【正文】 等各種參數(shù)。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。金屬 電阻 應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。 金屬 電阻 應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變 電阻 隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象 ,俗稱為 電阻 應變效應。cm2/m ） S—— 導體的截面積（ cm2） L—— 導體的長度（ m） 圖 金屬電阻絲應變效應 當金屬絲受到軸向力 F 而被拉伸或壓縮產(chǎn)生形變 ,其電阻值會隨之變化 ,通過對（ ）式兩邊取對數(shù)后再取全微分得 : ??dAdARdR ??? LdL （ ） 式中 ??LdL 為材料軸向線應變 ,且 DdDAdA 2? 跟據(jù)材料力學 ,在金屬絲單向受力狀態(tài)下 ,有 LdLDdD ??? () 式中μ為導體材料的泊松比。)+c(12181。 上式表明 ,金屬材料電阻的相對變化與其線應變成正比。 電阻變化率 △R/R 的表達式為： K=Δ R/R181。 當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其 電阻 值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少， 電阻 值便會增大。只要測出加在 電阻 的變化（通常是測量 電阻 兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情 。如圖 所示 ,電阻絲是應變片敏感元件 。引 出線用以連接測量導線。 電橋電路的工作原理 由于 應變片的電橋電路的輸出信號一般比較微弱，所以目前大部分電阻應變式傳感器的電橋輸出端與直流放大器相連，如圖 所示。由于直流放大器的輸入電阻比電橋電阻大的多，因此可將電橋輸出端看成開路，這種電橋成為電壓輸出橋，輸出電壓 U0 為 U0=SURRRR RRRR ))(( 4321 4231 ?? ? （ ） 由上式可見：若 R1R3=R2R4，則輸出電壓必為零，此時電橋處于平衡狀態(tài)，稱為平衡電橋。 110 4 RRUU ?? （ ）由式（ ）表明： ΔR 《 R1 時，電橋的輸出電壓于應變成線性關(guān)系。電橋供電電壓 U 越高 ，輸出電壓 U0 越大，但是，當 U 大時，電阻應變片通過的電流也大，若超過電阻應變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂。 非線性誤差及溫度補償 由式（ ）的線性關(guān)系是在應變片的參數(shù)變化很小，極 ΔR 《 R1 的情況下得出的，若應變片承受的壓力太大，則上述假設不成立，電橋的輸出電壓應變之間成非線性關(guān)系。如圖 所示，以改善非線性誤差和提高輸出靈敏度。粘貼應變片時，使兩個應變片一個受壓，一個受拉。設電橋在初始時所示平衡的，且為等臂電橋，考慮到Δ R=Δ R1=Δ R2 則得半橋差動電路的輸出電壓為 URRU ?? ?? 2 （ ） 由上式可見，半橋差動電路不僅可以消除非線性誤差，而且還使電橋的輸出靈敏度提高了一倍，同時還能起到溫度補償?shù)淖饔谩槭闺娐泛唵伪阌谡{(diào)試，本設計采用三運算放大器，因為 在具有較大共模電壓的條件下，儀表放大器能夠?qū)芪⑷醯牟罘蛛妷盒盘栠M行放大，并且具有很高的輸入阻抗。 三運放大電路 本次設計的放大器采用了三運放，因為它具有高共模抑制比的放大電路。 三運放 高共摸抑制比放大電路 其中 A1和 A2 為兩個性能一致 (主要指輸入阻抗，共模抑制比和增益 )的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級， A3 構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步抑制 A1和 A2的共模信號，并適應接地負載的需要。因為輸入電壓經(jīng)過放大后（在 A1 和 A2的輸出端）的差分電壓呈現(xiàn)在 R5， RG和 R6這三只電阻上，所以差分增益可以通過僅改變 RG 進行調(diào)整 。如果 R5 ＝ R6，R1＝ R3 和 R2 ＝ R4，則 VOUT = (VIN2－ VIN1)(1＋ 2R5/RG)（ R2/R1）。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在 RG兩端具有相同的電位，從而不會在 RG 上產(chǎn)生電流。因此，共模信號將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按〔 1＋（ 2 RF/RG）〕的增益系數(shù)被放大。 在理論上表明，得到所要求的前端增益（由 RG 來決定），而不增加共模增益和誤差，即差分信號將按增益成比例增加，而共模誤差則不然，所以比率〔增益（差分輸入電壓） /（共模誤差電壓）〕將增大。 最后，由于結(jié)構(gòu)上的對稱性 ，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級的減法器消除。 A/D 轉(zhuǎn)換器 模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。本次設計的中 A/D 轉(zhuǎn)換器的任務是將放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字量進行輸出。在同樣的轉(zhuǎn)換分辨率及轉(zhuǎn)換速度的前提下，不同的接口方式會對電路結(jié)構(gòu)及采用周期產(chǎn)生影響。這兩個轉(zhuǎn)換器都是常見的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其中 ADC0809 的并行接口 A/D 轉(zhuǎn)換器， ADC0832 是串行接口基于 MCS51 單片機的壓力采集與顯示系統(tǒng)設計 13 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D 轉(zhuǎn)換器的簡介 在這次設計中我們 A/D 轉(zhuǎn)換器選用兩通道輸入的八位 ADC0832， ADC0832[3]是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μ S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 ? CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 ? GND 芯片參考 0 電位（地）。 ? DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 ? Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。當差輸入時，要分配輸入通道的極性，兩個輸入通道的任何一個通道都可作為正極或負極。 表 的配置位邏輯表 表中“ +”表示輸入通道的端點為正極性；“ ”表示輸入端點為負極性 H 或L表示高、低電平。 ADC0832 工作時序圖 當 CS 由高變低時，選中 ADC0832 。在第一個時鐘期間 ,DI 為高，表示啟動位，緊接著輸入兩位配置位。轉(zhuǎn)換開始后，經(jīng)過一個時鐘周期延接著在第一個時鐘周期延遲，以使選定的通道穩(wěn)定。數(shù)據(jù)輸出時先輸出最高位（ D7～ D0）輸出完轉(zhuǎn)換結(jié)果后，又以最低位開始重新遍數(shù)據(jù)（ D7～ D0 ），兩次發(fā)送的最低位共用。但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當要進行 A/D轉(zhuǎn)換時，須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1個時鐘脈沖的下沉之前 DI端必須是高電平，表示啟始信號。 其功能項見表 。當 2 位數(shù)據(jù)為 “1” 、 “1” 時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2位數(shù)據(jù)為 “0” 、 “1” 時，將 CH0 作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。從第 4個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATD0。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。它們將在智能化 儀器、家電產(chǎn)品、工業(yè)過程控制等方面得到更廣泛的應用。 AT89C51 單片機簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲 的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51單機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供 靈活性高且廉價的方案。 與 MCS51 兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 基于 MCS51 單片機的壓力采集與顯示系統(tǒng)設計 18 管腳說明 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口： P3 口管腳 備選功能 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（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） 基于 MCS51 單片機的壓力采集與顯示系統(tǒng)設計 19 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn) 。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 基于 MCS51 單片機的壓力采集與顯示系統(tǒng)設計 20 單片機于鍵盤的接口技術(shù) 鍵盤功能及結(jié)構(gòu)概述 鍵盤是單片機系統(tǒng)實現(xiàn)人機對話的常用輸入設備。 鍵盤按照其內(nèi)部不同電路結(jié)構(gòu)，可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤二種。使用時，只要按下編碼鍵盤的某一個鍵，硬件邏輯會自動提供被按下的鍵的鍵碼，使用十分方便，但價格較貴。由于價格便宜，而且使用靈活，因此廣泛應用在單片機應用系統(tǒng)中。 鍵盤抖動及去除 目前各種結(jié)構(gòu)的鍵盤，主要是利用機械觸點的合、斷作用，產(chǎn)生一個電壓信號，然后將這個電信號傳送給 CPU。抖動時間長短 ， 與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般約 5～ 10ms之間。為保證 CPU 對鍵的一次操作僅作一次輸入處理，必須去除抖動影響及人為的操作時問長短的影響。 也可采用軟件延時的方法除去鍵盤抖動產(chǎn)生的影響。 圖 RC 去抖動電路 單片機與鍵盤的連接 鍵盤與單片機的連接 在單片機系統(tǒng)中鍵盤中按鈕數(shù)量較多時，為了減少 I/O口的占用，常常將按鈕排列成矩陣形式，如 圖所示。這樣，一個端口（如 P1 口）就能組成 4*4=16 個按鈕，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就能組成 20 鍵的鍵盤，