【正文】 多虧了黃教授的督促和精心的指導(dǎo)，才順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 圖 導(dǎo)入 .HEX 文件 導(dǎo)入 .HEX 文件后，在 keil 軟件中進(jìn)入調(diào)試界面，即可在 Proteus 看到運(yùn)行結(jié)果聯(lián)合調(diào)試，可以使用 keil 的單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能。 ⑤將相對應(yīng)的元器件 STC90C516RD、 PCF8591 等放到 ISIS 的設(shè)計(jì)界面內(nèi) ⑥．然后在根據(jù)相對應(yīng)的器件所要實(shí)現(xiàn)的功能添加一些對應(yīng)的電路，例如單片機(jī)需要的振蕩器，復(fù)位電路，以及總線需要一個(gè)上拉電阻等前面各個(gè)軟件使用時(shí)候所需要的一些必備條件，設(shè)計(jì)出向?qū)?yīng)的電路。 具體的步驟： ①．啟動(dòng) Proteus ISIS，新建一個(gè)項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的思路分為自頂向下設(shè)計(jì)和自下而上設(shè)計(jì)。 2）電子電路競賽；參加電子設(shè)計(jì)比賽的朋友，由于時(shí)間緊、任務(wù)重，一次失敗意味著與獎(jiǎng)項(xiàng)無緣。 圖 Proteus 軟件界面 Proteus的應(yīng)用領(lǐng)域 由于具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、微處理器及其外圍電路組成系統(tǒng)仿真、各種虛擬儀器測試及圖表分析功能、 PCB 布板等眾多強(qiáng)大的功能，因此，可以很方便地使用其完成模擬電路測試、數(shù)字電路測試、微處理器系統(tǒng)調(diào)試而不必拘束于實(shí)驗(yàn)器材及環(huán)境，并且可以通過仿真形成產(chǎn)品。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、信號(hào)產(chǎn)生器、邏輯分析儀等。工程師們總結(jié)其特點(diǎn)如下 : 1） 提供了強(qiáng)大的原理圖繪制功能和 PCB 制版功能。 Protues 是英國 Labcenter electronics 公司開發(fā)的 EDA工具軟件。 ③．項(xiàng)目文件的設(shè)置：主要包括對目標(biāo)的設(shè)置、輸出選項(xiàng)的設(shè)置、仿真類型的設(shè)置等。概括地說， Keil 環(huán)境下的軟件開發(fā)主要步驟如下所 述。 ③．文件窗口：文件窗口用于顯示打開的程序文件，多個(gè)文件可以通過窗口下方的文件標(biāo)簽進(jìn)行切換。 Keil 軟件雖然本身不是很大，只有幾十兆字節(jié)，但是要完全掌握其所有功能，短短一章是不可能的，針對組成結(jié)構(gòu)作個(gè)簡單介紹。該虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括一硬件執(zhí)行環(huán)境和一個(gè)軟件執(zhí)行環(huán)境，其中 proteus 提供硬件仿真與運(yùn)行環(huán)境， keil 提供軟件執(zhí)行環(huán)境。遇到這個(gè)問題該怎么辦呢？無疑仿真軟件是解決電子電路設(shè)計(jì)這個(gè)問題的最好方法。測試程序可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)自動(dòng)采樣優(yōu)勢，按從小漸大的規(guī)律將采樣時(shí)間間隔依次規(guī)定為 :、 ls、 2s、 4s 等。 大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，蠕變現(xiàn)象在試驗(yàn)初始階段比較明顯，當(dāng)觀測時(shí)間足夠長 (比如，t 30min)時(shí)，傳感器輸出值將趨于穩(wěn)定。Return 鍵后立即采樣。所以，無論是傳感器的研制者還是使用者都希望能夠找到一種比較合理的近似算法，以便通過一組完整的測量數(shù)據(jù)即可評價(jià)被測試傳感器的蠕變特性。 蠕變與蠕變恢復(fù)通常是在施加額定載荷或去掉額定載荷之后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測量，并用額定輸出的百分?jǐn)?shù)表示。 蠕變測試程序設(shè)計(jì) 根據(jù)定義，環(huán)境條件和其他一切可變條件恒定時(shí)，在一定載荷作用下的傳感器輸出隨時(shí)間發(fā)生的穩(wěn)態(tài)變化稱為蠕變。 課題設(shè)計(jì)的放大電路倍數(shù) 100 倍。 其物澀感義且交流 電橋要達(dá)到平衡、必須滿足電橋的四個(gè)鋅中對邊阻抗模的乘積相等，及對邊阻抗角的和相等。 交流電橋 交流電橋采用交流電壓 (大多采用正弦波電壓 )激勵(lì) 。沒橋臂的電阻分別為只及和直流電橋電路，它們可以全部或部分是應(yīng)變計(jì)；由于其中一個(gè)橋臂 (或兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)橋留 )的應(yīng)變電阻受外界物理量的變化而發(fā)生微小變化。綜合比較各種傳感器的情況，再次我們選用間接法的應(yīng)變式傳感。 圖 主程序流程圖 編寫 A/D 轉(zhuǎn)換程序， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在 temx 中，流程圖如圖 所示。每當(dāng)壓力超出設(shè)計(jì)范圍的時(shí)候，單片機(jī)會(huì)輸出一個(gè)高電平，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，而且液晶屏上有提示。 指令說明及時(shí)序 LCD1602 內(nèi)部模塊共有 11 條控制模塊指令，如圖 所示。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 圖 LCD 模擬仿真圖 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為 液晶顯示器對比度 調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的 電位器 調(diào)整對比度）。 LCD1602 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作是用 I2C 總線的寫入方式操作完成的，它的數(shù)據(jù)操作格式如圖 所示。 (7)AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 （ 3） SDA、 SCL：總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。其內(nèi)部框圖如圖 。其實(shí)物圖如圖 所示。 A/D 轉(zhuǎn)換器簡介 PCF8591 是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、 8bitCMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 A A2 的反饋電阻相等，工模增益、失調(diào)、漂移等得到了相互補(bǔ)償。用I2Mhz 的晶振，時(shí)鐘周期為 1 us。當(dāng)晶振頻率超過 20M 時(shí)，必須確?？偩€上的其它器件能夠在這種頻率工作。對 STC90C516RD+系列 單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。 VCC：電源正極。 XTAL1： 內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器的輸入端，接通外部晶振的一個(gè)引腳。 89C51的 P0、 PP2 和 P3 口當(dāng)作輸入的時(shí)候都是 準(zhǔn)雙向口 。 P3 口除了作普通輸入輸出口還有第二功能： 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（ T0 定時(shí)器 的外部計(jì)數(shù)輸入） T1（ T1 定時(shí)器 的外部計(jì)數(shù)輸入） /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 讀選通） P3 口同時(shí)為編程校驗(yàn)與閃爍編程接收一些 控制信號(hào) 。 P2 口在 FLASH 編程與校驗(yàn)時(shí)接收高八位控制信號(hào) 與 地址信號(hào)。當(dāng)因此作為輸入的時(shí)候， P2 口的管腳會(huì)被外部拉低，將電流輸出。 P1 口： P1 口是一個(gè)由內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 輸入輸出 口， P1 口的緩沖器可以接收輸出 4TTL 門電流。 ： 40~+85℃（工業(yè)級(jí)） /0~75℃（商業(yè)級(jí)） 管腳說明 圖 單片機(jī)的引腳 主要管腳說明： P0 口 ： P0 口是一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向的輸入輸出口，每個(gè)腳可吸收 8TTL 門的電流。 12M 以下時(shí)，可以省去外部復(fù)位電路，其復(fù)位腳可直接接地，因其內(nèi)部集成了 MAX810 專用復(fù)位電路。 （在系統(tǒng)可以編程） /IAP（在應(yīng)用可以編程），不需要專用編程器，不需要專用仿真器。 ： 040MHz，等同于普通 8051 單片機(jī)的 080MHz，實(shí)際工作頻率可以達(dá)到 48MHz。 MCS51 單片機(jī)共有 4個(gè) 8位 I/O 口 (P0、 PP2 和 P3)。除此之外， STC90C516RD+設(shè)計(jì)并配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可以通過軟件設(shè)置省電模式。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，當(dāng)時(shí)鐘頻率在 6MHz 時(shí)，該復(fù)位電路是可靠的；當(dāng)時(shí)鐘頻率在 12MHz 時(shí)勉強(qiáng)可用。 傳感器 放大器 單片機(jī) 顯示器 報(bào)警器 圖 控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)原理 本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的蠕變測試。據(jù)變壓器副邊電壓和經(jīng)濾波之后輸出電壓的關(guān)系可以知道，副邊電壓約為177。我們選用蜂鳴器和發(fā)光三極管來設(shè)計(jì)。 51 的內(nèi)部硬件頂設(shè)，可用特殊功能寄存器對其進(jìn)行編輯。為滿足各種不同檢測和控制需要，設(shè)計(jì)出了許多結(jié)構(gòu)不同、性能各異的 A/D 轉(zhuǎn)換器。為使電路簡單便于調(diào)試，本設(shè)計(jì)采用三級(jí)運(yùn)算放大器。 （ 2）鋁合金材料，平行梁結(jié)構(gòu) （ 3）硅橡膠密封，表面陽極化，耐腐蝕性佳。 產(chǎn)品示圖 圖 L6N 傳感器外 形 技術(shù)指標(biāo)與特性 外形尺寸 圖 傳感器外形尺寸 傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 該傳感器具有剪應(yīng)力測量方式，可承受拉、壓力。 分類如壓阻式壓力傳感器、電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、電感式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器和電容式加速度傳感器等。 蠕變加載機(jī)的模擬仿真圖 其蠕變加載機(jī)仿真圖如圖 所示。 蠕變加載機(jī)的的測試過程 蠕變特性是應(yīng)變式力傳感器的主要特性參數(shù)，在傳感器生產(chǎn)中要對力傳感器的蠕變回零進(jìn)行測試。 梁氏稱重傳感器蠕變加載機(jī)系統(tǒng)組成： （ 1） 采集與控制軟件：軟件啟動(dòng)后按照設(shè)定的步驟和時(shí)間運(yùn)行，通過單片機(jī)通訊接口采集數(shù)字模塊信息，通過控制硬件驅(qū)動(dòng)載荷發(fā)生設(shè)備給傳感器加載重量。當(dāng)數(shù)字稱重傳感器接收到主機(jī)發(fā)來的標(biāo)定命令時(shí)，對命令進(jìn)行解析，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，當(dāng)命令為校準(zhǔn)時(shí)，令 W 為法碼值，為去皮操作時(shí)，令 Wx=W0。 傳感器的標(biāo)定方法 稱重傳感器的目的是測量質(zhì)量，在整個(gè)測量通道中從質(zhì)量到重力，最后變成采樣值，這個(gè)過程中經(jīng)歷了多次量綱變化，為了使顯示結(jié)果與被測值一致，需要進(jìn)行標(biāo)度變換，對測量通道進(jìn)行反映射。在加載段 L0，傳感器的輸急劇的增加，迅速達(dá)到載荷真實(shí)的變化值 W0，圖中使用 S1 點(diǎn)表示，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，由于時(shí)間很短，傳感器產(chǎn)生的蠕 變比較?。贿M(jìn)入 L1 段之后，傳感器輸出緩慢增加并逐漸趨于不變，蠕變值ε隨著時(shí)間動(dòng)態(tài)變化；傳感器的卸載曲線 C 上，卸載曲線是由卸載段 C0 與蠕變恢復(fù)段 C1 組成，傳感器輸出值以很高的速度迅速衰減到 了卸載曲線 S2 點(diǎn)，超過 S2 點(diǎn)后，傳感器輸出緩慢的回零，蠕變恢復(fù)值ε也是隨著時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，并逐漸趨近零點(diǎn)保持不變。傳感器的輸出信號(hào)隨著時(shí)間的延續(xù)而增加，最后趨于穩(wěn)定的過程，稱為傳感器的正蠕變，傳感器的輸出信號(hào)隨著時(shí)間的延續(xù)而減小，最后趨于穩(wěn)定的過程稱為傳感器的負(fù)蠕變。 傳感器的蠕變特性 保持溫度恒定，在某一恒定機(jī)械應(yīng)變長期作用下，傳感器輸出隨時(shí)間變化的特性，稱為傳感器蠕變。 ②．輸出的電信號(hào)一般較微弱： 電壓 毫伏級(jí)、微伏級(jí)，電流 毫安級(jí)、納安級(jí)。可將 G 的表達(dá)式為解成兩部分，一部分是 )1( ?? ，它表示材料的幾何尺寸的變化；另一部分為 1E? ，表示材料受力后電阻率變化，即材料壓力靈敏系數(shù)的兩個(gè)組成因素。由式 ()的全微分可以求得電阻值的變化為 2LLdR d dSS S S???? ? ? () 用相對變化量表示，則有 0000000)1( LdLLdLSdSdSdSLdLPdRdR ????????? () 式中， ??0LdL ，為縱向應(yīng)變； VLdLSdS ??00 ，其中 V 為泊松比，負(fù)號(hào)表示方向相反???? Ed ?0 ， ? 為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)； E 為楊氏彈性模量。通過彈性敏 感元件的作用，將位移、力、壓力、加速度等參數(shù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的應(yīng)變。 金屬絲電阻應(yīng)變片的稱重原理 金屬電阻應(yīng)變片 (簡稱應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì) )是將彈性體的應(yīng)變量轉(zhuǎn)化成電阻值的變化量的元件。電阻應(yīng)變片主要有金屬與半導(dǎo)體這兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式 、箔式、薄膜式三種。在中心處，兩者同時(shí)到達(dá)最大正值；在邊緣處，徑向應(yīng)變有最大負(fù)值，切向應(yīng)變?yōu)榱恪Ｅc傳統(tǒng)的“作坊手藝”生產(chǎn)工藝相比，大大的減小了手工操作，最大限度的排除了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。通過仿真技術(shù)來模擬真實(shí)受載情況，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理設(shè)計(jì)和工藝的缺陷或錯(cuò)誤 ，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的合理性。 設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬化：包括彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的擬實(shí)技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)的虛擬技術(shù)。參與國際競爭，首先就要有國際水平的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，具次還要有適應(yīng)國際市場需要的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝模式。包括利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和分析手段，對各種結(jié)構(gòu)的彈性元件建立較為復(fù)雜的有限元模型進(jìn)行計(jì)算和力學(xué)分析，編制仿真軟件對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，以確定優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)；在制造工藝流程中，采用計(jì)算機(jī)控制和人機(jī)一體化工序，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下實(shí)現(xiàn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)化和大批量生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)制程管理等。應(yīng)變式稱重傳感器的技術(shù)課題來自兩方面，一方面來自稱重傳感器本身主要是特性上和生產(chǎn)上的 問題，也可以說是技術(shù)上和工藝上的問題。梁氏應(yīng)變傳感器最常采用電阻應(yīng)變片作為傳感元件。其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能 ，其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。經(jīng)過 40 多年的不斷完善和改進(jìn)，現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型已經(jīng)早已擺脫最初的機(jī)電結(jié)合型。與人民生活密切相關(guān)的，電子衡器包括電子秤。 設(shè)計(jì)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)人機(jī)界面，編寫相關(guān)程序，并調(diào)試程序。 具體任務(wù)如下 : 了解梁式應(yīng)變稱重