实习报告.docx

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实习报告

实习报告

开学已经两周的时间了，我在学校认真的进行着毕业课题的设计，我做的题目是电子称的设计与制造。

我们大家都知道电子秤中最核心的部件就是压力传感器了，所以这两周我的研究重点就是压力传感器，为了研究的透彻，我在网上找了很多的资料进行学习。

下面就是我的些许的心得。

我们大家都知道任何事物的发展都是从简单到复杂，电子秤的发展也不例外，同样也经历了从简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子信息化、由单一功能到多功能的过程。

这些年来，电子秤已经越来越多的参与到数据处理和控制过程中。

现代称量技术和数据系统已经成为储运技术、工艺技术、预包装技术、商业销售领域及收货业务中不可或缺的重要组成部分。

随着压力传感器各项性能的不断突破，为电子秤的发展奠定了坚实的基础，那么就举国外的例子来说，比如说美国、西欧等一部分的国家在二十世纪六十年代就出现了0.1%称量精确度的电子秤了，并且在七十年代中期对大约75%的原始机械秤进行了机电结合式的电子信息化改造，并取得了相应的可观效益和生产效率的提高。

电子秤中的压力传感器是依赖于微电子技术来控制的，其中包括PLC控制和单片机控制这两种，我设计的题目是依赖于单片机进行设计的，下面简单介绍一下单片机中的微机基础。

微型计算机中的基本概念

1.微处理器（Microprocessor）

微处理器通常指中央处理器，简写为“CPU”。

他由算术逻辑运算部件（ALU）、寄存器、程序计数器、内部总线等组成。

它采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（ALSI）制作，具有体积小、功能强大等特点。

典型的微处理器有Intel公司的80X86和Pentium系列，Zilog公司的Z系列，Motorola公司的M6800系列，IBM公司的PowerPC620，以及NEC公司的UPD78系列等。

不同类型的CPU其特性不尽相同，如指令系统、运算速度、内部寄存器、储存寻址能力等，这些特性在微机应用系统设计选型中常常涉及。

2.微型计算机

微型计算机又简称微机，从结构上讲，以CPU为中心，再配置上RAM、ROM、输入/输出接口和总线便构成了微机。

微型计算机具有运算、存储和与外部设备进数据交换等功能，还可以配有适当的外部设备，如键盘、显示器等。

微型计算机的这一灵活的应用特点，是目前应用最广泛的。

概括的说，微型计算机可分为单片微处理机和通用微型计算机两大类。

（1）单片微处理机

单片微处理机就是把CPU、存储器、定时器/计数器和输入/输出接口等部件都集成在一个小的电路芯片上，并具备一套功能完善的指令系统，有的型号的单片微处理机同时还具备数/模和模/数转换等功能的部件。

通常这些高性能的芯片处理程序，故称作单片微处理机或者是单片处理机。

典型的单片处理机有Intel公司的MCS-51、MCS-96系列，Motorola公司的MC68HC11，Rockwell公司的65系列等。

有些高性能的单片机还支持高级语言，他们广泛应用在家用电器、智能化仪器和工业控制等领域。

（2）通用微型计算机

将不同用途的外设接口设计为独立的适配卡作为微机的接口配件，在微机内则采用总线插槽的形式，为外部设备提供总线接口。

这样，在这一台基本主机上就可以根据应用的要求，配置不同用途的外部设备。

这种微机通常被称为通用微型计算机。

3.微型计算机系统

在通用微型计算机上配上相应的软件系统，就构成了能适应不同应用要求的微型计算机系统。

因此，在科学计算、企业管理、家庭和娱乐等方面得到了广泛的应用。

微机的基本结构

微型计算机的基本结构如下图所示，它由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入输出接口（I/O接口）和系统总线（BUS）构成。

微型计算机的基本结构

微型计算机的基本工作过程

每种型号的CPU都有自己的指令系统，每条指令一般由指令操作码（规定指令的操作类型）和操作数（规定指令的操作对象）两部分组成，用户根据完成的任务预先编号程序，再通过输入设备（如键盘）将程序送入存储器中。

微型计算机开始工作后，首先将该程序在存储器中的起始地址输入到微型处理器中的程序计数器（PC）中，处理器根据PC中的地址值找到对应的存储单元，并取出存储在其中的指令操作码，并由微操作控制电路发出相应的微操作控制脉冲序列去取出指令的剩余部分（如果指令不止一个字节的长度），同时执行指令赋予的操作功能。

在取指令过程中，每取出一个指令，PC自动加1，形成下一个存储单元的地址。

以上为一条指令的执行过程，如此不多的重复上述的过程，直至执行最后一条指令为止。

综上所述，微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序存放第一个单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象，执行指令操作的相关操作。

如此重复，周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能，这就是微型计算机的基本工作原理。

其实微型计算机就是单片机的基础，通过以上微型计算机的了解，我开始研究单片机的相关结构和功能。

单片机应用系统的结构

单片机应用系统的结构通常分为以下三个层次：

（1）单片机：

通常指应用系统主处理机，即所选则的单片机器件。

（2）单片机系统：

指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。

时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。

（3）单片机应用系统：

指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。

在单片机系统的基础上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）和串行通信口（RS232）以及应用程序等。

如下图所示。

单片机应用系统三个层次的关系

单片机系统的开发过程

通常开发一个单片机系统可以按照以下的步骤进行

（1）明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。

（2）设计系统原理图和PCB板，仔细检查PCB板后，送工厂制作。

（3）完成器件的焊接安装。

（4）根据硬件设计和系统要求编写应用程序。

（5）在线调试硬件

（6）使用编程器编写单片机应用程序，独立运行单片机系统。

以上就是我对单片机的简单阐述，单片机固然重要，是电子秤的大脑，但是压力传感器同样也非常的重要，下面就是我对压力传感器的认识。

压力传感器

压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。

除此以外，还可广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。

由于该技术是平面工艺与立体

加工的相结合，又便于集成化，所以可用于制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。

压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。

1.传统压力传感器

（1）水银压力传感器

1643年，意大利著名的物理学家托里切里研制了一种水银式压力计。

他将一个注射固定针插入动脉血管内，其针的另一头连着一只压力计，这样从压力计上显示血压值。

又过了数百年，随着现代电子技术及大规模集成电路、计算机、单片机的应用，水银压力传感器精确度和重复性越来越好。

图1是一种差压水银压力传感器。

U型导管中注入水银，由于水银导电，水银电阻值正比于两边各自的水银柱高。

两边的水银柱分别作为惠斯通电桥的两个臂，当管道中差压为零时，电桥保持平衡，当存在压力差时，两边电阻的不相等将影响输出信号。

当两边压力差增大时，两边的电阻差也增大，输出电压正比于两边的电阻差。

但在测试过程中压力计必须保持水平，不能抗冲击和震动，并且还受水银蒸汽影响。

（2）金属膜片电容压力传感器

如图2所示，传感器中间有一弹性波纹膜片，两侧是两个玻璃圆盘。

圆盘的凹面镀金作为固定电极。

从弹性膜及两固定电极分别引出各自的引线，从而形成两个电容器。

膜和固定电极之间的硅油是用来提高电容值的。

当传感器的两侧有流体压差时，通过波纹膜将流体压力传递给弹性膜片。

弹性膜片便弯向流体压力较低的一侧，于是膜片与两固定电极之间的两个电容器电容值改变。

电容值变化经过转换电路可测出弹性膜片两侧的流体压力差。

（3）陶瓷片应变式压力传感器

如图3所示，金属力敏应变片被粘贴在A12O3陶瓷片（即为弹性膜）上，当弹性膜承受外界压力发生机械形变时，带动应变片产生相应的形变，力敏应变片电阻相应发生变化。

利用应变片的电阻变化可以测定压力大小。

2．现代压力传感器

现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段：

（1）发明阶段1945~1960年

这个阶段主要是以1947年双极性晶体管的发明为标志。

此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。

史密斯（C.S.Smith）与1945发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。

依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。

此阶段最小尺寸大约为1cm。

（2）技术发展阶段1960~1970年

随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的（001）或（110）晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。

这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点，实

现了金属-硅共晶体，为商业化发展提供了可能。

（3）商业化集成加工阶段1970~1980年

在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术，扩散硅传感器加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主，发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术。

由于可以在多个表面同时进行腐蚀，数千个硅压力膜可以同时生产，实现了集成化的工厂加工模式，进一步降低成本。

（4）微机械加工阶段1980年~至今

上世纪末出现的纳米技术使微机械加工工艺成为可能。

通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器，其精度可以控制在微米级范围内。

利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜，使得压力传感器进入了微米阶段。

压力传感器技术已经发展到比较高的水平，并且更新换代的速度很快。

随着硅微机械加工技术、超大集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展，使得压力传感器在光纤传感器的批量生产、高温硅压阻及压电结传感器的应用成为可能，在生物医学、微型机械等领域，压力传感器有着极为广泛的应用前景。

两周的知识学习我对电子城的核心部件有了很专业的认识，所以我设计的电子秤应该有很多现代化的气息。

如今电子秤的用量大、使用面广、种类繁多，从单纯的计价、称重到生产过程检测系统的一个测量控制单元，从通用的各种规格的电子秤到大型的电子称重系统，其应用领域在不断地扩大。

根据近年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子秤总的发展方向为：

模块化、集成化、智能化、小型化；其技术性能趋向于：

可靠性高、准确度高、速率高、稳定性高；其应用性趋向于组合性、综合性。

模块化：

电子秤的承载器利用模块是一体组合或分体组合，从而产生新的规格和新的品种。

这样的模块化组合不仅提高了电子秤的可靠性和通用性，而且生产的效率也得到了大大的提高，从而使成本降低。

集成化：

对于某种型号和结构的电子秤，可以实现承载器与压力传感器传感器一体化或承载器、压力传感器与称重显示控制器的一体化。

智能化：

电子秤与电子计算机组合或者是开发称重用计算机，利用计算机的控制功能来增加称重显示控制的功能，从而使其在原有功能的基础上增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能。

小型化：

高度低、重量轻、体积小，即小薄轻。

为使电子秤的承载器达到小、薄、轻，我们最好采用重量轻且刚度大的空心波纹铜板或者是方形闭合截面的薄壁型材。

综合性：

电子称重技术和电子秤产品的应用范围不断扩大，其已渗透到许多学科和工业自动控制领域。

对一些商用电子计价秤而言，他们只具备称重、计价、显示、打印功能，这些还是远远不能满足人们的使用要求，现代商业系统还要求电子秤能提供各种销售信息，把称重和管理自动化紧密结合，使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。

这就要求电子秤能与计算机联网，把计算机系统与称重系统组成一个完整的满足人们使用要求的综合控制系统。

组合性：

在工业生产过程或工艺加工流程中，不少称重系统还具有可组合性，也就是说：

秤量范围值可以任意设定；硬件能够依据客户所需要的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可使用不同的语言，并能与外部的控制系统和数据处理设备进行联系。

所以，接下来的设计工作我更有信心去完成。