【正文】 化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)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(jī)構(gòu)。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。 能夠?qū)崿F(xiàn)力 電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用。 電阻應(yīng)變片的工作原理 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材 料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 cm2/m ） S —— 導(dǎo)體的截面積（ cm2 ） L —— 導(dǎo)體的長度（ m ） 我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化， 從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)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(yīng)變金 屬絲的應(yīng)變情況。在實(shí) 20 際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中?，F(xiàn)今運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中 直 流放大電路在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，特別是在一些測量儀器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。因?yàn)檫@個(gè)微弱的偏差信號(hào)的幅度和功率均不足以推動(dòng)顯示或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以需要把這個(gè)偏差信號(hào)放大到需要的程度，再去推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或送到儀表中去顯示，從而達(dá)到自動(dòng)控制和測量的目的。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號(hào)的最常用的器件是運(yùn)算放大器。目前所用的運(yùn)算放大器，是把多個(gè)晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數(shù)的電路，集成在一塊微小的硅片上 （ 2） 運(yùn)算放大器的原理 運(yùn)算放大器是目前應(yīng)用最廣泛的一種器件，雖然各中不同的運(yùn)放結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于外部電路而言，其特性都是一樣的。（開環(huán)差模放大倍數(shù)是指集成運(yùn)放在無外加反饋 回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。差模輸入電阻的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。輸出電阻的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。 CMRR 越大越好。 INA126 的性能特點(diǎn) 如下： 1） 靜態(tài)電流小 ,小于 175μ A。 ~177。 3） 失調(diào)電壓低 ,小于 250μ V。 5) 低噪聲 ,典型值 35nV/ Hz(100kHz 時(shí) )。 7) 壓擺率的典型值 (輸出177。 8) 輸入阻抗的典型值 10Ω /4pF。 時(shí) )。 圖 INA126的引腳圖 該器件 8 腳塑料 DIP封裝、 SO一 8及 MSOP 一 8貼片封裝三種形式，由型后的字母來表示。該器件兩種等級(jí)，后綴有 A 性能稍差。 圖 INA126的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 放大器的增益取決于外部電阻 RG，其增益 G 為 5+80kΩ /RG。增益與外接電阻 RG的關(guān)系如表 33所示 表 33 增益與外接電阻 RG 的關(guān)系 22 （ 3） 前端信號(hào)處理部分 電路設(shè)計(jì) 通過調(diào)節(jié) RG的阻值來改變放大倍數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的輸入電壓變化范圍是 0～ 5V，傳感器的輸出電壓信號(hào)在 0～ 20mv 左右，因此放大器的放大倍數(shù)在 200～ 300 左右，亦 可將 RG 接成滑動(dòng)變阻器 。其電路圖如圖 所示。電阻應(yīng)變片實(shí)心軸沿軸向線應(yīng)變?yōu)椋? 23 實(shí)心軸沿圓周向線應(yīng)變?yōu)椋? 金屬材料的電阻相對(duì)變化公式為： 把 31， 32代入 33可以得到其輸出電壓為： 其中 F為壓力（即重物重量）， A 為受力面積， E為彈性材料的彈性模量。它是逐次逼 近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 如下圖為 ADC0809 的 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 ADC0809的 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 ADC0809 各腳功能如下： D7D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 VCC： +5V 工作電壓。 REF（ +）：參考電壓正端。 24 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 （以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換） . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。 CLK：時(shí) 鐘信號(hào)輸入端（一般為 500KHz）。 如下圖為 ADC0809 的引腳圖： 圖 ADC0809的引腳圖 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。當(dāng) ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量 進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通道選擇表如下表所示 。當(dāng) ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸 出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。 ADC0809 應(yīng)用說明 （ 1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。 （ 3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 （ 5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號(hào)來判斷。 2 ADC0809 與單片機(jī)的連接 26 圖 ADC0809 與 ATC89S52 電路圖 此外， 由圖中可以看出 ADC0809 和 8051 之間有一個(gè)二分頻的 D觸發(fā)器。而 CP 是上升沿觸發(fā)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 表 35 D觸發(fā)器的真值表 D Qn+1 說明 0 0 置 0 1 1 置 1 在這個(gè)電路圖中， D觸發(fā)器做了個(gè)二分頻的分頻器，它將 ALE 出來的 1MHZ的頻率分頻成 500KHZ 的頻率。 1 8155H 芯片介紹 Intel8155H 芯片內(nèi)包含 有三個(gè)可編程 I/O 中，其中二個(gè)口（ A和 B）為 8位口，一個(gè)口（ C）為 6位口。 PA口和 PB口可工作與基本的輸入輸出方式或選通輸入輸出方式。由于 8155H 27 既有 RAM 又有 I/O 口因而是 MCS51單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。 圖 8155H的引腳圖 28 各引腳的功能說明如下： RESET： 8155H 內(nèi)部復(fù)位信號(hào)輸入端。 AD0～ AD7：三態(tài)地址數(shù)據(jù)線。引腳 IO/M的極性決定地址是 RAM 還是 I/O 口的， 8 位數(shù)據(jù)是寫入到 8155H 芯片或從 8155H芯片讀出，取決于 WR有效還是 RD有效。也由 ALE下降沿鎖存到 8155H 內(nèi)部地址鎖存器。 IO/M=1， AD0～ AD7 的地址為 8155H I/O 口的地址，選擇 I/O 口。 WR：寫選通信號(hào)，低電平有效。 ALE：地址鎖存允許端。 PA0~PA7：這 8 根線是口 A 的通用 I/O 線，由程序控制的命令寄存器選擇輸入 /輸出方向。 PC0~PC5：這 6 根線是 PC 口線。通過命令寄存器實(shí)現(xiàn)程序控制。 TIMEROUT: 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸出，輸出信號(hào)是矩形還是脈沖波形取決于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式。 29 圖 AT89S52和 8155H的接口 顯示電路與 AT89S52 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 在顯示電路的論證中， 本設(shè)計(jì)采用的是 LED顯示 。 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜， LED 有 7 段和 8段之分。 7 段 LED 顯示管比 8 段 LED 少一只發(fā)光二極管 sp，其他和 8段相同。 MCS51對(duì) LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。 為減少硬件開銷，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，在本次的單片機(jī)控制系統(tǒng)中我們采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。 30 圖 AT89S52對(duì) LED的接口電路 圖中， A口通過驅(qū)動(dòng)器 74LS244 和所有 LED 的 a,b,c,d,e,f,g， sp 引線相連，各 LED 的控制端 G 和 8155 的 C 口相連，故 A 口為字形口， C 口為字位口。 74LS244 是 8 位三態(tài)門緩沖器，也可作為驅(qū)動(dòng)器。 圖 74LS244的 邏輯引腳功能 圖 引腳功能： 31 1A1~1A4,2A1~2A4 輸入端 /1G, /2G 三態(tài)允許端 (低電平有效 ) 1Y1~1Y4,2Y1~2Y4 輸出端 真值表 如表 36： 鍵盤電路與 AT89S52 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 矩陣式鍵盤的 結(jié)構(gòu)與工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在 8位單片機(jī) 及微型機(jī)系統(tǒng)中最常用的鍵盤是 8X8 陣列，但在一般的單片機(jī)系統(tǒng)中，往往根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，如 4X8， 3X8， 4X4 等。 鍵盤處理程序的關(guān)鍵是如何識(shí)別鍵碼，單片機(jī)對(duì)鍵盤控制的辦法是“掃描” 根據(jù)單片機(jī) 進(jìn)行掃描的方法又可分為程序控制掃描法，定時(shí)掃描法，中斷掃描法。 如下圖為鍵盤電路與 AT89S52 單片機(jī)的接口 電路圖。 32 B EL L90 12+ 5VP 圖３ .19 報(bào)警電路圖 當(dāng)電路檢測到稱重的物體超過儀器的量程限制時(shí)， 將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)給報(bào)警電路，使報(bào)警電路報(bào)警從而提醒工作人員注意。 33 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程 序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、 數(shù)據(jù)采集子程序、鍵盤掃描子程序和報(bào)警子程序等組成。 主程序模塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各模塊（子程序），在系 統(tǒng)初始化過程中，將系統(tǒng)設(shè)置成 15kg 量程，并寫 15kg 量程標(biāo)志。 圖 主程序流程圖 開 始 清單 =0 LED 初始化 自動(dòng)校準(zhǔn) 提示輸入收銀員編號(hào)和日期 讀 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 計(jì)算金額和總價(jià) 顯示清單 顯示商品單價(jià)重量等信息 N Y 34 子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 子程序主要包括 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取 子程序、 顯示子程序 、 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì) 、 報(bào)警子程序 等。設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示。因此，顯示子程序的設(shè)計(jì)就顯得舉足輕重，設(shè)計(jì)的時(shí)候 也要十分的小心和賣力。 35 圖 顯示子程序 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì) 由前面的 設(shè)計(jì)可知，鍵盤電路設(shè)計(jì)成 3X8 矩陣式 。 數(shù) 字鍵和小數(shù)點(diǎn)鍵：用于輸入單價(jià)； 累加鍵： 相當(dāng)于確認(rèn)， 并且將金額累加 ， 得到所購買商品的總金額。 清零鍵 ：用于 上個(gè)物品稱量完畢，開始新的一次稱量時(shí)將前次示值清零。 最大稱量鍵： 按下此鍵顯示最大稱量值； 商品 1~商品 6： 按下此鍵顯示不同商品的單價(jià)。 另外，已存入的 6 種商品的單價(jià)均可 自行 設(shè)置， 首先按下設(shè)置鍵，再按商品鍵，再輸入單價(jià)即可 。 為了判斷到底哪一行那一列的鍵按下，事先按一定順序給每一個(gè)鍵編一個(gè)號(hào)，即鍵值。 由鍵盤編碼方式可以得出 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9各鍵對(duì)應(yīng)的鍵值分別為： 在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理 。這就需要一段比較程序以及一小段置 1 清 0 程序。智能儀器的核心部件是單片機(jī)，因其極高的性價(jià)比得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。傳感器是一種能將特定的被測信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置，本次設(shè)計(jì)中的電子秤就是在它的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。 首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱量準(zhǔn)確度。如果使用精密度較高的傳感器，效果會(huì)更好。該階段需要注意的是對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。 40 致謝 經(jīng)過 六周的忙碌和學(xué)習(xí)，本次設(shè)計(jì)已接近尾聲，作為一個(gè)大專生， 由于經(jīng)驗(yàn)的缺乏，知識(shí)的有限，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及同組同學(xué)的團(tuán)結(jié)努力，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很難的。 她平日工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，都給與予我悉心的指導(dǎo)。她的專業(yè)水平和治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)給我很深的感觸，相信在以后的學(xué)習(xí)和工作中會(huì)產(chǎn)生積極的影響。 正是因?yàn)橛写蠹宜腥说闹С?，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完