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引言
本设计是以8031单片机为核心组成的电子秤。其中充分利用单片机的内部资源, , , , , , , :
(1) 采用8031 单片机构成最小系统, ,, ,
(2) 该秤A/D转换采用了V/F转换器LM 331, , ,
(3) 系统软件采用模块化的程序设计方法, , ,
(4) 该秤设计有计价功能。通过执行相应的键功能程序,1.2基本工作原理及原理框图
基本工作原理框图如下:
图1.1 基本工作原理框图
电路方框图如下:
图1.2 电路方框图
2 硬件的设计
2.1 传感器的选择
2.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理
电阻应变式传感器是将被测量的力,通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种:电阻丝应变片和半导体应变片,本设计中采用的是电阻丝应变片,为获得高电阻值,电阻丝排成网状,并贴在绝缘的基片上,电阻丝两端引出导线,线栅上面粘有覆盖层,起保护作用。
电阻应变片也会有误差,产生的因素很多,所以测量时我们一定要注意,其中温度的影响最重要,环境温度影响电阻值变化的原因主要是:
电阻丝温度系数引起的。
电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。
对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变片,也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多,一般来说主要是由结构设计决定,通过线性补偿,也可得到改善。?滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
图2.1应变式传感器安装示意图
全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uout=KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。
2.1.2 电阻应变式传感器的测量电路
常规的电阻应变片K值很小,约为2,机械应变度约为0.000001—0.001,所以,电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化,在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。
桥式测量电路有四个电阻,其中任何一个都可以是电阻应变片电阻,电桥的一个对角线接入工作电压U,另一个对角线为输出电压Uo。其特点是:当四个桥臂电阻达到相应的关系时,电桥输出为零,或则就有电压输出,可利用灵敏检流计来测量,所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。
测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节,我们在制作的过程中应尽量选择好元件,调整好测量的范围的精确度,以避免减小测量数据的误差。
图2.2 全桥测量电桥图
图2.3 三运放大电路结构图
它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右,测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。将差动放大器调零,合上电源开关,调节电桥平衡电位RW1,使数显表显示0.00V。将10只标准砝码全部置于传感器的托盘上,调节电位器RW3(增益即满量程调节)使数显表显示为0.200V(2V档测量)或-0.200V。拿去托盘上的所有砝码,调节电位器R W4(零位调节)使数显表显示为0.0000V。重复2、3步骤的标定过程,一直到精确为止,把电压量纲V改为重量纲g,就可以称重。成为一台原始的电子秤。
2.2 三运放大电路
本次课程设计中,需要一个放大电路,我们将采用三运放大电路,主要的元件就是三运放大器。在许多需要A/D转换和数字采集的单片机系统中,情况下,传感器输出的模拟信号都很微弱,必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大,才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,情况下,就必须选择一种符合要求的放大器。
图2.4 三运放大电路结构图
2.3 ADC0809 A/D转换器
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。 ADC0809的内部逻辑结构图
由上图可知,ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 ADC0809的引脚结构图
IN0-IN7:8条模拟量输入通道
ADC080
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