基于STC12C5A16S2单片机电子水平仪设计

1、.PAGE ：.；基于STCCAS单片机电子程度仪设计专业电气工程学院学生姓名班级学号指点教师专业系主任顾 春 雷发放日期年月日博雅学院摘要基于传感器、数字信号处置、单片机技术的数字程度仪是当前倾角测试仪器数字化开展的方向。利用角度传感器感应程度倾角，经过信号处置和STCCAS单片机的控制、运算将倾角以数值的方式直接在LCD的上显示或上传到计算机进展显示、处置，从而使角度丈量变得方便、快捷， 实现了倾角的高精度丈量。本文提出了差动式倾角电容传感器在分辨力为mm/m 的智能电子程度仪的运用方案，差动输出信号经过交流放大、整流滤波、直流放大后被送到A/D转换器。采用ICL集成芯片作为差动电容电桥的

2、鼓励电源，运用ADC对所得信号进展A/D转换。 关键词智能电子程度仪；差动电容传感器；A/D; STCCAS单片机 目 录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 摘要 HYPERLINK l _Toc 绪论 HYPERLINK l _Toc 方案论证 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .系统设计方案论证 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .各模块的方案选择和论证 HYPERLINK l _Toc .控制器模块 HYPERLINK l _Toc .显示模块 HYPERLINK l _Toc 电子程度仪的总体设计

3、HYPERLINK l _Toc .方案确实定 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .传感器的选择 HYPERLINK l _Toc .电容传感器 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .本课题所采用的传感器类型 HYPERLINK l _Toc . A/D转换器的选择 HYPERLINK l _Toc . AD转换器的分类及引见 HYPERLINK l _Toc .本课题中对AD转换器的选择 HYPERLINK l _Toc 系统的硬件设计 HYPERLINK l _Toc .倾角传感器的设计 HYPERLINK l _Toc .差动电容

4、传感器测角原理 HYPERLINK l _Toc . 差动电容传感器构造设计 HYPERLINK l _Toc . 角度转换模块的设计 HYPERLINK l _Toc .丈量电桥 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 第一级放大电路 HYPERLINK l _Toc .整流滤波电路 HYPERLINK l _Toc .第二级放大电路 HYPERLINK l _Toc . 信号采集与A/D转换 HYPERLINK l _Toc . 主电路 HYPERLINK l _Toc 系统的软件设计 HYPERLINK l _Toc .总体流程图 HYPERLINK l _T

5、oc .程序清单 HYPERLINK l _Toc 总结 HYPERLINK l _Toc 致谢 HYPERLINK l _Toc 参考文献绪 论概述电子程度仪是一种非常急需的丈量小角度的量具。用它可丈量对于程度位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度，机床、仪器导轨的直线度，任务台平面度，以及平板的平面度等。已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可短少的重要工具。在机械丈量及光机电技术一体化技术运用中占有重要位置。国外许多国家很早就开场了电子程度仪的研制和制造，但随着精细制造技术的开展，已有的电子程度仪不能满足精度要求，国内数显式电子程度

6、仪灵度、反响时间等比国外差距较大。程度仪从过去简单的气泡程度仪到如今的电子程度仪曾阅历经多次更新。电子程度仪是一种非常急需的丈量小角度的量具。用它可丈量对于程度位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度，机床、仪器导轨的直线度，任务台平面度，以及平板的平面度等。在机械丈量及光机电技术一体化技术运用中占有重要位置。随着精细制造技术的开展，已有的电子程度仪不能满足精度要求，国内数显式电子程度仪灵敏度、反响时间等与国外相比，差距较大。研讨分辨率更高、性能更好的智能电子程度仪具有重要意义。随着计算机运用技术的不断开展，微控制器在工业丈量和控制领域内的运用越来越广泛；在很多计量检测仪器中运用了单片机，使计量

7、检测仪器具有了一定程度的智能，但在电子程度仪中微控制器的运用尚不多见。在自动控制和工程设计中，经常需求对某一个平面或基准进展倾角丈量，或进展自动程度调理，特别是在自动控制中，经常需求对某一物体进展动态程度控制，这就要求仪器能对程度倾角进展自动动态跟踪丈量；在某些高精度的丈量系统中，还要求对系统进展快速调平或对某些安装与程度面的倾斜角进展快速高精度的丈量。这些都是传统倾角丈量系统和程度仪很难做到的。以电子倾角器为传感器而设计的数字倾角丈量系统或数字程度仪不仅能满足自动丈量与控制的要求，而且能使丈量的精度和速度大大提高。方案论证.系统设计方案论证方案：采用光学反射放大镜和传感器PSD在VB平台上设

8、计一种运用程序，经过计算机与电子程度仪的串行通讯 ，实现计算机对电子程度仪的的控制。由于采用VB设计，而且设计较复杂，需求光学以及测绘知识的运用，电路程序繁琐。方案：采用单片机STCCAS为中心，利用倾角器作为倾角传感器，其输出的模拟电压与倾斜角正弦成比例。将该模拟电压进展A/D转换后送入单片机，经过编制好的计算程序进展计算，将计算结果经过串口中断方式传送到上位计算机。单片机只需用于工业过程控制及智能控制仪器中，特别是在传感器智能仪器开展中，已显示出宏大的优越性。单片机编程灵敏，控制简单，可以很好的控制程度仪实现精度检测和角度的显示。比较以上两种方案，方案所设计的丈量精度高、运用方便,具有很好

9、的适用价值。因此采用方案.各模块的方案选择和论证.控制器模块方案一：采用FPGA现场可编程门阵列作为系统的控制器。FPGA 可以实现系统的各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将一切的器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可以利用EDA 软件仿真、调试，易于进展功能扩展。FPGA 采用并行的输入方式，提高了系统的处置速度，适宜作为大规模实时系统的控制中心。但是由于本设计对数据处置的速度要求不是很高，FPGA 高速处置的优势得不到充分的表达，并且由于其集成度高，使其本钱偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实践焊接的操作。方案二:采用单片机STCCA

10、S作为系统的控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵敏，自在度大，可用软件编程实现各种算法，并且具有功耗低，体积小，技术成熟，本钱低廉等有点，使其在各个领域运用广泛。综上所述，选择方案二，采用单片机STCCAS 构成系统控制部分。.显示模块方案一：运用传统的数码管显示。传统数码管具有：低能耗，低损耗，寿命长，防火，防潮，对外界环境要求低，易于维护等优势。但显示资源有限。方案二：运用液晶显示屏显示计时值。液晶显示屏LED具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰才干强等特点。所以他们选择LCD作为显示器。. 电子程度仪的总体

11、设计. 方案确实定电子程度仪的丈量系统主要由机械系统、倾角传感器、AD转换、微处置器、数码显示五部分构成。进展丈量时，程度仪发生微小倾斜，传感器探头与摆盘的相对位置发生变化，于是传感器输出与探头、摆盘间距成正比的电压信号，该电压信号经过AD转换送入单片机，按照丈量算法就可得到倾斜角，结果经过LED数码显示器显示出来。其系统的总体构造框图如图-l所示。倾角传感器信号调理模块A/D转换单片机LCD显示电 源待测角度角度转换模块数据处置模块图-程度仪系统设计原理框图设计的智能电子程度仪的分辨力到达.mm/m，传感电容的变化量仅有几个或几十个皮法，屏蔽环境干扰、导线布置、温度等引起的寄生电容比传感电容

12、大得多，例如屏蔽电缆电容普通为PF/m，多路开关输入电容普通为pF，而传感器的电容约为pF，杂散电容将待测电容传感器信号淹没，如何消除寄生电容的影响，把有用的微小信号拾取出来成为难点之一。本设计除在电容式传感器的设计中采取措施外，根据已有的小电容丈量电路原理，设计了一种高分辨力的信号调理电路。选择检测电路时主要从输出信号的稳定性和精度两方面分别进展对比。而运算检测电路的优点不仅可以保证输出的稳定性，而且其输出与变极距型传感器的极距成正比，可以保证丈量精度会大大高于其它丈量电路。因此，本课题采用运算放大器检测电路作为本课题的电容检测电路。. 传感器的选择传感器的分类方法多种多样，按照其丈量原理可

13、分类为电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。在本课题中，假设采用电阻式传感器作为倾角传感器，由于电阻式传感器是接触式丈量，所以将传感器的一端固定在上端盖，探头与摆盘固连在一同。当壳体倾斜时，传感器输出并不灵敏，输出值的误差也相当大，缘由是要驱动电阻式传感器需求比较大的力，而机械系统无法提供那么大的力，因此电阻式传感器不适于本课题，本课题中的倾角传感器采用非接触式的比较适宜。在非接触式位移丈量方面，与电感传感器相比，电容式传感器丈量精度更高，灵敏度也更好，因此在本课题中选用电容式位移传感器。. 电容传感器电容传感器的优点电容式传感器具有一系列突出的优点，如构造简单、体积小、分辨率高、可非接触

14、式丈量等。这些优点，随着电子技术的迅速开展，特别是集成电路的高速开展，将得到进一步的表达，而它存在的分布电容、非线性等问题以又将不断地得到抑制，因此电容式传感器有着非常好的运用前景。电子程度仪采用一个具有可变参数的电容作为传感器，有两个平行板组成的电容器的电容量为： (-)当被测参数使得A、d或发生变化时，电容量C也随之变化。电容传感器的分类按照变化参量的不同，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型，以下对这三种类型的电容传感器分别予以引见。变极距型电容传感器图-变极距型电容传感器原理图定极板动极板如图-变极距型电容传感器原理图所示。传感器的和A为常数，初始极距为。由式(-)可

15、知其初始电容量，当动极板因被丈量变化而向上挪动使减小，电容量增大那么有： (-)可见,传感器输出特性是非线性的。由式-可知：电容相对变化量为 (-)上式按级数展开为 (-)略去式-中的高次非线性项，可得近似的线性关系和灵敏度S分别为 (-)和 (-)假设思索式(-)的线性项及二次项，那么 (-)因此，以式(-)作为传感器的特性运用时，其相对非线性误差为 (-)由上讨论可知：)变极距型电容传感器只需在很小(小丈量范围)时，电容才有近似的线性输出；)灵敏度S与初始极距的平方成反比，故可以用减小的方法来提高灵敏度。由于变极距型的分辨力很高，可测小至的线位移，故在微位移检测中运用很广。变面积型电容传感

16、器如图-变面积型电容传感器原理图所示。它与变极距型不同的是，被丈量经过动极板挪动，引起两极板有效覆盖面积A改动，从而得到电容的变化。动极板图-变面积型电容传感器原理图定极板设动极板相对定极板沿长度方向平移时，那么电容为： (-)式中为初始电容，相对变化量为： (-)很明显，这种传感器的输出特性呈线性。因此其量程不受线性范围的限制，适宜于丈量较大的直线位移和角位移。它的灵敏度为 (-)变介质型电容传感器如图-变介质型电容传感器原理图所示，两平行极板固定不动、极距为，相对介电常数为的电介质以不同深度插入电容器中，从而改动两种介质的极板覆盖面积。传感器的总电容量C为两个电容和的并结合图-变介质型电容

17、传感器原理图定极板定极板果。 由式(-)得 (-)式中、为极板长度和宽度，为第二种介质进入极间的长度。假设电介质l为空气，当时传感器的初始电容 (-)当介质进入极间后引起电容的相对变化为 (-)可见，电容的变化与电介质的挪动量成线性关系。. 本课题所采用的传感器类型针对本课题对传感器丈量倾角的要求，变介质型传感器并不适宜角度丈量，变面积型传感器虽然可以用于角度的丈量，但精度不高，普通单片式变极距型传感器存在灵敏度较低，输出电容非线性误差较大的缺陷。差动电容式传感器的灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给丈量带来的影响，并能有效地改善由于温度等环境影响所呵斥的误差，因此在许多丈量控制场所

18、中，用到的电容式传感器大多是差动式电容传感器。然而，电容式传感器的电容值非常微小，必需借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输。本课题采用差动式变极距型倾角传感器。. A/D转换器的选择实现模数转换的方法有很多，不同的电路构造的ADC的任务原理差别很大，性能上的差别也能够很大。本节主要按转换电路和任务原理的不同对ADC进展粗略的分类引见。. AD转换器的分类及引见 实现AD转换的方法有很多，常见的有逐次逼近法、计数法、积分法、电压频率转换法、-转换法等。逐次逼近型这种ADC是用一个电压比较器将模拟输入电压与一个n位DAC的输出电压

19、进展比较，这个n位DAC的数字输入是由一个逐次逼近存放器提供的。逐次逼近存放器在转换器的控制电路控制下，从高位到低位逐位被置或清，使DAC的输出电压逐渐逼近模拟输入电压，经过n次比较和逼近，最终逐次逼近存放器中的数字(即DAC的输入)就是模数转换的结果。在中低速场所得到广泛的运用。跟踪计数器跟踪计数型与逐次逼近型有类似之处，但转换器包含一个电压比较器和一个n位DAC，一个可逆计数器替代了逐次逼近存放器和控制逻辑，可逆计数器在时钟脉冲作用下不停的计数，计数器的值作为DAC的输出不停地跟踪模拟输入电压，计数器的值即为ADC的数字输出值。跟踪计数型ADC的电路构造比逐次逼近型简单，计数器能及时跟踪模

20、拟输入电压，特别适用于需求快速跟踪的伺服系统。积分型从转换型号的关系来说，积分型ADC属于间接转换型。转换器中的积分器把模拟输入电压转换成与之成比例的时间间隔，在这时间间隔内一个n位计数器对频率固定的时钟脉冲计数，最终的计数值与时间间隔成正比，反映了输入平均电压的大小。为了减小积分器的元件参数和参考电压对积分精度的影响，通常要对输入电压和参考电压各进展一次积分，因此又称为双积分型ADC。积分器和计数器构造简单，本钱低，此外积分器具有低通特性，能抑制高频噪声，但任务速度低，因此积分型ADC被广泛用于低频、高精度的数字仪表电路中。压频转换型压频转换又称为VF转换，首先把模拟电压转换成频率与该电压成

21、正比的脉冲信号，然后在单位时间内用计数器对脉冲计数，计数值与频率成正比，反映了模拟电压的大小显然，VF型也属于间接转换型，中间变量是频率。公用的VF转换芯片已非常成熟，再与计数器配合可以构成高分辨率、低本钱的ADC。-型-型ADC以很低的采样分辨率(位)和很高的采样速率将模拟信号数字化，利用过采样计数、噪声整形和数字滤波计数添加有效分辨率。近年来-模数转换计数开展很快，转换分辨率可以高达位，在各类模数转换器中分辨率是最高的，因此在低本钱、高分辨率的低频信号处置场所得到了广泛的运用，有取代双积分型ADC的趋势。. 本课题中对AD转换器的选择由于本课题设计的程度仪精度较高，所以需求选用高分辨率的A

22、D转换器，思索转换速度、本钱等要素选用逐次逼近式AD转换器ADC。ADC是美国国家半导体公司消费的CMOS工艺通道，位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通路模拟输入信号中的一个进展A/D转换。是目前国内运用最广泛的位通用A/D芯片。ADC是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部构造如下图，它由路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、位开关树型A/D转换器、逐次逼近存放器、逻辑控制和定时电路组成。ADC主要特性 路输入通道，位A/D转换器，即分辨率为位。 具有转换起停控制端。 转换时间为s(时钟为kHz时)，s时钟为kHz时 单个+V电

23、源供电 模拟输入电压范围+V，不需零点和满刻度校准。 任务温度范围为-+摄氏度 低功耗，约mW。. 外部特性引脚功能ADC芯片有条引脚，采用双列直插式封装，如下图。下面阐明各引脚功能。 ININ：路模拟量输入端。 -：位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：位地址输入线，用于选通路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲至少ns宽使其启动脉冲上升沿使复位，下降沿启动A/D转换。 EOC： A/D转换终了信号，输出，当A/D转换终了时，此端输出一个高电平转换期间不断为低电平。 OE：数据输出允许信号，输入，高电

24、平有效。当A/D转换终了时，此端输入一个高电平，才干翻开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于KHZ。 REF+、REF-：基准电压。 Vcc：电源，单一+V。 GND：地。. 系统的硬件设计. 倾角传感器的设计. 差动电容传感器测角原理差动电容传感器越来越广泛地运用于诸如压力、加速度、直线位移、转角等物理量的丈量，其电路构造依丈量要求不同而不同，但其根本原理都是利用比例信号处置法以传感器电容容量的变化来反映被丈量的变化，电容变化可以是线性或非线性的。所谓比例信号处置法即用传感器中两电容之差与两电容之和的比值来线性地反映被丈量。因此需求专门的信号处置电路将传感器电

25、容变化转换为易于检测的电量，曾经出现的技术方法有开关-电容(S/C)法，模数转换(A/D)法、电容/频率转换法、电容/相位转换法等，其中适用于CMOS集成电路的S/C法由于时钟馈线的影响精度较低，C/F法可以到达很高的精度，但由于需求微处置器来进展比例运算而难以满足时实、快速的要求。近年来，人们在提高精度和速度方面不断探求，提出了各种提高精度和速度的方法，本设计采用A/D转换法。. 差动电容传感器构造设计设计采用倾角传感器为专门设计定制的差动电容式传感器,其构造简图如图-所示。图-差动电容传感器构造简图悬丝底座动极板固定极板固定极板与程度仪底座和丈量平面固定在一同，动极板由悬丝悬挂，当被测平面

26、有一定倾角时，由于重力作用，动极板一直坚持竖直形状，与一固定极板的极距减小，而与另一极板极距增大，构成差动输出。图-测角模型图由几何关系可知: (-)由于所测倾角变化极小，可以为动极板与固定极板一直平行。由式(-)可以看出与d之间成线性关系。. 角度转换模块的设计角度转换模块就是将传感器敏感的角度信号转换为电信号，然后经过调理、放大、滤波、运算分析等的加工处置， 以抑制有害干扰噪声、提高信噪比，便于进一步的传输和后续处置。电路构造主要由传感器角度丈量和电信号调理部分组成，其任务原理如图-所示：图- 角度转换模块任务原理框图待测角度倾角传感器激 励 源丈量电桥第一级运算放大器整流滤波第二级运算放

27、大器直流输出. 丈量电桥采用温度特性良好的精细电阻与差动电容传感器来组成阻容电桥，两个精细电阻的参数选择尽量完全匹配，如图-所示。图- 电桥电路图电桥的不平衡输出电压u与鼓励源电压u之间的关系为 (-)其中R为桥臂电阻；d为电容两极板之间的间隔 ；d为电容两极板间间隔 的变化量；为鼓励源角频率；为电介质常数；s为电容极板面积； u为鼓励源电压；u为电桥不平衡电压输出。令，那么，那么上式变为 (-)由于，所以上式简化为 (-)式中为灵敏度。由式(-)可以看出，在鼓励源不变的条件下，电桥不平衡输出电压u与d成一简单的线性关系，由式(-)可知与倾角也成一简单的线性关系。对正弦波形输出电压及放大后的交

28、流电桥输出电压同时采样由式(-)可以看出，电桥不平衡电压输出u，与鼓励源电压ul之比在d一定的情况下为常数。设计中对ul及u同时进展采样，并将两路信号与温度信号(共三路信号)送人AD进展AD转换。用u与ul的比值作为最终的采样值，再以此比值进展标定，这样就可以消除干扰信号产生的鼓励源波形的失真。. 第一级放大电路从电桥输出的信号为交流信号，为便于后续处置先对其进展信号放大。在精度要求不是太高的情况下采用通用运放组成的信号放大电路是可行的，但是由于通用运放放大电路的外接电阻很难精细匹配，由分立原件组成的放大电路共模抑制比不高，会影响到检测精度。有鉴于此，在本课题中采用了集成仪用放大器。美国AD公

29、司开发了许多性能优良的仪表公用放大器芯片，如：AD、AD、AD、AD等，这些芯片如今曾经广泛运用到各种电路设计中。由于AD具有精度高、增益选择范围大和高性价比等特点，本课题采用该芯片作为放大器芯片，其主要特点见表-：表- AD的特性供电电源增益选择增益范围最大增益误差%带宽.V电阻编程k.%(G=OOO)MHz(G=，小信号-dB)功耗输入失调电压输入失调漂移输入偏置电流最小共模抑制比最大mW最大V最大V/最大.mA.dB(G=)为了正确地运用AD，发扬其固有的性能，在运用中应该留意AD的输入过载才干，两个输入端应分别串联一只的薄膜电阻，这样可以平安地接受长达几小时的输入高达+V或+mA的过载

30、，这种维护功能对一切增益均有效，当信号源和放大器分别供电时更为重要。如图-所示为AD引脚图，图-为AD电路原理图。图- AD引脚图Rc-IN+IN-VsRc+VsOUTPUTREFTOP VIEWAD-+只需在l、针脚之间参与一个外部增益控制电阻RG，就可以灵敏的调理增益，增益方程式为，由此可以得出，对于所需求的增益，那么外部控制增益电阻值为。为了减小输人端的噪声干扰采用屏蔽电缆方法。对屏蔽给予适当的驱动，可减小电缆电容和杂散电容呵斥的差分相移，保证交流共模抑制比不下降，图-为差分屏蔽驱动接法。图- AD电路原理图. 整流滤波电路.交直流转换电路经过交流放大后的交流信号还需求被转换成直流信号才

31、干进展AD转换。美国MAXIM公司的产品MAXA可以有效的实现交流/直流有效值的转换。该集成芯片外围电路简单，性能优越。它可以计算出包含交流和直流成分的任何复杂输入波形的有效值，并能转换成直流信号出口。MAXA可以接受的输入信号在-V(按有效值计算)之间，输入信号电压的极限峰值在V之间，可以采用单电源供电和双电源供电两种任务方式，单电源供电时电源电压最大值是+V，双电源供电时电源电压最大值是V。如图-所示为MAX引脚图， MAXA采用双电源供电方式，供电电压为V。衔接在和针脚的电容CAV是一个重要的参数，CAV越大转换精度越高，但是输出稳定时间越长，由于程度仪为静态丈量，对输出稳定时间要求不高

32、，因此经查阅取CAV=F，信号稳定时间约为.S，精度约为.%。MAXA的转换精度可以经过外围的器件来改善，R用以调整偏移量，经过调整R保证当信号输入端Vm输入为零时信号输出端Vout输出也为零；经过调整R可以对输出信号进展校正。.整流滤波在本丈量系统中，经过交直流转换后，信号是一个静态的直流信号，可以一定频率在Hz以下。故所选择的滤波器必需可以无损耗的经过Hz以内的信号，同时为了滤除Hz的工频干扰，就要求滤波器的过渡带很窄，即过渡带内增益衰减很快。满足这一要求就是要选用高阶滤波器。但是高阶有源RC滤波电路构造复杂，所用元器件多，占用仪器体积，同时也不利于电路参数的调整。所以这里选用有源集成滤波

33、器巴特沃思类型的滤波器。在本课题中选择MAXIM公司的单片集成五阶巴特沃思低通滤波器MAX。它是由内部四阶开关电容网络与外接一组RC元件构成的五阶巴特沃思低通滤波器，通带增益为，可以调理的最高转机频率fcmax=KHz。用两级器件级联可实现十阶滤波电路脚。如图-MAX原理图所示，输入信号经外部一阶RC网络，由第脚输入芯片，该芯片要求电容C由第脚与内部开关电容网络耦合。为实现巴特沃思特性要求，要求满足RC=./(f)。此外该RC低通网络还起抗混叠滤波作用。第脚为缓冲输出端，从该端输出时会引入mV失调电压。为减小失调电压，也可以从第脚直接输出，但该端输出阻抗较高，因此运用时应外接缓冲器后输出。器件

34、第引脚为时钟输入端，该端悬空时，以内部时钟fclk=KHz驱动，外接Rclk、Cclk。元件可将驱动脉冲频率调整到更低，也可外接其它时钟发生器作外驱动。第脚为分频比fclk/fc编程端，接正电源时为，即时钟频率与滤波器截至频率的比值为：接地时为，时钟频率与滤波器截至频率的比值为：接负电源时为；时钟频率与滤波器截至频率的比值为。图- MAX原理图内部开关电路网络内部时钟电路CRCclkRclkpF+V-V(外部缓冲放大器)由上述内容可知基于MAX集成滤波器的滤波器电路的设计，关键在于确定外接一阶滤波电路的R、C的值和转机频率fc。设计过程如下：首先，根据运用要求确定滤波器的转机频率fc。本运用系

35、统有用信号频率在Hz以下的频带内，所以选择转机频率fc=Hz。其次，根据选择的转机频率决议外接一阶滤波器R、C的值。该外部电阻电容是滤波器反响网络的一个部分，同时也构成了滤波器的一个极点。为了到达通带内最大平坦度的幅值呼应，外部电阻电容应该由下式来确定： (-)这里fc为滤波器选择的转机频率，根据运用要求为Hz，那么RC可取.，取R为K，C应为.uF，为满足电容序列值要务虚际取电容.uF。再次，由转机频率确定开关电容滤波器的驱动时钟频率，即确定Rclk、Cclk的值。内部四阶开关电容滤波器由内部时钟驱动，这个内部时钟又由选择的转机频率决议。为了到达通带内最大平坦度的幅值呼应，驱动时钟应设置为转

36、机频率的倍，即第脚分频比fclk/fc编程端应接正电源，所以驱动时钟频率为K时钟频率可以由下式来确定 (-)由于处置误差，fclk能够会有.的误差。这个振荡频率能经过一个接在Cclk与地之间的电位器来调理，这个电位器就是Rclk。调理后的时钟频率由下式计算： (-)这里的fclk是Rclk为时的时钟频率。当用了电位器后，新的时钟频率总是高于未加电位器时的频率。为了得到比较宽的频率调理范围，可以首先经过式(-)初步计算Cclk，然后将Cclk的值增大，并用电位器调理得到fclk。例如这里要得到lK的时钟频率，由式(-)初步计算得到Cclk为pF，将这个值增大，取值pF，并用K的电位器，那么时钟频

37、率就可以在Hz到.kHz之间调理。这个时钟频率可以在第引脚用一个低电容探头测得。如图-所示为MAX电路原理图： 如图- AX电路原理图. 第二级放大电路经过直流滤波电路的处置后，信号会有较大的衰减，直流电压幅度达不到系统的要求，因此需求对直流电压信号进展放大处置。本文中选用了斩波稳零运算放大器ICL。ICL是Intersil公司利用动态校零技术和CMOS工艺制造的斩波稳零式高精度运放，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制才干强、呼应快、漂移低、性能稳定及价钱低廉等优点。这种运算放大器由一个时钟控制，分节拍任务，前一节拍将输入失调采集并存储于一电容中，后一节拍采样和放大信号，并将此刻的

38、失调相抵消，所以电路总的失调很少，性能极为优越、稳定。图- ICL引脚图电路原理ICL内部为交流放大，在对直流信号进展调制、放大、解调、输出放大后的直流信号过程中，输出端会出现由于ICL内部时钟斩波频率所引起的一些微小尖峰脉冲的干扰。为了保证输出信号的质量，必需在输出端加低通滤波器，这里选用RC低通滤波电路。如图- ICL电路原理图所示，图- ICL电路原理图. 信号采集与A/D转换A/D转换他们采用的是ADC芯片，ADC是美国国家半导体公司消费的CMOS工艺通道，位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通路模拟输入信号中的一个进展A/D转

39、换。是目前国内运用最广泛的位通用A/D芯片。、ADC主要特性路输入通道，位A/D转换器，即分辨率为位。 具有转换起停控制端。 转换时间为s(时钟为kHz时)，s时钟为kHz时 单个+V电源供电 模拟输入电压范围+V，不需零点和满刻度校准。 任务温度范围为-+摄氏度 低功耗，约mW。、ADC与单片机接口电路 图- ADC与单片机接口电路.按键电路在本设计中共设置三个功能S、S、S，如图-按键电路图所示。电路中没有去抖动电路，用软件实现去抖动的功能。实践上，在现阶段用到的为开场键S、S键按下时，程度仪开场丈量，输出结果，S、S键留做今后功能扩展用。图-按键电路图.主电路 系统的软件设计. 总体流程

40、图电子程度仪运用单片机为中心元件。电容传感器检测电路输出的信号经ADC转换，由单片机的I/O口读入，然后根据算法完成对被测面的丈量，并将结果输出到LCD显示器上。丈量系统上电复位后，先进展初始化，然后查询开场键能否按下，假设开场键按下那么进展丈量，依次运转的程序为数据采集、滤波处置、数据处置、数码显示，这部分程序在终了键按下之前是循环执行的，当终了键按下后，再次对单片机初始化，等待下个丈量义务。初 始 化数 据 采 集数 据 处 理显 示开 始S键按下按键否松开YNYN. 程序清单#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned

41、 intsbit st=P;/定义的关键位sbit oe=P;sbit eoc=P;sbit S=P;sbit lcden=P;/液晶显示控制位，其中rw位已用硬件拉低sbit rs=P;uchar table=,;uchar bai,shi,ge;uint shu;void display();/显示程序/*nms 延时程序*/void delaynms(uint x)uchar i;while(x-)for(i=;i;a-)for(b=;b;b-); /*/void write_com(uchar com) /写指令函数P=com;rs=; lcden=;delay_us();lcden=

42、;delay_us();lcden=; /*/void write_date(uchar date) /写数据函数P=date;rs=; lcden=;delay_us();lcden=;delay_us();lcden=; /*/void init() /液晶初始化函数lcden=;write_com(x); /显示方式设置delay_us();write_com(xc); /开显示，光标不显示delay_us();write_com(x);delay_us();write_com(x); /清屏delay_us(); void ad()oe=;/以下三条指令为起动AD st=;st=;st

43、=;/delaynms();while(!eoc);/等待转换终了oe=;/取出读得的数据shu=P;oe=;void main() init(); /先对液晶初始化if(S=);while() /一直循环扫描ad();display();Else black;void display() shu=shu*; /数据能够太小，需放大处置bai=shu/;shi=shu%/;ge=shu%; write_com(xc); /第二行设置地址 delay_us(); write_date(x+tablebai); /显示数据 delay_us(); write_com(xc+); delay_us(); write_date(x+tableshi); delay_us(); write_com(xc+); delay_us(); write_date(x+tablege); delay_us();总结本设计采用单片机STCCAS单片机为中心，涉及到传感器，A/D转换器，显示角度的LCD以及。单片机用于工业过程控制及智能控制仪器中，特别是在传感