【文章內(nèi)容簡介】 不變。若載荷在彈性體寬度方向有偏移 Δy，相當(dāng)于 P 作用處再附加一個力矩 M2，此力矩使上下梁同時受到扭轉(zhuǎn)變形。由于兩垂直梁的剛性好，變形量可忽略不計。 圖 32 框架結(jié)構(gòu)梁的彎矩圖 圖 33 框架結(jié)構(gòu)梁的彎矩圖 電子計價秤設(shè)計 10 R1 R3R4R2Rdr1 KΩ350Ω 350Ω350Ω350ΩV c c 圖 34 應(yīng)變片橋接方式 圖 35 力 P 作用下的彎矩圖 圖 36 力矩 M1 作用下的彎矩圖 圖 37 有 X 方向的偏載時的彎矩圖 電子計價秤設(shè)計 11 信號預(yù)處理電路 信號預(yù)處理電路的系 統(tǒng)框圖如圖 38， 說明如下：電路具有價格低，精度高，編程簡單的特點(diǎn)。 圖 38 信號預(yù)處理電路的系統(tǒng)框圖 在電子計價秤設(shè)計中可作為 A/D 轉(zhuǎn)換電路（由于較多文章及書籍介紹此電路，在此不多介紹。），其突出的特點(diǎn)就是把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)的脈沖串。 V/F 轉(zhuǎn)換過程是對輸入信號的不斷積分，它需要被測信號提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動電流，因干擾信號不能提供電流而被濾掉。信號頻率輸出范圍為1Hz→10KHz ，最大非線 性誤差為 %， 由于在軟件中，單片機(jī) AT89C51 一秒鐘采樣脈沖信號，由于采樣信號范圍較寬（ 1Hz→5KHz ），為了提高低頻區(qū)的測量準(zhǔn)確度，決定采用 10 倍倍頻電路擴(kuò)頻 10 倍，其中 10 倍倍頻電路由鎖相環(huán)芯片 CC4046 和一個 10 分頻器 CC4518 芯片組成， 10 倍倍頻電路圖如圖39 所示。至此經(jīng)過信號預(yù)處理電路我們得到了 F=10W 關(guān)系的脈沖串送入AT89C51 的 T0 定時 /計數(shù)進(jìn)行計數(shù)。比例關(guān)系為（ 1g→1mv→10Hz ），滿量程（ 5kg→5v→50kHz ）。 + 5 V C53 .3 μ FR 1 04 .7 KΩC40 .0 3 7 μ FR 1 11 1 KΩ3C C 4 0 4 6+ 5 VC C 4 0 4 6 C C 4 1 5 8fif016 13 94117653148 1 2 6 7 8910141516 1 0 KH z 圖 39 10 倍倍頻電路 傳感器電橋電路輸出 LM331 組成V/F 變換及整 形電路 10 倍 倍頻 電路 U=W F=W F=10W T0 AT89C51 電子計價秤設(shè)計 12 LM331 組成 V/F 變換電路 作為電子秤，系統(tǒng)對 A/D 的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上 12 位的 A/D 足以滿足要求。 V/F 轉(zhuǎn)換器 LM331 芯片能夠把電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，而且線性度好，通過計算機(jī)處理，再把頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，就完成了 A/D 轉(zhuǎn)換。它與 ADS780ADS7804 等電路相比，具有接線簡單，價格低廉，轉(zhuǎn)換精度高等特點(diǎn)，而且 LM331芯片在轉(zhuǎn)換過程中不需要軟件程序驅(qū)動，使用起來方便了許多。 V/F 變換電路圖如圖310 所示。 V/F 變換 采用集成塊 LM331， LM331 是美國 NS 公司生產(chǎn)的性能價格比較 高的集成芯片，可作精密電壓頻率轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到 電源電壓下都有極高的精度。同時它的動態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 %，工作頻率低到 時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 82361754C10. 1μ FR1V c cR3 C30. 1μ FR4R5R2C21μ FL M 3 3 1V i n V i n +IRG N DV c cF O U TViVLV C Cfi 圖 310 V/F 變換電路圖 圖 311 是 LM3311 的內(nèi)部電 路組成，由輸入比較器、定時比較器、 R－ S 觸發(fā)器、電子計價秤設(shè)計 13 輸出驅(qū)動、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。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過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。 當(dāng)輸入端 ?Vi 輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，輸出端 fi 為邏輯低電平，同時電源 Vcc 也通過電阻 2R對電容 C2 充電。當(dāng)電容 C2 兩端充電電壓大于 Vcc 的 2/3 時，定時比較器輸出一高電平，使 R－ S 觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端 fi 為邏輯高電平，同時，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容 C2 通過復(fù)零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容 C3 對電阻 R3 放電。當(dāng)電容 C3 放電電壓等于輸入電壓 Vi 時，輸入比較器再次輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率 fi 與輸入電壓Vi 成正比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓－頻率變換。 設(shè)電容 C3 的充電時間為 t1，放電時間為 t2，則根據(jù)電容 C3 上電荷平衡的原理，得式 36： ? ? 3213 RVttRVIR LL ?? (36) 從上式可得： ? ? ?? 13211 tIRRVttf Li ????? （ 37） 實(shí)際上，該電路的 VL 在很少的范圍內(nèi) (大約 10mV)波動，因此，可認(rèn)為 VL=Vt，故上式可以表示為： ? ?13 tIRRVf ti ??? （ 38） 可見，輸出脈沖頻率 fi 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實(shí) 現(xiàn)了電壓－頻率變換。式中 IR 由內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源供給的 參考電壓和外接電阻 R4 決定， IR=，改變 R4 的值，可調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換增益， t1 由定時元件 R2 和 C2 決定，其關(guān)系是t1=，典型值 R2=， C2=， t1=。 由 fi=(Vi? R4)/( ? R2? C2)可知，電阻 R R R2 和電容 C2 直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果 fi， 因此對元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電容 C1對轉(zhuǎn)換結(jié)果雖然沒有直接的影響。但應(yīng)選擇漏電流小的電容器。電阻 R1 和電容 C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。 電子計價秤設(shè)計 14 圖 311 LM331 內(nèi)部結(jié)構(gòu) LM331 要實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換，需與計數(shù)器配合使用。 LM331 的輸出端 FOUT 與單片機(jī)計數(shù)器 T0 端口連接，定時器 T1 用于定時，由公式 f=D/T， D 是計數(shù)值； T 是計數(shù)時間。計數(shù)時間 T 由定時器 T1 確定，通過計算得出 FOUT，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲。主程序設(shè)置定時器 T0、 T1 工作方式分別為 16 位計數(shù)和定時，并置初值， T1 開中斷， T1 的定時時間根據(jù)轉(zhuǎn)換精度需要而定 ， 如果取轉(zhuǎn)換精度為 12 位，最高頻率為50KHZ，計滿量程時間為 FFFH/50K=，計算如式（ 39）： ? ? 3616 ?? ???? X （ 39） 單片機(jī)采用 12MHz 晶振時，機(jī)器周期為 1181。s，定時初值為式（ 310）： HEX 000? （ 310） 鍵盤接電 口 路 鍵盤接口的工作原理 在過程控制和智能儀表中，通常是用微控制器進(jìn)行實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理的，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，鍵盤是個必不可少的功能配置。利用按鍵可以實(shí)現(xiàn)向單片微機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令、功能切換等，是人工干預(yù)單片微機(jī)系統(tǒng)的主要手段。 鍵盤可分 為兩類：獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 獨(dú)立式鍵盤，這是最簡單的鍵盤電路，各個鍵相互獨(dú)立，每個按鍵獨(dú)立地與一根電子計價秤設(shè)計 15 數(shù)據(jù)輸入線相連接。其中，中斷方式是任何一個按鍵按下時，通過門電路都會向 CPU申請中斷，在中斷服務(wù)程序中，讀入 P1 口的值，從而判斷是哪一個按鍵被按下。位查詢方式是，在平時所有的數(shù)據(jù)輸入線都通過上拉電阻被連接成高電平；當(dāng)任何一個鍵被壓下時，與之連接的數(shù)據(jù)輸入線將被拉成低電平。要判斷是否有鍵被壓下，只要用位處理指令即可。 對按鍵是否被按下，需采用軟件消抖的辦法，以消除按鍵在閉合和斷開瞬間所伴隨有一連串抖動所帶來 的不利影響。 這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但隨著鍵數(shù)的增加所占用的 I/O 口線也增加。在使用鍵數(shù)不多的單片微機(jī)系統(tǒng)中，常使用這種獨(dú)立式鍵盤。 矩陣式鍵盤輸出電路，如圖 312 所示，若有四根行線，四根列線，則構(gòu)成 44鍵盤，最多可定義 16 個按鍵。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 5 M a y 20 0 8 S he e t o f F i l e : E : \ 新建文件夾 \ P r o t e l .D e s i g n .E xp l or e r .9 E \ M y D e s i g n 1 .d dbD r a w n B y:+ 5V輸輸出入行 0行 1行 2行 3列1列 列0列2 3 圖 312 矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤 1． 鍵 盤 掃描 CPU 先通過輸出口使所有 行 線輸出位低電平，然后從輸入口讀入所有 列 線的狀態(tài)。若 列 線狀態(tài)都 為 高電平，則說明沒有鍵被按下，若 列 線中有低電平，則表明有鍵被按下。 判斷按鍵位置 ， CPU 通過輸出口使 行 線 從低位至高位逐位變低電平輸出，每次均讀入 列 線的狀態(tài)，以確定哪條 行 線為 “0”狀態(tài)。由行、列的狀態(tài)就可判斷是哪一個鍵被按下（行、列交叉處） 。 電子計價秤設(shè)計 16 當(dāng)判斷出哪個鍵壓下后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。 2． 鍵的掃描方式 程控掃描方式： CPU 的控制一旦進(jìn)入監(jiān)控程序，將反復(fù)不斷地掃描鍵盤，等待輸入命令或數(shù)據(jù)。 定時掃描方式：在初始化程序中對定時器 /計數(shù)器進(jìn)行編程，使之產(chǎn)生 10ms 的定時中斷， CPU 響應(yīng)定時中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，對鍵盤掃描一遍，檢查鍵盤的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對鍵盤的定時掃描。 中斷掃描方式：當(dāng)鍵位上有鍵壓下時，由硬件電 路產(chǎn)生中斷請求， CPU 響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判斷壓下的鍵的建號，根據(jù)鍵的定義（數(shù)字鍵或功能鍵）作相應(yīng)的處理。 鍵盤接口電路 除了使用專用的鍵盤控制芯片（如 8279 鍵盤 /顯示器控制 IC）外，單片微機(jī)還可以通過單片微機(jī)本身的 I/O 引腳或外擴(kuò)可編程 I/O 芯片的 I/O 腳來構(gòu)成獨(dú)立式或矩陣式鍵盤。 由于 AT89C51 的 I/O 口具有輸出鎖存和輸入緩沖的功能，因而用它們組成鍵盤電路時，可以省掉輸出鎖存器和輸入緩沖器，圖 313 所示的是由 AT89C51 本身的 P1口來構(gòu)成 44 矩陣式鍵盤。 下圖中，鍵盤的 四根列線連到 P1 口的低 4 位，而四根行線連到 P1 口的高四位，而四根列線通過 “與 ”門連到 ______0INT 端。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 0 M a y 20 0 8 S he e t o f F i l e : E : \新建文件夾 \ P r o t e l .D e s i g n .E xp l or e r .9 E \ M y D e s i g n 1 .d dbD r a w n B y:R+ 5V＆89C 5 1P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .7P 0 .6P 2 .7P 2 .6P 2 .4P 2 .2T1R S TT0P 2 .3I N T 0P 1 .7P 1 .6P 1 .4P 1 .1P 1 .3G N DP 2 .5X T A 1P 1 .0P 1 .5X T A 2P 1 .2 V c cP 2 .1P 2 .0P 3 .0P 3 .1 圖 313 使用