【正文】 rammable and Erasable Read Only Memory）的 8 位 COMS 微控制器，使用高密度，非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與 80C51 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換以后，送由單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成控制模塊，它把所感知的二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并送進(jìn)顯示模塊式顯示出來(lái)。12位數(shù)據(jù)經(jīng)移位寄存器由DOUT 引腳串行輸出(由CS、SCLK控制)。 稱重的模擬信號(hào)經(jīng)放大后送進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供給單片機(jī)，所用的A/D轉(zhuǎn)換器為美信公司生產(chǎn)的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器MAX187。直接與稱重對(duì)象接觸的是稱重傳感器，本設(shè)計(jì)采用的是濟(jì)南金鐘電子衡器股份有限公司生產(chǎn)的LPSII10型壓力傳感器，為雙孔懸臂梁形式，是電子秤的專用產(chǎn)品。除此之外還有超重報(bào)警功能，防止超重物對(duì)傳感器件造成損壞。關(guān)于 8 段碼管，在下一章有詳細(xì)介紹。目前LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。LED （LightEmitting Diode）顯示是基于發(fā)光二極管的顯示器，多數(shù)發(fā)光二極管按矩陣排列就可以組成大屏幕顯示器。一些高檔的數(shù)字LCD顯示器采用了數(shù)字方式傳輸數(shù)據(jù)、顯示圖像，這樣就不會(huì)產(chǎn)生由于顯卡造成的色彩偏差或損失。與CRT不同，LCD（英文全稱為L(zhǎng)iquid Crystal Display）是一種采用了液晶控制透光度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。CRT(陰極射線管)顯示器的核心部件是CRT顯像管。圖211 MAX187引腳功能圖 關(guān)于顯示 顯示分類顯示分為CRT、LCD、LED等幾種顯示方式，早期的顯示器一般都是CRT顯示，它的全稱是Cathode Ray Tube，即陰極射線管陰極射線管主要有五部分組成:電子槍(Electron Gun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Defiection coils)、蔭罩(Shadow mask)、熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼。1/2 LSB的誤碼率(MAX187A )；內(nèi)置采樣保持電路, 數(shù)據(jù)采樣速度為75kbps ；單+ 5V 電源供電，等待方式靜態(tài)工作電流2μA ,正；串行接口, 兼容SPI、QSPI、Microwave。%，而我們采用12位MAX187就是保留了一定的余地。A/D轉(zhuǎn)換器的選擇主要取決于系統(tǒng)要求的精度，但整個(gè)系統(tǒng)最終達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)是由各個(gè)環(huán)節(jié)共同作用完成的。 轉(zhuǎn)換精度精度的提高除了與測(cè)量傳感器有關(guān)系外，A/D轉(zhuǎn)換器件也是影響稱重儀表精度的一個(gè)重要的方面。當(dāng)控制信號(hào)返回低電平，T 截止。RRifIvLvTACh vo圖 210 取樣—保持電路的基本形式當(dāng)控制信號(hào) vL為高電平時(shí)，T 導(dǎo)通，輸入信號(hào) vI經(jīng)電阻 Ri和 T 向電容 Ch充電。這個(gè)道理不難理解，因?yàn)楝F(xiàn)在把每個(gè)二進(jìn)制代碼所代表的模擬電壓值規(guī)定為它所對(duì)應(yīng)的模擬電壓范圍的中點(diǎn)，所以最大的量化誤差自然就縮小為 Δ/2 了。圖 29 劃分量化電平的兩種方法為了減少量化誤差，通常采用圖 29（b）所示的劃分方法，取量化單位Δ=（2/15）V，并將 000 代碼所對(duì)應(yīng)的模擬電壓規(guī)定為 0～（1/15）V，即0～Δ/2。b163。 163。a163。01234567 ========(14/15)V12/1510/158/156/154/152/150模 擬 電 平 二 進(jìn) 制 代 碼 代 表 的 模 擬 電 平 模 擬 電 平 二 進(jìn) 制 代 碼 代 表 的 模 擬 電 平163。166。166。166。166。166。166。166。01234567 ========(7/8)V6/85/84/83/82/81/801V13/1511/159/157/155/153/151/150166。166。166。166。166。166。166。166。00000101001110010111011100000101001110010111011101/82/83/84/85/86/87/81V 166。假定需要把 0～+1V 的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成 3 位二進(jìn)制代碼，這時(shí)便可以取Δ=（1/8）V，并規(guī)定凡數(shù)值在 0～（1/8）V 之間的模擬電壓都當(dāng)作 0Δ 看待，用二進(jìn)制的 000 表示；凡數(shù)值在（1/8）V～（2/8）V 之間的模擬電壓都當(dāng)作 1Δ 看待，用二進(jìn)制的 001 表示，……等等。既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定能被 Δ 整除，因而不可避免的會(huì)引入誤差，我們把這種誤差稱為量化誤差。把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用 Δ 表示。這就是說(shuō)，任何一個(gè)數(shù)字量的大小，都是以某個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)來(lái)表示的。可見，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，實(shí)際上是每次取樣結(jié)束時(shí)的 vI值。169。168。因此，取樣定理規(guī)定了 A/D 轉(zhuǎn)換的頻率下限。（一）取樣定理可以證明，為了正確無(wú)誤地用取樣信號(hào) vS表示模擬信號(hào) vI，必須滿足： max2iSf?式中 fS取樣頻率， fimax為輸入信號(hào) vI的最高頻率分量的頻率。輸 入 模 擬 電 壓 取 樣 展 寬 信 號(hào)數(shù) 字 量 輸 出 （ n位 ）圖 26A/D 轉(zhuǎn)換原理圖在 A/D 轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號(hào)代碼是離散量，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)必須在一系列選定的瞬間（亦即時(shí)間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上）對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。t163。vI163。t163。 A/D 轉(zhuǎn)換器原理CPSSADC取 樣 保 持 電 路ADC的量 化 編 碼 電 路... DDDn110Iv163。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路——模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器介紹隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)領(lǐng)域中，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。方案一：采用 V/F 變換芯片 LM331該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)計(jì)數(shù)獲得重物的重量，此方案，可不用 A/D，但需要比較復(fù)雜的小信號(hào)放大、調(diào)理電路，并且 LM331 外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對(duì)嚴(yán)格，故未采用。我們的理解是滿刻度時(shí)，只能有177。其外圍電路圖如下所示：EA/VP31X119 X218RESET9 RD17WR 16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD11 RXD10gnd20 vcc40U1AT89s52C422uFR151KR14200S5SWPB+5Y1C530pC630p+5+5圖 25 單片機(jī)最小系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無(wú)意義。用 12Mhz 的晶振，時(shí)鐘周期為 1 us。單片機(jī)采用 89C51 單片機(jī)，它有 4K 的程序存儲(chǔ)空間和 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，可以滿足編程的要求。當(dāng)晶振頻率超過(guò) 20M 時(shí)，必須確保總線上的其它器件能夠在這種頻率下工作。不妨先列出可供選擇的晶振所能產(chǎn)生的波特率，然后根據(jù)需要的波特率和系統(tǒng)要求選擇晶振。但很多應(yīng)用需要更多的RAM 和EPROM 空間，這時(shí)就要用外圍器件（SRAM、 EPROM等）。有時(shí)，只要使用系統(tǒng)內(nèi)置的RAM 和EPROM 就可以了，應(yīng)充分利用這些部件，不再需要外接EPROM 和RAM，這樣就省下了I/0 口，可用來(lái)和其它器件相連。要充分考慮到電路板空間和成本。51系列單片機(jī)有著各種具有不同的外設(shè)功能的成員，可適用于各方面的應(yīng)用。 單片機(jī)的選擇根據(jù)題目要求，可有以下控制方案的選擇：中央處理單元選用我們熟悉的單片機(jī)。以 INA126 為例,接口如下圖所示：圖 24 INA126 接口電路可通過(guò)改變 R0的大小來(lái)改變放大器的增益。方案三、采用專用儀表放大器，如： INA126，INA121 等。實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引入較大噪聲。輸出級(jí)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。 圖 23 差動(dòng)放大器電阻 R1 、 R2 電容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于濾除前級(jí)的噪聲， C1 、 C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C3 、 C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。方案二、由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。由于 A/D 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。 我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：方案一、利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器。，以確定選型是否成功。選型可具體參考以下步驟：(f)，轉(zhuǎn)換系數(shù)(f)是表明每一個(gè)檢定分度值(V)中有多少個(gè)示值單位，是用于把全部示值單位轉(zhuǎn)換為“V”的，它是由初始公稱試驗(yàn)溫度20℃時(shí)，進(jìn)程負(fù)荷試臉下試臉效據(jù)平均值確定的。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線性補(bǔ)償，也可得到改善。對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。因此稱，傳感器技術(shù)性能的測(cè)試方法與誤差計(jì)算應(yīng)嚴(yán)格按國(guó)際GB/T7551一1997《稱重傳感器》的規(guī)定進(jìn)行。 稱重傳感器的誤差隨著國(guó)內(nèi)外稱重傳感器產(chǎn)品質(zhì)量的提高和技術(shù)的發(fā)展，1985年原機(jī)械工業(yè)部對(duì)部標(biāo)JB2166 7，進(jìn)行修訂，并由部標(biāo)上升為國(guó)標(biāo),1989年5月由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布GB7551 87《 電阻應(yīng)變稱重傳感器》。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（區(qū)） ，使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。常常把它的百萬(wàn)分之一作為單位，記作 με。需要說(shuō)明的是：靈敏度系數(shù) K 值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān)，不同的材料的 K 值一般在 —之間；其次 K 值是一個(gè)無(wú)因次量，即它沒有量綱。μ 是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。對(duì)式（21）求全微分，即求出電阻絲伸長(zhǎng)后，他的電阻值改變了多少。設(shè)其伸長(zhǎng) ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少 Δr。設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長(zhǎng)度為 L，橫截面是半徑為 r 的圓形，其面積記作 S，其電阻率記作 ρ，這種材料的泊松系數(shù)是 μ。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出： 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流） ，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。我們選擇的是 LPSII 型傳感器，量程 10Kg，滿量程時(shí)誤差 。1零點(diǎn)溫度系數(shù) Zero temperature coefficient額定輸出溫度系數(shù) Rated output temperature coefficient%./10℃ 177。滯后 Hysteresis %. 時(shí)鐘芯片壓力傳感器中央處理單元模/數(shù)轉(zhuǎn)換點(diǎn)陣式 LED電源電路信號(hào)放大調(diào)理電路重復(fù)性 Repeatability 蠕變 Creep蠕變恢復(fù) creep recovery %./30min 177。 準(zhǔn)確度等級(jí) Accuracy class C3 額定載荷 Rated load kg 10