【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9 也為無窮大。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動(dòng)放大器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關(guān)。 2． 阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動(dòng)放大器構(gòu)成的前級(jí)放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級(jí)放大器之間，這樣可為后級(jí)儀器放大器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比提供了條件。同時(shí)，由于前置放大器的輸出阻抗很低，同時(shí)又采用共模驅(qū)動(dòng)技術(shù)，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對(duì)稱（匹配）導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。 3. 后級(jí)電路采用廉價(jià)的儀器放大器，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級(jí)的儀器放大器可以做到很高的增益，進(jìn)而得到很高的共模抑制比。 從理論上計(jì)算整個(gè)電路的共模抑制比為： CMRTotal=CMR1CMR2=A1d/A1cA2d/A2c=A1d/1CMR2=A1dCMR2或 CMRRTotal=20lgA1d+CMR2 式中：CMRTotal 或 CMRRTotal－放大器的總共模抑制比；CMR1－第一級(jí)放大器的共模抑制比；CMR2 或 CMRR2－第二級(jí)放大器的共模抑制比；A1d、A1c、 A2d 和 A2c－分別為第一級(jí)放大器和第二級(jí)放大器的差模增益和共模增益。 經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，圖 3 所示的電路采用上式中所給出的參數(shù)時(shí)，電路的共模抑制比在 120dB 以上。有以上分析以及基于電子秤的要求精確度不是很高，所以選擇由普通放大器所組成的差動(dòng)放大器作為本設(shè)計(jì)的信號(hào)放大電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無意義。目前，世界上有多種類型的 ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的∑Δ 型和流水線型 ADC，多種類型的 ADC 各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)用要求。目前， ADC 集成電路主要有以下幾種類型：（1）并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器：如 ADC080 ADC0809 等 。并行比較 ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在 1GSPS 以上，通常稱為“閃爍式”ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的 ADC所有位的轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，其轉(zhuǎn)換時(shí)間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時(shí)間延遲等。缺點(diǎn)是：并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾能 力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于 8 位，因此并行比較式 A/D 只適合于數(shù)字示波器等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，不適合本系統(tǒng)。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 (2）逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如：ADS780ADS7804 等。逐次逼近型ADC 是應(yīng)用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型 ADC 的優(yōu)點(diǎn)：高速，采樣速率可達(dá) 1MSPS；與其它 ADC 相比，功耗相當(dāng)?shù)停辉诜直媛实陀?12 位時(shí)，價(jià)格較低。缺點(diǎn)：在高于 14 位分辨率情況下，價(jià)格較高；傳感器產(chǎn)生的信號(hào)在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進(jìn)行調(diào)理，包括增益級(jí)和濾波，這樣會(huì)明顯增加成本。(3）積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如：ICL713ICL710 ICL154MC14433 等。積分型 ADC 又稱為雙斜率或多斜率 ADC，是應(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔。與此同時(shí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。積分型 ADC 兩次積分的時(shí)間都是利用同一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來確定，因此所得到的表達(dá)式與時(shí)鐘頻率無關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓 VR。此外，由于輸入端采用了積分器，所以對(duì)交流噪聲的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。若把積分器定時(shí)積分的時(shí)間取為工頻信號(hào)的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類 ADC 主要應(yīng)用于低速、精密測(cè)量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點(diǎn)是：分辨率高，可達(dá) 22 位；功耗低、成本低。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在 12 位時(shí)為 100～300SPS。 (4 ）壓頻變換型 ADC：如：AD574 等。其優(yōu)點(diǎn)是：精度高、價(jià)格較低、功耗較低。缺點(diǎn)是：類似于積分型 ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12 位時(shí)為100～300SPS 。 考慮到本系統(tǒng)中對(duì)物體重量的測(cè)量和使用的場(chǎng)合，精度要求不是很苛刻，轉(zhuǎn)換速率要求也不高，而雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器精度高，具有精確的差分輸入，重要的是輸入阻抗高（大于 ），可自動(dòng)調(diào)零，有超量程信號(hào)輸出，全部輸出于?M310TTL 電平兼容。且雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)正負(fù)對(duì)稱的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì) 50Hz 的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了 12 位 A/D轉(zhuǎn)換器 AD574 鍵盤處理部分方案論證由于電子秤需要設(shè)置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵），還具有確認(rèn)、刪除等功能，總共需設(shè)置 17 個(gè)鍵（包括一個(gè)復(fù)位鍵）。鍵盤的擴(kuò)展有使用以下方案：采用矩陣式鍵盤：矩陣式鍵盤的特點(diǎn)是把檢測(cè)線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點(diǎn)上。圖 5 給出了一個(gè) 44 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個(gè)按鍵都通過不同的行線和列線與主機(jī)相連這。44 矩陣式鍵盤共可以安裝 16 個(gè)鍵，但只需要 8 條測(cè)試線。當(dāng)鍵盤的數(shù)量大于8 時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 S13S9S5S1 S2 S3 S4S6 S7 S8S10 S11 S12S14 S15 S16圖 5 矩陣式鍵盤結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，16 個(gè)按鍵使用 44 矩陣式鍵盤，另外一個(gè)復(fù)位鍵使用獨(dú)立式按鍵實(shí)現(xiàn)。 顯示電路部分的選擇數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項(xiàng)重要功能，是人機(jī)交換的主要組成部分，它可以將測(cè)量電路測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇。的組成有以下兩種方案可供選擇：一是 LED 數(shù)碼管顯示,二是 LCD 液晶顯示兩種選擇. LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計(jì)算器，從袖珍時(shí)儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)以及一些文字處理機(jī)都廣泛利用了液晶顯示器。 超量程報(bào)警部分選擇智能儀器一般都具有報(bào)警和通訊功能，報(bào)警主要用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)、當(dāng)測(cè)量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設(shè)置的上下限時(shí)為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器。超限報(bào)警電路是由單片機(jī)的 I/O 口來控制的，當(dāng)稱重物體重量超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量時(shí)，通過程序使單片機(jī)的 I/O 值為高電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器 SPEAKER 發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使報(bào)警燈 D1 發(fā)光。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 3 硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，此電路由一塊 AT89S5按鍵輸入電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、LCD 顯示段碼驅(qū)動(dòng)電路、LCD 顯示位碼驅(qū)動(dòng)電路、12 位 LCD 顯示器電路、蜂鳴器電路。圖 6 硬件電路設(shè)計(jì)框圖在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～20mV，對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要對(duì)其進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出物體的重量。在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： AT89C52 的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交換電路等。 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)芯片 AT89S52 介紹單片機(jī)采用 MCS51 系列單片機(jī)。由 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全單片機(jī)壓力傳感器放大電路A/D 轉(zhuǎn)換電路LCD1602顯示電路16 個(gè)鍵盤輸入電路復(fù)位電路時(shí)鐘電路蜂鳴器電路黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個(gè)看門狗（WDT）定時(shí) /計(jì)數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。AT89S52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如下圖 7 所示。 EAVP31X9RSTDWIN045LCGU圖 7 AT89S52 引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。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。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 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。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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。在給出地址“1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。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)。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。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。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89S52 的一些特殊功能口，如下表所示：表 3 口引腳功能表P3口引腳 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷0輸入） INT1（外部中斷1輸入） T0（定時(shí)器0外部脈沖輸入） T1（定時(shí)器1外部脈沖輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖輸出） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。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。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部