【文章內(nèi)容簡介】 1/ R1+Δ R2/Δ R2+Δ R3/ R3+Δ R4/ R4) =E*Δ R/ R 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 0～ 20mV。而 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為 0～ 2V，因此放大環(huán)節(jié)要有 100 倍左右的增益。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（ 70～ 150 倍），根據(jù)本設(shè)計的實際情況增益設(shè)為 100 倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。按照輸入電壓 20mV，分辨率 20200 碼的情況，漂移要小于 1181。V。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時漂（177。 1181。V），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點漂移的要求。殘余的一點漂移依靠軟件的自動零點跟蹤來徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以保證其負反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。 由 中稱重傳感器的稱量原理可知， 電阻應變 片組成的傳感器是 把機械應變轉(zhuǎn)換成 ΔR/R ，而 應變電阻 的 變化一般都很微小，例如傳感器的應變片電阻值 120Ω ，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應變?yōu)?1000ε ，應變電阻相對變化量為： ΔR/R = K ε= 2100010 － 6 = （ 23） 由式 23 可以看出電阻變化只有 ，其電阻變化率只有 %。這樣小的電阻變化既難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應變計的 ΔR/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化 ，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成可以被 A/D 轉(zhuǎn)換芯片接收的信號。在前級處理電路部分，我們考慮可以采用以下幾種方案： 方案（一）： 利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成前級處理電路； 普通低溫漂運算放大器構(gòu) 成多級放大器會引入大量噪聲。由于 A/D 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。 方案 （ 二 ）： 主 要由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器，而構(gòu)成的前級處理電路 差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 (如 OP07)做成一 個 差動放大器。其設(shè)計電路如圖 22所示： 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 25 +++A1A2A3R11 .1 KR31 0KR42 0KR31 0KR21 0KR44KR22 0KR42 0KU1+U2U0 圖 利用普通運放設(shè)計的差動放大器 方案（三）：采用專用儀表放大器，如： INA126， INA121 等構(gòu)成前級處理電路 LM358 雙運算放大器 內(nèi)部包括有兩個獨立的 、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p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(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合 ，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 LM358 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 LM358 的特點 : . 內(nèi)部頻率補償 . 低輸入偏流 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 26 . 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 . 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。 一 177。15V) . 低功耗電流，適合于電池供電 參數(shù)： 輸入偏置電流 45 nA 輸入失調(diào)電流 50 nA 輸入失調(diào)電壓 輸入共模電壓最大值 Vcc~ 共模抑制比 80dB 電源抑制比 100dB A/D 轉(zhuǎn)換器 的選擇 . A/D 轉(zhuǎn)換器 的簡介 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 即 A/D 轉(zhuǎn)換器，或簡稱 ADC，通常是指一個將 模擬信號 轉(zhuǎn)變?yōu)?數(shù)字信號 的電子元件。 通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù) 的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 A/D 轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼 4 個過程。在實際電路中，有些過程是合并進行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時實現(xiàn)的。 A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個設(shè)計的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會使得整個設(shè)計毫無意義。目前，世界上有多種類型的 ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型 ADC，也有近年來新發(fā)展起來的 ∑ Δ 型和流水線型 ADC， 多種類型的 ADC 各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體應用要求。目前， ADC 集成電路主要有以下幾種類型 ： （ 1） 并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器： 如 ADC080 ADC0809 等 。 并行比較 ADC 是現(xiàn)今速度最快的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在 1GSPS 以上，通常稱為 “ 閃爍式 ” ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的 ADC 所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時間延遲等。 缺點是：并行比較 式A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于 8位。 (2） 逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器：如： ADS780 ADS7804 等。 逐次逼近型 ADC 是應用非常廣泛的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型 ADC 的優(yōu)點：高速，采樣速率可達 1MSPS；與其它 ADC 相比，功耗相當?shù)?；在分辨率低?12位時，價格較低。缺點：在高于 14 位分辨無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 27 率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。 (3） 積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如： ICL713 ICL710 ICL154 MC14433 等。 積分型ADC 又稱為雙斜率或多斜率 ADC， 是應用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時間間隔。與此同時，在此時間間隔內(nèi)利用計數(shù)器對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。積分 型 ADC兩次積分的時間都是利用同一個時鐘發(fā)生器和計數(shù)器來確定，因此所得到的表達式與時鐘頻率無關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓 VR。 此外，由于輸入端采用了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類 ADC 主要應用于低 速、精密測量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點是：分辨率高，可達 22位；功耗低、成本低。缺點是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在 12 位時為 100～ 300SPS。 (4） 壓頻變換型 ADC： 其優(yōu)點是：精度高、價格較低、功耗較低。缺點是：類似于積分型 ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制， 12位時為 100～ 300SPS。 . A/D 轉(zhuǎn)換器 方案選擇 作為電子秤，系統(tǒng)對 AD 的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，雙積綜合的分析其優(yōu)點和 其價格低廉的因素，在加上設(shè)計要求測量精度小于等于 +%，選擇 使用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器ICL7135（精度相當于 14位二進制數(shù)）。 ICL7135 是四位半的雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器，采用28腳 DIP 封裝，可直接與單片機進行連接，它帶有輸出譯碼器，可直接驅(qū)動液晶顯示器。ICL7135 與液晶顯示器被設(shè)計成一個量程為 5mV 的電壓表。便攜式電子手提秤的量程為5kg，稱重傳感器在 5kg 時的輸出約為 5mV。 其主要性能特點： １）輸入阻抗達１０９ Ω 以上，對被測電路幾乎沒有影響；２）自動校零；３）有精確的差分輸入電路；４）自動判別信號極性；５）有超、欠壓輸出信號 ６）采用位掃描與ＢＣＤ碼輸出。 顯示部分可以將處理得出的信號在顯示器上顯示，讓人們直觀的看到被測體的質(zhì)量，也可以進行報警提示。 LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍時儀表到便攜式微型計算機以及一些文字處理機都廣泛利用了液晶顯示器。 本設(shè)計采用的顯示模塊是 128 64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）?？膳c CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理機： 8 位并行及串行兩種連接方式 。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 28 第三 章 硬件總體設(shè)計 本課程設(shè)計的電子秤以單片機為主要部件，利用全橋測量原理，構(gòu)成一件簡單電子稱，其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器，本設(shè)計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。而二運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。ICL7135A/D 轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到控制電路中去，最后由顯示電路顯示 出測量結(jié)果。 在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： AT89C52 的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人 機交換電路等。 系統(tǒng)硬件的基本工作原理框圖如圖 所示： 圖 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 單片機芯片 AT89S52 介紹 單片機采用 MCS51系列單片機。由 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、 串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而且，它還具有一個看門狗（ WDT）定時 /計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統(tǒng)復位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護你的硬件電路。 AT89S52有 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口，2個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理 器和 Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如 圖 。 壓力傳感器 前端信號處理器 A/D 轉(zhuǎn)換器 A89S52 鍵盤控制 LCD 顯示器 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 29 圖 AT89S52引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口 ： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P