【正文】 8）。 速度信號(hào)放大整形電路的設(shè)計(jì) 圖 319 為轉(zhuǎn)速信號(hào)的放大整形電路，圖中 D201為齊納二極管，作保護(hù)作用。 通過改變圖 316(a)所示電路中的 R1和 R2的比值可以調(diào)節(jié) VT+、 VT和回差電壓的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 大小。Ov 與 Iv 的高、低電平是 反相的，所以把這種形式的電壓傳輸特性叫做反相輸出的施密特觸發(fā)特性。Ov 作為輸出端 ， 則得到的電壓傳輸特性將如圖 317(b)所示。因?yàn)?Ov 和 Iv 的高、低電平是同相的，所以也把這種形式的電壓傳輸特性叫做同相輸出的施密特觸發(fā)特性。 2I TH D D D D T12Rv V V ( V V ) RR? ? ? ? ? 所以 1 2 1T TH D D22R R RV V VRR??? 將 VDD=2VTH代入上式后得到 1T TH2RV 1 VR??? ? ????? (310) VT稱為負(fù)向閾值電壓。由此又可以求出 Iv 下降過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平 VT。I THv=V 時(shí)， 39。 2I TH T+12Rv V VRR?? ? 所以 1 2 1T+ TH TH22R R RV V 1 VRR???? ? ????? (39) VT+稱為正向閾值電壓。由此便可以求出 Iv 上升過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平 VT+。I THv=V 時(shí)，由于 G1進(jìn)入了電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)（放內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 大區(qū)），所以 39。Iv0? 。 當(dāng) Iv0? 時(shí)，因 G G2 接成了正反饋電路，所以 O OLv V 0??。 將兩級(jí)反相器串接起來，同時(shí)通過分壓電阻把輸出端的電壓反饋到輸入端，就構(gòu)成了圖 316(a)所示的施密特觸發(fā)器電路。 第二，在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，通過電路內(nèi) 部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。 施密特觸發(fā)器工作原理分析 施密特觸發(fā)器（ Schmitt Trigger）是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。 速度信號(hào)的脈沖整形 電磁式數(shù)字傳 感器輸出信號(hào)為 ~2V， 50Hz~2021Hz 的正弦波信號(hào)，要想把該信號(hào)送入 8051 單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，必須通過波形變化將其變?yōu)橥l率的脈沖信號(hào)。 稱重傳感器與放大器的聯(lián)接 圖 314 稱重傳感器與放大器的四線聯(lián)接 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 稱重傳感器一般只有四個(gè)端子，兩個(gè)端子為電源端子，由供橋電壓供給 5~20V直流電壓。當(dāng)信號(hào)頻率降低時(shí)電容的容抗增加，信號(hào)基本不受損耗。采用的是 RC 無源濾波器，電路如圖312 所示。 本設(shè)計(jì)中用到的經(jīng)放大器出來的信號(hào)為直流低電平，屬低頻信號(hào)，因此在放大器輸出端 要引入低通濾波器。 2．輸出保護(hù) 為防止輸出電壓過高，接到外部電壓可能過流或者擊穿，所以需加穩(wěn)壓二級(jí)管構(gòu)成輸出保護(hù)，其電路如圖 311 所示。 放大電路的輸入輸出保護(hù) 為了防止輸入信號(hào)超過量程，造成元器件的損壞以及系統(tǒng)的癱瘓，須對(duì)放大內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 電路進(jìn)行相應(yīng)的輸入輸出保護(hù)措施。 荷重傳感器 的測(cè)量電路輸出的電壓滿度值為 20mV，而放大電路的輸出應(yīng)為 0～5V，故 Au=5/=由于差動(dòng)放大器的增益由輸入段決定，所以只有運(yùn)算放大器 A1 和A2的失調(diào)電壓才起重要作用。末級(jí)放大器 A3 把差動(dòng)輸入變?yōu)閱味溯敵鲂问?，為保證該級(jí)不降低共模抑制能力，電阻 R、 Rf應(yīng)精確匹配。由此可見，改變 R1 將有同樣效果。當(dāng)輸入信號(hào)中含有共模噪聲時(shí)，也將被抑制?？梢姡娐贩糯蟛钅Ｐ盘?hào)，抑制共模信號(hào)。根據(jù)理想運(yùn)算放大器條件，可得到： I1A omU =U +U (35) B I2 omU =U +U (36) 式中 ， Uom為加在兩個(gè)輸入信號(hào)源與共端的共模電壓信號(hào)。電路中 A3是差動(dòng) 放大輸出電路。電路中 A1和 A2都是同相輸入放大器。實(shí)際上 ，四個(gè)電阻很難做到完全匹配，所以在差動(dòng)放大器輸出端總存在一定大小的共模干擾信號(hào)，在高精度差動(dòng)放大器中，應(yīng)當(dāng)把這個(gè)共模干擾信號(hào)控制在一定的范圍之內(nèi)。即： 2413RR? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 則 Uo 的方程可以簡(jiǎn)化為： 2O I 1 I 21RU ( U U )R? ? ? (34) 因此可以看出，四個(gè)電阻匹配的足夠好，相當(dāng)于兩個(gè)差動(dòng)信號(hào)閉環(huán)增益絕對(duì)值相等的條件。 Uo 的兩個(gè)方程都帶有共模輸入信號(hào)電壓，第一項(xiàng)是反相輸入信號(hào)對(duì)輸出的貢獻(xiàn)；第二項(xiàng)是同相輸入信號(hào)對(duì)輸出的貢獻(xiàn)；第三項(xiàng)是共模輸入信號(hào)對(duì)輸出的影響。 基本差動(dòng)放大電路的原理分析 圖 38 基本的差動(dòng)放大器電路 如圖 38 所示，基本放大電路由一個(gè)運(yùn)算放大器和四個(gè)匹配的電阻構(gòu)成，共模電壓的存在是大多數(shù)傳感器的特點(diǎn)，共模電壓是電橋中的直流電平或噪聲干擾。因此，要求放大器應(yīng)具有較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。為了保證放大器對(duì)不同幅值信號(hào)具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)，就必須使得放大器的輸入電阻 RiRs， Ri 愈大，因信號(hào)源內(nèi)阻變化而 引起的放大誤差就愈小。然而，多數(shù)傳感器的等效電阻均不是常量，它們隨所測(cè)物理量的變化而變。所以需要對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大處理，在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換前，將荷重傳感器的輸出信號(hào)放大至 0～ 5V。電脈沖輸出方式的測(cè)速傳感器，具有抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)和容易被數(shù)字電路所接收等優(yōu)點(diǎn)，因此選用它作為本設(shè)計(jì)的測(cè)速傳感器，其輸出信號(hào)為 ~2V， 50Hz~2021Hz 的正弦波信號(hào)。 圖 37 測(cè)速傳感原理 1——測(cè)速輪； 2——連接軸； 3——測(cè)速齒輪； 4——測(cè)速磁頭 Vf = nπD? (32) 式中 n——測(cè)速齒輪的齒 數(shù)； V——皮帶線速度 (m/s)； D——測(cè)速齒輪直徑 (m)。 圖 35 雙端固定梁式 剪切力傳感器 圖 36 應(yīng)變電阻測(cè)量電橋 測(cè)速傳感器的設(shè)計(jì)與選用 皮帶秤中皮帶線速度的檢測(cè)通常采用磁電感應(yīng)式速度 /電脈沖傳感器，其結(jié)構(gòu)原理如圖 37 所示。這樣，當(dāng) UAB恒定時(shí)，可由輸出電壓 Uo 得知應(yīng)變 ε 的大小，也就是得知所測(cè)重力的大小。本設(shè)計(jì) 選擇雙端固定梁 式傳感器（如圖 35 所示）作為荷重傳感器。首先把被測(cè)力 G（重力）轉(zhuǎn)換成受壓體 （應(yīng)變彈性體）的應(yīng)變，粘貼在上的電阻應(yīng)變片的阻值（ R1~R4）隨應(yīng)變大小而變化， R R3阻值減??；R R4 阻值增加，電阻應(yīng)變片組成電橋電路，測(cè)出電橋的輸出信號(hào)就能測(cè)出 G 的大小。 圖 34 電阻應(yīng)變式荷重傳感器原理圖 在電阻應(yīng)變式荷重傳感器中用的最多的是箔式應(yīng)變片。 荷重傳感器的原理及選用 荷重傳感器的種類很多，有壓磁式荷重傳感器及電阻應(yīng)變式荷重傳感器等。如稱量段長(zhǎng)為 ，物料的輸送速度為 5m/s，則其變化 速率為 次 /s， 它決定了儀表的采樣條件。這樣做的目的主要是延長(zhǎng)物料在秤體上的停留時(shí)間，以提高稱量精度。為減少皮帶張力的影響，本設(shè)計(jì)采用 4a，當(dāng) a=1200mm 時(shí)，則秤體總長(zhǎng)應(yīng)為 ，承重杠桿可采用普通槽鋼或箱形型材，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)最大輸送功荷（考慮秤體自重）選擇承重杠桿材料的承載強(qiáng)度和剛度。這種支承部件用 2~3 片 ~ 厚的錳鋼簧片與固體座交叉連接制成，固體座用普通工具鋼制成， X 形支承部件的優(yōu)點(diǎn)是：無摩擦支承強(qiáng)度大，扭轉(zhuǎn)靈活，恢復(fù)性好，能防止秤體前后移動(dòng)，易于安裝，缺點(diǎn)是體積大，密封困難。無平內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 衡結(jié)構(gòu)的計(jì)量箱通常用兩只傳感器（秤體兩側(cè)各 1 只），由于秤體自重約占去傳感器有用量程的 50%左右 ， 因此秤體一般用輕質(zhì)箱形型材制造或者供電橋源采用并聯(lián)供電串聯(lián)輸出方式（如圖 32 所示 ）以求獲得盡可能大的信號(hào)。所以必須讓荷重傳感器保留 10%~20%的電量程（俗稱預(yù)壓力）不被平衡掉，才能保證稱量時(shí)有較好的穩(wěn)定性。計(jì)量箱的作用是將傳力簧片送來的載荷力傳遞給力 電式荷重傳感器變?yōu)殡娦盘?hào)送出。由于承重托輥直接支 承在承重杠桿上，而前后承重杠桿的端部又可作微小轉(zhuǎn)動(dòng)的無摩擦支點(diǎn)承在地基上，因此承重托輥上的載荷力最后分別在兩個(gè)承重杠桿的另一端（秤體中部）綜合，并由傳力簧片傳遞到計(jì)量箱內(nèi)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 第三章 傳感器選擇及放大整形電路的設(shè)計(jì) 稱重傳力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 微機(jī)皮帶秤的稱重傳力機(jī)構(gòu)由前、后承重杠桿，無摩擦絞支點(diǎn)，承重托輥和計(jì)算箱等組成，如圖 31 所示。 TCON 中的低 4 位用于中斷工作方式。 7． IT1：外部中斷 1 觸發(fā)方式選擇位。 5． IE1：外部中斷 1 請(qǐng)求標(biāo)志。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 3． TR1：定時(shí)器 1 運(yùn)行控制位，可由軟件置 1 或清零來啟動(dòng)或停止 T1。 TF1 也可由軟件清零。 二、控制寄存器 TCON TCON 用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)、停止以及標(biāo)明定時(shí)器的溢出和中斷情況。 TMOD 的所有位在整機(jī)復(fù)位后清 零 。 3． GATE：選通控制位 GATE=0，只要用軟件對(duì) TR0(或 TR1)置 1 就啟動(dòng)了定時(shí)器。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器是一種可編程的部件，在其工作之前必須將控制字寫 入工作方式和控制寄存器，用以確定工作方式，這個(gè)過程稱為定時(shí) /計(jì)數(shù)器的初始化，下面具體分析其工作方式。 一旦定時(shí) /計(jì)數(shù)器被設(shè)置成某種工作方式后，它就會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行。本設(shè)計(jì)選取的晶振頻率為 12MHz，則計(jì)數(shù)速率不得高于 500KHz，而從測(cè)速傳感器出來的信號(hào)是 ~2V， 50Hz~2021Hz 的正弦波信號(hào)，完全可以滿足輸入條件。外部輸入信號(hào)的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣外部輸入信號(hào)，若一個(gè)周期的采樣值為 1，下一個(gè)周期的采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加 1，故識(shí)別一個(gè)從 1 到 0 的跳變需 2 個(gè)機(jī)器周期，所以對(duì)外部輸入信號(hào)最高的計(jì)數(shù)速率是晶振頻率的 1/24。這些功能都是由定時(shí)器方式寄存器TMOD 設(shè)置，由定時(shí)器控制寄存器 TCON 控制的。地址順序依 次是 8AH~8DH。 圖 26 定時(shí) /計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖 (X=0,1) 由圖可見，定時(shí) /計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加 1 計(jì)數(shù)器。它們均可用作定時(shí)控制、延時(shí)以及對(duì)外部事件的計(jì)數(shù)及檢測(cè)。 本設(shè)計(jì)所采用 的是內(nèi)部振蕩方式，晶振選擇為 12MHz，電容 C C2大小為 30PF。 2． MCS51 外部時(shí)鐘源的接法 MCS51 也可采用外部振蕩器，外部振蕩器的信號(hào)接至 XTAL2 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，而內(nèi)部反相放大器的輸入端 XTAL1 端應(yīng)接地，如圖 25 中 (b)圖所示。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷諧振器就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它作為高 8 位地址線。 P2 口（ ~， 21~28 腳）： P2 口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位 準(zhǔn)雙向 I/O口。 P1 口（ ~， 1~8 腳）： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 圖 24 上電復(fù)位電路 4．輸入 /輸出 口引腳 P0、 P P2 和 P3 P0 口（ ~， 39~32 腳）： P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載，在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)作為 8 位地址線和 8 位雙向數(shù)據(jù)線。在通電瞬間，由于 RC 的充電過程，在 RST 端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持 10ms 以上，就能使單片機(jī)可靠復(fù)位。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 復(fù)位后各內(nèi)部寄存器初 態(tài)見表 21。此外，該引腳還有掉電保護(hù)功能，若在該端接 +5V備用電源，一旦在使用中 Vcc突然消失（掉電），則可以保護(hù)片內(nèi) RAM 中信息不丟失。 RST/VPD(9 腳 )：復(fù)位信號(hào)輸入端。當(dāng) EA 為低電平時(shí)， CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。 EA /VPP (ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF PROGRAMMING， 31 腳 )：程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。 CPU