【正文】 阻，通過(guò)改變 Rg 的阻值，可以改變放大器的放大倍數(shù)，從而適應(yīng)放大不同大小的微弱信號(hào) [18]。12V+12VC2100pFC1100pF23467 OP07A2A3A1R510KR610KR410KR310KR210KR110KRg2023467OP0712V23467OP07+12V23467OP0712V+12V12V+12V一一一 一一一 一一一一一圖 36 信號(hào)放大及濾波電路原理圖圖 311 為測(cè)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(gè)運(yùn)算放大器 A1 和 A2 構(gòu)成第一級(jí)，運(yùn)放 A3 構(gòu)成第二級(jí)。把被放大信號(hào)的分別接到輸入端。假設(shè) R1=R3，Ad 是 A1 和 A2 對(duì)差模輸入信號(hào)的增益，Ac 是 A1 和 A2 對(duì)共模輸入信號(hào)的增益。如果忽略輸入偏置電流，則可列方程式。 （37 ）2/)()( 111 CBINdBINA AUAU???? （38 ）22 II ? （39）211)(AABR? （310）222 UU?解上面的方程式可得到 A1 和 A2 組成的第一級(jí)放大器的差模增益 為1G (311）)2/()(112211 RARGCdcINIAINdA ?????第一級(jí)放大器的共模增益 為CM21 （312）2/12/)(11 CdINIAINCAM AU?????設(shè) ,A1 和 A2 的共模抑制比 ,由式（311）和?dA/?CMRK（312 ）得 (313)211GINdA??? （314）ICMU由式（）和（）可知，第一級(jí)放大器對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行放大，而對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。假設(shè) , ,運(yùn)放 A3 的差模增益和共模抑制比分別為 和54R?76 3dA,于是3CMRK （315）INCIdCMRAAdOUT UKGKU?????34646式中 G 是整個(gè)三運(yùn)放儀器放大器對(duì)差模信號(hào) 的增益I （316）4621)(是整個(gè)儀器放大器對(duì)共模信號(hào) 的增益CKINCU （317）3461MRK?整個(gè)儀器放大器的共模抑制比為 (318))2(1GCMR?在進(jìn)行微弱信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中，為了減少集成運(yùn)算放大器對(duì)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22級(jí)別對(duì)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(jí)，目前市面上有很多滿足條件的集成運(yùn)算放大器。設(shè)計(jì)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(hào)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(duì)微小信號(hào)進(jìn)行放大。圖 311 的后半部分為調(diào)理濾波電路?？紤]到 AD 采集頻率為33KHz（A/D 采集頻率計(jì)算見(jiàn) ） ，設(shè)計(jì)一個(gè)二階有源濾波電路來(lái)進(jìn)行濾波。截止頻率 =35KHz，先選擇電容 C（C1=C2 ）等于 ，計(jì)算電阻阻值。cf 有源濾波器參數(shù)計(jì)算由 ， ，得：RCwc1?cf?2 (319)??????kCfc 2?選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻 ，這與計(jì)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。由 ，Q 稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù) VFA??31 (320)910RAoVF??設(shè)計(jì)電路中 ,已知 ,才能穩(wěn)定工作。當(dāng)9)1(0RVF??30?時(shí)，電路將自激振蕩 [19]。30??VFA結(jié)合以上結(jié)論設(shè)計(jì)選擇 ?? A/D 轉(zhuǎn)換電路傳感器采集的電信號(hào)分為兩種：23一種是模擬信號(hào)，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(hào)，它可以直接輸送給單片機(jī)。無(wú)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(wèn)題。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 TLC1543壓力傳感器采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)前面差動(dòng)運(yùn)放放大和濾波后的電信號(hào)是模擬信號(hào)，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便單片機(jī)處理。TLC1543 是美國(guó) TI 公司生產(chǎn)的 10 通道、低價(jià)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(jià)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(kāi)關(guān)電容逐次 A/D 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，引腳排列如圖 37[20] TLC1543 的特點(diǎn) 位 A/D 分辨率轉(zhuǎn)換器 ；由 得到 VFS5?10N （）)(52)( ??????NFSVQ 個(gè)模擬輸入通道； 路內(nèi)置自光測(cè)試方式； ；LSBMax1?；； ；24 CMOS 技術(shù)；低功耗； A/D 采集時(shí)間計(jì)算AD 采集時(shí)間=AD 采集時(shí)間+AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間。完成一次采樣時(shí)間為為 12 個(gè) I/O CLOCK 所用時(shí)間，AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間根據(jù) C 語(yǔ)言程序 18 個(gè)指令周期，由于每個(gè)I/O CLOCK 由 C 語(yǔ)言完成，單片機(jī)晶振采用 12MHz，指令周期=，所以 AD 采集時(shí)間= ，故:usMHzSOC121? usus301812???AD 采集頻率= ()?采 集 時(shí) 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(jì)TLC1543 與 AT89C51 采用串行數(shù)據(jù)通信，這里將 TLC1543 作為外部擴(kuò)展串行 I/O 口，由 接 DATA OUT 引腳（A/D 轉(zhuǎn)換輸出端）用來(lái)接收 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果， 接 ADDERSS 引腳（數(shù)據(jù)輸入端）用來(lái)控制轉(zhuǎn)換地址選擇， 接 引腳（片選端）控制片選信號(hào)， 接 I/O CLOCK 引腳（脈沖端）CS來(lái)發(fā)送脈沖信號(hào)給 TLC1543[21]。接口電路原路圖 37。A89 GND10A01 A12A23 A34A45 A56A67 A78VCC 20EOC 19I/O CLOCK 18ADDRESS 17DATA OUT 16CS 15REF+ 14REF 13A10 12A9 11TLC1543 RST9 XTAL219 VSS20 23 25 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 33 35 37 39VCC 40AT89C51+525 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 LCD 單色液晶顯示器，20?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(lái)越廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)中要求實(shí)時(shí)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(gè)字符，結(jié)合實(shí)際選擇 LM032L 顯示 40 個(gè)字符完全可以滿足要求。如圖 38 為 LM032L 芯片引腳圖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 3926 RST9XTAL219 VS20 26 28PSEN29ALE 30EA 31 36 39VC 40AT89C51Power1 R12R23 R34 R45R56 R67 R78R89RP120VSS1VDD2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714LM032LRV1VCVC VC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(dòng)電位器地端；VDD 引腳接+5V 電源；VEE引腳為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端接電位器調(diào)整端；接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ；RS 引腳為寄存器選擇與 連接，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；RW 引腳為讀寫(xiě)信號(hào)線，與單片機(jī) 連接，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(shí)，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(guò)上來(lái)電阻接到 P0 口的 8 個(gè) I/O 口上。 鍵盤(pán)電路獨(dú)立連接式非編碼鍵盤(pán)，每個(gè)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(pán)的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是每個(gè)按27鍵要占用一條 I/O 端口線?？紤]到 AT89C51 單片機(jī)的 I/O 充足，采用獨(dú)立連接式鍵盤(pán) [22]。 單片機(jī)與鍵盤(pán)電路接口設(shè)計(jì)單片機(jī)與鍵盤(pán)接口如下圖 310，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 。 RST9 XTAL219 VSS20 23 25 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 33 35 37 39VCC 40AT89C51S1S2S3S4S5S6SWVCC一一一一一/一一一一一一+圖 310 單片機(jī)與鍵盤(pán)接口電路表 按鍵對(duì)應(yīng)表按鍵編號(hào) I/O 口 功能K1 “系統(tǒng)功能” 鍵K2 “開(kāi)始/暫?！辨IK3 “確定”鍵K4 “取消”鍵K5 “+”鍵K6 “”鍵SW “上下限位選擇”鍵28 繼電器與報(bào)警裝置固態(tài)繼電器（SSR）與機(jī)電繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR 是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，它利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來(lái)完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅雙向可控硅等器件的開(kāi)關(guān)特性，來(lái)達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花地接通和斷開(kāi)被控電路。 固態(tài)繼電器的工作原理 固態(tài)繼電器（Solid State Relay SSR）是利用現(xiàn)代微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)器件。它可以實(shí)現(xiàn)用微弱的控制信號(hào)（幾毫安到幾十毫安）控制 直至幾百 A 電流負(fù)載，進(jìn)行無(wú)觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。固態(tài)繼電器是一種四端器件，兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端。輸入端接控制信號(hào)，輸出端與負(fù)載、電源串聯(lián)，SSR 實(shí)際是一個(gè)受控的電力電子開(kāi)關(guān)，其等效電路如圖 311[23]。輸 入 信 號(hào)輸 入 電 源負(fù) 載圖 311 固態(tài)繼電器等效電路圖由于固態(tài)繼電器具有高穩(wěn)定、高可靠、無(wú)觸點(diǎn)及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制、調(diào)光、家用電器、烘箱烘道加溫控溫、變送電電網(wǎng)的建設(shè)與改造、電流拖動(dòng)、印染、煤礦、鋼鐵、加工和軍用等方面。29 繼電器與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)采用 G2RL14BCFDC12 型號(hào)小型固態(tài)繼電器，工作電源+12V，輸入為10mA 電流，輸出為一盞二極管。與單片機(jī)連接如圖 312。 RST9 XTAL219 VSS20 23 25 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 33 35 37 39VCC 40S?D2TTL K一一一VCCD1 IN4004圖 312 繼電器與單片機(jī)接口電路繼電器工作與否由 來(lái)決定，當(dāng) 沒(méi)輸出時(shí)，三極管不導(dǎo)通線圈沒(méi)電，二極管接常開(kāi)觸點(diǎn)不導(dǎo)通不亮；當(dāng) 有輸出時(shí)，三極管導(dǎo)通，線圈得電，二極管姐常開(kāi)觸點(diǎn)導(dǎo)通并發(fā)光。 報(bào)警裝置報(bào)警裝置由一個(gè) I/O 線控制一個(gè)二極管和蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體電路如圖313。 RST9 XTAL219 VSS20 23 25 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 33 35 37 39VCC 40AT89C51一一D1Q1PNPVCC圖 313 報(bào)警裝置與單片機(jī)接口電路 30報(bào)警裝置由 來(lái)控制，當(dāng) 有信號(hào)時(shí)，輸出為正