传感器与测量技术课程设计

1、广播电视大学课程设计2011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：龙万程学号：电大分 校: 电大直属一分校第1章绪论 11.1课题研究的意义和目的 21.2课题的功能概述31.3课题研究的方案4第2章数据采集部分 62.1传感器6称重传感器 6.速度传感器 7.2.2整形电路 1.1.施密特触发器的应用 1.1.2.2.2 整形器 4093 12.2.3初级放大器 1.2.第3章 主机电路及键盘，显示器接口 153.1主机电路15.3.1.1 8031 单片机部结构 163.1.2 址译码 74LS138183.1.3 锁存器 74LS373 20.3.

2、1.4 EPROM2764 21.3.1.5 RAM6116223.1.6 扩展接口 8155 23.显示器的选择26.3.2.2 驱动器 7407 和 7406 283.3键盘接口电路28.第4章模拟输入通道 30.4.1输入通道逻辑电路 30.4.2多路转换器 CC4051 31.4.3 放大器 7605 32.4.4滤波电路34.无源滤波34.有源滤波 34.4.5 A/D转换器35.4.5.1 A/D转换器的分类3.5.4.5.2 A/D转换器的选择 3.5.4.5.3 A/D转换器的应用3.7.4.6采样保持器41.4.7 缓冲器 74LS244 41.4.8光耦隔离42.第5章 模

3、拟输出通道 45.5.1模拟输出通道逻辑电路 45.5.2 U/I 转换器 AD694 45.5.3 继电器 MOC3041 47.第6章 总体设计原理图 48.6.1掉电保护电路48.6.2超重报警电路 49.6.3调零电路50.6.4稳压电源51.6.5总原理图52.第7章 系统软件设计 55.7.1主程序LV.7.2键盘控制部分56.7.3 A/D 转换部分59.7.4通道选择部分 60.7.5 CED点阵显示部分LX.7.6掉电保护部分 LXV7.7超重报警部分 LXVII7.8状态指示部分LXIX.7.0.7.9双字节加法程序错误!未定义书签参考文献错误!未定义书签容提要近年来随着国

4、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

5、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、数据处理等功能已广泛应用在各个领域。传感器可以 提咼劳动效率、提咼产品质量、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

6、、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

7、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

8、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。电子皮带秤对提咼生产效率，降低劳动强度，提咼产品质量有着不可 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

9、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：占加显示并再计显示单 片-JN1P歳莉斷雷F-團（"总体框團第2章数据采集部分2.1传感器称重传感器题目要求称重围100Kg，重量误差不大于士 1 % Kg，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

10、程必 须大于额定称重-100 K g。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

11、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文案大全度。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口。称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，部线路采EoutR2* R4R2R4RiR1R2R2用惠更斯电桥，当弹性R3R4* 匚R：可 Ein体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出: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两个参数相乘所得，即：w(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

12、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

13、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

14、个n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，其圆周端面上匀地文案大全铣出多个齿槽。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

15、，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图（<=> 肝磁務讦珀阳式速度件属器T»二 彳禅S flJI = 做良日号<*!«* MKKE #- -WLH（4J闭施踣开融姐式連度倍感盟图*s）光电脉冲式测婕鶴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）

16、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221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 中P1所示的波形，经施密特触发 器整形后，转换成脉冲方波

17、P2，对P2脉冲在一定时间进行计数，即可 实行测速。222整形器4093四二输入申匡施密特册京弄Q=ABVDDIaJ hd| :词 hi I LicJ I 事1 I 生 fbi gi |3i m rsq rgi cn<e) 4Qf32.3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

18、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：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。明（g差动放犬

19、器方案 三：采用专用仪表放大器，如：INA126 , INA121等。此类芯片部采用差动输入，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：1C) IVA126放大器增益G 5 80K±，通过改变Rg的大小来改变放大器的增Rg益。基于以上分析，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Vu和匕被分别放大后从INA126的第 6脚输出。A/D转换器AD1674的输入电压变化围是0V+20V，传 感器的输出电压信号在020m

20、v左右，因此放大器的放大倍数在INA1261000左右，可将Rg接成100 的滑动变阻器。7T1 R1口750丄吐上鬆FUO眇"L22O?y3100HJ丄L-VI2 750丄十丄的T 220FlOONF1ElciiMNkiee的应用电歸第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

21、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t5¥>VCCF2.0P2. 1VSSITA11P2. 3P2.4P2, E&031P2. 6P2. 7KTJ1L2RESETEAALEFL. 0:PO.O'

22、W/T D1 呼PEEKP3. 5rtP3. 4+亍44+5VVCC (1)QD"7C 74LS373T DO'S GWDA0'w? CEiqIGND 6116YC- pOTQE weAO 7锻七 21V VPP2Tfi4'糅 P VCC _ CE 1 DCTTOE GKD掉电慄护电路2 3 S s S V1 8 5113A 0 C -VXLY2Y7KY6国(坨)主机电路3.1.1 8031单片机部结构MCS-51系列单片机的最典型产品有部无 ROM的8031，部有 4KB字节掩膜 ROM 的8051及部有4KB字节EPROM的8751。这 三种型号的单片机除

23、部程序存储器 ROM不同外，其它部资源相同。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一总线连接起来的-J1- 11 11 al p p p PPl,4 P1.5P1.6P1/J 阳“ Vpl RXD P3.0 TKD P3.1一 INTC P

24、3.2 iW F3.3TO P3.4一Tl P3.5WRP3.6 ED 円.37CTAUXTAL1 Vi!14C23333E4375丸635734833932101130122513281427152E162517241S2319222021OVccPO.OP0 1P0.2PQJP0.4P0.5P0.6P0.7一EAAp一ALE/nsro一PSENP2.7P2.6P2,5P2.4P2.3P2.2P2 1P2.0E（ 13 ）8031的営脚8031单片机振荡电路如图（14）所示，XTAL1和XTAL2两端跨 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6

25、MHz。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 Q, R2取1K Q便能可靠地上电复位及手动复位。3031801门L2.6NM?II：15）上电复位电歸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，两

26、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，每个芯片占元，所占的地址空间大小是一样的,8K字节空间。不管芯片有多少个单都为 8K

27、B字节。A31A1215A23L4§241374LS13B12S3.5S1511Y771C地316)741£138VCC西71疏百商陌咋裏（1 ） 74L£L3eB功能输A输出S1S2S3A2AlAOY1Y?Y3nY5YGn0X纭X1X11111111111XXX111111111000000111111110D0011011111110001Q11a1111110001111101111100100111101111001011111101110011Q11111101100111111111103.1.3 锁存器 74LS37374LS373是具有8个单独输入

28、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,D7 Do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Ao A7信息保持不变，接着P0 口可传送数据。74LS373的E为Q。Q?上三态门允许输出控制输入端，E接地，则Qo Q7总是允许输出。5evcc12019Q19D17D1.6U274LS373 j 5HD13DQ120地1110g

29、( 17)T4LS3T33.1.4 EPROM2764VPPA12A7 朋A5A4A3A2 AlAO'000102GfiDG7S9101112131423272625翼232221201918171615VCCraiH.C屈411 uE 桓o CEQ7QGQ5Q4Q3窗l3)ErB0MIZ764表它）EPTOIC764的背脚功4岂功能ADAl-5QW三态数据戟、读或徧程枚验时対数据輸出就輪程时为数据输入議.誰期徧 程棊止时护飞7呈荷阻抗；匚E选片信号就、“旷有效PGM舗程耽冲磁熾OE读选II信号输入竝'尸有效VPT蝙程电涵荻入熾，为21Vvcc主电蕩辅两一療为+艸指标：容量：8

30、K 引脚数：28 读出时间：200NS最大工作电流：75MA最大维持电流：35MA3.1.5 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。A7VCC21A623A9A5A3WEA320A219A1CA17 61161ECEA017D7D016D6D11015D5D21114041213D3表（引RAM611 6的管脚功能功龍地址输入敎10 TT三捺据勢读或骗程楼酬为數据输出暢編程时为数据输皿雉碗編 程亲止时DCHn呈同阴抗：CE选片信号戟川2有效¥E写谶I信号輸入強&quo

31、t;有效0E读軽信号输入统旷有效TCC主电録输碱” 一險为+5V召ND线路地扩展接口 8155INTEL8155 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<=J> PC5PAY'D引脚功能如下表所示:看（殆8155的背脚片肅弓 1脚功能AD7 沁 0二磁地址、數培引岀

32、线-单片机与 力命 之间的地址，数堀命令”应 信見都是调讨这个总缄口倍趺.立片验倍号，底电平百救EDWRALJE奋建開谏信号然”低电平有誠存時黠写悟号耀低电平有趟上也址及片堆信号所存信号嬪，育电平韦散苴后沿44地址以矗ce, io/w的 就态所荐到乱砺的丙部寄荐溜电-輕片机号0155 *35时不乘另加虺址所 存器TD/L1HD按口与存储黑选捋悟号缆 E电平表存迭择 m按口低电平恋示选 捋荐储皐-FAFBPCa匚I输入f输amE 口输入/輸出线C 口辐入丿掠出曲控制信寻餓-TIMER IN定眄器F计澈器埔入端TIMER OUT定时S3 A懺骼揃出端TBS EKT亶位信号裟"输入;E电芈

33、百变!亘位后三亍1巾 口均拘辐人功能肛+ 5¥电源vss电3.2 LED点阵显示模块321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-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

34、如我们将"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“ 2mbu dm f s tiL尹护2产門?十£忙共阴根数码肯共阳根数码管包bu日£&H限流电阻的计算公式为:VccU D(1)U OH U DR 1 D式（1）适合于共阳LED , 式

35、（2）适合于共阴LED式中Vcc-电源电压U OH -码器输出咼电平的值Ud LED发光时额定电压Id 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

36、位的计数器， LED由8155和8031接口的电路原理如上图所示。322驱动器7407和7406驱动器7407 : Y=A驱动器7406 : Y二aGNI1 2IT 1A1 2342T 2A3t553T 3A5B9 7407 BIT d5 7406 311135T 5A11 1013 12SY 6Alisia-匸rcc ONE714IT273T収-5Y-6YVCC3.3键盘接口电路本设计所采用的键盘如图(24)所示。8155的PC口作为键盘的扫 描口。関创）键盘接口电瞬第4章模拟输入通道4.1输入通道逻辑电路闺（頁）输入邇适谆诣定面（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，

37、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

38、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TGo TG7）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INH = 1时，所有开关TGo TG7 均不通。因而X0-X7任一端均不与X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是双向多路开关，传输的信号从 Vee到Vdd。例如，Vee =- 5V（相当Vss）, Vdd= + 5

39、V,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Vdd的信号。Vdd的围 为：3V-5V。vddxxEEVSS输入状态X(OUT)IMHAL Bc接逋的输入000n001xl0010x200i n1x3010Q0101ol1r i 1001111XXX均不通< 5 > GC吒051直值表4.3放大器7605称重传感器输出电压摆幅约为 0 20MA，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 增益可调（70 150 ）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2

40、0000个码的情况，漂移要小于1 v。 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（1 v）。从而保证了放大环节还对零点漂移的要求。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，变化围为15.2 960K，作为增益的粗调，W2是增益的细调。文案大全OK-IL传感藍筍出I

41、JO37=30. 60- 120. 240.480. 0知K俎合0(27)敢大7605下面计算增益粗调和细调的衔接和增益调节围放大倍数为：K 1玄Rx(Rx(R6 R2)增益粗调最小粗调量：W2 4.7R7960K , K 2增益细调最大细调量：R7 15.2KW 4.7K 时，K 4.3粗细调之间可以衔接。最大增益：R7 15.2K， W2 0 时，K 199最小增益：R7, W2 4.7K时，K 62增益可调围：62 ，对应配界传感器输出幅度为：3210MVC2作为交流负反馈，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

42、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组成无源滤波表（6）各种浦波电路的比较骸滤渡RC-他谶橫LC_T型滤诫04专*匚:二 <r: uRrl2 U0卜T+ I-1 U0 怦冲击谢脈L2U20L9U2L2LT2OU2脂力大小天A小便用场合aA其官轉点电溜搞单舔制欣分械才畅SIR上有宜卅压降减小但电感较睾A*脉勤庇仝繊小”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

43、限的频带工作。根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率围的不同，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 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<1 ns）,高速（转换时间<1us）,中速（转换时间<1ms ），低速（转换时间 <1s

44、）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/=0.56Kg%12 位 A/D 精度：100Kg/4096=0. 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、

45、省电型 A/D转换器件。高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有部基准源和部时钟，基 于89C52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-V），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

46、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。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

47、K fi电阻组成。它使加在“ IOVin ”引脚的10V电压和“ 10Vin ” 加在“ 2OVin ”引脚的20V电压在采样保持器的输入端所产生的电压相 等。采样保持器在“控制器”的控制下对加于“IOVin ”和“ 2OVin ”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“IOVin ”或“ 20 Vin ”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”弓I脚输

48、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；（2） A/D1674 的另一部分由时钟发生电路，逐次寄存器，控制器和比较器组成。文案大全使用A/D1674 不需外接采样保持器，它的输入电阻较小，约为5Kfi 10Kfi。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:表（T） 1674的引脚功能管脚功能dbilTibo12強据输人绘它们可由控制睦辑袂定最输癥据还爲寸孙高阻

49、12/B输入，当此引脚対高由平时，丘便数摇并行输把当此引脚为底电 平时.与引脚皿配亀把12位数据分两汝输出！见下表.应该注育， 此脚不与til电平兼容，若要求此脚为高电平，则援m 若要求此 脚剤闊平，应接脚比20此脚有两个功皑 二是杷定转换绪果是空位还是E位数据.加=0, 结果是迪位；A0=l,结果是吕他 二是决定輪皈据是高吕位还是 低4位.与苴它控配合，若AO=Op箱出高占位；若A0=l Swttj低 d位.CS当肖=0时，本AD4泌中！剤u本AD1引4帀壬何操作口K/t当R/?C=1允讦读聪结果，当尺/?f=0时，允许小转换.CE芯片帥 当CE=1时，允讦5专换或读取结累至眶斟专换还是诙取

50、 结果与K/? C有关口STS愜信号，旺=1新正在曲T3/D特换，旺=0换孕能.REFOUTREFIN+讷基?S电压输出. Sfi班输兀BIT OE?双枫性补僖 此引鹿当连摄 可卿!单融瓯单双极性宙10TIN20VIN10V量稈模拟信号输入端 饷量程模拟信号输入端DG数字地，各数字电路（译咼器，门电路，触发器等）及+产电源 的地AGmitt.却ma器件（林器，比较器，第路开芜 采样保持器等） 及“ +仲”和”一15沪的地VLOC逻辑电路供电输入端+甌VCC正供电引脚，V（X=+12V>L5VVEE负供电3 脚，ra=-12Y"-15V7L128STS2商DE11CS3DE10A04DE9R/r?DE 3CEDE7vcc12EF0IJTI AD1674：QDB6 DE 5AG9DE*REFIN10DB3VEE11DE 231 POFF12DB1lOVin1316DEO2071nH15DGEC £8 >1674的引脚表G JAA1674各控制斂脚功能CECSR/rrAO功能xXX不起作用X1iiX示起惟耳10cit0启动12位转换100i1启动a位转换101MiX吃位数据并行輪出1010高&垃数据输岀101接脚均1低4垃数据输出3. A/D1674模拟量输入电路外部连接A/D