【正文】 電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等電路組成 。該信號經放大電路哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 7 放大輸出到模數(shù)轉換器。CPU根據(jù)程序將這種結果輸出到顯示器 ， 直至顯示這種結果。 圖 總系統(tǒng)體框圖 信號采集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送 A/D 轉換器，將模擬量轉化為數(shù)字量輸出?？刂破鬟€可以通過對擴展 I/O 的控制，對鍵盤進行掃描，而后通過鍵盤散轉程序 ，對整個系統(tǒng)進行控制。電路電源部分主要是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉換成所需的 177。報警部分只要是在超重時對使用者發(fā)出警告聲。此信號在單片機內經過數(shù)據(jù)處理及各種運算 把所感知的二進制信號轉換成十進制，并送進顯示模塊顯示出來。 稱重儀的 主控制系統(tǒng)結構 （一）主控制系統(tǒng)具備的功能 該系統(tǒng)采用單片機作為主控制系統(tǒng)，主要目的在于稱重之后的數(shù)字化顯示和實現(xiàn)精確的測量，故系統(tǒng)應該具有單片機工作所需的穩(wěn)定的 +5V直流電源，又考慮到數(shù)字化顯示所用到的數(shù)碼管中會出現(xiàn)某段被損壞而不被點亮的情況，系統(tǒng)應該 具有開機自檢功能，就是開機后自動逐個掃描每一個晶體管，用來檢查數(shù)碼管各段是否完好，可以依靠軟件編程實現(xiàn)。 （二）單片機控制系統(tǒng)結構框圖如 圖 22所示： 圖 22 單片機控制系統(tǒng)結構框圖 稱重儀各模塊的方案選型 整個硬件系統(tǒng)由五大模塊組成，下面以控制系統(tǒng)結構為依據(jù)就針對各模塊做具體的方案設計。 9 的電壓，經整流濾波電路后， 通過 LM7805 和 LM7905進行 DC/DC 變換得到 177。 測量放大信號 A/D 模塊 顯示模塊 控制模塊 聲光報警 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 9 數(shù)據(jù)采集模塊方案選型 數(shù)據(jù)采集 模塊分為 3 個部分：稱重傳感器 、前級放大器和 A/D 轉換器。 這里說下傳感器的選型方法， 可具體參考以下步驟： (f)， 轉換系數(shù) (f)是表明每一個檢定分度值 (V)中有多少個示值單位，是用于把全部示值單位轉換為“ V” 的，它是由初始公稱試驗溫度 20℃時，進程負荷試臉下試臉效據(jù)平均值確定 的。 EL。 ，以確定選型是否成功。普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。所以，此中方案不宜采用。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 ( 如 OP07) 做成一個差動放大器。對精度 會有較大 影響。此類芯片內部采用差動輸入，共模抑 制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單 ，且 放大器的增益 是可以改變的 。我們的理解是滿刻度時，只能有177。同樣也有以下幾種方案采用 方案一：采用 V/F 變換芯片 LM331 該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號轉化為頻率信號，單片機通過哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 計數(shù)獲得重物的重量，此方案，可不用 A/D，但需要比較復雜的小信號放大、調理電路，并且 LM331 外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對嚴格，故未采用。 主控制器 模塊方案選型 根據(jù) 本設計與主控制系 統(tǒng)的功能要求，以及性價比的最大化這里選用 51單片機 。 數(shù)據(jù) 顯示 模塊方案選型 本設計只需要顯示 出所稱實物的實際重量， 由于 LED 耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高 等優(yōu)點，再加上驅動簡單，容易利用單片機對其進行控制和編程等特點 選用 LED 顯示。在這就是對使用者有個提醒作用，人為使用普通的聲光報警就可以。 本章小結 本章主要是闡述 系統(tǒng)的總框圖及其各大模塊的方案設計，并且為各方案的選型做了一一的講解。芯片上的 FPEROM 允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對存儲器重復編程。由于片內帶EPROM 的 87S51 價格偏高，而片內帶 FPEROM 的 89S51 價格 低且與 80C51 兼容，這就顯示出了 89S51 的優(yōu)越性。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 單片機的最小系統(tǒng)設計 中央 處理單元選用我們熟悉的單片機，即最后電路的核心采用最常用、好用和廉價的 ATEMAL 公司的 AT89S51。不妨先列出可供選擇的晶振所能產生的波特率，然后根據(jù)需要的波特率和系統(tǒng)要求選擇晶振。當晶振頻率超過 20M 時，必須確?？偩€上的其它器件能夠在這種頻率下工作。 單片機采用 89S51 單片機，它有 4K 的程序存儲空間和 256B 的數(shù)據(jù)存儲空間，可以滿足編程的要求。用 12Mhz的晶振，時鐘周期為 1 us。其最小系統(tǒng)的外圍電路圖如圖31 所示： 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 13 圖 31 單片機最小系統(tǒng) 電源電路設計 本時鐘電源采用整流濾波電路和三端穩(wěn)壓電路 LM7805 和 LM7905。同時考慮到功耗問題 ,此壓差又不易太大 ,太大則增加7805 與 7905 本身的功率消耗 ,增加芯片的升溫 ,不利于安全。 9V,據(jù)此確定變壓器原副邊匝數(shù)比這樣即可得到系統(tǒng)所需要的177。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 14 圖 32 電源設計圖 稱重傳感器的 基本工作原理 傳 感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。 因此傳感器外圍電路的抗干擾能力是數(shù)據(jù)采集部分電路設計的關鍵環(huán)節(jié)。 由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。 （一） 電阻應變片 電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。我們來介紹一下它的意義。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為 R： R = ρL/S （ Ω ） （ 3— 2） 當他的兩端受 F 力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作 Δρ 。我們有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S – ΔSρL/S2 （ 3— 3） 用 式 （ 32）去除 式 （ 33）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （ 3— 4） 另外，我們知道導線的橫截面積 S = πr2 ，則 Δs = 2πr*Δr ，所以 ΔS/S = 2Δr/r （ 3— 5） 從材料力學我們知道 Δr/r = μΔL/L （ 3— 6） 其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。把 式 （ 3— 5） 式 （ 3— 6）代入 式 （ 34），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（ 1 + 2μ （ Δρ/ρ ） /（ ΔL/L ）） *ΔL/L = K *ΔL/L （ 3— 7） 其中 K = 1 + 2μ + （ Δρ/ρ ） /（ ΔL/L ） （ 3— 8） 式 37 說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。 在材料力學中 ΔL/L 稱作為應變，記作 ε ，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便 。這樣， 式（ 3— 7）常寫作： ΔR/R = Kε (3— 9) (二 ) 彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結構件。 （三） 檢測電路 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 16 檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的 影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 我們 已 考慮可以采用 第三 種方案 。 A/D 轉換器的原理圖如圖 34 所示： 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 17 圖 34 A/D 轉換原理圖 在 A/D 轉換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號代碼是離散量，所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間（亦即時間坐標軸上的一些規(guī)定點上）對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉換為輸出的數(shù)字量。 （一）取樣定理 可以證明，為了正確無誤地用取樣信號 vS 表示模擬信號 vI，必須滿足： max2 iS ff ? 式中 fS 取樣頻率， fimax 為輸入信號 vI 的最高頻率分量的頻率。 在滿足取樣定理的條件下，可以用一個低通濾波器將信號 vS 還原為 vI，這個低通濾波器的電壓傳輸系數(shù) )(fA 在低于 fimax 的范圍內應保持不變，而在 fS－ fimax 以前應迅速下降為零。 CP SSA D C取樣保持電路ADC的量化編碼電路...DDDn 110Iv （ t ）v I（ t ）輸入模擬電壓取樣展寬信號數(shù)字量輸出（n位）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 18 圖 35 對輸入模擬信號的采樣 圖 36 所用濾波器的頻率特性 因為每次把取樣電壓轉換為相應的數(shù)字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間。 （二）量化和編碼 我們知道，數(shù)字信號不僅在時間上是離散的，而且在數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。因此，在用數(shù)字量表示取樣電壓時，也必須把它化成這個最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個轉化過程就叫做量化。顯然，數(shù)字信號最低有效位中的 1 表示的數(shù)量大小，就等于Δ。這個二進制代碼就是 A/D 轉換的輸出信號。在把模擬信號劃分為不同的量化等級時，用不同的劃分方法可以得到不同的量化誤差。不難看出，最大的量化誤差可達Δ，即（ 1/8） V。這時，最大量化誤差將減少為為Δ /2=（ 1/15） V。 （三） 取樣 — 保持電路 1. 電路 組成及工作原理 N溝道 MOS 管 T 作為取樣開關用。若取 Ri=Rf，則充電結束后 vO=－ vI=vC。由于 Ch 無放電回路，所以 vO 的數(shù)值被保存下來。 1/2 LSB的誤碼率 (MAX187A )；內置采樣保持電路 , 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 2μ A ,正常工作電流 ；串行接口 , 兼容 SPI、 QSPI、Microwave。 圖 39 MAX187引腳功能圖 MAX187 使用采樣 /保持器（ T/H）和逐次逼近寄存器（ SAR）電路將一個模擬輸入信號轉換成 12 位的數(shù)字輸出。串行接口只需 3 根數(shù)字線： SCLK,CS和 DOUT，與微處理器接口非常簡單，它的外圍引腳接線圖如圖 310所示。將 SHDN 引腳拉成低電平，器件處于暫停狀態(tài)，電源電流減低至 10uA 屬于低功耗狀態(tài) 。 當 CS 變?yōu)榈碗娖綍r , 開始轉換 , 此時 ,DOUT輸出為低電平。在 SCL K 輸入一個脈沖 , 最高位 B11出現(xiàn)在DOUT上 ,經過 11個時鐘后 ,分別移位輸出 B10～ B0數(shù)據(jù) ,再進入一個時鐘后 ,一個轉換周期結束。 顯示電路設計 顯示器是最常用的輸出設備。由于結構簡單、價格廉價和接口容易，而得到廣泛的應用。 LED 的核心發(fā)光部分是由 p 型和 n 型半導體構成的 pn結管芯，當注入 pn結的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。 LED 發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產品，由實際需求設計成各種形狀與結構。反射罩式具有字型大，用料省，組裝靈活的混合封裝特點，一般用白色塑料制作成帶反射 腔的七段形外殼，將單個 LED 管芯粘結在與反射罩的七個反射腔互相對位的 PCB 板上，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發(fā)光區(qū)，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內滴人環(huán)氧樹脂，與粘好管芯的 PCB 板對位粘合，然后固化即成。單片集成式是在發(fā)光材料晶片上制作大量七段數(shù)碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼 透鏡 )的外殼。單片式、單條式的特點是微小型化，可采用雙列直插式封裝，大多是專用產品。 在許