【正文】 ou 與 iu 不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路承受較高的電壓，不利于安全。 圖 52 中有一個由二極管 D D2組成的保護(hù)電路。F 時(shí)，其下降速度為 5mV/min。作為單一的放大器時(shí)，其電流增益精度為 %，采樣時(shí)間小于 6181。 本設(shè)計(jì)所選用的保持器為 LF398，目前是應(yīng)用比較廣泛的一種。在轉(zhuǎn)化過程中，如果模擬量產(chǎn)生變化，將直接影響到轉(zhuǎn)換精度。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 同時(shí)需要使用鍵盤與顯示器接口時(shí) ， 為了節(jié)省 I/O 口線 ，常常把鍵盤和顯示電路做在一起 ， 構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示器組合接口電路。 LED 顯示器采用共陰極。 鍵盤、顯示器組合接口 圖 412 是一個采用 8255 并行擴(kuò)展口構(gòu)成鍵盤、顯示器組合接口電路。 動態(tài)顯示接口 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。 靜態(tài)顯示接口 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 40 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。 LED 顯示和接口 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、 LED 七段顯示器（俗稱 數(shù)碼管）和 LED 十六段顯示器。分述如下 ： 識別鍵盤有無鍵被按下的方法是 ： 讓所有列線均置為 0 電平 ， 檢查各行線電平是否有變化 ， 如果有變化 ， 則說明有鍵被按下 ， 如果沒有變化 ， 則說明無 鍵被按下。為了進(jìn)一步的判定到底是哪一列的鍵被按下 ， 可在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平 ，而其余所有列線處于高電平。所以 ， 讓所有列線 處于高電平是沒法識別出按鍵的。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響 ， 所以必須將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚?， 才能確定閉合鍵的位置。平時(shí)無按鍵動作時(shí) ， 行線處于高電平狀態(tài) ， 而當(dāng)有按鍵按下時(shí) ，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。如圖 411 所示 ， 一個 4*4 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有 16 個按鍵的鍵盤。如果 3 個端口均處于工作方 式 0，則可由工作方式控制字定義 16 種工作方式的組合，這種情況下，工作方式控制字的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 38 具體格式如圖 410 所示 。根據(jù)表 41，該電路中 兩8255 的 A 口地址分別為 6000H 和 4000H。兩種控制內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 字的格式和定義如圖 48 所示。 用戶可以通過軟件對 C 口的相應(yīng)位進(jìn)行置位 /復(fù)位來控制 8255 的開中斷或關(guān)中斷。 OBF （ Output Buffer Full）：輸出緩沖器滿信號，低電平有效 。或者當(dāng) STB 重新變?yōu)楦邥r(shí)， INTR 有效，向 CPU 發(fā)出中斷請求。表示數(shù)據(jù)已裝入鎖存器，可作為送出的狀態(tài)信號。 端口 C 在方式 1 和方式 2 時(shí)， 8255 內(nèi)部規(guī)定的聯(lián)絡(luò)信號如表 52 所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 圖 47 8255 的三種工作方式 （ 2）方式 1（選通輸入 /輸出方式）：在這種工作方式下， A、 B、 C 三個口分為兩組； A 組包括 A 口和 C 口的高 4 位， A 口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口， C 口的高 4 位用來作為輸入 /輸出操作的控制和同步信號； B 組包括 B 口和 C 口的低 4 位，B 口同樣可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口， C 口的低 4 位用來作為輸入 /輸出操作的控制和同步信號。 8255 的工作方式選擇 8255A 共有 3 種工作方式，即工作方式 0、工作方式 工作方式 2，如 圖 47所示。 （ 4） 數(shù)據(jù)總線緩沖器 這是一個雙向三態(tài)的 8 位緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，以實(shí)現(xiàn) CPU和 8255 間傳送消息。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 表 41 8255A端口選擇及功能 A1 A0 RD WR CS 操作 0 0 0 1 0 A口 ? 數(shù)據(jù)總線 0 1 0 1 0 B 口 ? 數(shù)據(jù)總線 1 0 0 1 0 C 口 ? 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 0 0 數(shù)據(jù)總線 ? A口 0 1 1 0 0 數(shù)據(jù)總線 ? B 口 1 0 1 0 0 數(shù)據(jù)總線 ? C 口 1 1 1 0 0 數(shù)據(jù)總線 ? 控制寄存器 1 1 0 1 0 非法狀態(tài) 1 1 0 數(shù)據(jù)總線為三態(tài) 1 數(shù)據(jù)總線為三態(tài) （ 3） A 組和 B 組控制電路 這是兩組根據(jù) CPU的命令控制 8255 工作方式的電路。允許 CPU將數(shù)據(jù)、控制字寫 入 8255 中。允許 8255 與 CPU交換信息。它除了作為輸入輸出口外，還可以作為 A 口、 B 口選通方式工作時(shí)的狀態(tài)控制信號。 B 口：具有一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖器和一個 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。本設(shè)計(jì)就是采用 8255 芯片來擴(kuò)展鍵盤和顯示器，及 ADC0809和 DAC0832 的。這樣單片機(jī)就可以像訪問外部 RAM 一樣訪問外部接口芯片，對其進(jìn)行讀寫操作。 8051 與 6264 的連接圖 圖 44 8051 與 6264 連接圖 本設(shè)計(jì)中，選擇 6264 的片選信號 CE 由三八譯碼器的輸出端 Y1 控制。 6． VCC：工作電源輸入引腳，＋ 5V。 2． O0～ O7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線，有時(shí)用 D0～ D7 表示。 本設(shè)計(jì)中所擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器為 8K，由于地址線和片選信號的限制，所以選用的芯片型號為 6264。在 S3 狀態(tài)， P0 總線驅(qū)動器進(jìn)入高阻狀態(tài)。 首先看讀外部數(shù)據(jù)存儲器的時(shí)序。 圖 42 2764 與 8051 連接圖 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 數(shù)據(jù)存儲器及 6264 芯片的介紹 8051 單片機(jī)內(nèi)部有 128B 存儲空間， CPU對內(nèi)部 RAM 具有豐富的操作指令，內(nèi)部 RAM 區(qū)是十分珍貴的資源，通常作 為工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。在本設(shè)計(jì)中用到的是P2口的高 5位地址即 A8～ A12。 7． VCC：主電源，一般為＋ 5V。 3． CE ：片選線。圖 41 為 2764 的功能引腳圖。運(yùn)算放大器接成反相放大器，增益為 10 倍，放大的目的是提高輸入信號的斜率以避免整形電路的誤動作， D202和 D203將對放大器輸出限幅并將負(fù)的部分去掉，經(jīng)處理后的信號接入施密特觸發(fā)器進(jìn)行脈沖整形，最后送入 8051 的計(jì)數(shù)器輸入端計(jì)得脈沖數(shù)并通過工程運(yùn)算即得轉(zhuǎn)速。 圖 318 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換 本設(shè)計(jì)采用同相輸出的施密特觸發(fā)特性來對測速傳感器輸出的交流正弦信號進(jìn)行脈沖整形，使之變?yōu)橥l率的矩形脈沖信號以便送入 8051 內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 圖 317 圖 216 電路的電壓傳輸特性 (a) 同相輸出 (b)反相輸出 如果以圖 316(a)中的 39。由于這時(shí)有 39。 當(dāng) Iv 從高電平 VDD 逐漸下降并達(dá)到 39。Iv 的增加將引發(fā)如下的正反饋 過程 于是電路的狀態(tài)迅速地轉(zhuǎn)換為 O OH DDv V V??。這時(shí) G1 的輸入39。 利用施密特觸發(fā)器的這兩個特點(diǎn)我們就可以把測速傳感器輸出的周期變化的正弦交流信號整形為邊沿陡峭的矩形脈沖信號，圖 316 所示為門電路組成的施密特觸發(fā)器，下面具體分析它的工作原理。本設(shè)計(jì)采用整形電路中常用到的施密特觸發(fā)器的進(jìn)行波形變換。 圖 313 放大電路總設(shè)計(jì)圖 電路中 取 R=1K? ，電容 C=1000 PF，可得到該濾波電路的上限截止頻率為： fH=（ 2π RC） 1=（ 2π 100010001012） 1=105Hz 由此綜合以上的分析，系統(tǒng)放大電路的總設(shè)計(jì)圖如圖 313 所示。其低通濾波器的作用是：讓直流指定的截止頻率的低頻分量順利的通過，而使高頻分量受到很大的衰減。 圖 310 輸入保護(hù)圖 圖 311 輸出保護(hù)圖 1．輸入保護(hù) 其電路如圖 310 所示，它采用兩個反向并聯(lián)的限幅二極管，防止信號過大或過小而損壞運(yùn)放。輸出失調(diào)電壓正比于兩個運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓之差，所以輸出失調(diào)很少。通過改變可變電阻 R1 可以連續(xù)調(diào)節(jié)增益而不影響共模抑制能力。差模放大倍數(shù)數(shù)值愈大，共模抑制比愈高?？勺冸娮?R1跨接在 A1和 A2的反相輸入端， R2和 R3分別為兩個反饋電阻。 放大電路的設(shè)計(jì) 圖 39 放大電路的設(shè)計(jì) 簡單的差動放大電路在抗干擾方面存在一定缺陷，在本設(shè)計(jì)中采用的是三個運(yùn)算放大器組成的增益可調(diào)的高輸入阻抗差動式運(yùn)算電路（如圖 39 所示），可有效地抑制共模干擾。顯然這運(yùn)算放大器是理想的，但差動放大器的輸出端仍有共模信號的干擾，主要原因在于差動運(yùn)算電路的外部參數(shù)不理想使閉環(huán)共模特性變壞，四個電阻不匹配和比例失調(diào)是關(guān)鍵因素，若取四個電阻滿足條件。 綜上所述，我們選用的放大器除具備足夠大的放大倍數(shù)外，還應(yīng)具有高輸入電阻和高共模抑制比。 這樣，對于放大器而言，信號源內(nèi)阻 Rs 是變量，根據(jù)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式 ius usiRAAR +R?? 可知，放大器的放大能力將隨信號大小而變。 放大電路的分析與設(shè)計(jì) 經(jīng)荷重傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號，其信號幅度很小，是毫伏級，由于 A/D轉(zhuǎn)換器的接 收 的是 0～ 5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓。 測速傳感器由與皮帶接觸的測速輪，連接軸，測速齒輪，測速頭組成，測速頭由繞在磁鋼上的線圈構(gòu)成，工作時(shí)置于返程皮帶上的測速輪在皮帶的摩擦帶動下 轉(zhuǎn)動，同時(shí)也帶動測速齒輪同軸轉(zhuǎn)動，在測速齒輪的周圍均勻的銑了幾個槽齒，當(dāng)測速頭與凸齒相對時(shí)，磁通最大，凹齒與測速頭相對時(shí)磁通最小，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，周期變內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 化的磁通在線圈中將感應(yīng)出周期變化的電壓，其頻率 f 正比于皮帶的線速度 V。 以圖 35 中荷重傳感器為例 ， 未受力時(shí) R1=R2=R3=R4，當(dāng)彈性體頂部受壓力作用時(shí)，貼于上方的兩片應(yīng)變片 R R4被拉伸，阻值增大，而貼于下方的兩片應(yīng)變片 RR3被壓縮，阻值減小，設(shè)電橋的負(fù)載電阻 RL很大（ 50K? ），電源內(nèi)阻 Ri較小，且RL〉〉 Ri（如圖 36 所示），經(jīng)化簡后可寫出電橋的電壓輸出公式為 2 4 1 3o A B1 4 2 3R R R RU = U ( R + R ) ( R + R ) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 AB=U Kε (31) 式中： UAB為上橋電壓； K 為電阻絲的靈敏系數(shù)； ε 為應(yīng)變。圖 34 所示為電阻應(yīng)變式荷重傳感器的作用原理。 圖 31中的傳力簧片是前后承重杠桿上載荷力的匯合點(diǎn)，它由長 200mm、寬 50mm的優(yōu)質(zhì)錳鋼片制作，厚度則由最大承載決定，一般取 ~。另外，對于秤體長度的選擇也應(yīng)適內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 當(dāng)考慮物料的輸送速度，即當(dāng)速度較快時(shí)適當(dāng)考慮加長秤體。 傳力機(jī)構(gòu)中的無摩擦絞支點(diǎn)是皮帶秤中常用的支承方式，目前用的較多的是 X形支承結(jié)構(gòu)（如圖 33 所示）。 有平衡結(jié)構(gòu)的計(jì)量箱是一個平衡杠桿系統(tǒng) ， 工作時(shí)載荷力先由傳力桿傳給平衡杠桿，然后再由平衡杠桿按一定的比例分配給力 電式傳感器，秤體的自重（包括皮帶和托輥的重量）則由平衡杠桿的配重抵消掉，因此參與稱量 的只是純物料量，而在實(shí)際中完全平衡掉自重，在實(shí)載時(shí)平衡系統(tǒng)易產(chǎn)生振動，造成稱量不穩(wěn)定。 圖 31 傳力機(jī)構(gòu) 1— 支承點(diǎn)； 2—承重杠桿； 3—傳力簧片； 4—固定塊； 5—計(jì)量箱； 6—托輥 電子皮帶秤采用雙杠桿多組托輥稱量框架拖住稱量段的皮帶及其上的煤層 ， 如圖31 中顯示，當(dāng)皮帶上有物料通過時(shí)，物料首先經(jīng)皮帶將載荷力傳遞給承重托輥。 8． IT0：外部中斷 0 觸發(fā)方式選擇位。 4． TR0：定時(shí)器 0 運(yùn)行控制位，功能與 TR1 相同。各位的含義如下： 1． TF1：定時(shí)器 1 溢出 標(biāo)志， T1 溢出時(shí)由硬件置 1，并申請中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，又由硬件清零。 GATE=1，只有在 INT0 (或 INT1 )引腳為 1，且用軟件對 TR0(或 TR1)置 1 才能啟動定時(shí)器工作。不再占用 CPU的操作時(shí)間，直到加 1 計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出，才向 CPU申請中斷。同 時(shí)外部輸入信號的高電平與低電平保持時(shí)間均需大于一個機(jī)器周期。這些寄存器用來存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初值，每個定時(shí)器都可以由軟件設(shè)置成定時(shí)工作方式或計(jì)數(shù)工作方式。定時(shí) /計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。由于 XTAL2 端的邏輯電平不是 TTL 的，故應(yīng)外接一個上拉電阻。 (a)振蕩電路 (b)外接時(shí)鐘源 圖 25 振蕩電路及外接時(shí)鐘 圖 25 中 (a)圖為 MCS51 的振蕩電路，當(dāng)外接晶振時(shí)， C1和 C2值通常選擇 30PF；在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶振和電容應(yīng)盡可能安裝在單片機(jī)芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定和可