【正文】 ? AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度 在單片 AD 轉(zhuǎn)換器中，也用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。小于此最小變化量的輸入模擬電壓，將不會引起輸出數(shù)字量的變化。顯然，它與輸出的二進制數(shù)的位數(shù)有關(guān)，輸出二進制數(shù)的位數(shù)越多，分辨率越小，分辨能力越高 。 轉(zhuǎn)換誤差通常以相對誤差的形式給出，它表示 AD 轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理想輸出的數(shù)字量之間的差別，并用最低有效位 LSB 的倍數(shù)來表示。例如，逐次比較型的 AD0801 ～ 0803 、 0808 ～ 0809 的轉(zhuǎn)換時間為 100μs ； AD571 為 25μs ； AD574 為 35μs ； AD578 為 μs 。 本系統(tǒng)模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇 根據(jù)以上各項指標(biāo)和本系統(tǒng)實際需求，可選擇主芯片 ARM7上自帶的 10位 A/D轉(zhuǎn)換器，直接把輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為實際所需的數(shù)字信號。其中穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，沒有穩(wěn)定性談何稱量準(zhǔn)確 度和工作可靠性。傳統(tǒng)概念上，負(fù)荷傳感器是稱重傳感器、測力傳感器的統(tǒng)稱，用單項參數(shù)評價它的計量特性。舊國標(biāo)共有 21項指標(biāo)，均在常溫下進行試驗；并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差 6項指標(biāo)中的最大誤差，來確定稱重傳感器準(zhǔn)確度等級，分別用 、 、 ......。它能將作用在被測物體上的重力按一定比 例轉(zhuǎn)換成可計量的輸出信號。在各種衡器和質(zhì)量計量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準(zhǔn)確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱重傳感器。這就允 許制造廠對構(gòu)成計量總誤差的各個分量進行調(diào)整，從而獲得期望的準(zhǔn)確度。 電 阻應(yīng)變式稱重傳感器原理：電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理 ，彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外 力變換為電信號的過程。下面就這三方面簡要論述。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。 設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為 L，橫截面是半徑為 r的圓形，其面積記作 S，其電阻率記作 ρ，這種材料的泊松系數(shù)是 μ。設(shè)其伸長 ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少 Δr。 對式 （ 24） 求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。 μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。 需要說明的是：靈敏度系數(shù) K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的 K值一般在 —之間；其次 K值是一個無因次量，即它沒有量綱。這樣，式 （ 29） 常寫作： ΔR/R=Kε (211) 彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。 以托利多公 司的 SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達式，而不再推導(dǎo)。 需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。因為惠斯登電橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。箱式惠斯登電橋的比率 K有 ， ， ， 1, 10， 100， 1000 七檔。 電流計 G 的 B、 D兩點電位 由上式看出，當(dāng) R1R3 = R2Rx時，電流計 G 的 B、 D兩點電位差 Uo=0，電橋 處于平衡，這就是惠斯登電橋。 綜上所述 ， 由于 全橋式等臂電橋靈敏度 很 高， 而且抗干擾能力很強，結(jié)合本系統(tǒng)的實際情況和運行所需， 本系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式全橋電路來檢測皮帶上的重量信號。可控硅和其它半導(dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。 晶閘管 T在工作過程中，它的陽極 A和陰極 K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極 G和陰極 K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的 PN結(jié) J2失去阻擋作用。因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。當(dāng)晶閘 管在正向陽極電壓下，從門極 G流入電流 Ig,由于足夠大的 Ig流經(jīng) NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點流放大系數(shù) a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流 Ic2流過 PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了 PNP管的電流放大系數(shù) a1,產(chǎn)生更大的極電極電流 Ic1流經(jīng) NPN管的發(fā)射結(jié)。這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。 在晶閘管導(dǎo)通后，即使此時門極電流 Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。 在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減 小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流 Ia減小到維持電流 IH以下時，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。 主控模塊 — LPC213X LPC2131/2132/2134/2136/2138微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的 16/32位 ARM7TDMIS CPU，并帶有 32kB、 64kB、 128kB、 256kB和 512kB嵌入的高速 Flash存儲器。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格 控制的應(yīng)用可使用 16位 Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。多個 32位定時器、1個或 2個 10位 8路的 ADC、 10位 DAC、 PWM通道、 47個 GPIO以及多達 9個邊沿或電平觸發(fā) 的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。 ? 8/16/32kB的片內(nèi)靜態(tài) RAM和 32/64/128/256/512kB的片內(nèi) Flash程序存儲器， 128位寬度接口 /加速器可實現(xiàn) 高達 60MHz工作頻率。單個 Flash扇區(qū)或整片擦除時間為 400ms。 ? EmbeddedICE RT和嵌入式跟蹤接口通過片內(nèi) RealMonitor軟件對代碼進行實時調(diào)試和高速跟蹤。 ? 1個 10位的 D/A轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸出。 ? 低功耗實時時鐘具有獨立的電源和特定的 32kHz時鐘輸入?？膳渲脙?yōu)先級和向量地址。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 ? 多達 9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。 ? 片內(nèi)集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為 1～ 30 MHz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達 50MHz。 ? 低功耗模式：空閑和掉電。 ? 通過外部中斷或 BOD將處理器從掉電模式中喚醒。10%)， I/O口可承受 5V的電壓。 本章小結(jié) 本章首先介紹了配料系統(tǒng)的設(shè)計 目標(biāo) ： 精 確、 高效、實時監(jiān)控、自動化程度高 。一般配料系統(tǒng)對稱量配料過程的生產(chǎn)率都有規(guī)定，在給定的生產(chǎn)率前提下，使配料精度達到要求即可。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第三章 系統(tǒng)硬 件設(shè)計 系統(tǒng)電路總體設(shè)計 整個系統(tǒng)以 LPC2131 微控制器為核心，對皮帶料重，過零點等參數(shù)進行檢測，經(jīng)運算比較，控制可控硅觸發(fā)等相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 可控硅觸發(fā)控制電路 ：根據(jù)上次下料量的大小調(diào)整其導(dǎo)通角，以改變電路中的電流，從而調(diào)整振動以調(diào)整本次下料量，最終達到控制作用。 鍵盤顯示電路 ：實時監(jiān)控 電路運行狀態(tài)，根據(jù)具體情況進行電路參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整。 圖 3. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 主控芯片的選擇及簡介 作為配料系統(tǒng)核心部件的主控芯片，不但要求其損耗低、抗干擾能力強、易于操作 、價格適中 ，而且必須具有執(zhí)行速度快、通用性強等特點。但數(shù)據(jù)處理能力不強，需要借助外加器件例如計數(shù)器， PID調(diào)節(jié)器或 PiVM 產(chǎn)生器等，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強，系統(tǒng)控制板的結(jié)構(gòu)尺寸也會很大。 與 DSP 具有同等性能的 ARM 微處理資源豐富，具有很好的通用性，以其高速江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 度，高性能、低價格、低功耗，可以廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 ARM 嵌入式系統(tǒng) 以其優(yōu)良的性能，良好的移植性，廣泛應(yīng)用與各個行業(yè)。 ARM 集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)資源，利用自身資源不必增加外圍器件就可實現(xiàn)控制要求的功能 ， 同時使得控制板的結(jié)構(gòu)尺寸可以做得更小。 ARM (Advanced RISC Machines )，既可以認(rèn)為是一個公司的名稱，也可以認(rèn)為是對一類處理器的通稱。目前，采用 ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán) (IP)核的微處理器，即我們通常所說的 ARM 微處理器，已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費類電子、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。由于 ARM公司自成立以來，一直以 IP(Intelligence Property)核提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識產(chǎn)權(quán)，而自己并不介入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有 75%以上的 32位 RISC嵌入式產(chǎn)品市場，在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場領(lǐng)導(dǎo)地位。在所有 ARM微處理器系列中， ARM7TDMI微處理器系列所應(yīng)用的范圍最廣，采用 ARM7TDMI微處理器作為內(nèi)核生產(chǎn)芯片的公司最多，同時其性價比也是最高的。 ARM 處理器 概述 ARM7TDMIS 核是通用的 32 位微處理器內(nèi)核，是采用馮 .諾依曼結(jié)構(gòu)，具有高性能和低功耗的特性。 ARM7TDMIS 使用了流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 3. 2 ARM7 的 3 級指令流水線 ARM7TDMIS 處理器使用 了一個被稱為 Thumb 的獨特結(jié)構(gòu)化策略，非常適合那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用?；旧希?ARM7TDMIS處理器具有以下兩個指令集： ? 標(biāo)準(zhǔn) 32 位 ARM 指令集 ? 16 位 Thumb 指令集 Thumb 指令集的 16 位指令長度，使其可以達到標(biāo)準(zhǔn) ARM 代碼的密度，卻仍然保持 ARM 的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，而這些優(yōu)勢是使用 16 位寄存器的 16 位處理器所不具備的。 Thumb 代碼僅為 ARM 代碼規(guī)模的 65%，但是其性能卻是連接到 16 位存儲器系統(tǒng)的相同的 ARM 處理器性能的 160%。 128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。 LPC2131特性如下： . ? 小型 LQFP64 封裝的 16/32 位 ARM7TDMIS 微控制器。 ? 32KB 片內(nèi) Flash 程序存儲器， 128 位寬度接口 /加速器實現(xiàn)高達 60MHz的操作頻率。 Flash編程時間， 1ms 可編程 256 個字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需 400ms。 ? 1 個 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn) 換器共包含 8 個模擬輸入，每個通道的轉(zhuǎn)換時間短至 us。 ? 實時時鐘具有獨立的電源和時鐘源，在節(jié)電模式下極大的降低功耗。 ? 向量中斷控制器。 ? 多達 47 個可承受 5V 電壓的通用 I/O。 ? 通過片內(nèi) PLL 可實現(xiàn)最大的為 60MHz的 CPU 操作頻率。 ? 2 個低功耗模式：空閑和掉電。 ? 通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。 CPU 操作電壓為 ~。 AHB 和 VPB 通過橋相連。片內(nèi)外設(shè)與器件引腳的連接由引腳連接模塊控制。 LPC2131 將 ARM7TDMIS 配置為小端字節(jié)順序 ,LPC2131 開發(fā)板 的實物如 圖 3. 3 所示。（ 1）電源電路 LPC2131 芯片供電電源為 ，內(nèi)核供電電源為 ，因此系統(tǒng)設(shè)計為 應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)正確連接電源后， LED 作為電源指示燈點亮。電路原理圖如 圖 3. 4 所示。其電路原理圖如 圖 3. 5所示。原理圖如 圖 3. 6 所示。 RTCK 引腳接一個 下拉電阻，使系統(tǒng)復(fù)位后 LPC2131 內(nèi)部 JTAG 接口使能，直接進入 JTAG 調(diào)試。 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20J P 1V D D 3. 3_ O U TnT R S TT M ST C KR T C KT D IT D OR1V D D 3. 3_ O U TG N D _A R M 圖 3. 7 JTAG 接口電路 系統(tǒng) 模塊 電路設(shè)計 過零檢測電路： 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 用于檢測交流電的過零點，在過零點來臨之后，打開一個定時器，定時器中斷后，給出可控硅開啟脈沖，這樣只要改變定時器初值就能將開啟脈沖前移或者后推，實現(xiàn)對可控硅觸發(fā)角的控