【文章內(nèi)容簡介】 512 字節(jié) RAM （ 6）通用 I/O（ 32 個），復位后為： P0、 P P P3 是準雙向口、弱上拉， P0 口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻 （ 7） ISP（在線系統(tǒng)可編程）、 IAP（在線應用可編程），無需專用編程器、仿真器，可通過串口（ 、 ）直接下載程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 （ 8）具有 EEPROM 功能 （ 9）內(nèi)有真正的看門狗，可放心省去外部看門狗 （ 10）外部晶振 20M 以下時，可省外部復位電路 （ 11）共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，其中定時器 0 還可以當成 2 個 8 位定時器使用 （ 12）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 （ 13）通用異步串口（ UART） ， 還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART （ 14）工作溫度范圍：商業(yè)級 0 ~ +75176。C 、工業(yè)級 ﹣ 40 ~ +85176。C （ 15）內(nèi)部 Flash 擦寫次數(shù)為 100,000 次以上， STC89C52RC 系列單片機加密性強 單片機管腳分配 系統(tǒng)采用最小系統(tǒng)模式，如圖 所示 。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 圖 單片機最小系統(tǒng)連接圖 （ 1） P0 口作為 12864LCD 顯示的數(shù)據(jù)口，主要向液晶內(nèi)部寫指令和需要顯示的數(shù)據(jù)，由于 P0 口是開漏方式 輸出，單片機內(nèi)部沒有上拉電阻，所以，需要外接上拉電阻，如圖所示，接 10KΩ 的排阻。 （ 2） P1 口接 44 矩陣鍵盤， ~ 接橫行， ~ 接豎列。 （ 3） P2 口主要接 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC2543 的各個控制管腳，用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送到單片機內(nèi)進行處理。 （ 4） P3 口主要接 12864LCD 的控制管腳，對顯示部分進行控制。 電源部分 設計 獨立電源供電 獨立電源部分采用 L7805 對電源進行穩(wěn)壓，使其對系統(tǒng)的供電穩(wěn)定、連續(xù)、可靠。 L7805 簡介 L7805 是三端固定正穩(wěn)壓器，輸出 5V 固定的電壓，廣泛應用于各種電子設備中，電路使用安全可靠。有 TO2 TO220FP、 TO220FM、 TO3 和 DDPAK 等多種封裝形式。雖然穩(wěn)壓器按固定穩(wěn)壓器設計，但外部接少量元件，即可做成可調(diào)穩(wěn)壓器或可調(diào)穩(wěn)流器使用。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 主要性能 最大輸出電流 輸出電壓 5V 內(nèi)部熱過載保護 內(nèi)部短路、過流保護 輸出晶體管安全區(qū)保護 工作溫度范圍 ﹣ 65 ~ 150 176。C 運行條件下結(jié)點溫度 ﹣ 55 ~ 150 176。C 各部分說明 獨立電源部分 主要 包括外部電源接口部分、穩(wěn)壓部分和 系統(tǒng)供電開關(guān)顯示部分。 如圖 。 圖 電源接口圖 （ 1）外部電源接口部分 外部電源接口包括獨立電源接口 POWER 和非獨立電源接口 POWER2 兩部分。采用多種形式供電，方便實用。 POWER 為獨立電源接口，可接各種 5V以上電池，此設計采用 4 節(jié) 的 5 號干電池作為獨立電源，為整個系統(tǒng)供電。 POWER2 為外部電源適配器接口，主要是通過電源適配器將交流電轉(zhuǎn)換成額定電壓值，再通過穩(wěn)壓電路對系統(tǒng)供電。 （ 2）穩(wěn)壓部分 根據(jù) L7805 的 數(shù)據(jù)手冊 提供的典型應用電路，輸入輸出兩端接電解電容，主要是為 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 了穩(wěn)壓 ， D4 是為了防止電流倒流損壞器件。 （ 3）系統(tǒng)供電開關(guān)顯示部分 S1 是系統(tǒng)的電源開關(guān)； F1 是熔斷絲，當出現(xiàn)短路或是電流過大時，用來保護系統(tǒng)的各器件； PLED 是電源指示燈，用來指示系統(tǒng)是否工作。 運放所用正負壓的產(chǎn)生 為了使運算放大器較好地工作，需要為其提供一對正負工作電壓， 為 解決這一問題，本系統(tǒng)利用 MAX232 的串口發(fā)送接收管腳來產(chǎn)生正負電壓。 MAX232 簡介 MAX232 是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V電源供電時提供 EIA/TIA232E 電平。每 個接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。這些接收器具有 的典型門限值及 的典型遲滯，而且可以接收 177。30V 的輸入。每個驅(qū)動器將 TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E 電平。主要應用在 EIA/TIA232E、電池供電系統(tǒng)、終端、調(diào)制解調(diào)器、計算機等方面。 特點 單 5V 電源工作 兩個驅(qū)動器及兩個接收器 177。30V 輸入電平 低電源電流：典型值是 8mA 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標準 ESD 保護大于 MILSTD883（方法 3015）標準的 2020V 工作溫度（自然通風）范圍內(nèi)的極限參數(shù) 輸入電源電壓范圍 Vcc： ﹣ 至 6V 正輸出電源電壓范圍 VS+： Vcc﹣ 至 15V 負輸出電源電壓范圍 VS： ﹣ 至 15V 輸入電壓范圍 VI：驅(qū)動器 ﹣ 至 Vcc＋ 接收器 177。30V 輸出電壓范圍 VO： T1OUT， T2OUT VS－ 至 VS+＋ R1OUT， R2OUT ﹣ 至 Vcc＋ 短路持續(xù)時間： T1OUT， T2OUT 未限制 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 工作溫度（自然通風）范圍 TA： MAX232 0176。C 至 70176。C MAX232I ﹣ 40176。C 至 85176。C 存儲溫度范圍 Tstg ﹣ 65176。C 至 150176。C 引線溫度，離外殼 (1/16 英寸 )， 10 秒 260176。C 強度超出所列的極限參數(shù)可能導致器件的永久性損壞。這些僅僅是極限參數(shù)，并不意味著在極限參數(shù)件下或在任何其它超出推薦工作條件所示參數(shù)的情況下 器件能有效地工作。延長在極限參數(shù)條件下的工作時間會影響器件的可靠性。 在稱重系統(tǒng)中，在管腳 11 上加入 +5V 電壓，經(jīng)過反相器從管腳 14 輸出負壓，在管腳 10 上加入 0V 電壓，經(jīng)過反相器可從管腳 7 輸出正壓，經(jīng)實際測量正負電壓值可以達到 177。8V，電流可達到 177。8mA，基本滿足運算放大器所需的工作條件。 MAX232 內(nèi)部邏輯如圖 所示。 圖 MAX232 內(nèi)部邏輯圖 稱重傳感器部分 設計 傳感器特性 稱重傳感器采用平衡雙臂梁應變式傳感器，主要由電橋電路產(chǎn)生差壓信號。 傳感器參數(shù)如表 ， 平衡雙臂梁應變式傳感器外觀 如圖 所示。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 表 傳感器參數(shù) 表 額定載荷 10 Kg 額定輸出 177。 mv/V 綜合誤差 177。% 輸出溫度影響 177。%/176。C 零點溫度影響 177。%/176。C 零點平衡 177。 mv/V 輸入阻抗 400177。5 Ω 輸出阻抗 350177。2 Ω 絕緣阻抗 ≥5000 MΩ 安全過載率 120 % 極限過載率 200 % 工作溫度范圍 30 ~ 70 176。C 推薦工作電壓 5 ~ 12 V(AC or DC) 最大工作電壓 18 V(AC or DC) 重復性、線性、滯后 % 溫補范圍 10 ~ +50 176。C 容許范圍 20 ~ +60 176。C 安全過載范圍 150 % 蠕變 %/30min 防護等級 IP65 (a) (b) 圖 平衡雙臂梁應變式傳感器外觀圖 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理 傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 圖 傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 電橋接入 電阻應變片時，即為應變橋，四個橋臂接入應變片連接成全臂橋。設電橋各臂電阻均有增量，不平衡輸出電壓為 其中， U0為輸出信號電壓， U 為供電電壓， ΔRi為電阻變化值， Ri為原電阻值。 等臂電橋 R1 = R2 = R3 = R4 = R，則有 當 時，略去高階增量，得 其中， εi 為電阻應變。 差動全橋電路中，電橋輸出為 圖 稱重傳感器接口圖 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 在實際應用中，當應變片承受應變很大時，電阻的相對變化較大，電橋的輸出電壓與應變不成正比例關(guān)系，就會產(chǎn)生非線性誤差，采用差 動全橋電路可以消除非線性，提高輸出靈敏度，同時起到了溫度補償?shù)淖饔?。如圖 所示為傳感器接口， 接口 2 和 接口 3 為電橋差動電壓輸出端。 信號放大部分 設計 在測量系統(tǒng)中，通常被測物理量均通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，然后進行放大。因此，傳感器的輸出是放大器的信號源。然而，多數(shù)傳感器的等效電阻均不是常量，他們隨所測物理量的變化而變化，這樣，對于放大器而言信號源內(nèi)阻是變量。設 為放大輸出電壓， 為輸入電壓， Rs 為信號源內(nèi)阻， Ri 為放大器的輸入內(nèi)阻，則有電壓放大倍數(shù) 的表達式 根據(jù)表達式 ()可知，放大器的放大能力將隨信號大小而變。為了保證放大器對不同幅值信號具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)，就必須使得放大器的輸入電阻 Ri 187。 Rs， Ri 愈大，因信號源內(nèi)阻變化而引起的放大誤差就愈小。此外，從傳感器所獲得的信號常為差模小信號，并含有較大共模部分，其數(shù)值又是遠大于差模信號。因此，要求放大器具有較強的抑制共模信號的能力。綜上述說，儀表放大器出來具有足夠大的放大倍數(shù)外，還應具有高輸入電阻和高共模抑制比。 本系統(tǒng)信號放大部分采用 LM324 構(gòu)成儀表差分放大電路對傳感器產(chǎn)生的微弱信號進行放 大，達到 AD 轉(zhuǎn)換芯片能夠進行轉(zhuǎn)換的電壓范圍。 LM324基本特性 LM324 簡介 LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四運算放大器可以工作在低到 或者高到 32V 的電源下，靜態(tài)電流大致為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一（對每一個放大器而言）。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。輸出電壓范圍也可包含負電壓。 特點 寬增益帶寬： 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 低供給電流： 375μA 低補償電流： 20nA 低輸入補償電壓： 5mV max 單電源工作范圍： +3V ~ +30V 雙電源工作范圍： 177。 ~ 177。15V 輸入共模電壓范圍擴展到地 短路保護輸出 真差動輸入級 每一封裝四個放大器 內(nèi)部補償 行業(yè)標準引腳輸出 在輸入端的靜電放電鉗位增加可靠性而不影響器件的工作 放大 工作 原理 圖 高阻抗差動放大器原理圖 圖 為 高阻抗差動放大器原理圖 ， 該放大器起到電壓放大作用，它是一個由運算放大器 IC IC2 組成的高輸入阻抗差動放大電路，傳感器的輸出電壓加在 IC IC2 的同相輸入端， IC IC2 的兩個輸出端之間的電壓送至下一級。前置放大器的電壓放大倍數(shù)可通過電位器 R2調(diào)整。 設 R1 = R5 ， R3 = R6 ， R4 = R7則 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 即 所以輸出電壓 當 時， 中電流為零， ，輸出電壓 ?？梢?，電路放大差模信號，抑制共模信號。差模放大倍數(shù)數(shù)值愈大，共模抑制比愈高。當輸入信號中含有共模噪聲時，也將被抑制。 AD 轉(zhuǎn)換部分 設計 AD 部分采用 12 位高精度 的 AD 轉(zhuǎn)換芯片 TLC2543，把稱重傳感器通過放大電路放大的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機能識別的邏輯數(shù)字信號。 TLC2543基本特性 TLC2543 簡介 TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用 CMOS 技術(shù)，使用開關(guān)電容逐次逼近完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能節(jié)省 51 系列單片機 I/O 管腳資源，且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應用。 TLC2543