡介如下： A/D converter：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最多可以讀取 8 組模擬輸入訊號。 圖 7. 電源與重置電路 38 輸入輸出接口 PIC16F877 除了上述基本電路所占用的 7 支接腳外，其余的 33 支接腳都可當(dāng)成輸出、輸入接腳，輸入輸出端口是單片機(jī)基本界面，可以與周邊電路進(jìn)行電路控制和信號傳輸與檢測。以下簡介匯編語言相關(guān)指令與一套 C 語言組譯軟件。 /*設(shè)置 SPI 的控制方式，允許 SSP 方式，并且時(shí)鐘下降沿發(fā)送，與 74HC595，當(dāng)其 SCLK 從低到高跳變時(shí)，串行輸入寄存器 的特點(diǎn)相對應(yīng) */ 43 TRISC=0xD7。 /*允許同步串行口工作 */ TRISC6=1。k4。 /*SCI 部件初始化 */ di()。/*若收到響應(yīng)字節(jié)，則終止等待 */ } RCREG=RCREG。 /*將 RC RC7 設(shè)置為輸入方式，對外部呈高阻狀態(tài) */ } /*SPI 傳送數(shù)據(jù)子程序 */ void SPILED(data) { SSPBUF=data。 data=table[data]。 /*發(fā)送允許 */ for(k=0。 } } 5．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 硬件調(diào)試 將萬用表調(diào)至電阻檔，檢查電源是否連接，和電源和地之間是否