【正文】 方案二 采用專用儀表放大器，如： AD620， INA126 等。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。有的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供兩個(gè)輸入 引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。 由輸入比較器、定時(shí)比較器、 R－ S 觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。再著， AT89C5 AT89S51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。通常使用的是七段 LED。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。 （ 3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般 用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5……右邊為 6…… 根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié) …… 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個(gè)完整漢字。但在很多應(yīng)用場(chǎng)合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。 LM337 輸出為負(fù)的可調(diào)電壓，采用兩個(gè)獨(dú)立的變壓器分別和 LM317 及 LM337 組裝，操作比較簡(jiǎn)單。一般選擇滿量程時(shí)候的誤差不能大于規(guī)定量。 引腳說(shuō)明 AT89C51 芯片圖 如圖 所示 。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口 ，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。 C max 低噪聲： 35nV/ √ Hz 低輸入 偏移電流： 35nV/ √ Hz INA126 引腳圖如圖 所示 。 程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示。 通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集的分析，了解了各種傳感器、放大 器及 A/D 轉(zhuǎn)換器和 V/F 轉(zhuǎn)化器對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、傳輸有了更深的認(rèn)識(shí)。使我在傳感器的基本原理、傳感器的實(shí)際應(yīng)用，以及在常用傳感器設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一人步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。在老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程中，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥，熱忱鼓勵(lì)。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機(jī)、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。當(dāng)為 01H 時(shí)為累計(jì)顯示方式，在 T1 定時(shí)中斷程序中。 LM331 電路設(shè)計(jì)圖 LM331 電路設(shè)計(jì)圖 如圖 所示。激光平衡輸入電路提供低偏移電壓、低溫漂偏移電壓和良好的共模抑制比。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 此外， AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零 頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機(jī) AT89C51 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括數(shù)據(jù)采集、人機(jī)接口界面、系統(tǒng)電源部分。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸 出電壓 Uo、輸出電流 Io、輸出紋波電壓 ΔUopp 等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。因此，相對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤接口信號(hào)是輸入信號(hào)。這就是 LCD 顯示的基本原理。如圖 所示 。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 方案二 采用 V/F 轉(zhuǎn)換 VF 控制的原理是產(chǎn)生一個(gè)震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個(gè)壓敏電容，當(dāng)受到一個(gè)變化的電壓時(shí)候它的容量會(huì)變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速 A/D 轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測(cè)試。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。 優(yōu)點(diǎn)：輸入級(jí)加 入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器 R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器，量程為 5Kg，精度為 % ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。 導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。目前多用于加速度和動(dòng) 態(tài)力或壓力的測(cè)量。 傳感器的作用是人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。 圖 數(shù)碼管顯示方案 圖 數(shù)碼顯示 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡(jiǎn)單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。電子基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 4 衡器產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子稱到大型的電子稱重系統(tǒng)，從單純的稱重、計(jì)價(jià)到生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)測(cè) 量控制單元，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)大。 常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀 器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。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。例如標(biāo)簽秤在超市中的應(yīng)用已經(jīng)是耳聞目睹的了。電子稱的發(fā)展過(guò)程與其他事物一樣，也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、又粗糙到精密、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全電子化、由單一功能到多功能的過(guò)程。按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊。 方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。其中控制器采用Xilinx 公司可編程器件 FPGA 為核心，基于 ISE 軟件平臺(tái)，采用 VHDL 編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、 LED和 LCD 驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘芯片的 I2C 通訊、鍵盤控制等模塊?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一 個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。電容傳感器可用來(lái)檢測(cè)壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電參量。 直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E 如圖 所示。傳感器的輸出信號(hào)不僅電平低，內(nèi)阻高，還常伴有較高的共模電壓。 此類芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單。逐次逼近的操作過(guò)程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行的。 A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式，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。 8051 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。 1602 字符型 LCD 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。 方案二 矩陣式鍵盤設(shè)計(jì) 矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。電路圖如 圖 所示 。由于傳感器的輸出信號(hào)中含有一定的干擾噪聲，所以必須要對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，在濾波電路的設(shè)計(jì)時(shí)利用普通小電容濾除高頻干擾，利用大的電解電容濾除低頻干擾。 圖 AT89C51 的引腳圖 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 24 VCC：供電電壓。當(dāng)P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 圖 INA126 引腳圖 （ 2）引腳說(shuō)明 8 腳：接電位器，控制放大倍數(shù) 2 腳： 差分輸入負(fù)端 3 腳： 差分輸入正端 4 腳： 電源輸入負(fù)端， 5V 5 腳： 接地端 6 腳： 單端輸出端 7 腳： 電源輸入正端， +5V 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 INA126 具體電路設(shè)計(jì) 圖 如圖 所示。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： （ 1）分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。 圖 主程序流程圖 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 31 子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)子程序主要包括 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)、鍵盤輸入控制程序設(shè)計(jì)及顯示程序設(shè)計(jì)等。 對(duì)鍵盤和顯示器進(jìn)行選型比較，得出各種型號(hào)優(yōu)劣比。我在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前電了領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)傳感器方面的知識(shí)有極人的幫助。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 34 致 謝 本課題在選題及研究過(guò)程中得到各位老師的悉心指導(dǎo)。傳感器好比人體 “五官 ”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測(cè)量信息（物理量、化學(xué)量、生 物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置本次設(shè)計(jì)中的半橋電子稱就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。其中 R0 為標(biāo)志位寄存器當(dāng)為 OOH 時(shí)為 正常顯示方式。輸出脈沖頻率 f0 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓－頻率變換。 INA126 的增益通過(guò)外部電阻設(shè)置，增益范圍從 5V/V to 10000V/V 。如想禁止 ALE 的輸出 可在SFR8EH 地址上置 0。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 是一款 8 位的內(nèi)帶 4K 程序存儲(chǔ)器的微控制器，考慮到用軟件實(shí)現(xiàn)電子秤系統(tǒng)的各項(xiàng)功能時(shí)，所需的軟件量并不是很大，不需要太大的程序存儲(chǔ)空間，因此在對(duì)AT89C51 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)不需要 在片外再擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，這樣不僅節(jié)省了硬件資源，也優(yōu)化了電路的設(shè)計(jì)。12V，傳感器需要＋ 5V 以上的線性電源。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H——00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H） =FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， …… （ 00EH） =00H，（ 00FH）=00H 時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線。其中兩片 74LS244 分別用于段信號(hào)和位信號(hào)的驅(qū)動(dòng)， 74LS273 用于段信號(hào)的鎖存，其鎖存地址為 7FFFH。 顯示模塊 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 16 方案一 LED 顯示 LED 就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡(jiǎn)稱 LED。 研制周期 在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 轉(zhuǎn)換器。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。 采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。 圖 利用普通運(yùn)放構(gòu)成的放大器 電阻 R R2 和電容 C C C C4 用于濾除前級(jí)的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。題目要求稱重范圍 0～ 5Kg,滿量程量誤差不大于 ? ，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重 5Kg。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是