【正文】 O P 07+ 12 V23467O P 07 12 V+ 12 V 12 V+ 12 V第一級 第二級 二階有源濾波 圖 36 信號放大及濾波電路原理圖 圖 311 為測量和調(diào)理放大電路。該電路前半部分為三運(yùn)放儀器放大器， 由兩個運(yùn)算放大器 A1 和 A2 構(gòu)成第一級，運(yùn)放 A3 構(gòu)成第二級。 把被放大信號的分別接到輸入端。假設(shè) R1=R3， Ad 是 A1 和 A2對差模輸入信號的增益， Ac 是 A1 和 A2 對共模輸入信號的增益。如果忽略輸入偏置電流，則可列方程式 。 2/)()( 111 CBINdBINA AUUAUUU ???? ?? （ 37） 2/)()( 222 CBINdBINA AUUAUUU ???? ?? （ 38） 21 221 21211 2)( AAAB URR RRUUU ????? （ 39） 221 1212 2)( AAAB URR RUUU ???? （ 310） 解上面的方程式可得到 A1 和 A2 組成的第一級放大器的差模增益 1G 為 )2/()2/(1 2/ 212211 RRAAR AAUU UUUUG Cd cdININ AAI N dAd ??? ?????? ?? (311） 第一級放大器的共模增益 1CMA 為 2/1 2/2/)( 2/)( 211 Cd CdININ AAI N CACCM AA AAUU UUUUA ?? ?????? ?? （ 312） 設(shè) 1??dA ,A1 和 A2 的共模抑制比 1/1 ??? CdCM R AAK ,由式（ 311）和（ 312）得 211 21 RRUUGINdAd ??? (313) 11 ?? INCACCM UUA （ 314） 由式（ ）和（ ）可知，第一級放大 器對差模信號進(jìn)行放大，而對共模信號有抑制作用。 假設(shè) 54 RR? , 76 RR? ,運(yùn)放 A3 的差模增益和共模抑制比分別為 3dA和 3CMRK ,于是 I N CCI N dC M RACAdO U T UKGUKURRURRU ?????? 34646 （ 315） 式中 G 是整個三運(yùn)放儀器放大器對差模信號 INdU 的增益 4621 )21( RRRRG ?? （ 316） 22 CK 是整個儀器放大器對共模信號 INCU 的增益 346 1CMRC KRRK ? （ 317） 整個儀器放大器的共模抑制比為 )21(21RRKGKCCM R ?? (318) 在進(jìn)行微弱信號檢測過程中， 為了減少集成運(yùn)算放大器對電路的干擾，應(yīng)選擇接近理想運(yùn)算放大器。主要參數(shù)的要求是具有較小的偏置電流、輸入偏置電壓和零點(diǎn)漂移。具有較大的共模抑制比和輸入電阻。特別是電流電壓轉(zhuǎn)換級別對集成運(yùn)放的要求較高，一般需要運(yùn)放的輸入偏置電流在 pA 級，目前市面上有很多 滿足條件的集成運(yùn)算放大器。 設(shè)計中選用運(yùn)放算放大器 OP07，具有低漂移，高精度，輸入阻抗高，易于與各種信號源匹配，穩(wěn)定性好，共模抑制高等特性，適用于高共模電壓背景下對微小信號進(jìn)行放大。 圖 311 的后半部分為調(diào)理濾波電路。 考慮到 AD 采集頻率為33KHz（ A/D 采集 頻率計算見 ），設(shè)計一個二階有源濾波電路來進(jìn)行濾波。截止頻率 cf =35KHz，先選擇電容 C（ C1=C2）等于 ，計算電阻阻值。 有源濾波器 參數(shù)計算 由 RCwc 1?， cc fw ?2? ，得 ： ??????????? ? kCfRRR c 12 187 123?? (319) 選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻 ?? kR ，這與計算值有一點(diǎn)誤差，可能導(dǎo)致截止頻率比額定值稍有升高。 23 由 VFAQ ??31 ， Q 稱為品質(zhì)因數(shù) 9101 RRAA oVF ??? (320) 設(shè)計電路 中 9)1(10 RAR VF ?? ,已知 30 ?? VFAA ,才能穩(wěn) 定工作 。當(dāng)30 ?? VFAA 時，電路將自激振蕩 [1 9 ] 。 結(jié)合以上結(jié)論設(shè)計選擇 ??? kRR A/D 轉(zhuǎn)換 電路 傳感器采集的電信號分為兩種：一種是模擬信號，他 不能直接輸送到單片機(jī)，首先進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后才能送到單片機(jī)處理；一種是數(shù)字信號，它可以直接輸送給單片機(jī)。無論是模擬傳感器，還是數(shù)字傳感器存在與單片機(jī)的硬件或軟件的銜接問題。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 TLC1543 壓力傳感器采集的現(xiàn)場信號經(jīng)過前面差動運(yùn)放放大和濾波后的電信號是模擬信號，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便單片機(jī)處理。 TLC1543 是美國 TI 公司生產(chǎn)的 10 通道、低價格的模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器。它采用串行通信接口，能夠大大節(jié)省單片機(jī) I/O 口使用 ，具有輸入通道多，性價比高、易于和單片機(jī)接口的特點(diǎn)，克 廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 TLC1543 為采用 CMOS 工藝制作的 20 腳 DIP封裝 10 位開關(guān)電容逐次 A/D 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，引腳排列如圖 37 [2 0 ] 24 TLC1543 的特點(diǎn) 位 A/D 分辨率轉(zhuǎn)換器 ； 由 VVFS 5? 10?N 得到 310 )12( 52)12( ????????? N FSVQ （ ） 個模擬輸入通道； 路內(nèi)置自光測試方式； LSBMax1? ； ； ； ； CMOS 技術(shù)；低功耗； A/D 采集時間 計算 AD 采集時間 =AD 采集時間 +AD 轉(zhuǎn)換時間。完成一次采樣時間為為12 個 I/O CLOCK 所用時間， AD 轉(zhuǎn)換時間根據(jù) C 語言程序 18 個指令周期，由于每個 I/O CLOCK 由 C 語言完成 ， 單片機(jī)晶振采用12MHz ，指令周期 = usM HzSO C 1121212 ?? ，所以 AD 采 集時間= ususus 30118112 ???? ，故 : AD 采集頻率 = s103 11 5 KHAD ???采集時間 () 采樣濾波短路截止頻率應(yīng)略高于此頻率。 TLC1543 與單片機(jī)接口電路設(shè)計 TLC1543 與 AT89C51 采用串行數(shù)據(jù)通信，這里將 T LC1543 作為 25 外部擴(kuò)展串行 I/O 口，由 接 DATA OUT 引腳（ A/D 轉(zhuǎn)換輸出端）用來 接收 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果， 接 ADDERSS 引腳（數(shù)據(jù)輸入端）用來控制轉(zhuǎn)換地址選擇， 接 CS 引腳（片選端） 控制片選信號， 接 I/O CLOCK 引腳（脈沖端） 來發(fā)送脈沖信號給 TLC1543 [ 21 ]。 接口電路原路圖 37。 A89GND10A01A12A23A34A45A56A67A78V C C20E O C19I / O C L O C K18A D D R E S S17D A T A O U T16CS15R E F +14R E F 13A 1012A911T L C 15 43P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 118X T A L 219V S S20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E30EA31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40P 1. 56P 3. 4/ T 014A T 89 C 51+5 圖 37 TLC1543 接口電路原理圖 顯示電路 LM032L 模塊 顯示電路采用液晶 LCD 芯片 LM032L， 是 202? LCD 單色液晶顯示器，以其低功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計中要求實(shí)時顯示當(dāng)前壓力值，以及設(shè)定的上下限值， 例 如：滿量程 1000KPa，設(shè)定上下限初值 500Kpa 與 200Kpa，兩邊和中間留出間隔，一共是 20 個字符， 結(jié)合實(shí)際選擇 LM032L 顯示 40 個字符 完全可以滿足要求。 如圖 38 為 LM032L 芯片引腳圖 26 VSS1VDD2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714 圖 38 LM032L 引腳圖 液晶顯示模塊與單片機(jī)連接 LM032L 與單片機(jī)連接如圖 39 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .0 / R X D10P 3 .1 / T X D11P 3 .2 / I N T 012P 3 .3 / I N T 113P 3 .5 / T 115P 3 .6 / W R16P 3 .7 / R D17X T A L 118X T A L 219V S S20P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P S E N29A L E30EA31P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039V C C40P 1 .56P 3 .4 / T 014A T 8 9 C 5 1P o w e r1R12R23R34R45R56R67R78R89R P 1220VSS1VDD2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714L M 0 3 2 LR V 1V C CV C CV C C 圖 39 LM032L 與單片機(jī)連接圖 LM032L 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： VSS 引腳為地電源線接 滑動 電位器地端； VDD 引腳 接 +5V 電源；VEE 引腳為液晶顯示器對比度調(diào)整端接電位器調(diào)整端； 接 正電源 時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”；RS 引腳 為寄存器選擇 與 連接 ，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器； RW 引腳 為讀寫信號線， 與單片機(jī) 連接， 27 高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)； E 引腳為使能端 與 連接 ，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；第 7～ 14 引 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線，分別通過上來電阻接 到 P0 口的 8 個 I/O 口上。 鍵盤電路 獨(dú)立 連 接式非編碼鍵盤，每個按鍵都是彼此獨(dú)立的，均需占用CPU 的一條 I/O 輸入數(shù)據(jù)線。獨(dú)立式非編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單；缺點(diǎn)是每個按鍵要占用一條 I/O 端口線。考慮到 AT89C51 單片機(jī)的 I/O 充足 ， 采用獨(dú)立連接式鍵盤 [ 2