課程設(shè)計(jì)有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)輔導(dǎo)

1、課程設(shè)計(jì)有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)輔導(dǎo)隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展，電子秤在許多商業(yè)活動(dòng)中已成為不可缺少的計(jì)量工具。從生活中看到的商店購(gòu)物所遇見(jiàn)的低重位的小型電子秤，到工廠、鐵路、碼頭、機(jī)場(chǎng)的貨場(chǎng)里發(fā)現(xiàn)的大噸位門(mén)式電子秤、 叉車(chē)升降電子秤、汽車(chē)擺式電子秤、皮帶傳動(dòng)式電子秤。 另外，甚至保健性體重電子秤也逐漸進(jìn)入家庭。 各種各樣的電子秤，只是為了適應(yīng)不同應(yīng)用的需求而設(shè)計(jì)的， 但它們的基本構(gòu)成和工作原理是相同的。電子秤作為一個(gè)典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)， 也可以歸納為由三大環(huán)節(jié)所組成。如圖 1 所示一次儀表通常指的是傳感器， 它是由敏感元件， 電路，機(jī)構(gòu)等組成，是利用某些特殊材料對(duì)某些物理量具有一定的敏感， 然后轉(zhuǎn)換成電量

2、（電壓，電流）。電子秤所選用的是荷重傳感器，如前所述，荷重傳感器根據(jù)不同的使用條件可以采用相對(duì)適合的荷重傳感器， 如普通環(huán)境下通常采用應(yīng)變片式壓力傳感器。，如要求安裝空間小，響應(yīng)速度快的場(chǎng)合則采用電容式荷重傳感器。如要求在環(huán)境溫度高， 秤重噸位高的場(chǎng)合則采用壓磁式荷重傳感器。 選用荷重傳感器的基本要求是：靈敏度高，函數(shù)關(guān)系呈線性，重復(fù)性好，長(zhǎng)期穩(wěn)定。通常來(lái)自一次儀表的電信號(hào)比較弱小， 不足以驅(qū)動(dòng)顯示器。 為此還需要采用二次儀表對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大；來(lái)自一次儀表的電信號(hào)往往還夾帶外部的干擾信號(hào)，必須把它去除， 一般二次儀表還包括濾波電路用以消除干擾； 傳感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系往往并不服從線性關(guān)系， 所以有時(shí)還

3、需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)木€性補(bǔ)償處理。 故稱(chēng)二次儀表為測(cè)量與顯示部件。二次儀表的輸出信號(hào)可能是模擬量， 也可能是數(shù)字量。 三次儀表是采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，所以要求二次儀表的輸出信號(hào)必須是數(shù)字信號(hào)。 三次儀表將進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并形成控制量輸出。 作為規(guī)模較小的儀表系統(tǒng)， 三次儀表主要是以中央處理器為核心的數(shù)字電路， 組成智能化儀表。 使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的性能與功能大大提高。圖 2 所示的以單片機(jī)為核心部件組成三次儀表，它大大豐富了電子秤功能。各種各樣形式的電子秤的儀表結(jié)構(gòu)都是大同小異的， 都必須利用荷重傳感器來(lái)采集重量信號(hào)并變換成相應(yīng)大小的電信號(hào)。 電子秤的二次儀表把來(lái)自荷重傳感器的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大， 濾

4、波。這不僅為了提高靈敏度， 更重要的是與下一環(huán)節(jié)的電路進(jìn)行正確匹配。 目前大多數(shù)電子秤是數(shù)字顯示方式， 所以模擬信號(hào)還必須作模數(shù)轉(zhuǎn)換。有了A/D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)碼信號(hào)，就可以進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)度變換、自動(dòng)超載報(bào)警、自動(dòng)數(shù)字顯示。 還可以增加人機(jī)對(duì)話鍵盤(pán)、 與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換與通信、輸出模擬或數(shù)字控制信號(hào)等功能。 由此大大提高了性能。 為了更加充分了解電子秤的工作原理， 提高對(duì)電子秤的認(rèn)識(shí)， 便于設(shè)計(jì)，以下對(duì)電子秤的所涉及的電路作基本知識(shí)的介紹。一荷重傳感器大多數(shù)電子秤的使用場(chǎng)合是極為普通的室內(nèi)外的大氣層環(huán)境，所謂的溫度條件是 -10C55C。選用金屬箔式應(yīng)變片傳感器作為電子秤的荷重傳感器是最廣泛的應(yīng)用。

5、因?yàn)榻饘俨綉?yīng)變片在這個(gè)溫度范圍內(nèi)具有精度高、穩(wěn)定性好、線性、轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變片盡管也能適用并且也有不少優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度高，體積小，響應(yīng)速度快等。但是對(duì)溫度的敏感，以前一直是它的缺陷，雖然目前已經(jīng)通過(guò)激光修補(bǔ)工藝解決了溫度補(bǔ)償問(wèn)題，可是生產(chǎn)成本高成為廣泛使用的阻礙。電容式荷重傳感器也是一種可選對(duì)象，但是需要穩(wěn)定的交流電源作為工作電源，技術(shù)要求高，電路復(fù)雜。壓磁式荷重傳感器特別適用于環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合，但是精度不高，僅適用于大噸位秤重。為此相比之下本課程設(shè)計(jì)中主要考慮選用金屬箔式應(yīng)變片傳感器作為一次儀表。1 應(yīng)變片傳感器在“傳感器與測(cè)試技術(shù)” 課程的學(xué)習(xí)中已經(jīng)了解了應(yīng)變

6、效應(yīng)。利用應(yīng)變效應(yīng)可以組成荷重傳感器的論述并不多。如圖 3 所示，為三種常見(jiàn)的應(yīng)變片荷重傳感器。圖 3金屬應(yīng)變片荷重傳感器圖（ a）為圓柱式荷重傳感器，彈性元件為合金鋼材料。圖（b）為梁式荷重傳感器，彈性元件為彈簧鋼材料。圖（c）為 S 型剪切式荷重傳感器彈性元件為鋁合金材料。 三種結(jié)構(gòu)形式的荷重傳感器均為壓縮式受力， 根據(jù)測(cè)重范圍的需要，采用不同的彈性模量的材料。 通常荷重傳感器的測(cè)量范圍與分辨率是互相制約的，測(cè)量范圍越大，則分辨率越差。反之，測(cè)量范圍越小，則分辨率越好。2 測(cè)量橋路一個(gè)成品的金屬箔式應(yīng)變片傳感器，通常在受應(yīng)變的彈性元件表面按對(duì)稱(chēng)位置粘貼四個(gè)同質(zhì)應(yīng)變片，以便構(gòu)成全臂電橋。如圖

7、4 所示，管式彈性體的貼片位置和測(cè)量電橋。全臂電橋的靈敏度最高，線性好，溫度補(bǔ)償性能也比較好。測(cè)量電橋的輸出：EyR E0（2-1）RFl應(yīng)變與荷重力的關(guān)系：（2-2）2 r h E其中， F 為荷重力， l 為管狀體受力長(zhǎng)度， r 為管狀體半徑， h 為管壁厚度， E 為楊氏模量，這是與彈性體材質(zhì)有關(guān)。為了與不同稱(chēng)重范圍相匹配， 約定不同稱(chēng)重范圍的最大應(yīng)變量m 保持一致。同一規(guī)格的荷重傳感器當(dāng)然選用相同的彈性體材質(zhì)，只是通過(guò)管狀彈性體管壁厚度 h 來(lái)匹配不同稱(chēng)重范圍。另外，如（2-1 ）式，欲提高輸出信號(hào)，可以提高工作電壓 E0。值得注意地是，過(guò)度提高工作電壓 E0， 會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片電阻通過(guò)的

8、電流過(guò)大而自身發(fā)熱引起溫度帶來(lái)的誤差。 一般標(biāo)稱(chēng)的應(yīng)變片電阻為 120 ，約定的工作電壓 E0 為 6V 或 12V。測(cè)量電橋的最大輸出電壓為 6mV或 12mV。根據(jù)不同的使用場(chǎng)合，電子秤的秤臺(tái)上可以布置一個(gè)荷重傳感器，也可以布置幾個(gè)荷重傳感器。 低重位的小型電子秤一般只要布置一個(gè)荷重傳感器（如商店 15Kg 電子秤），而大噸位平臺(tái)式電子秤考慮到受力強(qiáng)度和平衡的關(guān)系，通常需要由 4 個(gè)荷重傳感器來(lái)托起稱(chēng)重平臺(tái)（如汽車(chē)地磅秤）。參見(jiàn)圖 5所示。圖 5荷重傳感器的布置二.傳感器的調(diào)理電路調(diào)理電路指的是完成來(lái)自傳感器的信號(hào)幅值、 標(biāo)度、線性化、電量性質(zhì)等的調(diào)整來(lái)滿足系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的要求。 除了信號(hào)幅值

9、和電量性質(zhì)變換之外， 其他均由三次儀表中的單片機(jī)來(lái)完成。 電子秤系統(tǒng)所需的調(diào)理電路主要是放大器、 濾波器和A/D 轉(zhuǎn)換器。(一）放大器由于各種傳感器的轉(zhuǎn)換電信號(hào)比較微弱 , 需要將信號(hào)濾波 , 放大到 A/D 轉(zhuǎn)換器可以接受的范圍 . 目前模擬放大器均采用運(yùn)算放大器。 不同的使用場(chǎng)合 , 運(yùn)算放大器選用的要求也不同。 主要可以分成： 通用型 , 高精度型 , 高輸入阻抗，高速型等。運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)：開(kāi)環(huán)增益，差模輸入輸出阻抗，輸入失調(diào)電壓和電流的溫度系數(shù)，共模抑制比，上升率，帶寬。習(xí)慣選擇：1若信號(hào)內(nèi)阻較大時(shí)，應(yīng)采用高輸入阻抗的放大器，否則將會(huì)產(chǎn)生信號(hào)傳遞損失。大多數(shù)場(chǎng)合都要求高輸入阻抗的

10、放大器。 2若信號(hào)電壓很小時(shí)，就必須考慮低噪聲，低溫漂，高精度的放大器。1、通用放大器：A741 作為要求一般的場(chǎng)合， 使用該運(yùn)算放大器可以勝任。 它具有失調(diào)量小，溫漂小，功耗低，輸入阻抗高共模抑制比 CMRR高等優(yōu)點(diǎn)。電路引腳參見(jiàn)圖 6。圖 6A741 通用運(yùn)算放大器LMX24 （X=1，2，3）單片四運(yùn)放集成電路。特點(diǎn)：可以單電源雙電源兼用（單電源： 3V 30V，雙電源 ±1.5V ±15V）, 不需要外接補(bǔ)償電路, 且功耗低 ,四運(yùn)放性能較一致等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)使用體會(huì), 應(yīng)用方便 , 價(jià)格低 , 但精度不夠理想。比較合適做比較器 , 電平轉(zhuǎn)換器 。 電路引腳參見(jiàn)圖7。圖

11、 7單片四運(yùn)放LMX3242. 高精度集成運(yùn)放 :作為傳感器信號(hào)的放大 , 尤其信號(hào)低到幾十微伏的信號(hào) A741,LMX24肯定不能使用。則要求選用超低失調(diào) , 超低漂移 , 超低噪聲的運(yùn)算放大器。OP07接線圖與 A741 大致一樣。主要技術(shù)指標(biāo) : 輸入失調(diào)電壓 85mV; 失調(diào)電流 0.8nA, 失調(diào)電壓漂移 <0.2 mV，輸入偏置電流 2nA; 差模輸入電阻 31m; 輸出電阻 60 ，共模抑制比 CMRR:110dB.ICL7650 這是屬于斬波穩(wěn)零型集成運(yùn)算放大器， 利用 CMOS工藝，內(nèi)設(shè) 200HZ 時(shí)鐘源，在時(shí)鐘節(jié)拍下分時(shí)工作。第一節(jié)拍采集輸入失調(diào)并記憶在補(bǔ)償電容內(nèi)。

12、第二節(jié)拍采集輸入信號(hào)并與失調(diào)電壓相抵消一部分，再進(jìn)行放大。這樣可做到超低失調(diào)和超低漂移。 各方面的技術(shù)指標(biāo)要比 OP07更好。它在測(cè)量放大 , 生物醫(yī)學(xué)工程檢測(cè) , 微弱信號(hào)放大中應(yīng)用非常廣泛。電路引腳參見(jiàn)圖 8。圖 8ICL7650 斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器電路介紹：CA， CB 為記憶電容 , 將采集輸入失調(diào)記憶在該電容內(nèi) , 所以補(bǔ)償精度取決于電容的品質(zhì) ( 高品質(zhì) , 小漏電 ) 。為了簡(jiǎn)化電路 , 通常采用內(nèi)部時(shí)鐘 , CA ，CB 的容量取 0.1 mF. 采用外部時(shí)鐘時(shí) , 頻率越高 , 電容越小。為了防止輸出電壓超過(guò)一定幅度 , 使得放大器阻塞。采用引腳 9 控制。鉗位要求： R3

13、+R2/R1=1001000K輸出要求：負(fù)載電阻大于 10K，由于時(shí)鐘節(jié)拍關(guān)系，輸出電壓會(huì)出現(xiàn) 200HZ波紋?？梢圆捎玫屯V波電路加以平滑。輸入回路：UsViR1Uo 0R1R2UoKoVi ,UsUoR1Uo0KoR1R2UoKo ( R1R2 ) UsR1R2 Us(2 3)R1 R2KoR 1R13. 典型的測(cè)量放大器圖 9測(cè)量放大器典型電路參見(jiàn)圖 9, 采用三運(yùn)放組成一個(gè)測(cè)量放大器，它具有高輸入阻抗，高增益，低噪聲和高共模抑制比 , 適用于電橋放大或儀表放大器。電路分析 ：采用線性疊加原理：輸出電壓：U 0R fU 01(Rf)(1R f )U 02(24)RRRfRU 0R fU

14、01R fU 02R f(U 02 U 01)(25)RPRR代入 V1 ，V2：U 0RfRf 1Rf 2(2 6)(1)(V2 V1 )RRP上式表明：輸入阻抗大，只要 A1，A2輸入阻抗與運(yùn)放增益對(duì)稱(chēng)， 有利于提高共模抑制比，大大降低溫度漂移。 （V2-V1）可以看作電橋輸出的電位差。AD521，AD522等是一種將三個(gè)運(yùn)算放大器集成于一塊芯片的測(cè)量放大器，有利于提高性能。（二）濾波器大多數(shù)傳感器的轉(zhuǎn)換電信號(hào)是微弱的，經(jīng)過(guò)儀表系統(tǒng)的放大，處理，傳輸，每個(gè)環(huán)節(jié)都有可能引入電磁干擾，若干擾信號(hào)過(guò)大， 就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量失敗。 采用濾波器方法可以有效去除干擾信號(hào)，它已經(jīng)被廣泛使用了。濾波器可分為：低

15、通、高通、帶通、帶阻濾波器。濾波器又可分為有源與無(wú)源濾波器。高質(zhì)量的濾波電路，信號(hào)經(jīng)過(guò)該濾波器能夠不衰減甚至增大， 而干擾信號(hào)卻被大幅度衰減。 濾波器是把有用信號(hào)與無(wú)用信號(hào)按頻率區(qū)分 , 任何一種濾波器都會(huì)有截止頻率，頻率特性可以用 Q值衡量， Q值越高，靈敏度越高，頻率信號(hào)的選擇性越好。有了高質(zhì)量的運(yùn)算放大器組成的濾波器， 其尺寸大大減小， 性能得到明顯提高。但是在普通的工作環(huán)境里一般仍采用無(wú)源濾波器， 尤其是僅設(shè)置 低 通濾波時(shí)。一階低通濾波器實(shí)例 ：圖 10一階無(wú)源、有源低通濾波器（A） 一階無(wú)源低通濾波器傳遞函數(shù)：V0 (S)Rf)1H ( s)(1(2 7)Vi (S)R11SRC（

16、 B）一階有源低通濾波器傳遞函數(shù)： （ RC環(huán)節(jié)在正輸入端）V0 (S)11SCH ( s)1(2 8)Vi (S)R1 SRCSC（ C）一階有源低通濾波器傳遞函數(shù)： （ RC環(huán)節(jié)在負(fù)輸入端）H ( s)V0 (S)Rf1(29)Vi (S)R11 SRCU 01R f 1 V 2(1R f 1 )V1(2 10)RPRPU 02R f 2 V1(1R f 2 )V 2( 211)RPRP圖 11一階有源低通濾波器的頻率特性(三)A/D 轉(zhuǎn)換器常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器有兩種形式：逐次逼近A/D 轉(zhuǎn)換器；雙積分A/D 轉(zhuǎn)換器。另外還有一種商業(yè)用途的是調(diào)寬式A/D 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近A/D 轉(zhuǎn)換器特

17、點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快，準(zhǔn)確度高，成本低。目前常用的轉(zhuǎn)換芯片有8 位的0809/0808 ， 0832，12 位的 AD574。逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度取決于轉(zhuǎn)換位數(shù)，而與輸入電壓大小無(wú)關(guān)。1. 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器的基本原理：如圖 12 所示 , 類(lèi)似天平秤測(cè)重一樣， 在未知重物的質(zhì)量之前， 首先把量程之半的砝碼與之比較。產(chǎn)生兩種可能：【1】砝碼偏輕：則再加上一個(gè)減半的砝碼繼續(xù)比較；【2】砝碼偏重：則取下盤(pán)上的砝碼，再換一個(gè)減半的砝碼繼續(xù)比較。重復(fù)上述過(guò)程， 直到天平秤兩端平衡為止。 左盤(pán)上的砝碼總量且為被秤重物的重量。這種 “二進(jìn)制搜索 ”技術(shù)隨著位數(shù)增加， 可以達(dá)到最佳近似測(cè)量結(jié)果

18、。 采用電子線路構(gòu)成這樣的 “天平秤的秤重流程 ”來(lái)實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。圖 12二進(jìn)制搜索法的天平秤測(cè)重所謂逐次逼近：每一次的砝碼電壓減小，逐步接近實(shí)際被測(cè)量。基本組成： D/A 轉(zhuǎn)換器、比較器、控制邏輯、時(shí)鐘等( 見(jiàn)圖 13) 。工作過(guò)程 : 啟動(dòng)脈沖發(fā)生后，控制邏輯先發(fā)出最高位 Dn-1=1 送逐次逼近寄存器暫存并供 D/A 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓 Vo。這個(gè)電壓送比較器與輸入電壓進(jìn)行比較。比較結(jié)果產(chǎn)生兩種結(jié)果：【1】 Vx>=Vo：Dn-1=1 保留此位，再送Dn-2=1 進(jìn)行 D/A 比較；【2】 Vx<Vo：Dn-1=0, 再送 Dn-2=1 進(jìn)行 D/A 比較；保留或改變

19、某一位的狀態(tài) , 均由比較器輸出為信號(hào) , 觸發(fā)控制邏輯動(dòng)作 . 這個(gè)比較過(guò)程是逐位進(jìn)行的 , 直到所有位都比較完畢。 當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后 , 邏輯控制會(huì)發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) , 告訴外部設(shè)備 , 可以讀數(shù)了 .不管轉(zhuǎn)換數(shù)字與實(shí)際值之間偏差多少 , 只要最低位一旦確定 , 這個(gè)數(shù)字讀數(shù)就確定了 . 所以轉(zhuǎn)換精度與數(shù)字長(zhǎng)度有關(guān) ; 轉(zhuǎn)換時(shí)間與數(shù)字長(zhǎng)度有關(guān) ;設(shè): 每一位的比較過(guò)程需要時(shí)間 t, 若該 A/D 轉(zhuǎn)換器位數(shù)為 n, 則一次轉(zhuǎn)換周期為 : T=n t 。圖 13 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2. 積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是 : 轉(zhuǎn)換精度高 , 抗干擾能力強(qiáng) , 成

20、本低但轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng) , 不能對(duì)變化較快的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。但仍然被極廣泛的應(yīng)用。（1）V-F 變換型 A/D 轉(zhuǎn)換器這種 A/D 是將被采樣的直流電壓的平均值轉(zhuǎn)換成單位時(shí)間的脈沖數(shù) , 在采樣期間若摻入交流干擾則通過(guò)平均化而獲得抑制。圖 14 V-F變換型 A/D 轉(zhuǎn)換器框圖工作原理若輸入電壓為正，經(jīng)積分器運(yùn)算，輸出為負(fù)向變化。供比較器與 V2 比較。當(dāng)VA<=V2時(shí) , 比較器翻轉(zhuǎn) , 使復(fù)原電壓發(fā)生器啟動(dòng) , 輸出負(fù)電壓 VB幅值大于 VX,經(jīng) D 送輸入 , 迫使積分器朝正向積分。最后使積分輸出上升到 V1, 使得比較器再一次翻轉(zhuǎn) . 且關(guān)閉復(fù)原電壓發(fā)生器 ， 由此進(jìn)入第二次循環(huán) 。數(shù)學(xué)

21、分析 :輸入 Vx>0,則積分輸出 :VA1VxdtVx T1T1RC0RCT1VA RC(2 12)Vx積分周期： T=T1+T2 ，如果 RC很小 ,VB 足夠大。T2 很小 , 可以不計(jì)。轉(zhuǎn)換頻率：1VxV xfVA RC(2 13)TRC (V1 V2 )理解： 【 1】 VA=V1-V2，在 T1 時(shí)間內(nèi)積分電壓的累計(jì)是上下限電壓的差?！?2】因反向積分輸入電壓VBVx，RC很小， T2 非常小。圖 15 V-F 變換型 A/D 轉(zhuǎn)換器工作波形(2) 定電荷復(fù)原型 V/F 轉(zhuǎn)換器基本結(jié)構(gòu) : 積分器 , 比較器 , 復(fù)位電路。其中復(fù)位電路包括 : 定時(shí)器 , 模擬電子開(kāi)關(guān) ,

22、恒流源。開(kāi)始時(shí) ,S 斷開(kāi) , 積分器僅對(duì)輸入 Vx 積分。?積分輸出 Vo1<=Ek時(shí), 比較器負(fù)跳變 , 啟動(dòng)定時(shí)器產(chǎn)生脈寬為T(mén)k 的負(fù)脈沖。這個(gè)負(fù)脈沖 ?使電子開(kāi)關(guān)閉合。此時(shí)恒定電流也參與積分運(yùn)算。在脈寬為 Tk 的負(fù)脈沖期間 , 由于恒電流為負(fù)且幅值,大于被測(cè)電流 , 故迫使積分輸出作反向運(yùn)算。 Tk 后電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi) , 積分運(yùn)算又進(jìn)入第二周期。圖 16 定電荷復(fù)原型 V-F 變換型 A/D 轉(zhuǎn)換器框圖(3) 雙積分 V-T 型 A/D 轉(zhuǎn)換器顧名思義，這種 A/D 轉(zhuǎn)換器的一次轉(zhuǎn)換周期需要進(jìn)行兩次積分運(yùn)算。第一次積分：稱(chēng)定時(shí)積分。在約定的時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入電壓 Vx 進(jìn)行反向積分；

23、Vx 越大，則積分輸出幅值也大。圖 17兩次積分運(yùn)算第二次積分：稱(chēng)定量積分。對(duì)約定的基準(zhǔn)電壓VB進(jìn)行反向積分，這是繼第一次對(duì) Vx 積分后作反向積分，則原積分輸出幅值越大，則本次積分時(shí)間也長(zhǎng)。?第一次積分完成了對(duì)輸入電壓的幅值與極性的判斷。第二次積分完成了輸入電壓轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔： V T。工作原理第一次積分運(yùn)算 : 積分器對(duì)輸入電壓進(jìn)行積分:1T 1V01VX dt(214)RC 0VX1 T1(2 15)T1VX dt.0令輸入電壓的平均值 :代入上式 :VXT1(2 16)V01RC在規(guī)定的時(shí)間內(nèi) t=T 1, 積分輸出正比于輸入電壓的平均值。第二次積分運(yùn)算 : 積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行積分:

24、V02VX T11t(2 17)RCRCVB dt0若積分過(guò)零 :V02 (t )0.tT2由此 , 第二次積分所需的時(shí)間 :VX T11tVX T1VBtRCRCVB dtRC00RCT2VXT1(218)VB顯然 , 第二次積分所需的時(shí)間 T2 與輸入平均電壓呈正比。 如果轉(zhuǎn)換器的時(shí)間長(zhǎng)短是由計(jì)數(shù)器穩(wěn)頻計(jì)數(shù)來(lái)確定的 , 那么有 :T1N 1 .T2N 2ffN 2N1 VXN1VXf(2 19)f,.or .N 2VBVB【1】轉(zhuǎn)換過(guò)程 :預(yù)備階段 : 在外部發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)換器通過(guò)控制邏輯電路完成如下工作：計(jì)數(shù)器復(fù)位 ; 積分電容電荷釋放 ; 接通 K1 輸入通道。【2】采樣階段 :

25、t=t1 ，開(kāi)始對(duì)輸入電壓進(jìn)行定時(shí)積分， 打開(kāi)計(jì)數(shù)器閘門(mén)開(kāi)始計(jì)數(shù)。積分時(shí)間 T1 由計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出為限?！?】比較階段 : 斷開(kāi) K1 接通 K2 或 K3 的基準(zhǔn)電壓輸入通道，要求積分運(yùn)算朝反方向變化?！?】結(jié)束階段 : 比較積分同時(shí)計(jì)數(shù) , 直到積分輸出為零 , 計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)N2代表 T2 的大小。工作波形：圖 18雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器工作波形以型號(hào)為 MC14433的 3 位半雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器為例：設(shè)采樣時(shí)間 T1 內(nèi)的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為2000，基準(zhǔn)電壓選 2000mV。且有：N 2N1 VX2000VX VX (mV )VB2000( mV )上式表明計(jì)數(shù)脈沖N2 可以直接表示以

26、 mV為單位的模擬輸入電壓。雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：【1】抗干擾能力強(qiáng)：通常工頻干擾是環(huán)境最大的干擾源，并且會(huì)通過(guò)輸入迭加到真信號(hào)作積分運(yùn)算。令: 工頻交流干擾電壓竄入輸入端:VXVX VX其中 : 第一項(xiàng)為真實(shí)信號(hào) , 第二項(xiàng)為偽信號(hào) , 即干擾信號(hào)。通過(guò)采樣定時(shí)積分 :1T 1V0(t)(2 20)(VX VX .)dtRC 0其中 : 第一項(xiàng)為真實(shí)信號(hào)的采樣積分 , 第二項(xiàng)為偽信號(hào)的積分 , 要求通過(guò)積分運(yùn)算消除掉。V0 (t)1 T 11T1VX dtVX dtRC 0RC 0(t )1 T11T1tdtV0RC 0VX dtVm sinRC 0Vm(cosT1 1)0(221)

27、RC要滿足條件 :T12 fT12n,.T1nn(222)f（ n=1,2,3,4）?推導(dǎo)結(jié)果說(shuō)明 :采樣時(shí)間 T1 若取工頻的整倍數(shù)時(shí)可以完全消除干擾影響?！?】轉(zhuǎn)換穩(wěn)定性好：參見(jiàn)定量積分運(yùn)算關(guān)系 :Vx T11tVx T1VB tRCVBdtRCRC0RC 0上式表明 : 經(jīng)過(guò)兩次運(yùn)VxT1T2VB算 , 結(jié)果于積分常數(shù) RC似乎無(wú)關(guān)。那么只要在短時(shí)間內(nèi)積分電阻與積分電容保持穩(wěn)定 , 對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度不會(huì)帶來(lái)影響。同樣對(duì)時(shí)鐘的穩(wěn)定性要求也不高。三.提高電子秤性能的數(shù)字技術(shù)在上世紀(jì)九十年代之前 ,單片機(jī)技術(shù)尚未普及。電子秤儀表僅發(fā)展到數(shù)字顯示，而自動(dòng)故障診斷、自動(dòng)調(diào)零、數(shù)字濾波、鍵盤(pán)操作、數(shù)

28、字通訊等功能是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。自從 INTEL 公司推廣 MCS51 系列的單片機(jī)技術(shù)， 在國(guó)內(nèi)掀起了一場(chǎng)儀表的革命。由于單片機(jī)的系統(tǒng)硬件大大濃縮， 體積特別小， 所以特別適用于儀表電路的構(gòu)成，增強(qiáng)了儀表的功能和提高了儀表的性能。目前在檢測(cè)顯示儀表中運(yùn)用最多的是 MCS51 系列的單片機(jī)型號(hào)為 89C51、89C52，均為 40 引腳。近幾年來(lái) 20 引腳的 89C2051 單片機(jī)頗受研發(fā)人員歡迎。因?yàn)閷?duì)某些功能較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)容量較少的儀表，使用89C2051 單片機(jī)使整體尺寸更小。以下將分別介紹89C51、89C2051 單片機(jī)的基本知識(shí)。1、89C51 單片機(jī)的基本特性89C51 單片機(jī)為 40

29、 引腳的大規(guī)模集成電路， 如圖所示。它具有 3 個(gè) 8 位 I/O 口，其中 P0 口為動(dòng)態(tài)性 I/O 口，通常用于以字節(jié)為單位的外部數(shù)據(jù)傳輸或作為低 8 位地址線。因?yàn)?P0 口為動(dòng)態(tài)性 I/O 口，作為尋址線功能時(shí)必須由地址鎖存線 ALE 與其配合使用。 P2 口通常作為高 8 位地址線，與 P0 口組成 16 位地址線，與外部設(shè)備如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 P1 口為靜態(tài)雙向 I/O 口，可以進(jìn)行位尋址，使用起來(lái)更靈活。圖 19 89C51 與 89C2051 的引腳圖除了上述的數(shù)據(jù)口和地址線， 89C51 還具備高效率的控制端。 如 RXD ，TXD為串行口，可以

30、發(fā)送或接收脈沖序列，進(jìn)行串行傳遞數(shù)據(jù)或通訊。 INT0 ，INT1為為外部中斷， 低電平有效， 當(dāng)外部申請(qǐng)中斷時(shí)， 單片機(jī)便立刻響應(yīng)所約定的中斷服務(wù)的內(nèi)容。 T0，T1 為雙功能端口，關(guān)閉時(shí)作為內(nèi)部程序中的定時(shí)器，開(kāi)放時(shí)作為接收外部事件的計(jì)數(shù)器。 WR 為數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)， RD 為數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)，低電平有效。這 8 根控制線也可以組成 P3 口，其功能與 P1 口相同。89C51 單片機(jī)的內(nèi)部資源有限，程序存儲(chǔ)器的容量為 4K 字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量為 128 個(gè)字節(jié)。如果存儲(chǔ)不能滿足儀表的需求，可以通過(guò) P0 口、P2 口進(jìn)行擴(kuò)展，由 ALE 和 PSEN 控制線配合，利用外部存儲(chǔ)器可以擴(kuò)展使用范圍大大增加。最大可以獲得 64K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。若需要擴(kuò)展時(shí)， EA 應(yīng)處于低電平，長(zhǎng)過(guò) I/O