【正文】 這就是 LCD 顯示的基本原理。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 （ 1）線段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN 個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行 由 16 字節(jié)，共 168=128 個點(diǎn)組成，屏上 6416個顯示單元與顯示 RAM區(qū) 1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。 （ 3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹 ，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。比 LED 要好的多，但是價錢較其貴。其中兩片 74LS244 分別用于段信號和位信號的驅(qū)動， 74LS273 用于段信號的鎖存，其鎖存地址為 7FFFH。我們使用的為動態(tài)顯示方式。段選線控制字符選擇， 位選線控制顯示位的亮、暗。 N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N根段選線。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。其具體結(jié)構(gòu)有 “反射罩式 ”、 “條形七段式 ”及 “單片集成式多位數(shù)字式 ”等 LED 顯示器與顯示方式 : LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)： 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的 。 顯示模塊 方案一 LED 顯示 LED 就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱 LED。 AT89C51 單片機(jī)特點(diǎn)能 與 MCS51 兼容，有 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命能夠達(dá)到 1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時間長達(dá) 10年，全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz，三級程序存儲器鎖定， 1288 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。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 8051 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu) 成的。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。 研制周期 在研制任務(wù)重、時間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。 控制單片機(jī)的選型 選擇單片機(jī)型號的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個方面： 市場貨源 系統(tǒng)設(shè)計者只能在市場上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大 批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號必須有穩(wěn)定、充足的貨源。根據(jù)分辨率的要求利用軟件處理，最后得到 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 當(dāng)前， 12 位以上的 A/D 轉(zhuǎn)換器的價格仍較昂貴，用 V/F 變換器來代替 A/D 轉(zhuǎn)換器，在要求速度不太高的場合是一種較好的選擇。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL和 CMOS 等不同的邏輯電路。 LM331 的內(nèi)部電路組成如圖所示。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到 。 方案二 采用 V/F 轉(zhuǎn)換 VF 控制的原理是產(chǎn)生一個震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個壓敏電容，當(dāng)受到一個變化的電壓時候它的容量會變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=； 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=； 考慮到其他部分所帶來的干擾， 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器無法滿足系統(tǒng)精度要求。 選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器除考慮上述要點(diǎn)外，為防止對 A/D 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)的影響，還要注意以下幾個問題： （ 1）工作電源電壓是否穩(wěn)定； （ 2）外接時鐘信號的頻率是否合適； （ 3）工作環(huán)境溫度是否符合器件要求； （ 4）與其它器件是否匹配； （ 5）外接是否有強(qiáng)的電磁干擾； （ 6）印刷線路板布線是否合理。其現(xiàn)象是在正常使用時， A/D 轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時間一長就會燒壞芯片。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。一般 A/D 轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號啟動轉(zhuǎn)換，這一啟動信號可由 CPU 提供。有的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供兩個輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。 是否加采樣 /保持器。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速 A/D 轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。 A/D 轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值，就是輸入模擬電壓Ｖ i 所對應(yīng)的數(shù)字量，實(shí) 現(xiàn)了 A/D轉(zhuǎn)換。雙積分法 A/D 轉(zhuǎn)換的過程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i，Ｖ i 采樣輸入到積分器，積分器從零開始進(jìn)行固定時間Ｔ的正向積分，時間Ｔ到后，開關(guān)再接通與Ｖ i 極性相反的基準(zhǔn)電壓ＶＲＥ F，將ＶＲＥ F 輸入到積分器，進(jìn)行反向積分，直到輸出為 0V時停止積分。 雙積分法 采用雙積分法的 A/D轉(zhuǎn) 換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。然后再置逐次逼近寄存器次高位為 1，將寄存器中新的數(shù)字量送 D/A 轉(zhuǎn)換器，輸出的 Ｖ o 再與Ｖ i比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。 信號轉(zhuǎn)換 方案一 采用 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換原理： 逐次逼近法 逐次逼近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。18V；最大電源電流為 ；最大輸入失調(diào)電壓為 125? V；頻帶寬度為 120kHz（在G=100 時）。 INA126 在外接電阻 RG 時，可實(shí)現(xiàn) 1~1000 范圍內(nèi)的任意增益；工作電源范圍為177。 INA126 具有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點(diǎn)。 此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增 益高，精度也非常好， 且外部接口簡單。實(shí)際測量，每一級運(yùn)放都會引入較大噪聲，對精度影響較大 [12]。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比 較符合應(yīng)用要求。 差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放 (如 OP07)做成一個差動放大器，如下圖所示 ： 圖 利用普通運(yùn)放構(gòu)成的放大器 電阻 R R2 和電容 C C C C4 用于濾除前級的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾 ， C C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。所以，此種方案不宜采用。 普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動變換等。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源內(nèi)阻。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。為此，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器，量程為 5Kg，精度為 % ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。 通過以上對傳感器的比較分析 ，最終選擇了第三種方案。 （ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小， 對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。 若差動工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式（ ），則電橋輸出為 Ek?? () 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)： （ 1）應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。式（ ）稱平衡條件。 下圖為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 圖 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。 （ 2）初始電容小，電纜電容、線路 的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。因 C 太小，故容抗 CX =1/? C 很大，為高阻抗元件，負(fù)載能力差；又因其視在功率P= 2ou ? C ， C 很小，則 P 也很小。 雖然 電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡單和良好動態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素： （ 1）小功率、高阻抗。兩塊相互平行的金屬極板，當(dāng)不考慮其邊緣效應(yīng)（兩個極板邊緣處的電力線分布不均勻引起電容量的變化）時，其電容量為 （ ） 式（ ）中 d ——兩極板間的距離； A——兩平行極板相互覆蓋的有效面積； r? ——介質(zhì)的相對介電常數(shù)； o? ——真空中介電常數(shù)。電容傳感器可用來檢測壓力、力、位移以及振動學(xué)非電參量。 方案二 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。 壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。 dAC or???方案一 壓電傳感器 壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系， 往往知道了前者就能推定后者。 傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。因?yàn)檫@時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。因此