【正文】 對 CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。但由于 DO 端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時可以將 DO和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。由于實(shí)驗(yàn)室條件有限， 本設(shè)計(jì)采用 TLC0832 作為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的基本器件， 芯片引腳 圖 如圖 所示 C H 02C H 13C S1C L K7D I5V R E F8D O6G N D4T L C 0 8 3 2 圖 TLC0832芯片引腳圖 由圖 可知， TLC0832 與單片機(jī)的接口有 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。當(dāng)把儀表放大器的增益設(shè)置得很高時， Rx就會很小，這意味著差分電壓很大的時候， Rx上產(chǎn)生的電流也會相當(dāng)大 ，一般情況下，它 對系統(tǒng)有負(fù)面作用。 但在使用它時需注意幾點(diǎn) ： 首 先，由于該電路 結(jié)構(gòu)放大差分信號 ， 去除共模信號 ，所以 兩級電路之間的中間節(jié)點(diǎn)載荷著大約一半的差分信號再加上共模信號 ， 須確保這個信號處于運(yùn)放的工作范圍之內(nèi) ， 當(dāng)改變輸入電壓的共模成分時，如果看到類似于飽和的現(xiàn)象，則應(yīng)首先檢查這里。 系統(tǒng)設(shè)定 R11＝ R12， R5＝ R6 和 R7＝ R8， 并可知 A1 和 A2 兩端輸出電壓為 2112 ooo UUU ?? () 根據(jù)理想運(yùn)算放大器的特征有 12 iiX UUU ?? () 由于 Rx兩端的電壓等于 Ux(Ux 為正值 )，根據(jù) 分壓定理得 )21( 1112 XXOO RRUUU ???? () 根據(jù)反向放大器原理可得 1257 OOUT URRU ?? () 由式 ()、 ()、 ()和 ()可知 571112 )21)(( RRRRUUUXiiO U T ??? () 在這種電路 中 應(yīng)注意 :因?yàn)?加到放大器輸入端的共模電壓在 Rx 兩端具有相同的電位，從而不會在 Rx上產(chǎn)生電流 ，（ 由于沒有電流流過 Rx） 也就無電流流過 R11 和 R12，所以 放大器 A1 和 A2 將作為單位增益跟隨器而工作。 在 該電路 中，由于每個放大器求和點(diǎn)的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓， 所以 整個差分輸入電壓現(xiàn)在都呈現(xiàn)在 Rx 兩端。它在有共模信號條件下能夠放大很微弱的差分信號，因而具有很高的共模抑制比 CMR。系統(tǒng)使用該電路不僅消除了傳感器自身帶來的非線性誤差，而且提高了電橋的輸出靈敏度，同時還起到溫度補(bǔ)償作用。若電橋各臂均有相應(yīng)的電阻增量 1R? , 2R? , 3R? 和 4R? ，則可得 )4433)(2211( )33)(22()44)(11(0 RRRRRRRR RRRRRRRRUU ?????????? ?????????? () 由于系統(tǒng)采用等臂全橋差動電路，即 R1=R2=R3=R4=R, 1R? = 2R? = 3R? = 4R? = R? , ( R? 為正值 )，所以輸出電壓 RRUU ??0 () 這種稱重傳感器是一種用金屬彈性體作為力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變的功能元件，它通過粘貼在彈性體敏感表面的電阻應(yīng)變計(jì)及其等臂全橋差動電路組成的電橋網(wǎng)絡(luò)，具有穩(wěn)定性、線性度好等特點(diǎn)的傳感器。 等臂全橋差動電阻應(yīng)變式傳感器 本設(shè)計(jì)使用等臂全橋差動電路構(gòu)成的電阻應(yīng)變式傳感器實(shí)現(xiàn)重力、彈性應(yīng)變、電阻變化、電信號變化四個轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)硬件組成及工作原理 本設(shè)計(jì)是以 等臂全橋差動 電阻應(yīng)變式 稱重 傳感器、三運(yùn)放儀表放大器、 TLC0832A/D轉(zhuǎn)換器、 STC89C52單片機(jī)、三極管驅(qū)動的 LED顯示器、聲光報(bào)警器以及 2*2矩陣鍵盤 等 構(gòu)成的一個簡易的數(shù)字化稱 重儀表， 結(jié)構(gòu)原理圖如圖 電 阻 應(yīng) 變 式稱 重 傳 感 器T L C 0 8 3 2A / D 轉(zhuǎn) 換 器S T C8 9 C 5 2三 運(yùn) 放 儀表 放 大 器L E D 顯示 器聲 光 報(bào)警 器工 作 電 源2 * 2 矩陣 鍵 盤被 測 信 號 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 其簡單的工作原理為載荷作用在工作電源激勵下的電阻應(yīng)變式稱重傳感器上，經(jīng)稱重傳感器檢測變換為與質(zhì)量成比例的電信號，該信號首先經(jīng)三運(yùn)放儀表放大器放大，然后通過 TLC0832A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)入 STC89C52 單片機(jī)，由單片機(jī)軟件自動內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 調(diào)節(jié)控制，同時將處理后的稱量數(shù)據(jù)送至 LED 顯示器進(jìn)行顯示。 設(shè)計(jì)從使用稱重儀表現(xiàn)場出發(fā)，應(yīng)用 STC89C52單片機(jī)組成的硬件平臺，開發(fā)了一臺具有獨(dú)立性、創(chuàng)造性、先進(jìn)性的數(shù)字化稱重儀表，與以往稱重儀表相比，提高了稱重精度、可靠性、可維護(hù)性和可測試性，增強(qiáng)了其性能和功能。因此，在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中主要采用等臂全橋差動電路提高其靈敏度，采用三運(yùn)放儀表放大器提高其精度，保證了設(shè)計(jì)儀表在當(dāng)今市場的適用性。因此在增加系統(tǒng)靈敏度的同時，稱重儀表的相對誤差也相應(yīng)增大，從而降低了儀表精度。 由式（ ）與（ ）可知：若要增加稱重儀表靈敏度 K，必須增加環(huán)節(jié)的個數(shù)或增大環(huán)節(jié)的靈敏度 iK 。 ????ni in KKKKK 121 ... （ ） 式中 K 為稱重儀表的靈敏度； iK 為開環(huán)各環(huán)節(jié)的靈敏度。 系統(tǒng)基本性能探析 數(shù)字化稱重儀表就其本身的結(jié)構(gòu)而言， 主要具有變換、比較、顯示裝置三部分。 稱重傳感器的輸出電壓加在三運(yùn)放儀表放大器的反相和同相輸入端，并且系統(tǒng)設(shè)定電阻 R5=R6， R7=R8， R11=R12后，使三運(yùn)放儀表放大器完全成為對稱結(jié)構(gòu)，即輸出電壓 571112 )21)(( RRRRUUUXiiO U T ??? （ ） 由式（ ）和 ()可得 KUGGRRRRU FXXO UT ))(21( 5711?? （ ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 又因?yàn)?TLC0832A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓 UVREF? () TLC0832A/D 轉(zhuǎn)換器最終輸出數(shù)字讀書為 KGGRRRRVUD at FXXREFO U T ))(21(10 0010 00 5711??? （ ） 采樣系統(tǒng)采用“電壓比率測量法”，可減輕對激勵源高精度和高穩(wěn)定性的要求和壓力。采集電路如圖 所示 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） A 1R 5R 6R 72 0 KR 82 0 KR 1 11 . 5 KR x2 KR 1 21 . 5 KUO U TR 4 + R 4+_+_+_R 2 + R 2R 3 + R 3A 2A 3T L C 0 8 3 2C H 0G N DV R E FUR 1 + R 11iU2iU1oU2oU?200?200+ 5 V 圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集電路圖 在圖 1電路中，由于設(shè)計(jì)設(shè)定 R1=R2=R3=R4=R ， RRRRR ??????????? 4321 ， 電橋電路構(gòu)成了等臂全橋差動電路， 即 輸出電壓 U0=U RR? , 根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏度K= ?RR? ,（ ? 為電阻絲縱向應(yīng)變）。 重量數(shù)據(jù)采集通常是指將重量信號轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能顯示的數(shù)字信號、并由計(jì)算機(jī)存儲以及數(shù)據(jù)處理顯示的過程，其相應(yīng)的系統(tǒng)稱為重量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。當(dāng)前，單片機(jī)和大規(guī)模 集成電路的組合，加上用軟件管理，使重量 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅具有成本低，體積 小，功能多等特點(diǎn)，而且系統(tǒng)采樣率、分辨率、存儲深度、數(shù)字信號處理速度、抗干擾能力等許多技術(shù)指標(biāo)都有了前所未有的變化。 （ 3）系統(tǒng)使用 C51 編寫軟件程序，不僅具有易理解性、易維護(hù)性， 而且在編程過程中，可以對各個模塊單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試通過后再進(jìn)行整體調(diào)試。 A/D轉(zhuǎn)換流程 是面向 模擬信號 與 數(shù)字信號 的 對應(yīng)轉(zhuǎn)換管理 ，其內(nèi)容是接收并分析來自稱重傳感器和儀表放大器的電壓信號 ， 通過自身功能轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送給微處理器進(jìn)行有關(guān)的 數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)算等 ，進(jìn)而送入 顯示接口 顯示 測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理結(jié)果及儀表的現(xiàn)行工作狀態(tài)。 （ 2）系統(tǒng)軟件 模塊流程 主要包括 主程序流程 、 A/D轉(zhuǎn)換流程、鍵盤與顯示等流程 。算法顧名思義，即計(jì)算方法， 也就是為求得重量數(shù)據(jù)顯示的計(jì)算結(jié)果，而使用的方法和步驟。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 數(shù)字化稱重儀表 軟件 結(jié)構(gòu)主要 包括實(shí)現(xiàn)采集重量數(shù)據(jù)的算法、各模塊程序設(shè)計(jì)流程以及系統(tǒng) C51編程程序等。 數(shù)字化稱重儀表中的人機(jī)對話通道是用戶為了對稱重儀表進(jìn)行干預(yù)及了解該儀表運(yùn)行狀態(tài)所設(shè)置的通道。對于較復(fù)雜的數(shù)字化稱重儀表，需較大的存儲器容量和較多的 I/O 接口，單片機(jī)能提供很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可以直接與外部存儲器和 I/O 接口電路相連接，構(gòu)成功能較強(qiáng)、規(guī)模較大的微機(jī)系統(tǒng)。它能把稱重傳感器與儀表放大器采集并放大的模擬信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號，從而為微機(jī)系統(tǒng)對稱重?cái)?shù)據(jù)存儲、運(yùn)算、邏輯判斷提供了保障。 然而， 由于它 在稱重現(xiàn)場采集并變換 的 各種參量信號都很微弱，通常只有 uV 或 mV，不能滿足微機(jī)系統(tǒng)輸入的要求，必須用高輸入阻抗的儀表放大器對它們進(jìn)行放大，使其達(dá)到一定的幅度（通常為幾伏）。 也有人稱其為數(shù)字化稱重系統(tǒng)的“心臟”。 在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，主要 由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。數(shù)字化稱重儀表通過鍵盤輸入命令實(shí)現(xiàn)某種測量功能，同時也通過顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時反映給操作人員 ,使儀表的操作更加方便直觀。數(shù)字化稱重儀表都是采用微處理器進(jìn)行系統(tǒng)控制，所以可以用軟件編程靈活地解決過去的硬件邏輯問題。 （ 2）具有 自測功能 ,包括 自動調(diào)零、自動故障與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動校準(zhǔn)、自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等，并它 能自動檢測出故障的部位 ， 甚至故障的原因。 （ 1）操作自動化。 、體積小、成本低、現(xiàn)場適應(yīng)能力強(qiáng) 、 稱重準(zhǔn)確 、可靠性高、動態(tài)響應(yīng)好等特性。在外觀和操作界面上，也更具有人性化和個性化。當(dāng)前的稱重儀表是以單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)為主體 ， 由編程軟件、各種特殊而復(fù)雜的功能模塊、簡化的用戶組態(tài)編程功能以及各種典型應(yīng)用的控制策略包等模塊組成的軟件 ， 實(shí)現(xiàn)了稱重儀表在數(shù)字化上 具有 自動稱量、在線稱量、綜合稱量的能力，并可通過微處理器的數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動校準(zhǔn)、自動補(bǔ)償、數(shù)字濾波、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)字處理等，從而在很大程度上提高了系統(tǒng)的精度，拓寬了稱重儀表在稱重領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。 數(shù)字化稱重儀表的歷史與現(xiàn)狀 早期的稱重儀表由于數(shù)字電路和模擬技術(shù)的發(fā)展水平較 低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且操作繁瑣， 現(xiàn)在我們所說的數(shù)字化稱重儀表是將微處理器技術(shù)應(yīng)用于稱重儀表，使其具有類似人的智能特性或功能特點(diǎn)，它已不再是以前的硬件實(shí)體，而是硬件與軟件相結(jié)合的，由軟件系統(tǒng)在數(shù)字化高低方向起決定作用的新型 數(shù)字化 稱重儀表。 第六章 是 結(jié)論與展望。 第五章 是 抗干擾分析與系統(tǒng)調(diào)試 。 第四章是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 第三章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 第二章是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案分析。 介紹課題的研究背景及意義、主要工作與任務(wù)，稱重儀表的特點(diǎn)與基本功能。 計(jì)過程與現(xiàn)象，分析和概括設(shè)計(jì)結(jié)論，并對稱重系統(tǒng) 未來 發(fā)展 進(jìn)行展望。 確定系統(tǒng)稱重算法，制定軟件程序流程圖，并根據(jù)軟件程序流程圖，選用合適的編程語言編寫源程序，進(jìn)而進(jìn)行軟件程序調(diào)試以及程序優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)軟件 運(yùn)行 。 對數(shù)字化稱重儀表的總體概述， 以及畫其原理結(jié)構(gòu)框圖，并確定設(shè)計(jì)儀表完成的功能。通過將近三年多對儀表的學(xué)習(xí)認(rèn)識和近半年多對稱重儀表的探討，使我對內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 稱重儀表在微處理器中的應(yīng)用有了一個新的認(rèn)識，并且結(jié)合自己的觀點(diǎn)和想法概括出了一種新型數(shù)字化稱重儀表。 當(dāng)前，由于 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測控技術(shù)和稱重技術(shù)的迅速發(fā)展， 我國 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也得到了長足的發(fā)展，對數(shù)字化技術(shù)和稱重技術(shù)的要求 也越來越高。 數(shù)字化稱重技術(shù)的研究方興未艾 ,是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向 ,數(shù)字化稱重儀表的發(fā)展將會越來越快 ,為我國科學(xué)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。到上個世紀(jì)八十年代末九十年代初的時候 ,普遍使用的稱重儀表基本成型 ,通過按鍵和按鈕可設(shè)置各種參數(shù)，并進(jìn)行各種操作，再加上 放大電路和高速高精度 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)的突破，多稱重傳感器并聯(lián)接入稱重儀表，有效解決了傳感器角差問題，使得計(jì)量更準(zhǔn)確、可靠。 LED display 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 目 錄 摘 要 .................................................................................................