【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 轉換芯片 TLC2543 的各個控制管腳，用于將模數(shù)轉換后的數(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)供電開關顯示部分 S1 是系統(tǒng)的電源開關； 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 2021V 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)部結構原理 傳感器 內(nèi)部結構 如圖 所示。 圖 傳感器 內(nèi)部結構原理圖 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 轉換芯片能夠進行轉換的電壓范圍。 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 轉換部分 設計 AD 部分采用 12 位高精度 的 AD 轉換芯片 TLC2543，把稱重傳感器通過放大電路放大的模擬信號轉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)轉換器，采用 CMOS 技術，使用開關電容逐次逼近完成 A/D 轉換過程。由于是串行輸入結構，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。 TLC254