【正文】 圖 硬件原理圖 系統(tǒng)程序源代碼 本課題采用 C 程序對單片機 C51 單片機進行操作，在 Keil 中進行編寫。 其應用領域如下： 1）電子電路輔助學習：很多有心學習電子電路知識的朋友，可能由于條件所限無法進行真實的硬件電子電路測試幫助自己加深認識。 ⑤．軟件調(diào)試：檢查設計的程序是否完成了特定功能。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理及一個功能強大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，并通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uvision4）將這些部分組合在一起。然而，由于采樣條件可自由選擇，所獲測量列中的第一個測量值仍帶有某種不定性。 其中輸入級 A1 與 A2 接成射極跟隨器形式，組成輸入阻抗較高的差動輸入級， Rg 具有提高工模抑制比的作用， A3 為雙端輸入、單端輸入的輸出級，以適應接地負載的需要，放大器的增益由 Rg 設定。 直流電橋 直流電橋的基本形式，它是由連接成環(huán)形的四個橋臂組成的，每個橋留上是一個電阻、在電阻的兩個相對連接點與 — 接人激勵的直流電源，而在另兩個連接點與上接引出線作為電橋 的輸出端，在它的后面可以接后續(xù)的直流放大器 A 等。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。 PCF8591 的特性： （ 1）單獨供電 （ 2） PCF8591 的操作電壓范圍 （ 3）低待機電流 (4)通過 I2C 總線串行輸入 /輸出 (5)PCF8591 通過 3 個硬件地址 引腳尋址 (6)PCF8591 的采樣率由 I2C 總線速率決定 (7)4 個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 （ 8）自動增量頻道選擇 (9)PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD (10)PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 (11)8bit 逐次逼近 A/D 轉換器 (12)通過 1 路模擬輸出實現(xiàn) DAC 增 PCF8591 工作時序圖如圖 所示。 PCF8591 的 3 個地址引腳 A0,A1和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C 總線上接入 8個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。 單片機采用 90C51 單片機可以滿足編程的要求。 RST： 復位輸入端，高電平有效。在 FLASH 編程校驗的時候， P1 口當作低八位地址接收。 1280 字節(jié)或 512 字節(jié)或 256 字節(jié) RAM。 我們主要做的是放大電路、 A/D 轉換器、單片機和顯示，選用的 A/D 轉換器是 PCF8591，單片機為 STC90C516RD+，顯示器為 LCD12864 顯示屏。 主控制器模塊的選型 單片機是一種現(xiàn)場控制計算機，相比于家用計算機它具有價格便宜、具有較強的抗干擾能力等優(yōu)點。根據(jù)課題的具體要求，我們這次選擇 L6N 傳感器作為研究對象。操作者只需要將稱重傳感器的裝上工裝，放到載荷發(fā)生裝備的指定位置，并確定軟件開始運行。零漂是不承受載荷條件下的蠕變。 圖 金屬絲電阻應變片基本構造 圖 所示為電阻應變片的基本構造， 將一高電阻率的金屬絲繞成柵形，粘貼在絕緣基片上，并引出導線到電路中。包括 CAD、 CAM 系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)，商務決策系統(tǒng)和經(jīng)營管理系統(tǒng)等。但仍有差距；不少企業(yè)的工藝裝備和檢測儀表，尚不能滿足 OIML R60 國際建議和國家標準的需要； 創(chuàng)新產(chǎn)品少，低水平重復產(chǎn)品多，貼牌加工多、直接出口產(chǎn)品少；企業(yè)沒有核心競爭技術和產(chǎn)品，市場影響速度太慢，無法與國際市場融合，產(chǎn)生上述差距的原因很多，其中最主要的是制造工藝落后，大約落后 510 年。電子稱重技術從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展，測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應用。本課題是對工位梁式稱重傳感器蠕變壓力機設計一套控制系統(tǒng)，實現(xiàn)標定過程的自動加載、自動采集、記錄和控制的工作。 60 年代初期出現(xiàn)了機電結合式電子衡器。應變式稱重傳感器本身的技術課題，主要是深入研究共性的基礎理論和關鍵的基礎技術。 生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡化：是指在生產(chǎn)工藝全過程中，通過通訊線路和設備把各生產(chǎn)工序具有獨立操作和控制功能的計算機系統(tǒng)相互連接起來，在網(wǎng)絡軟件管理下，實現(xiàn)信息的收集存儲和處理。 使用應變片測量應變或應力時，是將應變片牢固地粘貼在被測量的彈性體上面，當彈性體受到應力應變，應變片的敏感柵隨之相應變形，從而引起應變片的電阻變化。 ⑤．外界的環(huán)境變化會影響傳感器的輸出特性。其中需要標定的兩個參數(shù)是 C1 和 W0，分別稱為校準和去皮。目前市場上壓力傳感器種類很多，各種傳感器的規(guī)格和技術性能也不一樣。 隨著集成電路飛速發(fā)展， A/D 轉換器的新設計思想和制造技術有了很多大的變化。 系統(tǒng)整體設計 系統(tǒng)組成 其系統(tǒng)控制框圖如圖 所示。 ： （ 5V 單片機）、 （ 3V 單片機）。在 FIASH 編程的時候， P0 口會作為原碼的輸入口，當 FIASH進行校驗的時候， P0 會輸出原碼，此時 P0 外部必須要被拉高。只有在讀端口時才把外部的數(shù)據(jù)讀入到 內(nèi)部總線 中 。有時也不必過分考慮晶振問題，因為可以定制晶振。 本次我們選用 PCF8591 轉換器。 (6)AGND：模擬信號地。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 圖 稱重值轉換為字形碼 傳感器檢測電路選擇 為了能把力（重力）信號轉換成電信號來測量，其方法主要分為 2 類：一類是直接法，即利用壓磁式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器直接將力信號轉換成電信號；另一類是間接法，即以彈性元件作為敏感器，將拉、壓力轉變?yōu)閼?、位移或頻率，在用應變傳感器、位移傳感器或頻率傳感器把應變、位移或頻率轉變成電量。 由前面選擇的傳感器的有關參數(shù)可知此傳感器的靈敏度為 ? ,最大激勵電源為 18 v，推薦激勵為 512 v（ DC），故假若系統(tǒng)所給定的激勵為 5V，則輸出的電壓可知為 ,這個輸出電 壓十分小，此時就需要一個放大電路將其放大，假設數(shù)據(jù)采集卡的輸入電路額定電壓為 5V，故作者設計了一個集成放大器去滿足本設計所需要的電路要求。 s 后立即采樣 。 Proteus 與 keil C 的聯(lián)合使用則可使這兩個仿真軟件優(yōu)勢互補，組建單片機應用系統(tǒng)在 C51 條件下的整機虛擬實驗環(huán)境。當工程比較大時候，可能會在一個工程下新建多個文件。 本課題主要使用 Proteus 軟件的 ISIS 對稱重傳感器標定機電系統(tǒng) AD 轉換、數(shù)據(jù)采集以及單片機 STC90C516RD 進行原理圖設計，并在原理圖上對單片機 C 語言程序進行調(diào)試與仿真。 圖 原件選擇對話框 ④．在 keywords 中輸入想要選擇的元器件的型號，并選取元件。其操作如下圖 、 所示。 Proteus 可以幫助選手最大可能降低失敗率。 Labcenter electronics 公司與相關的第三方軟件公司共同開發(fā)了 SPICE 電路仿真、處理器模型、動態(tài)元器件庫（基本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、 MOS 管、555 定時器等）、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]。 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。因此，選擇測量列的最后一個測量值作為計算蠕變的參比值是比較適宜的。其試驗過程如圖 所示。將引起良流電橋的輸出電壓發(fā)生變化，所以，可以由此測量被測的物理量。 圖 LCD 內(nèi)部指令 LCD 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)。 圖 PCF8591 工作時序圖 圖 D/A轉換器數(shù)據(jù)操作格式 顯示電路的設計 本次試驗采用的是 LCD1602 液晶顯示屏。 圖 PCF8591 實物圖 在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址，允、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向 I2C 總線以串行方式傳輸。采用按鍵復位。當直接使用外部時鐘源時，此引腳是外部時鐘源的輸入端。這是因為內(nèi)部上拉緣故。可以通過串 口（ RxD/,TxD/）直接去下載用戶程序，幾秒就可以完成一片。在要求不高的情況下，可在復位腳外接電阻電容復位。結合上面所述與現(xiàn)有條件，我們選擇 STC90C516RD+單片機。輸出對稱性好，結構緊湊，安裝方便，高精度、穩(wěn)定性好。 （ 2） 單片機和控制硬件：執(zhí)行軟件發(fā)出的命令采集模塊數(shù)據(jù)，驅動加載設備。我們這次主要研究傳感器的正蠕變，傳感器的負蠕變和正蠕變相似。 因此可得 ??? )1( ERdR ??? () 令 EG ?? ???1 ，則有 ?GRdR? () 可見，金屬絲的電阻值變化量與縱向應變量呈比例關系。應變式壓力傳感器就是在兩個最大正值和兩個最大負值處分別貼上四個應變片，組成全橋電路來測量壓力。為此就必須有國際水平的制造技術與制造工藝，先進的工藝裝備和檢測手段，特別要有適應國際市場變化，及時滿足國際市場需求的現(xiàn)代管理技術和方法。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術水平的高低將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。 研究蠕變測試工藝流程，傳感器信號特點，完成控制系統(tǒng)總體方案和整體布局。與人民生活密切相關的，電子衡器包括電子秤。應變式稱重傳感器的技術課題來自兩方面，一方面來自稱重傳感器本身主要是特性上和生產(chǎn)上的 問題，也可以說是技術上和工藝上的問題。通過仿真技術來模擬真實受載情況，發(fā)現(xiàn)并及時處理設計和工藝的缺陷或錯誤 ，以確保結構設計和生產(chǎn)工藝的合理性。 金屬絲電阻應變片的稱重原理 金屬電阻應變片 (簡稱應變片或應變計 )是將彈性體的應變量轉化成電阻值的變化量的元件。 ②．輸出的電信號一般較微弱： 電壓 毫伏級、微伏級，電流 毫安級、納安級。 傳感器的標定方法 稱重傳感器的目的是測量質量，在整個測量通道中從質量到重力，最后變成采樣值，這個過程中經(jīng)歷了多次量綱變化，為了使顯示結果與被測值一致，需要進行標度變換，對測量通道進行反映射。 蠕變加載機的模擬仿真圖 其蠕變加載機仿真圖如圖 所示。為使電路簡單便于調(diào)試，本設計采用三級運算放大器。據(jù)變壓器副邊電壓和經(jīng)濾波之后輸出電壓的關系可以知道，副邊電壓約為177。 MCS51 單片機共有 4個 8位 I/O 口 (P0、 PP2 和 P3)。 ： 40~+85℃（工業(yè)級） /0~75℃（商業(yè)級） 管腳說明 圖 單片機的引腳 主要管腳說明： P0 口 ： P0 口是一個 8 位漏級開路雙向的輸入輸出口，每個腳可吸收 8TTL 門的電流。 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 定時器 的外部計數(shù)輸入） T1（ T1 定時器 的外部計數(shù)輸入） /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 寫選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲器 讀選通） P3 口同時為編程校驗與閃爍編程接收一些 控制信號 。對 STC90C516RD+系列 單片機來說 ,最小系統(tǒng)一般應該包括 :單片機、晶振電路、復位電路。模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉換成數(shù)字量。 （ 3） SDA、 SCL：總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。 圖 LCD 模擬仿真圖 1602 采用標準的 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 液晶顯示器對比度 調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的 電位器 調(diào)整對比度）。 圖 主程序流程圖 編寫 A/D 轉換程序， A/D 轉換結果存放在 temx 中，流程圖如圖 所示。 其物澀感義且交流 電橋要達到平衡、必須滿足電橋的四個鋅中對邊阻抗模的乘積相等，及對邊阻抗角的和相等。所以，無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，以便通過一組完整的測量數(shù)據(jù)即可評價被測試傳感器的蠕變特性。遇到這個問題該怎么辦呢？無疑仿真軟件是解決電子電路設計這個問題的最好方法。概括地說， Keil 環(huán)境下的軟件開發(fā)主要步驟如下所 述。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、信號