【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量成確定關(guān)系某一種量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。轉(zhuǎn)換電路，上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器按其工作原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。物理傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)，及某些動(dòng)作功能材料的特殊物理性能制成的傳感器?；瘜W(xué)傳感器是利用電化反應(yīng)的原理，把無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)成分。濃度等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳感器。生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)傳感器。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的需要，推動(dòng)著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展。目前傳感器技術(shù)的發(fā)展方向主要有開(kāi)發(fā)新型傳感器、開(kāi)發(fā)新材料、采用新工藝、集成化多功能化與智能化等幾個(gè)方面。 傳感器的基本特性根據(jù)被測(cè)量的變化狀態(tài)，可以把傳感器輸入量分為靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量?jī)纱箢?lèi)。靜態(tài)量指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓课怀绦驙顟B(tài)信號(hào)或變化及其緩慢的準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)；動(dòng)態(tài)量指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓繛橹芷谛盘?hào)、瞬變信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)等時(shí)間變化的信號(hào)。其中，傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟诒粶y(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出輸入關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件測(cè)定的。衡量傳感器靜態(tài)靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有量程、線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、漂移。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器技術(shù)性能指標(biāo)傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)量程指標(biāo)：包括測(cè)量范圍、過(guò)載能力。靈敏度指標(biāo)：包括靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸出輸入阻抗。A. 精度有關(guān)指標(biāo)：包括精度（誤差） 、重復(fù)性、線性、滯后、靈敏度誤差、閥值穩(wěn)定性、 、漂移。B. 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：包括固有頻率阻尼系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、頻響范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)間。C. 環(huán)境參數(shù)指標(biāo)、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后。：包括各向沖擊振動(dòng)的頻率、振幅、加速度、沖擊振動(dòng)引入的誤差。：包括抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電磁場(chǎng)干擾能力。：包括工作壽命，平均故障時(shí)間、保險(xiǎn)期、疲勞性能、絕緣電阻耐壓弧性能。D．其他指標(biāo)：a．使用方面：包括供電方式、電壓幅度與穩(wěn)定性功能、各項(xiàng)分布參數(shù)。b．結(jié)構(gòu)方面：名手外形尺寸質(zhì)量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。c. 要裝連接方面：包括安裝方式、饋成、電纜。改善傳感器性能的技術(shù)途經(jīng)：a．差動(dòng)技術(shù) 。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求選用熱電式傳感器。將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成熱生電動(dòng)勢(shì)傳感器稱(chēng)熱電式傳感器、熱電式傳感器可將溫度及溫度相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量輸出、熱電式傳感器有熱電阻、熱敏電阻、熱電效方式等各種類(lèi)型。根據(jù)電烤箱特點(diǎn)采用熱電阻傳感器。熱電阻利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增大的特性來(lái)來(lái)進(jìn)行了溫度測(cè)量的，常用測(cè)量范圍為20。C ~ +150。C。隨著其技術(shù)的發(fā)展，其測(cè)溫范圍也不斷擴(kuò)大，低溫已可測(cè)量 1K~3K,高溫則可測(cè)量+1000。C ~+1300。C 熱電阻力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有：，熱電阻材料電阻溫度特性穩(wěn)定，重復(fù)性好， 不存在熱電偶參比端誤差問(wèn)題；，尤其在低溫的方面；；常用的熱電陰材料有鉑、銅、鎳、鐵等。 熱電阻的測(cè)量電路及應(yīng)用熱電阻常用接入電橋使用引出線有兩、三線式和四線式三種形式。采用兩線式接法時(shí)（如圖 所示 Rt 的接法）引出的導(dǎo)線接于電橋的一個(gè)臂上，當(dāng)由于環(huán)境溫度或通以電流引起導(dǎo)成溫度變化時(shí)，將產(chǎn)生附加的電阻、引起測(cè)量誤差，所以，當(dāng)熱電阻值較小時(shí)，常采用三線式、四線式接法，以消除接線電阻和引線電阻影響。三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導(dǎo)成接于相鄰兩橋臂上，此時(shí)由于附加電阻引起電阻變化是相同的，根據(jù)電橋特性，電橋輸出將互相抵消。 圖 熱電阻傳感器的接線方式四線式接法 R2=R3 為固定電阻，R1 可調(diào)，熱電阻 Rt,通過(guò)電阻為 rrrr4的四要導(dǎo)線和電橋連接，rr4 分別串聯(lián)在相鄰兩橋臂內(nèi)，rr3 與電源去路串聯(lián)，將開(kāi)關(guān)接通，調(diào)節(jié) R1 使電橋平衡，則：R1+r1=Rt+r4再將開(kāi)關(guān)接通 B，重新調(diào)整 R1，使電橋達(dá)到新的平衡，則：R1’+r1=Rt+r1兩式相加得：Rt= 239。1R?四線式測(cè)量方法比較麻煩，一般用于精度要求較高的場(chǎng)合。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)（如圖 ）如圖，多路開(kāi)關(guān)可達(dá)通訊員 89 模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、B、C 三個(gè)地址供進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制時(shí)序電路，逐次逼近寄存器，樹(shù)狀開(kāi)關(guān)以及其 256R 電阻下型網(wǎng)絡(luò)等組成輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量 的引腳及各引腳功能圖 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖ADC0809 的引腳入各引腳雙引直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖 所示各引腳功能如下：A、INT—2NO：8 咱模擬量輸入引腳，ADC0809 對(duì)輸入模擬量的要求主要有二信號(hào)的單極性，電壓范圍 0~+5V；若信號(hào)過(guò)小還需要進(jìn)行放大。另外，在 A/D 轉(zhuǎn)換的過(guò)種中，模擬量輸入值不應(yīng)變化太快，因此，對(duì)變化速度快模擬量在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。B、A、B、C:地址線，A 為低位地址，C 為高位地址用于對(duì)模擬通道進(jìn)行的選擇。C、ALE：地址鎖存允許信號(hào)，在對(duì)應(yīng) ALE 跳轉(zhuǎn)，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址的鎖存器中。圖 ADC0809 引腳功能圖D、Vref：參考電壓正端參考電壓用來(lái)與輸入模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)，其曲型值為+5V（Vref（+）=+5V，Vref()=0）D、START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START 上跳轉(zhuǎn)時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清 0；START 下跳轉(zhuǎn)時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。E、DT~D0：數(shù)據(jù)輸出線，其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連。F、DE：輸出允許信號(hào)，ADC0809 的內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘，信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)的引腳。通常使用頻率為 500KHZ 時(shí)鐘信號(hào)。I、Vcc：+5 電源 AT89C51 單片機(jī)與 ADC0809 接口 路模擬通道選擇:A、B、C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址。只要把三位地址寫(xiě)入 0809 中的地址鎖存器就實(shí)現(xiàn)了模擬通道選擇。對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，地址鎖存器是一個(gè)輸出口，為了把三位地址寫(xiě)入，還要提供口地址。：定時(shí)傳輸方式；查詢方式；中斷方式。 放大器電路設(shè)計(jì)傳感器是將待測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輸出。但其輸出的信號(hào)通常的都很小，需要進(jìn)行放大。傳感器信號(hào)的放大，根據(jù)具體情況可采用分立元件放大器（晶體管放大器）和集成元件放大器（運(yùn)算放大器） 。 交流放大器電路靜態(tài)工作點(diǎn)： ， ,EcIbR?Ib? Ue?交流等效電路： /fzcfz?圖 工作點(diǎn)不穩(wěn)定狀態(tài)放大電路輸入電阻： rsr≈rbe（當(dāng) rbe〈〈Rb 時(shí)）輸出電阻： rsc≈ ≈RceRcrs放大倍數(shù)： K39。= fzb???此放大器特點(diǎn)：放大倍數(shù)大。： 由（ ）≈12ReUeb??(2)1EUebRc??交流等效電路： R39。fz1=Rc1//rbe，R39。fz2=Rc2//Rfz輸入電阻： rsr≈rbe2（當(dāng) rbe1〈〈R1//R2 時(shí)）輸出電阻： rsc≈Rc放大倍數(shù)： K39。= ≈ （當(dāng) RC1rb2 時(shí)）Uscr12?Rfzbe?此放大電路特點(diǎn)：放大倍數(shù)大，工作點(diǎn)穩(wěn)定。： Ub≈ ，Ua=UbUbe，12EcRb? Ie= ，Uce≈EcIc（Re+Rc）eU交流等效電路： R39。fz=Rc//Rfz輸入電阻： rsr=rbe（當(dāng) rbe〈〈Rb1//Rb2）輸出電阻： rsc≈Rc放大倍數(shù)： K39。= Rfzrbe??? 圖 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) a 類(lèi)放大器電路此放大電路特點(diǎn)： rsr 較大，|K|〉1 且與晶體管參數(shù)幾乎無(wú)關(guān)。圖 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) b 類(lèi)放大器電路C．靜態(tài)工作點(diǎn)： Ub 、Uc 同左，但 Ie= ，Uce≈EcIc（Rc+Re+RF）ReUcF?交流等效電路： R39。fz=Rc//Rfz輸入電阻： 12/()srbFbeRr???輸出電阻： （當(dāng) 時(shí)）esc eR?放大倍數(shù)： （當(dāng) ）fzKRF??ber??此放大電路特點(diǎn)： 大， 小，srsc1? 圖 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) c 類(lèi)放大器電路A. V 共集電極放大電路。靜態(tài)工作點(diǎn)： ,cbbcecEIIUEIRR?????交流等效電路： 輸入電阻 /fzcfz? srbf放大倍數(shù)： (1)fzbeKR??圖 共集電極放大器電路B. 反饋凡是引入反饋以后使放大鏡器的放大倍數(shù)減小的稱(chēng)為負(fù)反饋。反之凡是引反饋以后使放大倍數(shù)增大的稱(chēng)為正反饋贈(zèng)。其中換反饋有電壓串聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng)，電流串聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng)，電壓并聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng)，電流并聯(lián)的負(fù)反饋。 直流放大器電路將緩慢直流量信號(hào)進(jìn)行廣大器件稱(chēng)直流放大器。它與前述交流放大器的區(qū)別是交流放大器級(jí)與級(jí)之間加了三個(gè)隔離的直電流電容（即耦合電容）而直流放大器級(jí)與級(jí)之間沒(méi)有這個(gè)電路，故直流放大器又稱(chēng)直接耦合放大器 運(yùn)算放大器電路在直流差動(dòng)放大器的輸入端子輸出端之間跨接各種網(wǎng)絡(luò)（如電阻 R電容 C 等） ，使構(gòu)成用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)組合和運(yùn)算的運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器通常是由放大電路組成，輸入級(jí)（第一級(jí)）由晶體管 T1 和 T2 組成差動(dòng)放大鏡電路 T3 和 T4 是 T1 和 T2 的有源負(fù)載。T9 是恒流源，第二級(jí)放大電路由晶體管 T5 和 T6 組成，T10 是恒流源（T6 的有源負(fù)載） ，為了獲得輸出阻抗，輸出級(jí)（第三級(jí)）由晶體管 T7 和 T8 組成，采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路。運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍數(shù)，深度負(fù)反饋的直流放大器。便于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的組合和運(yùn)算。有很大靈活性，尤其在線性固體組件出現(xiàn)后，有具有體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)際中應(yīng)用固體組件運(yùn)算放大器所組成的電路是多種多樣的。 理想運(yùn)算放大器的特性： Ad 無(wú)限大；； Z 為 0；圖 運(yùn)算放大器電路圖 rf 為；； a—e 的特性不隨環(huán)境溫度的變化而變化； 電路 放大器電路 。 集成運(yùn)算放大器概述在信號(hào)放大，信號(hào)的運(yùn)算（加、法、乘、除、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、平方、開(kāi)方） ，信號(hào)的處理（濾波、調(diào)制）以及波形的產(chǎn)生和變換的單元中，運(yùn)算放大器是它們的核心部分， 由多級(jí)直接耦合放大電路組成，主要有，總體，偏置電路、單位增益轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)移、恒流反饋、消振補(bǔ)償?shù)冉M成，主要參數(shù)有：差模開(kāi)環(huán)增益（或差模開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)）AUD、共模開(kāi)環(huán)增益 AUC、共模抑制比 KCMR、輸入失調(diào)電壓 Vi0 失調(diào)電壓溫度系數(shù)aUi0=dUi0/dT\輸入失調(diào)電流 Ii0=I1I，失調(diào)電流溫度系數(shù) aI10=dI10/dT，單位增益寬帶 fBWG、轉(zhuǎn)換速率 Sr 以及其他參數(shù)。本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況采用多級(jí)交流放大電路。接線圖見(jiàn)附圖。 鍵盤(pán)及顯示電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)接口電路A. 鍵盤(pán)的工作原理：：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或能入數(shù)據(jù)的，鍵的半合與否，反映在電壓上就是呈高電平或低電平，如果高電平表示斷開(kāi)的話，那么低電平就是表示閉合，所以通過(guò)電平的高代狀態(tài)的檢測(cè)，使可以克認(rèn)按鍵接下與否。：當(dāng)按鍵被迫按下或釋放時(shí)，通常伴隨有一定的時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其獨(dú)占才穩(wěn)定下來(lái)，抖動(dòng)時(shí)間一般為 5~10ms，在使用過(guò)程，必須去抖措施。去抖有硬件和軟件兩種方法，硬件方法通常采用通過(guò) RS 觸發(fā)器連接按鍵除抖，軟件方法采用昝方法除抖，其過(guò)程是在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，進(jìn)行一個(gè) 10ms 左右的昝程序后，若該鍵仍保持閉合狀態(tài)，則確認(rèn)該鍵處于討債狀態(tài)，同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)珠步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。B. 獨(dú)立工按鍵：獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)其他 I/O 口線的狀態(tài)C. 矩陣式按鍵：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，若使用按鍵分明，通常采用矩陣式（也稱(chēng)行列式）鍵盤(pán)，如圖 所示：一個(gè) 4*4 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。在矩陣式鍵盤(pán)中，行列式分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行式通過(guò)二伴電阻接到+5V 上，當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，行式于高電平狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，行列式將貫通，此時(shí)圖 矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)行線電平，將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定，這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵，然而，矩陣鍵盤(pán)中的行線，列線和多個(gè)鍵相邊，各按鍵按下與否均影響該鍵反在行線和死線的電平，各按鍵間將相互影響，因此必須將行線，列線信號(hào)配合起來(lái)作適應(yīng)處理，才能確定閉合鍵的位置。其中，矩陣式鍵盤(pán)有以下幾種工作方式：：編程掃描是 CPU 完成其他工作的空余時(shí)間，調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序來(lái)響應(yīng)鍵盤(pán)輸入的要求，在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU 不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到 CPU 重新掃描鍵盤(pán)為止。鍵盤(pán)掃描程序一般應(yīng)飫以下內(nèi)容：a：差別有無(wú)鍵按下降鍵盤(pán)掃描取得閉合鍵的行、列值；b：用計(jì)算法或查表法得到鍵值；c:判斷閉合鍵是否釋放，如釋放則繼續(xù)等待；d：將閉合鍵鍵號(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該執(zhí)行該閉合鍵的功能。：定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對(duì)鍵盤(pán)掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)溢出中斷，CPU 響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描。 ：為提高 CPU 工作效率，可采用中斷掃描工作方式其工作過(guò)和如下：當(dāng)無(wú)鍵接下時(shí)，CPU 處理自己的工作，當(dāng)有鍵接下時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU 轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤(pán)掃描子程序，并識(shí)別鍵號(hào)。 LED 顯示器接口電路常用 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱(chēng)發(fā)光二極管）LED 七段顯示器（俗稱(chēng)數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)的顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字的顯示；LED 十六段的顯示器，用于字符顯示）A．?dāng)?shù)碼管結(jié)構(gòu)：數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段）構(gòu)成，通過(guò)不同組合可用