【文章內(nèi)容簡介】 （ ） 若 L、 A和 ρ均發(fā)生變化，則其電阻也變化 ，對上式全微分，有 ?? dAldAAddlAdR ??? 2 （ ） 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 38 頁 設(shè)半徑為 r的圓導(dǎo)體， rA 2?? ,代入上式，電阻的相對變化為 因為 ??drdrldlRdR ??? 2 （ ） 則 ?? )21( EvRdR ??? （ ） 式中 ε —— 導(dǎo)體的縱向應(yīng)變。其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變 με度量， 1 με =10－ 6 ε； （ ） V—— 材料泊桑比，一般金屬 V=； λ —— 壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)； E —— 材料的彈性模量。 上式中， (1+2v)ε表示幾何尺寸變化而引起電阻的相對變化量； λ Eε表示由于材料電阻率的變化而引起電阻的相對變化量。不同屬性的導(dǎo)體，這兩項所占的比例相差很大。 若定義導(dǎo)體產(chǎn)生單位縱向應(yīng)變時，電阻值相對變化量為導(dǎo)體的靈敏度系數(shù)，則 EvRdRs ??? ???? )21( （ ） 顯然， SS愈大，單位縱向應(yīng)變引起的電阻值相對變化愈大，說明應(yīng)變片愈靈敏?？捎貌煌膶?dǎo)體材料制成應(yīng)變片，目前主要有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。本文僅分析金屬電阻應(yīng)變片。 對于金屬電阻應(yīng)變片，材料電阻率隨應(yīng)變產(chǎn)生的變化很小，可忽略，得： ?? SvRdR ??? )21( （ ） 電阻絲應(yīng)變片又稱金屬絲電阻應(yīng)變片 ,其優(yōu) 點是制作方便 ,應(yīng)變橫向效應(yīng)大 .選用應(yīng)變片時，要考慮應(yīng)變片的性能參數(shù)，主要有：應(yīng)變片的電阻值、靈敏度、允許電流和應(yīng)變極限等。市售金屬電阻應(yīng)變片的電阻值已趨于標準化，主要規(guī)格有 60Ω、 120Ω、 350Ω、 600Ω和 1000Ω等，其中 120Ω用得最多。應(yīng)變片產(chǎn)品包裝上標明的 標稱靈敏系數(shù) ，出廠時測定的該批產(chǎn)品的平均靈敏度系數(shù)值。 5 AT89C51 單片機 AT89C51單片機結(jié)構(gòu) AT89C51是一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89C51具有如下特點： 40個引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 38 頁 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， AT89C51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP和 PLCC等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 [13]。 AT89C51 單片機的基本組成功能方塊圖如圖 所示。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲器、可編程 I/O口、定時器 /計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。 圖 AT89C51 功能方塊圖 1)中央處理器（ CPU） 中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，具有運算和控制功能。 AT89C51的 CPU是一個字長為 8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進行的。 2)數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM） 芯片中共有 256B的 RAM單元，但其中后 128個單元（ 80H0FFH）被專用寄存器占用，能作為寄存器提供用戶使用的只是前 128個單元（ 007FH），用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前 128個單元，簡稱內(nèi)部 RAM。 3)程序存儲器（內(nèi)部 ROM） 芯片內(nèi)部有 4 KB的掩膜 ROM，可用 于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格等，因此稱為程序存儲器，簡稱內(nèi)部 ROM。 4)定時器 /計數(shù)器 出于控制應(yīng)用的需要，芯片內(nèi)部共有兩個 16位的定時器 /計數(shù)器以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機進行控制。 5)并行 I/O 口 AT89C51共有 4 個 8 位的 I/O口（ P0、 P P P3 口），可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出。 6)串行口 AT89C51有 1 個全雙工的可編程串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可以作為同步移位寄存器使用。 7)中斷控制系統(tǒng) 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 38 頁 AT89C51 的中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有 5 個中斷源： 2 個外部中斷源 /INTO和 /INT1 ； 3 個內(nèi)部中斷源，即 2個定時 /計數(shù)中斷， 1個串行口中斷。 8)時鐘電路 AT89C51 單片機芯片內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。 9)內(nèi)部總線 上述部件只有通過內(nèi)部總線將其連接起來才能構(gòu)成一個完整的單片機系統(tǒng)?？偩€在圖中以帶箭頭的空心線表示。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號分別 通過系統(tǒng)的三大總線 — 地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線進行傳送，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。 由上所述， AT89C51 雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計算機的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計算機。 AT89C51 較詳細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 38 頁 AT89C51 是一種高效微控制器 。采用 40 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式，引腳圖如圖 所示。AT89C51 單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二 功能。 圖 AT89C51 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門電流。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。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當 P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出 電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 38 頁 T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳 兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效 [14]。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 端 。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電 路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 1） XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源 驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 2） 芯片擦除 整個 EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時器，計 數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 單片機工作過程遵循現(xiàn)代計算機的工作原理（馮 諾依曼原理），