【正文】 的電信號，從而提高測量靈敏度。特別是為制造應變花和小標準應變片提供了可能，從而擴大了應變片的使用范圍。 箔式應變片的缺點是生產(chǎn)工序比較復雜，引出線的焊點采用錫焊不適用于高溫環(huán)境下測量，另外價格較絲式為貴。它是采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在 m 以下的金屬電阻材料薄膜敏 感柵，最后再加上保護層，易實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。主要問題是，尚難控制其電阻與溫度和時間的變化關系。 本項目要求稱量范圍為 0～ 15kg， 重量誤差不大于 177。在稱量儀表允許的條件下，一般傳感器選擇量程為實際最大受載的 2～ 倍 ，所以 我們選擇的傳感器量程 為 30kg ，精 度為 %，滿量程時誤差 。 通過綜合分析，本項目最終確定采用金屬箔應變式稱重傳感器，并且其彈性元件為 S 形雙連孔結構， 其原理如 圖 所示。因此在實際使用之前，必須對傳感器進行一系列補償和調(diào)整工作。經(jīng)補償和調(diào)整后的傳感器性能 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 15 頁 指標都會大大提高，并能使有關參數(shù)滿足標準化要求，便于使用和更換 ??7 。引起傳感器非線性輸出的主要原因有：電橋的非線性誤差；彈性元件在受載后其橫截面積會有微小變化，引起應力和應變量的改變，造成應變與載荷之間非線性；彈性元件本身的非線性和應變片本身的線性等。 2. 溫度補償 為了提高電橋靈敏度或進行溫度補償，往往采用四臂差動電橋，如圖 所示。 單片機系統(tǒng) 單片機與一般的微型機相比，具有以下特點 ??8 ： 1） 集成度高、體積小 在一塊芯片上集成了構成一臺微型計算機所需的 CPU、 ROM、 RAM、 I/O 接口以及定時器 /計數(shù)器等部件，能滿足很多應用領域對硬件的功能要求，因而由單片機組成的應用系統(tǒng)結構簡 單，體積特別小。 3） 抗干擾能力強 單片機內(nèi) CPU訪問存儲器、 I/O 接口的信息傳輸線（總線）大多數(shù)在芯片內(nèi)部，因而不易受外界的干擾，另外由于單片機體積小，適應溫度范圍寬，在應用環(huán)境比較差的情況下，容易采取對系統(tǒng)進行電磁屏蔽等措施，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，所以單片機應用系統(tǒng)的可靠性比一般的微機系統(tǒng)高得多。 5） 性能價格比高 由于單片機功能強、價格便宜，其應用系統(tǒng)的印板小，接插件少，安裝調(diào)試簡單等一系列原因，使單片機應用系統(tǒng)的性能價格比高于一般的微機系統(tǒng)。 8位單片機由 于其功能強、品種多，被廣泛應用于各個領域。 使用單片機可靠、經(jīng)濟，現(xiàn)已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域，對各個行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到重要的推動作用。用單片機改造原有的測量、控制儀表，能促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化和柔性化發(fā)展，如溫度、壓力、流量、濃度顯示和控制儀表等。目前國內(nèi)外均把單片機在儀表中的應用看作是儀器儀表產(chǎn)品更新?lián)Q代的標志。不僅如此，在許多傳感器中，也裝有單片機，形成所謂智能傳感器，用來對各種被測參數(shù)進行現(xiàn)場處理。該系列中的 8051 在我國被當作單片機的 代表， 8031 是無 ROM 的 8051，而 8751 則是用 EPROM 代替 ROM的 8051。 8051 單片機的基本特性如下： （ 1） 具有 8位的中央處理器（ CPU）； （ 2） 芯片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路； 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 18 頁 （ 3） 具有 4K ROM； （ 4） 具有 128 字節(jié) RAM （ 5） 具有 21 個特殊功能的存儲器； （ 6） 具有 4個 I/O 端口、 32 根 I/O 線； （ 7） 可尋址 64K外部數(shù)據(jù)存儲器； （ 8） 可尋址 64K字節(jié)外部程序存儲器； （ 9） 具有兩個 16 位定時 /計數(shù)器； （ 10） 可有 5個中斷 源，配備 2個優(yōu)先級； （ 11） 具有一個全雙功能串行接口； （ 12） 具有位尋址能力，適于邏輯運算。 電路設計 硬件電路是決定儀器性能的重要因素。本節(jié)對便攜式電子秤的電路設計進行介紹，并對幾種主要單元電路分別進行詳細論述。對于要求反應速度高的，如電子 秤及軋制力測量儀等多選用直流供橋。其缺點是在信號的輸送過程中容易引入工頻干擾，而且所用放大器比較復雜。 傳感器的供橋電源，必須具有較高的電壓和頻率穩(wěn)定度，以及足夠大的輸出電流。 供橋電壓的穩(wěn)定度應該根據(jù)傳感器的精度而定，其基本誤差的絕對值不超過傳感器基本誤差絕對值的 1/5。對于電子秤來說，盡管不會因供橋電壓超過推薦電壓值而損壞傳感器，但有可能使它的輸出性能變壞。一般是把傳感器接通供橋電源之后一段時間內(nèi)（如幾分鐘），達到熱平衡這一指標作為依據(jù)；也有規(guī)定應變片的溫度不超過某一規(guī)定值。2 （ 25） 式中 R —— 應變片的電阻值（單位為歐姆，取 R=120Ω）； 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 20 頁 39。 上式中 R 、 39。 錯誤 !未指定書簽。它通常是由高穩(wěn)定的電阻、多圈線繞電位器和直流穩(wěn)壓源組成的電橋電路（如圖 所示），稱之為調(diào)零電橋，將其串接在輸出和測量儀表之間。 簡單的去皮重電路，是采用并聯(lián)電阻 法，即在稱重傳感器橋路的輸入端跨接一電位器Rb，并通過其滑臂和電阻 Ra 與傳感器橋路輸出端的一端相連，如圖 所示。電阻 Ra 主要是為防止電位器 Rb 滑臂到兩端點時將傳感器橋臂的電阻應變片短路，同時亦用于控制調(diào)節(jié)量的大小， Ra 愈小，電壓調(diào)節(jié)量愈大。這在一臺電子秤使用多個傳感器的情況下不宜采用，尤其是當去皮重調(diào)節(jié)量較大，稱重 精度又要求較高的場合用得較少。 電子秤的數(shù)據(jù)采集、處理部分 一、 放大器 由于傳感器輸出信號微弱，需經(jīng)過放大處理，提高抗干擾能力，所以系統(tǒng)需采用放大器，本項目采用 制作方便而且精度很好的專用儀表放大器 INA101。該器件失調(diào)電壓低，溫度漂移小，輸入阻抗高，最大值為 Ω，具有輸入阻抗電路；非線性誤差最大僅為 %，最小可達 %；共模抑制比最高可達 110dB（在 50Hz 時為106dB）；芯片設計引腳靈活。其基本接法如圖 所示， 增益GRKG ??? 401 ， 通過改變 的大小來改變放大器的增益 。 ，所以放大器的輸出電壓值應在 0～177。 二、 A/D 轉換器 由上面對傳感器量程和精度的分析可知： A/D 轉換器誤差應在 %以下 。 所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D。 U 0R bR aABCD 圖 并聯(lián)電阻法 負載ININ+INA101V 10 0KV34510111221411367U 0R GR P 圖 INA101的基本接法 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 23 頁 雙積分型 A/D 轉換器具有很強的抗干擾能力 ??10 。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不 產(chǎn)生影響。故而采用雙積分型 A/D 轉換器可大大降低對濾波電路的要求。另外雙積分型 A/D 轉換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。 RESETINHIINLOICL7135100 K100 KINTOUTAZBUFOUTC REF +C REF 1μR/H KV1V5V74LS157T OUT CLKINB 1B 2B 4B 8D 5UNDEROV ERPOLSTD 1D 2 D 3D 4PC 23B2B1BSEL3A2A1A1Y2Y3YPA 7PA 6PA 5PA 4PA 0PA 1PA 2PA 3+5VIO /MPC 0TIALERDWRCEAD 7AD 6AD 5AD 4AD 3AD 2AD 1AD 0V REF+5VV+AG ND+5VALERDWRP INT 1P P P P P P P P P DG ND100 KV X+5V 10μ1 K1 K80518155 圖 ICL7135 與 8051單片機的接口電路 ICL7135 是一種常用的 4 位半雙積分型單片集成 ADC 芯片。 。ICL7135 轉換結果輸出是動態(tài)的，因此必須通過并行接口才能與單片機連接，接口電路如圖 所示。因此，當 7135 的高位選通信號 D5 輸出為高電平時，萬位數(shù)據(jù) B1 和極性、過量程、欠量程標志輸入到 8155 的 PA0～ PA3，當 D5為低電平時， 7135 的 B B B B1輸出低位的 BCD 碼，此時 BCD 碼數(shù)據(jù)線 B B B B1 輸入到 8155 的 PA3～ PA0。單端輸入時，通常 IN與模擬地 (AGND)連在一起。 VREF的穩(wěn)定性對 A/D 轉換精度有 很大的影響，應當采用高精度穩(wěn)壓源。這三個端子用來外接積分電阻、電容以及校零電容。電容值可取 1μ F。 R/H ：啟動 A/D 轉換控制端。 ST ：選通脈沖輸出端。 OVER：過量程標志輸出端。 POL：極性輸出端。 D D D D D1： BCD 碼數(shù)據(jù)的位驅動信號輸出端，分別選通萬、千、百、十、個位。當 ICL7135 完成一次 A/D 轉換以后 ，產(chǎn)生 5個數(shù)據(jù)選通脈沖，分別將各位的 BCD 碼結果和標志 D1～ D4 打入 8155 的 PA 口， PA口接收到一個數(shù)據(jù)以后，中斷標志線 ANITR（ PC0）升高，通過反向器使單片機 8051 外部中斷 1 輸入端 1INT 變?yōu)榈碗娖?，?CPU 請求中斷， CPU 響應中斷后，讀取 8155PA 口的數(shù)據(jù)。 Intel8279 是一種比較成熟的可編程鍵盤 、 顯示芯片 ，它能完成鍵盤輸入和顯示控制兩項任務 ??10 。顯示部分為發(fā)光二極管、熒光管及其他顯示器提供了按肅穆方式工作的顯示接口，它為顯示器提供多路復用信號，可顯示多達 16 位的字符或數(shù)字。 8279 的讀寫信號 RD 、 WR ，片選信號 CS ，復位信號 RESET，同步時鐘信號 CLK 以及數(shù)據(jù)總線 D0～ D7,能與 CPU 相應的管腳直接相連， C/D （ A0）端用于區(qū)別數(shù)據(jù)總線上所傳遞的信息是數(shù)據(jù)或者是命令字。 SL0～ SL3 是掃描信號輸入線， RL0～ RL7 是回饋信號線。在連 接 32 鍵以內(nèi)的簡單鍵盤時， CNTL、 SHIFT 輸入端可接地。16個按鍵分別是數(shù)字鍵 0～ 小數(shù)點鍵和 5個功能鍵（去皮、清除 /復位、累加、保持、Enter/校正）。 電子秤鍵盤操作的軟件管理功能如下： （ 1）稱重過程。 稱重前，若顯示的值不為 ，則按“去皮”鍵清除為 ；若被稱物品需用 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 26 頁 盛器裝載，先將盛器放在秤臺上，按“去皮”鍵，屏幕顯示為 ，然后裝入被稱物品進行稱量。 當重量顯示超過最大稱量值 15kg 時，發(fā)出報警。稱重結束取下物品（已在重量保持狀態(tài)下），再直接按數(shù)字鍵輸入單價。 （ 3）顯示金額。按“去皮”鍵，又可進行稱量。如果需要將幾種金額累加就得使用“累加”鍵。若顯示“ E”，表示累計總額值超出計價范圍。按“校正”鍵，儀器進行非線性校正。由于本項目要求漢字顯示，所以我們選擇點陣式液晶顯示。 為了與 CMOS 的液晶顯示模塊 EAD20200AR 兼容，應在 8051 單片機的 P0 口與EAD20200AR 的數(shù)據(jù)線 D0～ D7 之間加上一個總線驅動器 74LS245。驅動方向由 G 、 DIR 兩個控制端控制， G 控制驅動器有效或高阻態(tài)，在 G 有效時， DIR 控制驅動器的驅動方向， DIR=0 時，驅動方向從 B至 A；DIR=1 時，驅動方向為由 A至 B。另外， EAD20200AR 的片選端是高電平有效，故從譯碼器輸出的片選信號需經(jīng)過一個反向器之后才能接到它的片選端上。 ALEWRRD80 5174 LS 0474 LS 0474LS00D 0~ D 774 LS 373A 0RSER/WEAD20040AR顯示模塊P 0. 0~ P 74L S245A0~A7B0~B7RDPS EN＆ DIRGGNDG 圖 液晶顯示模塊 EAD20200AR與單片機 8051的接口 EAD20200AR 有 14 條引腳： VSS：地線輸入端。 V0：液晶顯示面板亮度調(diào)節(jié)，通過 10～ 20KΩ的電阻接到 +5V 和地之間起調(diào)節(jié)亮度的作用。 RS：寄存器選擇信號輸入線，低電平選通指令寄存器，高電平選通數(shù)據(jù)寄存器