【正文】 升高而不斷地升高。 3. 硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 圖31 硬件電路設(shè)計(jì)圖硬件電路結(jié)構(gòu)圖主要包括壓力敏感元件、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理單元、按鍵控制、LED顯示、串行數(shù)據(jù)輸出端口等。圖 32壓力敏感元件實(shí)物圖MPM283型壓阻式壓力敏感元件是一種應(yīng)用不銹鋼波紋膜片隔離的OEM壓力測量元件。其測量范圍為：0～…100MPa。177。177。177。3mVDC滿量程輸出70mVDC零點(diǎn)溫度誤差177。%FS,參比35℃滿度溫度誤差177。%FS,參比35℃補(bǔ)償溫度范圍10~80℃工作溫度范圍40~125℃貯存溫度范圍40~125℃長期穩(wěn)定性177。%FS/年膜片材質(zhì)不銹鋼316L殼體材質(zhì)不銹鋼316L供電電源≤mADC安全過載150%FS輸入阻抗3~8KΩ輸出阻抗~6KΩ放大電路包含4個(gè)運(yùn)算器和定值電阻。還包括調(diào)零單元。根據(jù)電路圖可以看出放大電路一級(jí)放大倍數(shù)為4倍、二級(jí)，所以總的放大倍數(shù)為48倍。其溫漂小，有很低的輸入失調(diào)電壓，所以一般情況下沒必要進(jìn)行調(diào)零。電路圖中采用了阻容濾波的濾波方法，其作用是，信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中經(jīng)過放大電路時(shí)可以很好地過濾掉干擾波。整個(gè)電路電流傳輸過程如下傳感器提供的電信號(hào)通過差分放大正向和逆向的轉(zhuǎn)換完成3級(jí)放大，最后把得到的正電信號(hào)輸送給A/D轉(zhuǎn)換器。圖33 放大模塊連接圖 A/D轉(zhuǎn)換模塊 本設(shè)計(jì)采用的是ADC0809轉(zhuǎn)換器。 單片機(jī)所識(shí)別的二進(jìn)制碼，是數(shù)字量，傳感器采集的信號(hào)屬于模擬信號(hào)，如果要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、處理則必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。而將模擬線號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)需要A/D轉(zhuǎn)換；同樣的也可完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部含有鎖存功能，具有8路模擬電子開關(guān)，能同時(shí)對(duì)輸入的8路信號(hào)采取采樣、轉(zhuǎn)換，效率高。令低3位地址碼作為8路模擬量輸入通道IN0~IN7，每有一個(gè)采樣指令，就選通某一輸入通道，啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換。這樣才算完成該路的A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中需要足夠的延遲，以便于轉(zhuǎn)換過程更高效的進(jìn)行。 圖34 A/D0809與89C51的硬件連接圖 AT89C51單片機(jī)圖35 AT89C51單片機(jī) 單片機(jī)內(nèi)部包含運(yùn)算器和控制器的、4K字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器、128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、32個(gè)I/O接口，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)等組成。數(shù)碼管顯示部分由4個(gè)74LS164和4個(gè)8位數(shù)碼管組成如圖。數(shù)碼管的公共端分為共陰和共陽兩種情況。共陽就是8個(gè)陽極連接在一起。當(dāng)通過位選信號(hào)選擇某個(gè)數(shù)碼管的亮滅時(shí)，由于共陰共陽，所以其他數(shù)碼管顯示的數(shù)字也是一致的，這就是靜態(tài)顯示。 74LS164是用來實(shí)現(xiàn)8位同時(shí)串入，是一種常用的移位寄存器。其運(yùn)行方式是任意輸入端置為高電平以控制另一個(gè)輸入端口的數(shù)據(jù)輸入。經(jīng)過單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)會(huì)輸送給顯示單元完成顯示。大多數(shù)儀器所讀取的數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)，因此需要把并行數(shù)據(jù)變換成串行數(shù)據(jù)才能正常的傳輸。上述轉(zhuǎn)換可以通過軟件和硬件連接來實(shí)現(xiàn)。中涉及的MAX220是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，其功能主要是實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)的通信。TXD和RXD分別和單片機(jī)、PC連接起來，PC發(fā)出數(shù)據(jù)，命令單片機(jī)，而后單片機(jī)做出響應(yīng)，將處理的數(shù)據(jù)通過串口再發(fā)送給PC。圖37串行數(shù)據(jù)輸出電路圖 按鍵模塊按鍵分為彈性小按鍵，其特點(diǎn)是按下后松開會(huì)自動(dòng)斷開；自鎖式按鍵，按下閉合后會(huì)自動(dòng)鎖住，再次按下會(huì)彈出，通常會(huì)將其用作電源開關(guān)。此處設(shè)置了兩個(gè)按鍵，S1和S2。它們的工作原理是，每按一次S1能夠給單片機(jī)一個(gè)低電勢，相應(yīng)的單片機(jī)會(huì)執(zhí)行增加量程的功能。當(dāng)選擇到所需要的量程時(shí)，可以通過按下S2來確認(rèn)一下該量程已被選擇。按鍵電路如圖38所示。AT24C02內(nèi)部分為32頁，每頁8個(gè)字節(jié)，共256個(gè)字節(jié)，有兩種尋址方式：芯片和片內(nèi)子地址尋址。A0、AA2是可編程的地址選擇位，他們引腳接高、低時(shí)能產(chǎn)生3位編碼，與1010合起來組成7位編碼，此編碼就是該元件的地址碼。該存儲(chǔ)器一般有兩種寫入方式，字節(jié)寫入和頁寫入，后者允許在一個(gè)寫周期內(nèi)對(duì)一字節(jié)到一頁的對(duì)個(gè)字節(jié)采取編程寫入，效率高。字節(jié)寫入，即是一次寫入一個(gè)數(shù)據(jù)，先發(fā)動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，后送一個(gè)一位控制字，到第8位時(shí)發(fā)送一位停止信號(hào)，完成一次8位寫入。也就是實(shí)現(xiàn)了量程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，當(dāng)再次使用此儀器時(shí)，這些量程數(shù)據(jù)將會(huì)直接從該存儲(chǔ)器提取，通過按鍵來實(shí)現(xiàn)。整件系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖41。 sbit d2=P0^2。 sbit d4=P0^4。void AD(){ST=0。ST=1。ST=0。OE=1。OE=0。 for(i=xms。i) for(j=110。j)。for(n=4。n++)。average=sum/4。 sbit key2=P2^3。for(i=xms。i) for(j=110。j)。TH0=(6553645872)/256。EA=1。}void keyscan(){if(key1==0){ delayms(10)。 If(num=100) num=0。 }}if(key2==0){ delayms(10) if(key2==0) { wile(!key2)。 }}圖43 按鍵流程圖SMO=0。 //T1的工作方式TH1=0xfd。TR1=1。 //允許串口就收位SM1=1。 //定時(shí)器使能ES=1。 while(1){ If(flag==1) //標(biāo)志位 { ES=0。i＜6。 while(!TI)。 } SBUF=a。 TI=0。 flag=0。 a=SBUF。}圖44 顯示電路流程圖采用差動(dòng)電橋法，將電橋四臂接入4片應(yīng)變片，如圖51所示，構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。圖 51全橋差動(dòng)電路 將應(yīng)變片安裝在裝置上，在不受外力作用的情況下，如果環(huán)境溫度發(fā)生變化，應(yīng)變片的阻值也會(huì)發(fā)生變化。該誤差稱為溫度誤差。 （2）儀器材料與應(yīng)變片的線行膨脹系數(shù)不一致，導(dǎo)致應(yīng)變片產(chǎn)生變形造成阻值的變化。在橋路上安裝一工作應(yīng)變片，在另外一個(gè)與被測件的材料相同，但不受外力的補(bǔ)償件上安裝一個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變片。有時(shí)也可以不設(shè)補(bǔ)償件，而是將補(bǔ)償片貼在被測件上，使其既能起到溫度補(bǔ)償作用又能提高靈敏度。用自補(bǔ)償應(yīng)變片的這種方式稱為自補(bǔ)償法。 A/D轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)不確定度模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)和理論上是有差別的。隨機(jī)誤差是沒有規(guī)律的是離散型的，但是總的來說還是遵循一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。正態(tài)分布所體現(xiàn)出來的誤差并不是很夸張，誤差絕對(duì)值大的占少數(shù)甚至沒有，誤差絕對(duì)值小的，越靠近零越多，即具有一個(gè)單峰值。實(shí)際測量中，測量次數(shù)是有限的，真值必須要用最佳的估計(jì)值，一般就用算術(shù)平均值代替，標(biāo)準(zhǔn)差公式 (56)式(56)被稱為貝塞爾公式，用來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值。s被稱標(biāo)準(zhǔn)差。誤差越大，數(shù)據(jù)越分散，方差也會(huì)變大。所以測量過程中盡量選擇比較靠譜的數(shù)據(jù)，以便減小誤差。（1）極限測量下壓力傳感器的誤差本設(shè)計(jì)采用MPM283 壓阻式OEM壓力敏感元件，由其規(guī)格參數(shù)可以知道，其非線性誤差為177。則壓力傳感器的極限測量誤差為(kPa) (57)（2） 舍入誤差在數(shù)據(jù)處理中，對(duì)余數(shù)要進(jìn)行四舍五入處理，即舍入誤差（kPa） (58)（3）A/D轉(zhuǎn)換