【正文】 STC90C516RD+系列 單片機來說 ,最小系統(tǒng)一般應該包括 :單片機、晶振電路、復位電路。不妨先列出可供選擇的用晶振所能產(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。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工作。 單片機采用 90C51 單片機可以滿足編程的要求。用I2Mhz 的晶振，時鐘周期為 1 us。 放大電路 稱重檢測及放大電路如圖 ，電阻應變片和 3個 120Ω的電阻組成電橋檢測電路，通過調(diào)節(jié) RPI 在稱重時使電橋平衡。 A A2 的反饋電阻相等，工模增益、失調(diào)、漂移等得到了相互補償。本系統(tǒng)測量精度要求不高，儀表放大器使用的運算放大器可以使用 LM324或 OP07 等芯片按圖所示連接即可。模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。將放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進行輸出，就是選擇我們 A/D 轉(zhuǎn)換器的作用。 A/D 轉(zhuǎn)換器簡介 PCF8591 是一個單片集成、單獨供電、低功耗、 8bitCMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。 PCF8591 的 3 個地址引腳 A0,A1和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C 總線上接入 8個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。其實物圖如圖 所示。器件功能包括了多路復用模擬輸入、片上跟蹤、保持功能、 8 位數(shù)模（模數(shù)）轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部框圖如圖 。 圖 PCF8591 引腳圖 PCF8591 引腳（圖 44（ b））功能如下： （ 1） AIN0～ AIN3： 模擬信號 輸入端。 （ 3） SDA、 SCL：總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。 （ 5)EXT：內(nèi)部、外部時鐘 選擇 線，使用內(nèi)部時鐘時 EXT 接地。 (7)AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 PCF8591 的特性： （ 1）單獨供電 （ 2） PCF8591 的操作電壓范圍 （ 3）低待機電流 (4)通過 I2C 總線串行輸入 /輸出 (5)PCF8591 通過 3 個硬件地址 引腳尋址 (6)PCF8591 的采樣率由 I2C 總線速率決定 (7)4 個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 （ 8）自動增量頻道選擇 (9)PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD (10)PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 (11)8bit 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器 (12)通過 1 路模擬輸出實現(xiàn) DAC 增 PCF8591 工作時序圖如圖 所示。 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作是用 I2C 總線的寫入方式操作完成的，它的數(shù)據(jù)操作格式如圖 所示。 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型 液晶模塊 。 LCD1602 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。LCD1602 液晶顯示屏如圖 所示。 圖 LCD 模擬仿真圖 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為 液晶顯示器對比度 調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的 電位器 調(diào)整對比度）。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。 指令說明及時序 LCD1602 內(nèi)部模塊共有 11 條控制模塊指令，如圖 所示。其讀取數(shù)據(jù)時序圖如圖所示。每當壓力超出設計范圍的時候，單片機會輸出一個高電平，蜂鳴器發(fā)出警報聲，而且液晶屏上有提示。接線圖如圖 所示。 圖 主程序流程圖 編寫 A/D 轉(zhuǎn)換程序， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在 temx 中，流程圖如圖 所示。流程圖如圖 所示。綜合比較各種傳感器的情況，再次我們選用間接法的應變式傳感。 直流電橋 直流電橋的基本形式，它是由連接成環(huán)形的四個橋臂組成的，每個橋留上是一個電阻、在電阻的兩個相對連接點與 — 接人激勵的直流電源，而在另兩個連接點與上接引出線作為電橋 的輸出端，在它的后面可以接后續(xù)的直流放大器 A 等。沒橋臂的電阻分別為只及和直流電橋電路，它們可以全部或部分是應變計；由于其中一個橋臂 (或兩個、三個、四個橋留 )的應變電阻受外界物理量的變化而發(fā)生微小變化。 它的缺點是：容易引入工頻干擾；后續(xù)電路需要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復雜；不適宜于進行動態(tài)測量。 交流電橋 交流電橋采用交流電壓 (大多采用正弦波電壓 )激勵 。但在具體實現(xiàn)時與直流電路的區(qū)別有如下：交流電源一般為正弦曲線或者矩形線，電源頻率一般是被測信號頻率的 10 倍以上；二是交流電橋的橋臂可以是純電阻，也可以是包含有電感、電容的交流阻抗。 其物澀感義且交流 電橋要達到平衡、必須滿足電橋的四個鋅中對邊阻抗模的乘積相等，及對邊阻抗角的和相等。 常用交流橋調(diào)平衡電路為串聯(lián)電阻調(diào)平法，為差動電容調(diào)平法為差動電容；為阻容調(diào)平法，組成 T 形電路，可通過對電阻、電容交替調(diào)節(jié)，使電橋達到平衡。 課題設計的放大電路倍數(shù) 100 倍。 其中輸入級 A1 與 A2 接成射極跟隨器形式，組成輸入阻抗較高的差動輸入級， Rg 具有提高工模抑制比的作用， A3 為雙端輸入、單端輸入的輸出級，以適應接地負載的需要，放大器的增益由 Rg 設定。 蠕變測試程序設計 根據(jù)定義，環(huán)境條件和其他一切可變條件恒定時，在一定載荷作用下的傳感器輸出隨時間發(fā)生的穩(wěn)態(tài)變化稱為蠕變。 完整的蠕變試驗包括加載過程和卸載過程。 蠕變與蠕變恢復通常是在施加額定載荷或去掉額定載荷之后，在規(guī)定時間內(nèi)進行測量，并用額定輸出的百分數(shù)表示。因此，嚴格地講，在只獲得一個測量列的情況下是無法以額定輸出作為參比值來計算相對蠕變的。所以，無論是傳感器的研制者還是使用者都希望能夠找到一種比較合理的近似算法，以便通過一組完整的測量數(shù)據(jù)即可評價被測試傳感器的蠕變特性。我們所介紹的測試程序?qū)Τ踝x數(shù)的采樣做了三種方式的規(guī)定，讓操作人員來選擇 : 內(nèi)，前后兩次讀 數(shù)之差不超過某設定數(shù)值的時候立即采樣 。Return 鍵后立即采樣。然而，由于采樣條件可自由選擇，所獲測量列中的第一個測量值仍帶有某種不定性。 大量的試驗結(jié)果表明，蠕變現(xiàn)象在試驗初始階段比較明顯，當觀測時間足夠長 (比如，t 30min)時，傳感器輸出值將趨于穩(wěn)定?；谶@種考 慮，本文所介紹的測試程序采用如下公式來計算蠕變CP(t)和蠕變恢復 Cr( t): Cp(t) = )()()(??? tA tAtA加載加載加載 （ ） Cr(t) = )()()()(????? tAtA tAtA加載卸載卸載卸載 （ ） 式中 ： A 加載（ t） 蠕變實驗（加載過程） A 卸載（ t） 蠕變恢復實驗（卸載過程）中隨時間變化的測量值 t觀測時間 （在實際應用公式（ 2）、（ 3）時， A 加載（ ?t ）與 A 卸載 ?t 分別取為蠕變試驗或蠕變） 恢復試驗所得測量列中的最后一個測量值。測試程序可以充分發(fā)揮計算機自動采樣優(yōu)勢，按從小漸大的規(guī)律將采樣時間間隔依次規(guī)定為 :、 ls、 2s、 4s 等。為了既能充分反映試驗初始階段的測量值變化趨勢，又不至于使曲線圖的橫向尺寸過長，特地將蠕變特性曲線的橫坐標 (時間軸 )按對數(shù)關系進行不等分刻度，其計算公式如下 : Xt=X0+X0 lgt （ ） 式中： X0時間軸上對應于 1s 的坐標值； Xt與時間 t 對應的橫坐標； t時間， s、 min、 h； 以上，討論了蠕變測試程序設計過程中所涉及的幾個主要問題。遇到這個問題該怎么辦呢？無疑仿真軟件是解決電子電路設計這個問題的最好方法。 Proteus 軟件具有強大仿真功能和解決外圍電路與單片機混合仿真的問題，但卻沒有 C51 仿真功能。該虛擬實驗環(huán)境包括一硬件執(zhí)行環(huán)境和一個軟件執(zhí)行環(huán)境，其中 proteus 提供硬件仿真與運行環(huán)境， keil 提供軟件執(zhí)行環(huán)境。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理及一個功能強大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，并通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uvision4）將這些部分組合在一起。 Keil 軟件雖然本身不是很大，只有幾十兆字節(jié)，但是要完全掌握其所有功能，短短一章是不可能的，針對組成結(jié)構(gòu)作個簡單介紹。以下對其功能簡單介紹： ①．菜單工具欄：菜單為標準的 Window 風格， uvision4 中共有 11 個下拉菜單。 ③．文件窗口：文件窗口用于顯示打開的程序文件，多個文件可以通過窗口下方的文件標簽進行切換。 keil 軟件開發(fā)流程 Keil 是使用工程的方式，而不是單一文件模式來管理文件的。概括地說， Keil 環(huán)境下的軟件開發(fā)主要步驟如下所 述。 ②．新建文件：在該工程下新建程序代碼編寫文件，并且在該文件中輸入源程序。 ③．項目文件的設置：主要包括對目標的設置、輸出選項的設置、仿真類型的設置等。 ⑤．軟件調(diào)試：檢查設計的程序是否完成了特定功能。 Protues 是英國 Labcenter electronics 公司開發(fā)的 EDA工具軟件。第一次使得在物理原型構(gòu)建出來之前，在計算機上完成從原理圖的設計、電路測試仿真、處理器代碼調(diào)試聯(lián)系電路實時仿真設計、功能驗證、出板成品為可能。工程師們總結(jié)其特點如下 : 1） 提供了強大的原理圖繪制功能和 PCB 制版功能。目前支持的單片機類型有 8051 系列、 ARM 系列、AVR、系列、 PIC 系列以及各種外圍芯片。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、信號產(chǎn)生器、邏輯分析儀等。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設 置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前的狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也具備這些支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil 等軟件。 圖 Proteus 軟件界面 Proteus的應用領域 由于具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、微處理器及其外圍電路組成系統(tǒng)仿真、各種虛擬儀器測試及圖表分析功能、 PCB 布板等眾多強大的功能，因此，可以很方便地使用其完成模擬電路測試、數(shù)字電路測試、微處理器系統(tǒng)調(diào)試而不必拘束于實驗器材及環(huán)境，并且可以通過仿真形成產(chǎn)品。 其應用領域如下： 1）電子電路輔助學習：很多有心學習電子電路知識的朋友，可能由于條件所限無法進行真實的硬件電子電路測試幫助自己加深認識。 2）電子電路競賽；參加電子設計比賽的朋友，由于時間緊、任務重，一次失敗意味著與獎項無緣。 3）電子電路的開發(fā)：從事電子電路開發(fā)的工程師及從事電子電路研究人員，許多時候需要通過實驗了解電路的特性， proteus 克服實驗條件多變，通過設置可以構(gòu)建滿足要求的穩(wěn)定實驗室，完成理論到實驗的到 工程的鏈接。設計的思路分為自頂向下設計和自下而上設計。 自下而上設計是一種自下而上的遞增型的設計方法，要求工程師先搭建好低層物理平臺，生產(chǎn)零件，根據(jù)零件功能插入裝配體，逐步增加功能，軟件根據(jù)物理硬件的接口進行編寫，最后整合為一個系統(tǒng)，在考慮系統(tǒng)的特性，本課題設計理念是根據(jù)自下而上 設計進行設計的。 具體的步驟： ①．啟動 Proteus ISIS，新建一個項目。 ③．單擊對象選著器中的元件選擇按鈕，彈出元件選擇對話框如圖 411 所示。 ⑤將相對應的元器件 STC90C516RD、 PCF8591 等放到 ISIS 的設計界面內(nèi) ⑥．然后在根據(jù)相對應的器件所要實現(xiàn)的功能添加一些對應的電路，例如單片機需要的振蕩器，復位電路，以及總線需要一個上拉電阻等前面各個軟件使用時候所需要的一些必備條件，設計出向?qū)碾娐贰? 圖 硬件原理圖 系統(tǒng)程序源代碼 本課題采用 C 程序?qū)纹瑱C C51 單片機進行操作，在 Keil 中進行編寫。 圖 導入 .HEX 文件 導入 .HEX 文件后，在 keil 軟件中進入調(diào)試界面，即可在 Proteus 看到運行結(jié)果聯(lián)合調(diào)試，可以使用 keil 的單步執(zhí)行、設置斷點等調(diào)試功能。 圖 keil 軟件中調(diào)試 圖 Proteus 運行調(diào)試 總結(jié)與展望 總結(jié) 本篇論文主要是針對四工位梁氏稱重傳感器蠕變加載機控制系統(tǒng)的設計 致謝： 經(jīng)過幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設計已接近尾聲。多虧了黃教授的督促和精心的指導，才順利完成這次畢業(yè)設計