机械设计技术课程设计（论文）皮带电子称重仪

1、 甘 肃 广 播 电 视 大 学课 程 设 计2006级 春季机械设计制造及其自动化专业本科课程设计题目:皮带电子称重仪学 生 姓 名: 学号: 061190114 061190112 061190115 电 大 分 校: 甘 肃 电 大 亚 盛 分 校 工 作 站: 玉 门 工 作 站 学生所在单位: 中核四零四总公司第三分公司中核华原钛白股份有限公司中核四零四总公司第三分公司 指 导 教 师: 甘肃电大开放教育_2006_级（春、秋） 机械制造专业（本科）课程设计成绩评定表分校：亚盛集团分校 工作站：酒泉工作站 班级代号：061190052 姓名专业课程名称设计时间王旭同机械制造传感器与测

2、量技术2007年10月设计题目皮带电子称重仪指导教师评语及评分签 字（盖章） 年 月 日设计小组评价意见及评分签 字（盖章） 年 月 日分校集中实践环节指导小组意见 签 字（盖章） 年 月 日省电大集中实践环节指导委员会审核意见 签 字（盖章） 年 月 日说明：1.答辩小组应填写评价意见，小组成员均应签名（盖章）。答辩小组不应少于3人。2.此表附于封面之后。3.此表由分校、工作站自行复制。目 录第1章 绪 论11.1 课题研究的意义和目的11.2 课题的功能概述11.3 课题研究的方案2第2章 数据采集部分42.1传感器42.1.1 称重传感器42.1.2 速度传感器52.2 整形电路72.2

3、.1 施密特触发器的应用72.2.2整形器409382.3初级放大器8第3章 主机电路及键盘，显示器接口113.1主机电路113.1.1 8031单片机内部结构123.1.2 址译码74ls138133.1.3锁存器74ls373143.1.4 eprom2764153.1.5 ram6116163.1.6 扩展接口8155173.2.1 显示器的选择193.2.2 驱动器7407和7406203.3 键盘接口电路20第4章 模拟输入通道224.1 输入通道逻辑电路224.2 多路转换器cc4051234.3 放大器7605234.4 滤波电路254.4.1 无源滤波254.4.2 有源滤波2

4、54.5 a/d转换器264.5.1 a/d转换器的分类264.5.2 a/d转换器的选择264.5.3 a/d转换器的应用274.6 采样保持器304.7 缓冲器74ls244314.8 光耦隔离31第5章 模拟输出通道345.1 模拟输出通道逻辑电路345.2 u/i转换器ad694345.3 继电器moc304136第6章 总体设计原理图376.1 掉电保护电路376.2 超重报警电路386.3 调零电路396.4稳压电源406.5总原理图40第7章 系统软件设计437.1 主程序xliii7.2 键盘控制部分447.3 a/d转换部分467.4 通道选择部分477.5 ced点阵显示部

5、分xlvii7.6掉电保护部分497.7超重报警部分507.8 状态指示部分517.9 双字节加法程序52结 论54参考文献56 第1章 绪论 内容提要近年来随着国民经济的高速增长和科学技术飞速发展，传感器和计算机的结合对信息和自动化技术起着重要的作用。计算机的高速运算、智能控制、数据处理等功能已广泛应用在各个领域。传感器可以提高劳动效率、提高产品质量、减轻劳动强度、可完成人原来所不能做的工作，促进了科学技术的发展。目前，在国防、航空、交通运输、能源、石油、化工等工业部门广泛应用。 通过对“皮带电子称重仪”的设计，使我们进一步学习和掌握电子技术、单片机、传感器、微机控制技术、电气控制技术、计算

6、机控制技术等知识及其综合应用，培养理论联系实际，解决实际工程问题的能力。本系统采用单片机 8031为控制核心，实现皮带电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板、数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器；数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和 a/d 转换部分组成；人机界面部分为键盘输入，led显示，可以直观的显示中文，使用方便。 关键词 称重传感器，a/d转换，单片机，显示器，键盘第1章 绪 论1.1 课题研究的意义和目的近年来随着国民经济的高速增长和科学技术飞速发展，传感器和计算机的结合对信息和自动化技术起着重要的作用。计算机的高速运算、智能控制、

7、数据处理等功能已广泛应用在各个领域。传感器可以提高劳动效率、提高产品质量、减轻劳动强度、可完成人原来所不能做的工作、促进了科学技术的发展。目前，在国防、航空、交通运输、能源、石油、化工等工业部门广泛应用。目前，商用电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆称和机械秤。由压力传感器制作的电子称已广泛地应用到各行各业, 特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度的不断提升，压力传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。当前，计算机应用技术、通信技术和传感技术可以说是电子信息技术的三大主要支柱，它们分别是智能系统的“感官”、“神经”和“大脑”。其中，计算机和通信技术发展相当迅速，而传感技术发展

8、有些滞后，因此，我国和世界各国都视传感技术为现代电子信息技术的关键技术之一。传感器对于机械电子工程、控制、测试、计量等领域，都是必不可少的获取信息的关键部件。如果没有传感器检测各种信息，那么支撑现代文明的科学技术就不能发展，惟有模仿人脑的计算机和作为“电五官”的传感器的协调发展才能促进科学技术的飞跃。1.2 课题的功能概述本系统采用单片机 8031为控制核心，实现皮带电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板、数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器；数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和 a/d 转换部分组成；人机界面部分为键盘输入，led显示，可以

9、直观的显示中文，使用方便。电子皮带秤由智能积算器、称重变送器、秤架、速度传感器及称重传感器组成。安装在秤架上的称重传感器检测皮带上的物料重量，将重量信号转换成电量送入称重变送器，称重变送器将称重传感器输出的模拟量经8位a/d转换器转换为数字量；速度信号也由测速传感器检送到称重变送器转换为数字量，称重变送器将上述两个物理量进行预处理后通过电流环接口送到最远可至1000米外的智能积算器。智能积算器把接收到的重量信号及速度信号进行处理，得到物料的累计量和瞬时质量。实现对散状物料的连续、精确计量以及对散状物料的自动配料。它广泛应用于冶金，矿山， 煤炭，化工，电力以及港口码头等行业。电子皮带秤

10、对提高生产效率，降低劳动强度，提高产品质量有着不可估量的作用。智能积算器还具有定值输出，累计脉冲输出，打印输出等功能。积算器中的各种参数，完成积算器上所有的设定、校准及调整等操作，以实现现代化的科学管理及控制。   智能积算器内部含有掉电保护电路， 皮带秤的各种参数及各种累计量可长期保存。1.3 课题研究的方案根据设计任务书的要求设计出总体框图，然后将系统分成几个模块单独设计，最后做出总原理图。大体上呈总分总的结构。这种方案条理清晰，符合一般人的思维。硬件总体框图如图(1)所示：70 第3章 主机电路及键盘，显示器接口 第2章 数据采集部分2.1传感器2.1.1

11、称重传感器 题目要求称重范围 100kg ，重量误差不大于±1kg ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重-100g。我选择的是t81型传感器，量程 150kg ，精度为0.5 ，可以满足本系统的精度要求。用于测定载荷重量的传感器主要有轮辐式，弯曲梁式，板环式和桥式等。t81是弯曲梁式称重传感器的一种，它是利用电阻应变原理构成的一种高精度的电转换元件。它采用弯曲梁式结构，4片电阻应变计粘于弹性体上，组成全桥平衡检测电路。当传感器受到外加载荷作用时，弹性体发生应变，桥臂失去平衡，在外界供桥电源作用下，电桥输出一不平衡直流电压信号，该信号

12、与传感器所受载荷大小成正比，从而实现力电转换。其原理如图(2)所示： t81系列荷重传感器采用全不锈刚焊接弯曲梁式结构，机械密封性能好，防腐，防气体污染。采用高精度的电阻应变计可确保测量精度。广泛用于各种工业流程中的称重计量，特别适用于恶劣的工矿场合。 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：2.1.2 速度传感器 从称重原理可知，电子皮带秤所测量物料的瞬时流量的大小取决于两个参数，即瞬时流量等于称重传感器测量的承载器上物料负荷值q(kg/m)和测速传感器测量的皮带速度值v(m/s)两个参数相乘所得，即：w(

13、t)=qv 。由此可见，测速传感器的测量精确度和稳定性与称重传感器的测量精确度和稳定性是同等重要的。目前称重传感器的精确度普遍提高到万分之几，而测速传感器的精确度大多在千分之几，所以提高测速传感器精确度是提高电子皮带秤系统精确度有效的途径之一。 测速传感器的脉冲信号进入显示仪表后，通常以3种方式完成与称重传感器信号的相乘运算。第一种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成010v dc模拟信号，并作为称重传感器的供桥电压，在称重传感器内实现乘法运算；第二种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成模拟(或数字)信号，与称重传感器放大后的模拟(或数字)信号在专用的乘法器里进行乘法运

14、算；第三种方式是测速脉冲信号整形后直接作为显示仪表中累加器的触发信号，每接受一个测速脉冲信号，累加器就对称重传感器的输入信号进行一次采样，皮带速度越快，累加器采样的次数越多，采样值不断累加，因而以数字方式实行了乘法运算。电子皮带秤上所用测速传感器目前主要有磁阻脉冲式、光电脉冲式两类。模拟式测速发电机式测速传感器早已不再使用，取而代之的是上述两种输出脉冲信号的数字式测速传感器。 1. 磁阻脉冲式测速传感器磁阻脉冲式测速传感器中，线圈和磁铁部分都是静止的，与被测件连接而运动的部分是用导磁材料制成的，当转动件转动时，改变了磁路的磁阻，因而改变了贯通线圈的磁通，在线圈中产生了感生电势。磁阻脉

15、冲式测速传感器从结构上看有开磁路和闭磁路两种。 开磁路结构如图(3)所示，在一个型永久磁铁上装有两个相互串联的感应线圈，滚轮与皮带直接摩擦旋转并带动等分齿轮旋转。当等分齿轮的凸起部分与磁极相对时，回路磁通最大，当等分齿轮的凹陷部分与磁极相对时，回路磁通最小，感应线圈上便感应随磁通变化的感应电压。感应电压变化的频率f与皮带速度v成正比。这种测速传感器结构简单，但输出信号幅度小。闭磁路结构见图(4)，当皮带运行时，通过摩擦使滚轮旋转，并带动转子磁杯转动，转子磁杯及定子磁杯相对安装，其圆周端面上都均匀地铣出多个齿槽。当两个磁杯的凸齿相对时，磁通最大，当两个磁杯的凸凹齿相对时，磁通最小，从而在线圈中感

16、应出随磁通而变化的感应电压。闭磁路测速传感器结构较复杂，但密封性能好，输出信号幅值大。磁阻脉冲式测速传感器用于高转速测量时，因磁路磁滞影响，使线圈中感应电压太小而不易测量。2. 光电脉冲式测速传感器 光电脉冲式测速传感器(见图5)由装在输入轴上的开孔圆盘、光源、光敏元件等组成。当圆盘转到某一位置时，由光源发射的光通过开孔圆盘上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，产生一个电信号。圆盘上的孔可以是1个或多个，取决于设备要求的脉冲数。 图(6)是其应用电路.每当旋转圆盘旋转至其长方开口与光电开关的透光孔重合时,光敏三极管便通过电流,使施密特触发器cd4093脉冲序列输出高电平。反之输出低

17、电平。圆盘不断的转动，cd4093便输出脉冲序列。测出脉冲个数，便可知圆盘转过的孔数，从而可计算出转角和转速。图中4093用于整形。2.2 整形电路2.2.1 施密特触发器的应用施密特触发器主要用在波形的变换或整形和幅度鉴别。这里只讨论一下波形的整形。通过同相输出的施密特触发器，可以将幅度变化的正弦波信号变换或整形成矩形波。在检测电机转速时，转盘孔经过光电管之间，在接收管j的集电极产生如图(7)中p1所示的波形，经施密特触发器整形后，转换成脉冲方波p2，对p2脉冲在一定时间内进行计数，即可实行测速。2.2.2整形器4093 2.3初级放大器压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求

18、很高。我们考虑可以采用以下几种方案：方案一：利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。 普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 a/d 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此方案不宜采用。 方案二 : 由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。 差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如图(9) op07) 做成一个差动放大器。电阻 r1 、 r2 电容 c1 、 c2 、 c3 、 c4 用于滤除前级的噪声， c1 、 c2 为普通小电容，可以滤除高频干扰， c3 、 c4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。优点：

19、输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器 r6 可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。 缺点：此电路要求 r3 、 r4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。 方案 三 ：采用专用仪表放大器，如： ina126，ina121等。此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。 以 ina126为例,接口如图（10）所示： 放大器增益，通过改变的大小来改变放大器的增益。基于以

20、上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 ina126。ina126构成的放大器及滤波电路：通过调节rg的阻值来改变放大倍数。微弱信号和被分别放大后从ina126的第6脚输出。a/d转换器ad1674的输入电压变化范围是0v+20v，传感器的输出电压信号在020mv左右，因此放大器的放大倍数在1000左右，可将接成100的滑动变阻器。 第3章 主机电路及键盘，显示器接口3.1主机电路主机电路包括微处理器，存储器和i/o接口电路。程序存储器和数据存储器容量的大小同仪器数据处理和控制功能有关。本程序存储器容量为8k（选用一片2764），数据存储器容量为2k（选用一片6116）。并行

21、i/o接口电路的选用与输入输出通道，键盘，显示器的结构和电路形式有关。图（12）所示的主机电路采用全译码方式，由3-8译码器选通存储器2764，6116，扩展器8155，以及其它接口电路。由于在mcs-8155单片机中存储器和i/o口统一编址，故无需使用两个译码器。低8位地址信号由p0口输出，锁存在74ls373中，高位地址（p2.0-p2.4）由p2口输出，直接连至2764和6116的相应端。8155用作为键盘，显示器的接口电路。a/d电路的转换结果直接从8031的p1口输入。 3.1.1 8031单片机内部结构mcs-51系列单片机的最典型产品有内部无rom的8031，内部有4kb字节掩膜

22、rom的8051及内部有4kb字节eprom的8751。这三种型号的单片机除内部程序存储器rom不同外，其它内部资源相同。8031单片机通常有两种封装：一种是双列直插式封装，一种是方型封装。本系统8031单片机采用双列直插式40引脚封装结构，如图(13)所示,其引脚按功能共可分为端口线、电源线和控制线三类。8031单片机内部总体结构按功能可分为8个组成部分,微处理器(cpu)、数据存储器（ram）、程序存储器（eprom/rom）、特殊功能寄储器（sfr）、i/o口、串行口、定时器/计数器及中断系统是通过片内一总线连接起来的。8031单片机振荡电路如图（14）所示，xtal1和xtal2两端跨

23、接石英晶体及两个微调电容就构成了振荡器。c1和c2一般取30pf左右，振荡频率为6mhz。 8031上电复位电路如图（15）所示，在通电瞬间，由于rc的充电过程，在ret端出现一定宽度的正脉冲，只要该脉冲保持10ms以上，就能使单片机可靠复位，当采用6mhz时钟时，c取22uf，r1取200，r2取1k便能可靠地上电复位及手动复位。8031有一个全双工串行口，即可以发，又可以收。发送通过p3.1/txd脚，接收通过p3.0/rxd脚。本串行口具有接收缓冲器，串行口发送和接收寄存器都是以sbuf特种功能寄存器的名义进行存取的，向sbuf写入即是向发送寄存器装载，读sbuf即是由接收寄存器取出信息

24、，两个寄存器公用一个地址99f利用串行口进行数据字符格式和波特率由特种功能寄存器scon、pcon和完成记数功能用的tmod、th1、tcon决定。3.1.2 址译码74ls138译码是编码的反过程，译吗器是将每一组输入的二进制代码译成相应特定的输出高低电平信号的电路。译码器有变量译码，代码译码，显示译码之类。74ls138是用作地址译码的变量译码器。它具有3个使能输入端，3个选择输入端，8个数据输出端。 74ls138一般对地址高位a15，a14，a13译码产生8个选片信号，可接8个芯片，每个芯片占8k字节空间。不管芯片内有多少个单元，所占的地址空间大小是一样的，都为8kb字节。 3.1.3

25、锁存器74ls373 74ls373是具有8个单独输入端的锁存器，3态驱动总线输出。74ls373是电平触发的8d锁存器，三态输出。它的8位由8个d型锁存器组成。74ls373是电平触发送数。当允许端g是高电平时,进入锁存器，锁存器输出将随数据输入端变化，也就是说p0口输出的地址信息直接通过 74ls373输出，使p2口和p0口输出的地址信息同时到达地址总线；当g是低电平时，数据被锁存，使总线上信息保持不变，接着p0口可传送数据。74ls373的e为上三态门允许输出控制输入端，e接地，则总是允许输出。 3.1.4 eprom2764 指标：容量：8k 引脚数：28 读出时间：200ns 最大工

26、作电流：75ma 最大维持电流：35ma 3.1.5 ram6116 随机存储器有动态随机存储器dram和静态随机存储器sram两种。dram虽然价格低，但它需要不断刷新。单片机mcs-51没有刷新功能。 3.1.6 扩展接口8155 intel8155有三个i/o口，256个字节ram，有一个14位定时器如图(20)所示。ram最大存储时间为400ns。8155的i/o口个引脚的低电平输出电流不小于2ma，电源电流的最大值为125ma。8155是nmos器件，输入输出与ttl电平兼容，可直接与mcs-51单片机等连接，不需要加硬件逻辑。8155的定时器输入时钟频率的最大值为5mhz。 引脚功

27、能如下表所示：3.2 led点阵显示模块3.2.1 显示器的选择 led数码管根据led的接法不同分为共阴和共阳两类，如图(22)所示。了解led的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图（22）是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。   将多只led的阴极连在一起即为共阴式，而将多只led的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，led的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将"

28、;b"和"c"段接上正电源，其它端接地或悬空，那么"b"和"c"段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。 限流电阻的计算公式为： (1) (2) 式（1）适合于共阳led , 式（2）适合于共阴led 式中 -电源电压-码器输出高电平的值led发光时额定电压led发光时额定电流 智能仪表系统中的显示器采用7段共阴级led显示器,用

29、动态扫描显示,其接口电路如图(22)所示,因驱动器反相,故pa口中为1的那一位确定点亮8个led中的那一位,通常将代码依次从放与ram中,当需要显示个那字符时,只要找到该字符在ram中的相应地址,即可得到该字符的7段显示码。在这里led显示器通过并行接口芯片8155和单片机8031接口，8155是8031系统中使用较多的一个外围器件，它有256个字节的ram，二个8位并行口，一个6位并行口和一个14位的计数器，led由8155和8031接口的电路原理如上图所示。3.2.2 驱动器7407和7406驱动器7407：y=a驱动器7406：y= 3.3 键盘接口电路 本设计所采用的键盘如图(24)所

30、示。8155的口作为键盘的扫描口。 第5章 模拟输出通道 第4章 模拟输入通道4.1 输入通道逻辑电路(1) 传感器部分其作用是把工业现场的各种非电场物理量检测出来，并转换成相应的电信号。（2）信号调理部分信号调理电路的作用是将传感器输出的信号作适当的处理，使之成为适合a/d转换的电压信号。主要包括信号的滤波，放大，隔离，变换以及非线化处理等内容。（3）采样保持器部分由于任何一种a/d转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。可实现这一功能的电路就是采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样保持器。（4）a/d转换

31、器a/d转换器的作用是将输入的模拟信号转换为相应的数字信号。（5）多路开关在多路数据采集系统中的多路开关是必须使用的器件，其作用是用来接通多路模拟信号中某一路，其性能的优劣回直接影响系统的精度和速度。4.2 多路转换器cc4051cc4051是单八路模拟开关。它由电平位移电路，带禁止端inh的8选1译码器对各个输出分别加以控制的8个cmos双向模拟开关（传输门）组成。图（26）中c，b，as是地址输入端，inh是禁止端，其真值表如表(5)所示。由表可知当inh1时，所有开关均不通。因而x0-x7任一端均不与接通，信号不能传输。只有在inh=0时，才由c,b,a决定选通某个开关。cc4051是双

32、向多路开关，传输的信号从到。例如，5v(相当)，=5v,那么可以把x0等的5v到5v信号传递到x或反相传送。如果vee与vss相接，只可传送0到的信号。的范围为：3v-5v。 4.3 放大器7605 称重传感器输出电压摆幅约为020ma，而a/d转换的输入电压要求为0-2v，因此放大环节要有100倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调（70150）倍，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。按照输入电压20ma，分辨率20000个码的情况，漂移要小于。这里采用了自动稳零的斩波式运算放大器icl7650，如图（27）所示。由于其具有极低的失调电压的温度漂移和时间漂移（）。从而保证了放大环节还对零点

33、漂移的要求。残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。稳定的增益由决定增益量的负反馈回路的电阻稳定性保证，因此必须选用高稳态的电阻和多圈电位器。由7650组成一个同向放大器。r4c1是输入滤波，滤除一些高频干扰信号。r5r6w2r7是反馈网络，决定增益量。其中r7是一组电阻，由微波开关改变其阻值，变化范围为15.2960k，作为增益的粗调，w2是增益的细调。下面计算增益粗调和细调的衔接和增益调节范围。放大倍数为： 增益粗调最小粗调量：, 增益细调最大细调量：时，粗细调之间可以衔接。最大增益： ，时，最小增益： ，时，增益可调范围：62199 ，对应配界传感器输出幅度为：3210mv作为交

34、流负反馈，以抑制称重信号以外的其他干扰信号。r9c3是输出低滤波，去除7650的调制尖峰泄漏。4.4 滤波电路无源滤波器：均由无源元件r，l，c组成。有源滤波器：均由有源元件集成运放和元件r，c组成。4.4.1 无源滤波4.4.2 有源滤波它与无源滤波相比，具有系列优点。由于电路中没有电感和大电容元件，故体积小，重量轻。另外由于集成运放的开环增益和输入阻抗高，输出阻抗低，可兼有电压放大作用和一定的带负载能力。但其缺点是集成运放频率带宽不够理想，因此有源滤波只能在有限的频带内工作。根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波可分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器。4.5

35、a/d转换器4.5.1 a/d转换器的分类 a/d转换器的种类很多，但目前应用较广泛的主要有3种类型：逐次比较型a/d转换器，双积分式a/d转换器及v/f变换式a/d转换器。a/d转换器按输出代码的有效位数可分为8位，10位，12位，14位，16位，20位，24位及bcd码输出的3.5位，4.5位，5.5位等多种不同位数芯片；按转换速度可分为超高速（转换时间<1ns）, 高速（转换时间<1us）, 中速（转换时间<1ms）, 低速（转换时间<1s）为适应系统集成的需要，有些转换器还具有多种转化开关，时钟电路，基准电压源，二/十进制译码器及转换器等。4.5.2 a/d转换

36、器的选择由上面对传感器量程和精度的分析可知： a/d 转换器误差应在1%以下 8 位 a/d 精度：100kg/196=0.56kg%12 位 a/d 精度： 100kg/4096=0.024 kg% 考虑到其它部分所带来的干扰 ,8位 a/d 足以满足系统精度要求。 所以我们需要选择 18位或者精度更高的a/d。 方案一、逐次逼近型 a/d转换器，如：ads7805、ads7804.ad574等。 逐次逼近型 a/d转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高， 功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型 a/d 转换器件。 高精度逐次逼近型 a/d转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89c

37、52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。对设计来说非常方便。 方案二、双积分型 a/d转换器：如：icl7135、icl7109等。 双积分型 a/d转换器精度高，但速度较慢(如：icl7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于 ），可自动调零，超量程信号，全部输出于ttl电平兼容。 双积分型 a/d转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50hz的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型a/d转换器可

38、大大降低对滤波电路的要求。 作为皮带电子秤，系统对 a/d的转换速度要求很高，精度上8位的a/d足以满足要求。另外逐次逼近型 a/d转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高， 功耗比较低。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ad1674。4.5.3 a/d转换器的应用1.a/d1674的原理 图(28)是a/d1674的管脚排列图。a/d1674由两部分组成，（1）是输入和d/a转换部分，这部分包括电压分压器，采样保持器，10v参考源，数模转换器ad565，其中电压器由一个5k和两个2.5 k电阻组成。它使加在“10”引脚的10v电压和“10”加在“20”引脚的20v电压在采样保持器的输入端

39、所产生的电压相等。采样保持器在“控制器”的控制下对加于“10”和“20” 引脚的电压信号采样和保持。“数模转换器”是一个12位权电阻型d/a转换器ad565。“数模转换器”的输出电压总是负的。“采样保持器”输出电压的正负决定于加在“10”或“20” 的正负。“采样保持器”的输出与“数模转换器”的输出叠加后送到“比较器”一端与地（gnd）进行比较。“10v参考源”产生10.000v电压从“refout”引脚输出。如果把“refout”与“ref”相连，便给“数模转换器”提供了基准电压。除此之外，“refout”还可向其它电路提供1.3ma电流。此电压误差在0.2以内；（2）a/d1674的另一部

40、分由时钟发生电路，逐次寄存器，控制器和比较器组成。使用a/d1674不需外接采样保持器，它的输入电阻较小，约为。因此输入模拟信号一般应先经过阻抗变换后再接到ad1674的输入端。2. a/d1674的管脚功能1674为28脚dip封装，各引脚功能如下: 3. a/d1674模拟量输入电路外部连接a/d1674通过外部适当连线可以实现单极性输入，也可实现双极性输入。皮带电子秤用单极性输入就可以。如图(29)所示，输入信号均以模拟的agnd为基准。模拟输入信号的一端必须与agnd相连，并且接点应尽量靠近agnd引脚，接线应短。片内10v基准电压输出引脚refout通过电位器r2与片内dac(ad5

41、65)的基准电压输入引脚refin相连，以供给dac基准电流。电位器r2用于微调基准电流，从而微调增益。基准电压输出refout也是以agnd为基准。通常数字地dgnd与agnd连在一起。所有电位器（调增益和调零点用）均应采用低温度系数（10.4）。 图(29)是1674的模拟量单极性输入电路，当输入电压为0v10v时，应从引脚“10”输入，当输入电压为0v20v时，应从引脚“20”输入，输出数字量d为无符号二进制码，计算公式为： 式中为输入模拟量，为满量程，若从引脚“10”输入，=10v；若从引脚“20”输入，=20v。图中电位器r1用于调零，即保证在=0时，输出数字量d全为零。 4.6 采

42、样保持器数字计算机只认识二进制码。要把一个模拟信号输入计算机就必须把模拟量变为数字量。为此先对模拟信号按时进行采样。对模拟信号进行采样得到的是离散模拟信号。完成采样任务的器件称为采样器。第二步将离散模拟信号变为数字信号。这个任务由a/d 转换器完成。由a/d 转换器得到的数字信号便可送入计算机。所谓数字信号即时间上离散，幅值上也离散的信号。把离散模拟信号变为数字信号称为量化。对离散模拟信号（也称为采样信号）进行量化时会产生误差，a/d转换时间太长是产生量化误差的原因之一。a/d转换器输出的数字量应该对应于采样时刻的采样值，否则便出现误差。但是a/d转换需要一定时间，为解决这个矛盾，应保证在整个

43、a/d转换期间保持输入给a/d转换器的模拟量不变，一直为采样值。完成这个任务的器件是保持器。一般是把采样器与保持器做成一体。这种器件称为采样保持器。4.7 缓冲器74ls24474ls244是8位缓冲器/线驱动器/接收器（3态），当1g，2g是h时，y为高阻抗；当1g，2g是l时，y=a 4.8 光耦隔离 1结构及原理光耦合器以光转换原理传输信息，它由发光器件和接收器件俩部分组成并封装在同一个外壳内，其原理如图（31）所示。发光二极管的作用是将流过的电流信号转化为光信号，光信号又作用于光敏三极管的基极上，使光敏三极管受光导通2相关技术参数 光耦合器输入侧的工作电流一般为10ma左右，正常工作电

44、压一般小于1.3v，所以光耦合器输入电路可直接用ttl电路驱动。而mos电路不能直接驱动它，必须通过一个三极管来驱动。 光耦合器输出可直接驱动dtl,ttl,htl,mos等器件。 3.光耦合器的选用 我选用的是pc733,如图（33）所示它的参数如下所述： 注意：光耦合器的输入侧和输出侧要采用独立电源供电，而且不能共地。第5章 模拟输出通道5.1 模拟输出通道逻辑电路输出电路由u/i转换器，输出锁存器，驱动器和隔离电路组成。如图（34）所示。5.2 u/i转换器ad694 大部分器件在前面已选用，这里只剩下u/i转换器，我选用的是ad694如图（10）所示。它集成精度高，主要又以下功能特点：

45、1. ad694可用单电源或双电源供电。电源范围宽，可在4.5v到36v之间工作；2. 具有高精度参考电压，为2v和10v两种。在工作温度范围内（35到125），其2v的参考电压源误差范围为1.9922.008，10v的参考电压源误差范围为9.96010.040v；3.配有缓冲器，输入阻抗高，可达5m4.可直接同电流输出d/a转换器相连5.输入电压信号范围可取02v或010v可选6.非线性误差低，仅为0.0027.输出阻抗高，为40mohm,具有十分理想的恒流特性8.具有输出断路报警功能9.输出电流范围可调。除420ma以外，还可实现010ma等其它电流输出。 a/d694为双列直插式16引脚

46、封装，其引脚图如图所示： 5.3 继电器moc3041 第6章 总体设计原理图 第6章 总体设计原理图 6.1 掉电保护电路 掉电保护功能的实现有两种方案：（1）选用e2rom（2816或2817）等重要数据置于其中；（2）加接备用电池，如下图所示。稳压电源和备用电池分别通过二极管接于存储器或单片机的ucc端，当稳压电源电压大于备用电池电压时，电池不供电；当稳压电源掉电时，备用电池工作。仪器内还应设置掉电检测电路（见图37），以便在一检测到掉电时，将断点cpu及各中寄存器内容保护起来。图中cmoss55接成单稳形式；掉电时3断输出低电平脉冲，作为中断请求信号。光电藕合器的作用是防止干扰而产生误动作。在掉电瞬感时，稳压电源在大电容支持下，仍维持供电（约几十毫秒）。这段时间内，主机执行中断服务程序，将短点和重要数据置于ram。6.2 超重报警电路对于声音报警，目前最常用的方法是采用模拟声音集成电路芯片，如kd-956x系列。具有以下特点：(1)范围宽；(2)电流小；(3)音的放音节奏可通过外接振荡电阻进行调节；(4)外接小功率三极管驱动扬声器. kd-956x模拟声音集成电路芯片的外行如图(40)所示，它由扬声器，节拍器，音色发生器，地址计数器，控制和输出级等六部分组成。它有两个内部程