51單片機(jī)自動(dòng)供料課程設(shè)計(jì)---基于單片機(jī)的自動(dòng)控制供料系統(tǒng)

1、<p>　　基于單片機(jī)的自動(dòng)控制供料系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器生產(chǎn)供料基本由微電腦智能控制，在本設(shè)計(jì)中將智能化、自動(dòng)化、人性化用在了自動(dòng)供料的控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)主要由單片機(jī)來控制，測量物體重量部分由稱重傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器組成，加上顯示單元，此外流水線部分由電機(jī)控制履帶具備

2、了、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。</p><p>　　本題目要求設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的送料機(jī)自動(dòng)控制供料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。主要設(shè)計(jì)以AT89S52實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。以AT89S52為控制核心的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程中主要包含輸入信號(hào)使用壓力傳感器采信號(hào)，對采集來的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大后對信號(hào)進(jìn)行處理的模塊，單片機(jī)信號(hào)處理模塊有A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)AT89S52進(jìn)行控制，信號(hào)輸出模塊有用D

3、/A轉(zhuǎn)換出電壓來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并用單片機(jī)控制LCD顯示單片機(jī)輸入和輸出信息的顯示模塊。</p><p>　　關(guān)鍵詞 AT89S52，稱重傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，LCD顯示器</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1

4、.1設(shè)計(jì)背景和研究意義1</p><p>　　1.2自動(dòng)送料控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求1</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)2</p><p>　　1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇2</p><p>　　1.4．1方案一分析2</p><p>　　1.4．2方案二分析2</p>&

5、lt;p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 控制器部分4</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)采集部分4</p><p>　　2.2.1 傳感器的選擇4</p><p>　　2.2.2放大電路選擇7</p><p>　　2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇9</p><

6、;p>　　2.3顯示電路部分的選擇11</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 AT89S52的最小系統(tǒng)電路12</p><p>　　3.1.1單片機(jī)芯片AT89S52介紹12</p><p>　　3.1.2.單片機(jī)管腳說明13</p><p>　　3.1.3 AT89

7、S52的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成15</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.1 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2.3 測量算法19</p><p>　　3.

8、3顯示電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1主程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2 子程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2.2 D/A轉(zhuǎn)換啟動(dòng)23<

9、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附 錄25</b></p><p><

10、b>　　第一章 緒論 </b></p><p>　　1.1設(shè)計(jì)背景和研究意義</p><p>　　在我國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營企業(yè)，由于受資金管理等方面的限制，一般送料絕大多數(shù)是采用人工手送料，且缺乏保護(hù)裝置，造成勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，事故發(fā)生大等特點(diǎn)。</p><p>　　隨著科技信息科技的迅猛、市場經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新

11、更快，尤其是隨著高新科技的日新月異，產(chǎn)品的類型、工藝外形越來越復(fù)雜，精度越來越高，再加上企業(yè)經(jīng)營與發(fā)展必會(huì)面對勞工的短越、人工成本上要節(jié)省化、合理化與自動(dòng)化的發(fā)展趨向！傳統(tǒng)的手工送料已經(jīng)不能滿足要求，這時(shí)自動(dòng)送料機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生，在今天現(xiàn)代的科學(xué)領(lǐng)域中送料機(jī)就是用于專門粒料，粉料，片狀料等材料的自動(dòng)化，數(shù)控化，精確化的輸送系統(tǒng)，是無論是輕工業(yè)還是重工業(yè)都不可缺少的設(shè)備。</p><p>　　近年來，由于單片機(jī)控制技術(shù)

12、、檢測技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，作為輔助裝置的送料系統(tǒng)自動(dòng)化水平也需要越來越高。提高自動(dòng)化的水平不僅可以提高效率、產(chǎn)品的質(zhì)量同時(shí)也能保證人工的身體安全。而單片機(jī)就是實(shí)現(xiàn)控制的重要關(guān)節(jié)，單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能。</p><p>　　綜上所述，在本著節(jié)約資本、降低成本、提

13、高生產(chǎn)效率，保證人員身體安全的科學(xué)人性化管理的方針下對送料進(jìn)行自動(dòng)化管理。采用單片機(jī)為核心的自動(dòng)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這樣就可以在不購買新設(shè)備的基礎(chǔ)上對舊設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改良，這不僅提高了工作的效率，使整個(gè)過程又快又節(jié)約資本。</p><p>　　1.2自動(dòng)送料控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求</p><p>　　以AT89S52實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。以AT89S52為控制核心的控制系統(tǒng)

14、，設(shè)計(jì)過程中主要包含輸入信號(hào)使用壓力傳感器采集的信號(hào)，對采集來的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大濾去無用信號(hào)對信號(hào)進(jìn)行處理的模塊，A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)AT89S52進(jìn)行控制，信號(hào)輸出模塊用D/A轉(zhuǎn)換出電壓來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速并加功率放大電路用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并用單片機(jī)控制LCD顯示單片機(jī)輸入和輸出信息的顯示模塊。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　(1)用一臺(tái)電

15、機(jī)控制兩條生產(chǎn)線。</p><p>　　(2)能檢測物料的重量送到單片機(jī)檢測，并顯示重量。(3)信號(hào)調(diào)試工作。</p><p>　　1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p>　　1.4．2方案二分析</p><p>　　用壓力傳感器檢測物料的壓力信號(hào)采用OP07放大器進(jìn)行信號(hào)放大，但放大倍數(shù)和信號(hào)顯示正常，在AD轉(zhuǎn)化處理時(shí)會(huì)有較小的誤差。

16、AD轉(zhuǎn)化時(shí)要對AD進(jìn)行500KHZ的時(shí)鐘脈沖，用單片機(jī)的30管腳ALE產(chǎn)生2M信號(hào)要分頻給AD，我采用74系列161加74ls00計(jì)數(shù)器分頻方波有毛刺，進(jìn)入單片機(jī)時(shí)重量轉(zhuǎn)化，在顯示正常，其次經(jīng)OP07放大后功率放大不夠，在后級加三極管實(shí)現(xiàn)電流放大。因此在驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電壓和電流能滿足要求。達(dá)到物料和電機(jī)控制的效果。如圖所示：</p><p>　　圖1.1方案硬件設(shè)計(jì)二</p><p>　　這種

17、設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)在于：電路設(shè)計(jì)簡單信號(hào)調(diào)理難度小，精確度較高控制電機(jī)。滿足系統(tǒng)的控制。因此這種方案予以采納。第二種方案為本設(shè)計(jì)的最終方案。 </p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　按照本設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由4個(gè)部分組成：控制器部分、測量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖1.2所示。</p><p>　　圖2.1設(shè)計(jì)

18、思路框圖</p><p>　　測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜訟/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其顯示在液晶屏上。同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制其轉(zhuǎn)速。</p><p>

19、<b>　　2.1 控制器部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這種新型的在測量過程自動(dòng)化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。</p><p>　　再則由

20、于系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶EPROM的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在這里選用ATMENL生產(chǎn)的AT89SXX系列單片機(jī)。AT89SXX系列與MCS-51相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，使程序?qū)懭敫臃奖?；第二，提供了更小尺?/p>

21、的芯片，使整個(gè)硬件電路體積更小。此外價(jià)格低廉、性能比較穩(wěn)定的MCPU，具有8K×8ROM、256×8RAM、2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位I/O接口。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測量和控制要求</p><p>　　最后我們最終選擇了AT89S52這個(gè)比較常用的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。AT89S52內(nèi)部帶有4KB*2的程序存儲(chǔ)器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。</p><

22、;p>　　2.2 數(shù)據(jù)采集部分</p><p>　　數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，因此對于這部分的論證主要分三方面</p><p>　　2.2.1 傳感器的選擇</p><p>　　在設(shè)計(jì)中,傳感器是一個(gè)十分重要的元件,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性

23、價(jià)比等等.</p><p>　　傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮

24、到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。其公式如下：</p><p>　　C＝K0×K1×K2×K3×(Wmax＋W)/N （2.1）</p><p>　　C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間；K1—沖

25、擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風(fēng)壓系數(shù)。本設(shè)計(jì)要求稱重范圍0～5kg，重量誤差不大于0.01kg，根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式（2.1）可知：</p><p>　　C＝1.25×1×1.03×1×（20＋1.9）／1 (2-2)</p><p><b>　?。?.01205</b></p><p&

26、gt;　　為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。在實(shí)際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在20%～80%之間，線性好，精度高。重量誤差應(yīng)控制在±0.01Kg，又考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，根據(jù)式2.1的計(jì)算結(jié)果，所以我們確定傳感器的額定載荷為7.5Kg，允許過載為150%F.S，精度為0.05%，最大量程時(shí)誤差0.01kg，可以滿足

27、本系統(tǒng)的精度要求.</p><p>　　綜合考慮,本設(shè)計(jì)采用SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器,其最大量程為7.5 Kg.稱重傳感器由組合式S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，具有過載保護(hù)裝置。由于惠斯登電橋具諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補(bǔ)償方便等優(yōu)點(diǎn)，所以該傳感器測量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，其

28、工作原理如圖2.2所示： </p><p>　　表2.1 壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　其測量原理：用應(yīng)變片測量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出： </p><p><

29、;b>　?。?-3）</b></p><p>　　2.2.2放大電路選擇</p><p>　　稱重傳感器輸出電壓振幅范圍0～20mV。而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為0～5V，因此放大環(huán)節(jié)要有100倍左右的增益。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（70～150倍），根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為120倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。按照輸入電壓20mV，分辨率20000碼

30、的情況，漂移要小于1µV。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時(shí)漂（±1µV），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點(diǎn)漂移的要求。殘余的一點(diǎn)漂移依靠軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤來徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以保證其負(fù)反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。</p><p>　　由2.2.1中稱重傳感器的稱量原理可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成ΔR/R，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如

31、傳感器的應(yīng)變片電阻值120Ω，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000ε，應(yīng)變電阻相對變化量為：</p><p>　　ΔR/R = K×ε= 2×1000×10－6 =0.002 （2-4）</p><p>　　由式2-3可以看出電阻變化只有0.24Ω，其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既難以直接精確測量

32、，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計(jì)的ΔR/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個(gè)電壓或電流信號(hào)很小，需要增加增益放大電路來把這個(gè)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換芯片接收的信號(hào)。在前級處理電路部分，我們考慮可以采用以下幾種方案：</p><p>　　方案一、利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成前級處理電路；</p><p>　　普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級放大器會(huì)引入大量噪聲。由于

33、A/D轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。</p><p>　　方案二、主要由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，而構(gòu)成的前級處理電路；差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。其設(shè)計(jì)電路如圖2.3所示：</p><p>　　方案（三）：采用專用儀表放大器，如：INA126，INA1

34、21等構(gòu)成前級處理電路。下面舉例用INA128儀用儀表放大器來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖2.3利用普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器</p><p>　　一般說來，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中都是把集成化儀器放大器作為前置放大器。然而，絕大多數(shù)的集成化儀器放大器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關(guān)：增益越高，共模抑制比越大。而集成化儀器放

35、大器作為心電前置放大器時(shí)，由于極化電壓的存在，前置放大器的增益只能在幾十倍以內(nèi)，這就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時(shí)的共模抑制比不可能很高。有學(xué)者試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由于信號(hào)源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴(yán)重地?fù)p害了放大器的性能。 為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，設(shè)計(jì)電路如下：</p>&l

36、t;p>　　圖2.4 采用INA128設(shè)計(jì)的放大電路</p><p>　　(1) 前級采用運(yùn)放A1和A2組成并聯(lián)型差動(dòng)放大器。理論上不難證明，在運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動(dòng)放大器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關(guān)。 </p><p>　　(2) 阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動(dòng)放大器構(gòu)

37、成的前級放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級放大器之間，這樣可為后級儀器放大器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比提供了條件。同時(shí)，由于前置放大器的輸出阻抗很低，同時(shí)又采用共模驅(qū)動(dòng)技術(shù)，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對稱（匹配）導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。 </p><p>　　(3) 后級電路采用廉價(jià)的儀器放大器，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級的儀器放大器可以做到很高

38、的增益，進(jìn)而得到很高的共模抑制比。 </p><p>　　從理論上計(jì)算整個(gè)電路的共模抑制比為： </p><p><b>　　圖2.5</b></p><p>　　式中：CMRTotal或CMRRTotal－放大器的總共模抑制比；CMR1－第一級放大器的共模抑制比；CMR2或CMRR2－第二級放大器的共模抑制比；A1d、A1c、A2d和A2c－

39、分別為第一級放大器和第二級放大器的差模增益和共模增益。 </p><p>　　經(jīng)過實(shí)際測量，圖2.4所示的電路采用圖中所給出的參數(shù)時(shí)，電路的共模抑制比在120dB以上。</p><p>　　有以上分析以及基于電子秤的要求精確度不是很高，所以選擇由普通放大器所組成的差動(dòng)放大器作為本設(shè)計(jì)的信號(hào)放大電路。</p><p>　　2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p&g

40、t;<p>　　A/D轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無意義。目前，世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的∑-Δ型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)用要求。目前， ADC集成電路主要有以下幾種類型：</p><p>　　(1)并行比較A/D轉(zhuǎn)換器：如ADC0808、 ADC0809等 。并行

41、比較ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在1GSPS以上，通常稱為“閃爍式”ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的ADC所有位的轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，其轉(zhuǎn)換時(shí)間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時(shí)間延遲等。缺點(diǎn)是：并行比較式A/D轉(zhuǎn)換的抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比較式A/D只適合于數(shù)字示波器等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，不適合本系統(tǒng)。</p><p>

42、　　(2) 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型ADC是應(yīng)用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型ADC的優(yōu)點(diǎn)：高速，采樣速率可達(dá) 1MSPS；與其它ADC相比，功耗相當(dāng)?shù)?；在分辨率低?2位時(shí)，價(jià)格較低。缺點(diǎn)：在高于14位分辨率情況下，價(jià)格較高；傳感器產(chǎn)生的信號(hào)在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進(jìn)行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會(huì)明顯增加成本。</p><p>　　(3)積分型A/D轉(zhuǎn)換器：

43、如：ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433等。積分型ADC又稱為雙斜率或多斜率ADC，是應(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔。與此同時(shí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。積分型ADC兩次積分的時(shí)間都是利用同一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來確定，因此所得到的表達(dá)式與時(shí)鐘頻率無關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓VR。此外，由于輸入端采用

44、了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。若把積分器定時(shí)積分的時(shí)間取為工頻信號(hào)的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類ADC主要應(yīng)用于低速、精密測量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點(diǎn)是：分辨率高，可達(dá)22位；功耗低、成本低。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在12位時(shí)為100～300SPS。     (4)壓頻變換型ADC：其優(yōu)點(diǎn)是：精度高、價(jià)格較低、功

45、耗較低。缺點(diǎn)是：類似于積分型ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12位時(shí)為100～300SPS。 </p><p>　　考慮到本系統(tǒng)中對物體重量的測量和使用的場合，精度要求不是很苛刻，轉(zhuǎn)換速率要求也不高，而雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高，具有精確的差分輸入，重要的是輸入阻抗高（大于），可自動(dòng)調(diào)零，有超量程信號(hào)輸出，全部輸出于TTL電平兼容。且雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對正負(fù)對稱的工頻干擾信

46、號(hào)積分為零，所以對50Hz的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的</p><p>　　壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。 </p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了D/A轉(zhuǎn)換器ADC0809和DAC0832。 </p><p&

47、gt;　　2.3顯示電路部分的選擇</p><p>　　基于單片機(jī)的自動(dòng)控制供料系統(tǒng)。顯示部分的組成有以下兩種方案可供選擇：一是LED數(shù)碼管顯示，而是LCD液晶顯示兩種選擇。LCD液晶顯示是一種級低功耗顯示器，所以本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示。</p><p><b>　　第三章硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思

48、路，此電路由一塊AT89S52、信號(hào)放大、AD轉(zhuǎn)化、DA轉(zhuǎn)化、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、12位LCD顯示器電路。</p><p>　　圖3.1硬件電路設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且</p><p>　　力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。&

49、lt;/p><p>　　由于稱重傳感器一般的輸出范圍為0～20mV，對A/D轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出物體的重量。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： AT8

50、9C52的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人-機(jī)交換電路等。</p><p>　　3.1 AT89S52的最小系統(tǒng)電路</p><p>　　3.1.1單片機(jī)芯片AT89S52介紹</p><p>　　單片機(jī)采用MCS-51系列單片機(jī)。由ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atme

51、l 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下，CP

52、U停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個(gè)看門狗（WDT）定時(shí)/計(jì)數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。</p><p>　　AT89S52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O

53、）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如上圖所示。</p><p>　　圖3.2 AT89S52引腳圖</p><p>　　3.1.2.單片機(jī)管腳說明</p>

54、<p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼

55、輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一

56、個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校

57、驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p&g

58、t;　　表3.3 P3.0口引腳功能表</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，

59、ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信

60、號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP

61、）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.1.3 AT89S52的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成</p><p>　　AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作

62、的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。</p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　當(dāng)MCS-5l系列

63、單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。</p><p>　　上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其

64、中包括使程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。</p><p>　　系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為

65、低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路。</p><p>　　3.2.1 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處

66、的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對正確使用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。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(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。</p><p>　　傳感器檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，由于惠斯登電橋具有很多?yōu)點(diǎn)，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(bǔ)償問題等，又因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度

67、最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以在本設(shè)計(jì)中選用最終方案我們選擇的是上海開沐自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的NS-TH1系列稱重傳感器，額定載荷20Kg，該稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。</p><p>　　由于傳感器輸出的電壓信號(hào)很小，是mV級的電壓信號(hào)，因此為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在傳感器外圍電路的設(shè)計(jì)過程中，增加了由普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器增益調(diào)節(jié)電阻Rg選用10K 電阻，是為了滿足系統(tǒng)抗干擾的要

68、求而設(shè)計(jì)。其電路圖如3.4所示。</p><p>　　圖3.4傳感器和其外圍電路圖</p><p>　　這是一個(gè)電阻應(yīng)變片式稱重傳感器，將電阻應(yīng)變片貼在金屬的彈性體（即力敏感器）上，并連接成一差動(dòng)全橋電路。電阻應(yīng)變片實(shí)心軸沿軸向線應(yīng)變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　實(shí)心軸沿圓周向

69、線應(yīng)變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　金屬材料的電阻相對變化公式為：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　把3-1、3-1代入3-3可以得到其輸出電壓為：</p><p><b>　　(3-4

70、)</b></p><p>　　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。如果在電阻的兩側(cè)都加入應(yīng)變片，則其輸出為</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　SP20C-G501的輸出電壓為1-5V相應(yīng)壓力為1-50KPa。供電電流變動(dòng)會(huì)直接影響傳感器的輸出電壓，因此希望電流變動(dòng)要小。此

71、外，增大或減小驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)整輸出電壓，但電流過小，輸出電壓降低同時(shí)抗噪聲能力減弱；電流過大，會(huì)使傳感器發(fā)熱等，將對傳感器特性影響加大。因此在電路中使用1mA的驅(qū)動(dòng)電流。即使用的電流為1mA左右。電路中，采用通用運(yùn)算放大器LM324，由穩(wěn)態(tài)二極管VS提供2.5V的輸出電壓經(jīng)電阻R2和R3分壓得到基準(zhǔn)電壓，作為運(yùn)放A1輸入電壓，并供給1mA的電流。傳感器的驅(qū)動(dòng)電流流過基準(zhǔn)電阻R4，其上的壓降等于輸入電壓。</p><p&

72、gt;　　R13和R14為失調(diào)電壓的溫度補(bǔ)償電阻，阻值選擇500k-1.5M。輸入采用高輸入阻抗的差動(dòng)輸入方式，再有差動(dòng)放大器電路進(jìn)行放大，輸出1-5V的電壓。RP2用于調(diào)整電路輸入的靈敏度，RP1用于失調(diào)電壓的調(diào)整，調(diào)整時(shí)，壓力為0KPa時(shí)輸出電壓為1V，調(diào)整RP1，當(dāng)壓力為達(dá)到20Kg的力時(shí)，輸出電壓為5V即可。</p><p>　　而有式(3-5)得三運(yùn)放放大電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系式為：</p

73、><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　通過上式可以看出，放大系數(shù)為</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　代入數(shù)值可以計(jì)算出，其放大系數(shù)在70～150之間，完全符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　有(3-6)可以得到電橋輸入電

74、壓U0與被測重量x成正比，即</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　式中：——電橋的電源電壓</p><p><b>　　——傳感器系數(shù)</b></p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　

75、　AD0808是美國Analog Device公司生產(chǎn)的8位單片A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，它包括一個(gè)8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)8通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微控制器兼容的控制邏輯8通道轉(zhuǎn)換開關(guān)具有鎖存功能，可對8路模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換，其引腳圖如下:</p><p>　　圖3.5ADC0808管腳圖</p><p>　　ADC0808有3根控制線，邏輯控制輸入信號(hào)有：</p

76、><p>　　IN0-IN7：8路輸入信號(hào)模擬量輸入端口。</p><p>　　START,ALE：START為啟動(dòng)控制輸入端口，ALE位地址鎖存控制信號(hào)端口。</p><p>　　EOC,OE：EOC為信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束脈沖輸出端，OE為輸出允許控制端口其電平由低變高時(shí)輸出信號(hào)。</p><p>　　RF+,RF-,Vcc，GND：RF+,RF-為參

77、考電壓輸入，Vcc為電壓輸入，GND為接地。</p><p>　　3.2.3 測量算法</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D與被測量x存在以下關(guān)系：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中：S——傳感器及其測量電路的靈敏度（即被測量X轉(zhuǎn)換成電壓U的轉(zhuǎn)換系數(shù)）</p>&l

78、t;p>　　K——放大器的放大倍數(shù)</p><p>　　——A/D轉(zhuǎn)換器滿量程輸入電壓</p><p>　　——A/D轉(zhuǎn)換器滿量程輸出數(shù)字</p><p>　　而被測量X總是以其測量數(shù)字N和測量單位x1表示</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　將式（3-10

79、）代入（3-9）得</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　由上式可見只要滿足以下條件</p><p><b>　　（3-12）</b></p><p>　　就可以使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D與被測量x的數(shù)值N相等，即D=N，在這種情況下將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果作為被測量的數(shù)值傳送到顯示

80、器顯示出來。</p><p>　　3.3顯示電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在2.3顯示電路論證中，本設(shè)計(jì)采用是LCD顯示。在LCD驅(qū)動(dòng)時(shí)，需在段電極和公共電極上施加交流電壓。若只在電極上施加DC電壓時(shí)，液晶本身發(fā)生劣化。液晶驅(qū)動(dòng)方式包括靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式。(1)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)  　　所有的段都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路，表示段電極與公共電極之間連續(xù)施加

81、電壓。它適合于簡單控制的LCD。 (2)多路驅(qū)動(dòng)方式  　　構(gòu)成矩陣電極，公共端數(shù)為n，按照1/n的時(shí)序分別依次驅(qū)動(dòng)公共端，與該驅(qū)動(dòng)時(shí)序相對應(yīng)，對所有的段信號(hào)電極作選擇驅(qū)動(dòng)。這種方式適合于比較復(fù)雜控制的LCD。 在多路驅(qū)動(dòng)方式中，像素可分為選擇點(diǎn)、半選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)。為了提高顯示的對比度和降低串?dāng)_，應(yīng)合理選擇占空比（duty）和偏壓(bias)。 　　施加在LCD上所表示的ON和OFF時(shí)的

82、電壓有效值與占空比和偏壓的關(guān)系如下： 　　Vo:LCD驅(qū)動(dòng)電壓  　　N:占空比(1/N)  　　a:偏壓(1/a) 　　多路驅(qū)動(dòng)方式可分為點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)適合于低占空比應(yīng)用，它在各段數(shù)據(jù)輸出時(shí)，將數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)適合于高占空比應(yīng)用，它在各幀輸出時(shí)，將數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。 　　對于多灰度和彩色顯示的</p><p><b>　　圖3

83、.6液晶連接</b></p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)：</p><p>　　(1) 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)

84、鍵。</p><p>　　(2) 根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。</p><p>　　(3)編寫程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?，?gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。</p><p>　　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。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)

85、向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序和延時(shí)程序等組成。</p><p><b>　　4.1主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p>

86、<p><b>　　4.2 子程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)子程序主要包括A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)、以及中斷程序設(shè)計(jì)等。</p><p>　　4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞

87、到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序流程圖</p><p>　　4.2.2 D/A轉(zhuǎn)換啟動(dòng)</p><p>　　本設(shè)計(jì)DAC0832采用直通方式連接單片機(jī)數(shù)據(jù)直接從P0口讀出進(jìn)行DA轉(zhuǎn)化，因此本設(shè)計(jì)不需要用程序控制，只要正常啟動(dòng)DA0832就好了。</p><p>

88、<b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子檢測的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的檢測逐步的被智能儀器所取代。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。而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，越來越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息（物理量、化學(xué)量、生物量

89、等）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檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。因</p><p>　　此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機(jī)、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。</p><p>　　首先是傳感器的精密度，它將直接影響本設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)時(shí)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)不是很穩(wěn)定，所以誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會(huì)好的多。</p>&

90、lt;p>　　其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì)算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

91、　　[1]趙茂泰 智能儀器原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2004： </p><p>　　[2]張毅剛 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2003： </p><p>　　[3]賈伯年,俞樸.傳感器技術(shù)[M].東南大學(xué)出版社.2000： </p><p>　　[4]單成祥 傳感器理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社

92、，1999： </p><p>　　[5]李道華,李玲，朱艷 傳感器電路分析與[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2000： </p><p>　　[6]沙占友,王彥朋等 智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.6</p><p>　　[7]何希才,薛永毅 傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1 </p&g

93、t;<p>　　[8]李群芳 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[9]周立功 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2004.6</p><p>　　[10]全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì).全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品匯編[J].北京理工大學(xué)出版社.2005.11</p><p>　　[11]何立民 單片

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95、age programming with the IBM PC AT”Brady Communica Yion Company.,Inc.,1986:39-57.</p><p>　　[15] Donna N.Tabler:“IBM PC Assembly language” John Wiley&Sons.Inc.,1985:86-98.</p><p>　　[16] http:

96、//www.zdh.net.cn/</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄1 系統(tǒng)總圖</b></p><p><b>　　附錄2 主程序清單</b></p><p>　　#include< 11.h ></p>

97、;<p>　　extern unsigned long sum=0; </p><p>　　static unsigned long x=2550;</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar m,n;</p><

98、;p>　　uchar process(void);</p><p>　　lcd_init( ); //LCD1602顯示初始化</p><p>　　//PWM定時(shí)器初始化</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b><

99、;/p><p>　　sum=(long)adc(); //sum最大值為2550</p><p>　　n = process( );</p><p>　　display( );</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

100、;<p>　　uchar process(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned long int y;</p><p><b>　　//重量處理</b></p><p>　　if(zhongliang[11] != sum/1000%

101、10+48) zhongliang[11] = sum/1000%10+48;</p><p>　　if(zhongliang[12] != sum/100%10+48) zhongliang[12] = sum/100%10+48;</p><p>　　if(zhongliang[13]!= sum/10%10+48) zhongliang[13] = sum/10%10+48

102、;</p><p>　　if(zhongliang[14]!= sum%10+48) zhongliang[14] = sum%10+48;</p><p>　　//*********電機(jī)轉(zhuǎn)速********//</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　自定義函數(shù)：</

103、b></p><p>　　/*******************************************************************</p><p>　　* 描述： </p><p>　　* LCD1602可以

104、分為8位和4位控制方式，8位控制方式是用D0-D7數(shù)據(jù)線 </p><p>　　* 來傳送控制命令及數(shù)據(jù)。4位控制方式是用D4-D7數(shù)據(jù)線來傳送控制命令 </p><p>　　* 據(jù)，再送出低4位數(shù)據(jù)。可以節(jié)省單片機(jī)的4根端口線。 </p><p>　　*

105、 </p><p>　　* 及數(shù)據(jù)。使用4位數(shù)據(jù)線做控制時(shí)，需要分兩次來傳送，先送出高4位數(shù) </p><p>　　*******************************************************************/</p><p>　　#inclu

106、de < reg52.h ></p><p>　　#include < intrins.h ></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit LCD_RS = P2^0;

107、 </p><p>　　sbit LCD_RW = P2^1;</p><p>　　sbit LCD_EN = P2^2;</p><p>　　extern uchar zhongliang[ ] = {"weight: g"}; //從cdis1[8]開始</p><p>　　ext

108、ern uchar zhankongbi[ ] = {"zhuanshu: "}; //cdis2[12][13]</p><p>　　/**********************************************************</p><p>　　* 5us 延時(shí)子程序</p><p>　　*****

109、*****************************************************/</p><p>　　void delayNOP()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_n

110、op_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　}</b></p>

111、<p>　　/**********************************************************</p><p><b>　　* 延時(shí)子程序</b></p><p>　　**********************************************************/</p><p&

112、gt;　　void delay(unsigned char ms)</p><p>　　{while(ms--)</p><p>　　{unsigned char i;</p><p>　　for(i = 0; i< 250; i++) </p><p><b>　　{</b></p>&

113、lt;p>　　_nop_(); //執(zhí)行一條_nop_()指令為一個(gè)機(jī)器周期</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><

114、;b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************************</p><p>　　* 檢查LCD忙