【文章內(nèi)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(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)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(shù)介紹中可以看出，當(dāng)輸出端為低電平時可以拉出高達(dá)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(shè)計中采取低電平控制方式以便獲得較高的電流。設(shè)計中三極管的型號必須為PNP型，這里選擇9012三極管來驅(qū)動數(shù)碼管。該三極管作為開關(guān)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(shù)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(jié)溫 ：150℃；●特怔頻率 ：最小150MHZ；●放大倍數(shù)：30～90；●封裝形式：TO92。由于驅(qū)動三極管采用PNP型，所以這里數(shù)碼管只能選擇共陽型。本設(shè)計中需要顯示4位數(shù)值，這里選擇四位一體數(shù)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(shè)計中共4位數(shù)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(qū)動電路參數(shù)計算由三極管9012參數(shù)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(shù)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(shù)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(jīng)驗值知:三極管飽和導(dǎo)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(shù)碼管內(nèi)部電路模擬原理圖圖26 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)據(jù)存儲電路參數(shù)介紹本設(shè)計中需要存儲一些設(shè)置參數(shù)，并且需要在斷電后重新上電數(shù)據(jù)仍然存在。這里就需要增加數(shù)據(jù)存儲器，增加數(shù)據(jù)存儲電路單元。在本次設(shè)計中所選取的存儲芯片為：AT24C08。該芯片是一款I(lǐng)IC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(nèi)部組織為1024個字節(jié)，每個字節(jié)8位，該芯片被廣泛應(yīng)用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領(lǐng)域。主要技術(shù)參數(shù)如下： ●工作電壓：～； ●最大輸出電流：5mA； ●輸入/輸出引腳兼容5V； ●應(yīng)用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)：8kB； ●通訊接口：二線串行接口； ●輸入引腳經(jīng)施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲； ●通訊方式：雙向數(shù)據(jù)傳輸； ●兼容性：兼容400KHz（, ）； ●支持硬件寫保護(hù)；●高可靠性：讀寫次數(shù)：1,000,000 次– 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸入/輸出端6SCL串行時鐘輸入7VP寫保護(hù)使能端8VCC電源芯片是一款I(lǐng)IC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(jìn)行設(shè)置，地址范圍從000～111。由于時鐘信號線（SCL）和數(shù)據(jù)信號線（SDA）是漏極開路結(jié)構(gòu)，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(hù)使能端，VP為高電平時處于寫保護(hù)狀態(tài)，無法存儲數(shù)據(jù)，因此該引腳接地，保證數(shù)據(jù)能夠正常存儲。本設(shè)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(shù)據(jù)存儲電路 數(shù)據(jù)采集電路參數(shù)介紹本設(shè)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(dǎo)體荷重傳感器適應(yīng)于各種小量程范圍內(nèi)靜、動態(tài)壓力的測量，應(yīng)用于皮帶稱、調(diào)速稱等過程控制。主要參數(shù)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(diǎn)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(jù)連通器的原理，將被測容器內(nèi)的液體通過引流管引流至液位管內(nèi)，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(nèi)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(chǎn)生的電壓也就越高，單片機(jī)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(shè)計液位管的內(nèi)徑為6cm，高度為1m，以液體是水為例，密度為：*103kg/m3,根據(jù)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(nèi)管的底面積； 由：S=πr2，可得底面積，因為內(nèi)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(yīng)的液體質(zhì)量。硬件介紹該傳感器工作原理為：當(dāng)有一定的壓力作用在傳感器檢測頭上時，傳感器內(nèi)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(nèi)部主要電路為電橋，當(dāng)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(nèi)部電路 A/D轉(zhuǎn)換電路參數(shù)介紹液位檢測元件輸出信號為模擬信號，而本設(shè)計中所使用的單片機(jī)只能處理數(shù)字信號，因此這里需要對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這里就需要用到A/D轉(zhuǎn)換芯片。本設(shè)計中使用的A/D轉(zhuǎn)換芯片型號為AD7705，該芯片是一款16位AD轉(zhuǎn)換器，AD7705芯片是帶有自校正功能的ΣΔ于A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部由多路模擬開關(guān)、緩沖器、可編程增益放大器（PGA）、ΣΔ調(diào)制器、數(shù)字濾波器、基準(zhǔn)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(shè)置寄存器、時鐘寄存器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、零點(diǎn)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(shè)定，對不同幅度的輸入信號實現(xiàn)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(yùn)用Σ―Δ技術(shù)實現(xiàn)16位無誤碼性能；它的輸出速度同樣可由指令設(shè)定，范圍由20Hz到500Hz；它能夠通過指令設(shè)定對零點(diǎn)和滿程進(jìn)行校正；AD7705與微處理器的數(shù)據(jù)傳送通過串行方式進(jìn)行，采用了節(jié)省端口線的通訊方式，最少只占用單片機(jī)的兩條端口線?！D7705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(zhǔn)輸入。當(dāng)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(diǎn)，當(dāng)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(xiàn)2通道系統(tǒng)所有信號的調(diào)理和轉(zhuǎn)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(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。 CMOS結(jié)構(gòu)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(shù)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(shè)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(shù)為8，*8=，適合硬件設(shè)計要求。硬件介紹本設(shè)計中使用的AD7705封裝形式為TSSOP，為得到更高的采樣數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(fù)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(fù)輸入端9REFIN(+)基準(zhǔn)源輸入端10REFIN()11AIN2()[AIN3]差分模擬輸入通道2的負(fù)輸入端12/ DRDY邏輯輸出信號13DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端14DIN串行數(shù)據(jù)輸入端15VDD電源電壓，+～+16GND內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點(diǎn)本設(shè)計中采用外加石英晶體振蕩器的方式，石英晶體負(fù)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(fù)載的情況下輸出電壓沒有明顯的下降，就要求AD轉(zhuǎn)換器有較高的輸入阻抗，但AD轉(zhuǎn)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(jìn)行耦合，主要采用運(yùn)算放大器來實現(xiàn)，由于運(yùn)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(qū)動AD轉(zhuǎn)換器，獲得的采樣值較為準(zhǔn)確，提高傳感器的精度。本設(shè)計中使用的運(yùn)算放大器型號為LM358，該運(yùn)放內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(guān)。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(yùn)算放大器的場合。主要參數(shù)介紹如下：●封裝形式：SO8，●內(nèi)部頻率補(bǔ)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(diào)電壓和失調(diào)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(shè)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(yùn)算放大器本身具有兩路完全相同的運(yùn)放組成，實際設(shè)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(qiáng)或有高頻電路的環(huán)境中，會對輸出信號造成很大的干擾