【文章內容簡介】 不論S1以及（A0、AA2）為什么狀態(tài)，輸出端均為1。利用S/S2和/S3可級聯(lián)擴展成24線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成32線譯碼器。若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器。表21 74LS138真值表輸入輸出S1/S2+/S3A2 A1 A0/Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y70 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 1101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 0從74LS138的參數介紹中可以看出，當輸出端為低電平時可以拉出高達20mA的電流，而為高電平時僅能輸出最大1mA的電流信號，因此本設計中采取低電平控制方式以便獲得較高的電流。設計中三極管的型號必須為PNP型，這里選擇9012三極管來驅動數碼管。該三極管作為開關使用，工作在飽和區(qū)而不是工作在放大區(qū)，PNP型三極管主要參數介紹如下：●集電極發(fā)射極電壓： 30V；●集電極基電壓 ：40V；●射極基極電壓 ：5V；●集電極電流 ：；●耗散功率： ；●結溫 ：150℃；●特怔頻率 ：最小150MHZ；●放大倍數：30～90；●封裝形式：TO92。由于驅動三極管采用PNP型，所以這里數碼管只能選擇共陽型。本設計中需要顯示4位數值，這里選擇四位一體數碼管，型號為LG5641BH。硬件介紹～，為保證74LS138正常工作因此這里使能控制端SA接VCC，SB和SC接地。由于本設計中共4位數碼管，所以這里輸出信號只需要取Y0～Y3四個即可。，如下圖24所示。圖24 顯示驅動電路參數計算由三極管9012參數可知集電極電流小于500mA，所以可以推算出基極的最大電流，這里按照30倍的放大系數計算：由Ib=VCC/R=5/4700=，此時三極管處于飽和狀態(tài)；所以，三極管集電極的電流大小取決于發(fā)射極與地之間串接的限流電阻的大??；由于數碼管每段的正常工作電流為（3～10）mA；所以可取10mA計算限流電阻；由經驗值知:三極管飽和導通時Uce=，；可得：Ib≈Ic=（）/R＜10mA；計算得：R＞430Ω；這里取限流電阻R大小為：1kΩ，滿足計算要求。圖25 數碼管內部電路模擬原理圖圖26 數碼管顯示電路 數據存儲電路參數介紹本設計中需要存儲一些設置參數，并且需要在斷電后重新上電數據仍然存在。這里就需要增加數據存儲器，增加數據存儲電路單元。在本次設計中所選取的存儲芯片為：AT24C08。該芯片是一款IIC接口的EEPROM，是低工作電壓的8K位串行電可擦除只讀存儲器，內部組織為1024個字節(jié)，每個字節(jié)8位，該芯片被廣泛應用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領域。主要技術參數如下： ●工作電壓：～； ●最大輸出電流：5mA； ●輸入/輸出引腳兼容5V； ●應用在內部結構：8kB； ●通訊接口：二線串行接口； ●輸入引腳經施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲； ●通訊方式：雙向數據傳輸； ●兼容性：兼容400KHz（, ）； ●支持硬件寫保護；●高可靠性：讀寫次數：1,000,000 次– 數據保存：100年●工作溫度：55℃～+125℃；硬件介紹表22 AT24C08引腳說明引腳序號引腳名稱引腳功能1A0器件地址輸入端2A13A24GND電源地5SDA串行數據輸入/輸出端6SCL串行時鐘輸入7VP寫保護使能端8VCC電源芯片是一款IIC接口的EEPROM，引腳功能如上表22所示。該芯片在IIC總線上最多可以同時掛接8個，地址可以在A0～A2三個引腳進行設置，地址范圍從000～111。由于時鐘信號線（SCL）和數據信號線（SDA）是漏極開路結構，因此需要對該兩個信號做上拉處理，這里選擇上拉電阻值為10kΩ。VP引腳為寫保護使能端，VP為高電平時處于寫保護狀態(tài)，無法存儲數據，因此該引腳接地，保證數據能夠正常存儲。本設計中僅需要一片存儲芯片即可，因此這里選擇存儲器的地址為0，即此時A0～A2引腳全部接地。路如下圖27所示。圖27 硬件連接原理圖圖28 數據存儲電路 數據采集電路參數介紹本設計中使用的液位采集器件為稱重傳感器，型號為CXH120，該傳感器為半導體荷重傳感器適應于各種小量程范圍內靜、動態(tài)壓力的測量，應用于皮帶稱、調速稱等過程控制。主要參數介紹如下：●測量范圍：0～10kg；●電源電壓：DC 6V；●工作電流：小于10mA；●輸出靈敏度：大于40mv/v；●精度：177。%FS；●零點溫飄：%FS/10℃；●靈敏度溫飄：%FS/10℃；●輸入阻抗：（120177。12）Ω；●輸出阻抗：（120177。12）Ω；●絕緣阻抗：大于5000MΩ；●相對濕度：（0～90）RH；●工作溫度：（10～60）℃；●安全過載：150%FS。硬件介紹采樣原理根據連通器的原理，將被測容器內的液體通過引流管引流至液位管內，液位管用于盛放液體，液位管安裝在稱重傳感器的上面，稱量液體的重量，被測容器內的液位越高流入液位管的液位也就越高，重量也就越大，稱重傳感器所產生的電壓也就越高，單片機通過采樣該電壓的變化量來確定液位的高度如圖29安裝示意圖所示。圖29 安裝示意圖本設計液位管的內徑為6cm，高度為1m，以液體是水為例，密度為：*103kg/m3,根據體積公式可以計算出液體的體積： 由：V=SH知，若要求體積首席需要計算出圓柱形液位管內管的底面積； 由：S=πr2，可得底面積，因為內徑為已知量，所以S為已知量；所以：V=SH； V=πr2H；由：m=ρV； m=ρπr2H；可以計算出不同高度對應的液體質量。硬件介紹該傳感器工作原理為：當有一定的壓力作用在傳感器檢測頭上時，傳感器內部會有一定微弱的電壓變化，通過采樣該電壓信號的變化檢測重物的重量變化，從而計算出液位的高度。該傳感器內部主要電路為電橋，當有一定壓力作用在傳感器檢測頭上面時就會引起電阻的變化，從而使輸出信號發(fā)生變化，壓力不同輸出的電壓大小也不同，該信號呈線性變化，電路如下圖210所示。原理圖圖210 稱重傳感器內部電路 A/D轉換電路參數介紹液位檢測元件輸出信號為模擬信號，而本設計中所使用的單片機只能處理數字信號，因此這里需要對信號進行轉換，將模擬信號轉換為數字信號。這里就需要用到A/D轉換芯片。本設計中使用的A/D轉換芯片型號為AD7705，該芯片是一款16位AD轉換器，AD7705芯片是帶有自校正功能的ΣΔ于A/D轉換器。其內部由多路模擬開關、緩沖器、可編程增益放大器（PGA）、ΣΔ調制器、數字濾波器、基準電壓輸入、時鐘電路及串行接口組成。其中串行接口包括寄存器組，它由通訊寄存器、設置寄存器、時鐘寄存器、數據輸出寄存器、零點校正寄存器和滿程校正寄存器等組成。該芯片還包括2通道差分輸入（AD7705）和3種偽差分通道輸入（AD7706）。AD7705的PGA可通過指令設定，對不同幅度的輸入信號實現1364和128倍的放大，因此AD7705芯片既可接受從傳感器送來的低電平輸入信號，亦可接受高電平（10V）信號，它運用Σ―Δ技術實現16位無誤碼性能；它的輸出速度同樣可由指令設定，范圍由20Hz到500Hz；它能夠通過指令設定對零點和滿程進行校正；AD7705與微處理器的數據傳送通過串行方式進行，采用了節(jié)省端口線的通訊方式，最少只占用單片機的兩條端口線。～～。AD7705是雙通道全差分模擬輸入，而AD7706是3通道偽差分模擬輸入，二者都帶有一個差分基準輸入。當電源電壓為5V、這二種器件都可將輸入信號范圍從0～+20mV到0～+。還可處理177。20mV～177。，對于AD7705是以AIN()輸入端為參考點，當電源電壓為3V、可處理0～+10mV到0～+，它的雙極性輸入信號范圍是177。10mV到177。因此，AD7705可以實現2通道系統(tǒng)所有信號的調理和轉換。增益值、信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置。該器件還包括自校準和系統(tǒng)校準選項，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。 CMOS結構確保器件具有極低功耗，掉電模式減少等待時的功耗至20μW（典型值）。AD7705采用16腳塑料雙列直插（DIP）和16腳寬體（）SOIC封裝和16腳TSSOP封裝。主要參數介紹如下：●AD7705：2個全差分輸入通道的ADC；●AD7706：%非線性；●可編程增益前端增益：1～128；●三線串行接口 SPITM、QSPITM、MICROWIRETM 和DSP兼容；●有對模擬輸入緩沖的能力；●～～；●3V電壓時，最大功耗為1mW；●等待電流的最大值為8μA；●16腳DIP、SOIC和TSSOP封裝；本設計中使用的稱重傳感器最大輸出電壓為：6v*40mv/v=240mv,，所以：；，所以這里選擇AD7705放大倍數為8，*8=，適合硬件設計要求。硬件介紹本設計中使用的AD7705封裝形式為TSSOP，為得到更高的采樣數據的精確度，這里采用兩線制差分信號輸入方式，使用AIN1（+）和AIN()作為傳感器模擬信號輸入端，各管腳的具體功能如下表23所示。表23 AD7705引腳說明引腳編號引腳名稱功能1SCLK串行時鐘信號2MCLKIN為轉換器提供的主時鐘信號3MCLKOUT外接晶振引腳或為外部電路提供時鐘源4/CS片選使能信號5RESET復位信號6AIN2(+)[AIN1]差分模擬輸入通道2的正輸入端7AIN1(+)[AIN2]差分模擬輸入通道1的正輸入端8AIN1()[COMMON]差分模擬輸入通道1的負輸入端9REFIN(+)基準源輸入端10REFIN()11AIN2()[AIN3]差分模擬輸入通道2的負輸入端12/ DRDY邏輯輸出信號13DOUT串行數據輸出端14DIN串行數據輸入端15VDD電源電壓，+～+16GND內部電路的地電位基準點本設計中采用外加石英晶體振蕩器的方式，石英晶體負載電容取值為30pF，AD7705外圍電路如圖211所示：圖211 AD7705外圍電路為了保證傳感元件在接入負載的情況下輸出電壓沒有明顯的下降，就要求AD轉換器有較高的輸入阻抗，但AD轉換器無法將輸入阻抗做的過高，因此這里就需要用電壓跟隨器進行耦合，主要采用運算放大器來實現，由于運算放大器的輸入阻抗較高，而且它的輸出阻抗較低；這樣一來不僅可以提供較高的輸入阻抗，而且還可以提供較低的輸出阻抗，使輸出信號衰減較少有利于驅動AD轉換器，獲得的采樣值較為準確，提高傳感器的精度。本設計中使用的運算放大器型號為LM358，該運放內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。主要參數介紹如下：●封裝形式：SO8，●內部頻率補償，●直流電壓增益高(約100dB)，●單位增益頻帶寬(約1MHz)，●電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；雙電源(177。177。15V)，●低功耗電流，適合于電池供電，●低輸入偏流，●低輸入失調電壓和失調電流，●共模輸入電壓范圍寬，包括接地，●差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍，●輸出電壓擺幅大（)，●輸入共模電壓最大值VCC~V，●共模抑制比80dB，●電源抑制比100dB。本設計中所需的信號為同向信號，所以該放大器所組成的電壓跟隨器也必須是同向電壓跟隨器，LM358運算放大器本身具有兩路完全相同的運放組成，實際設計中僅用到一路。模擬信號中閑置引腳不宜懸空處理，特別是在電磁干擾較強或有高頻電路的環(huán)境中，會對輸出信號造成很大的干擾