电阻应变片测重量Word文档格式.docx
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弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
图3-1电阻应变片的基本结构
1-基底;
2-敏感栅;
3-覆盖层;
4-引线
2
重力应变半导体应变电桥等强度梁
输片出
电
压供电电源Uo
功率信号
放大及V/F电显示单元单片
路机
图1.基于应变式称重传感器的电子秤系统框图
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0.0001—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，在电阻应变片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U0，。
起特点是:
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，所以电桥能够精确的测量微小的电阻变化。
电路图如下图所示:
3
其中R1=R2=R3=R4=350Ω
3、A/D转化器（ADC0809）
A/D0809是一个带有8路=位A/D转换器，8路多路开关以及微处理兼容的控制逻
辑CMOS组件。
ADC0809的内部逻辑结构:
4
引脚结构:
4、ADC0809应用说明
1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与8051直接相连。
2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。
3）送要转换的哪一个通道的地址到A,B,C端口上。
4）在ST端给出一个至少有100ms宽的正脉冲信号。
5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据被输出给单片机。
四、电阻应变式电子称电路设计
5
1、供电电源设计
称重传感器的电源是由2个OP-07和互补对管Q1与Q2组成称重传感器的第
二级稳压电源，如图所示。
这一级起到高精度稳压作用，其原理:
（1）15V的三端稳压集成电路作为预稳压电源。
（2）选用低温漂特性的运放OP-07，以降低
UU、运放受温度影响所产生的温漂。
（3）从图可见，两个运放的输入端均接于23
UU、精密电压基准源MC1403的输出端上而被钳位，可以认为输出电压的误差23
UU、不会来自输入端。
（4）Q1与Q2是一对互补对管，的负反馈电路分别通过23
VIU这对互补管的发射极。
当温度上升时，的输出电压上升，Q1的上升，上ebAB2
UVRI升。
但是得输出电压也随之上升，导致Q2的电压下降，增大，使下3ebecAB
V降，维持了动态平衡;
反之亦然。
（5）由于正负三端稳压电源的作用，以及AB
UN、UN、由和组成的对称电源结构，称重传感器电桥在无负载时2132
V0V0,,、。
并且由于高阻抗使电桥产生浮地效果，完全免除地线带来的干扰。
CD
综上述处理是传感器电桥电压达到十分稳定的效果，如果电桥的四臂应变片的阻值相等，由于受到压力使电桥对臂阻值同时增大和减小，则电桥电压的精度将直接传递到电桥输出端。
图4.运算放大电路
2、称重传感器调零电路
图2.中标ABCD部分是称重传感器全桥电路。
电桥输出端对角线上接一个
6
K,K,10电位器，滑动端通过100电阻接与电桥电源负端。
这是为了客服制造工
RV艺不完全对称性而设计的，同时兼做去皮重电路。
调节可使电位差等于9AB
V10V，的输出范围为0-15mV。
3、放大电路
放大电路是由四个ICL7650组成差分输入单端输出的专用仪表放大电路。
放大电路主要特点是:
（1）采用ICL7650斩波自温零高精度放大器，能比较好的抑制共模电压干扰。
（2）双端输入分别进入测量放大器的同相端，所以输入阻抗大，能克服电桥传感器输出阻抗低的特点。
（3）极低的温漂系数。
（4）加一级低通有源滤波器以滤除由于放大器ICL7650内时钟斩波频率引起的尖峰脉冲干扰。
R调整使放大倍数为:
20
R2R2619（10）G,（1+）=250RR1720
图5.放大电路
4、V/F转换电路
V/F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。
LM331是性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。
LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极
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高的精度。
LM331的动态范围宽，可达100dB;
线性度好，最大非线性失真小于0.01,，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;
变换精度高，数字分辨率可达12位;
外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。
本系统采用电压/频率转换器LM331。
其特点是:
体积小，精度高，价格低，串行输出，占用CPU的I/O线少。
其最突出的不足之处是转换速度慢。
以下是LM331一些主要技术指标:
（1）最大线性度0.01%，
（2）满量程频率范围1HZ,100KHZ
图6LM331的简化功能框图
工作原理:
图6为电压/频率转换器LM331的简化功能框图。
内能隙基准电路产生1.9V直流电压,送到2脚,外接R形成基准电流I=1.9/R。
（I=50,500uA）。
输入SS
电压V送比较器，引脚6通常与1脚连接，当K合上后流过恒电流在RL上产生in
压降V作为阈值电压。
在单脉冲定时器上设有定时比较器，一个输入端恒接2/3VXCC作为参考电压，另一个输入端接引脚5。
V>
2/3V单脉冲定时器内部的RS触发器5CC
产生复位信号使K断开,又迫使驱动晶体管截止。
复位后使引脚5与地短接，电容C上的电荷释放，电压下降。
使V<
2/3V,这个单脉冲定时器的定时周期为:
t15CC
=1.1RC。
输入电压V送比较器与V进行比较.因为K合之前V=0,则V>
V,输11inXcLinX入比较器使R触发器产生启动信号使K闭合,基准电流向C充电。
使V上升，SLX直至V>
V。
输入比较器翻转,迫使单脉冲定时器产生复位信号使K断开,C向XinLR放电,使V<
然后输入比较器再次启动定时器，开始下一次循环。
LXin
8
波形分析:
单脉冲定时器内部的RS触发器产生复位信号使K断开,又迫使驱动晶体管截止，使V为高点平，V<
基准电流向C充电。
使V上升，直至V>
此时驱3XinLXXin动晶体管导通。
从波形图看，V>
V后，要关闭K是发生在V>
2/3V时刻，而使Xin5CC驱动晶体管截止是在V<
V时刻。
对C充电平均电流:
I=i*t*F，C对XinLAVEoutLR放电电流V/R=V/R。
显然，LM331工作时:
充电平均电流=放电电流:
LXLinL
VinIi，t，F,V/RFout,（11）AVE,outinLR，i，tL
VRVR/inLinsF,,out1.9/1.12.09RsRCRRC，111L1
图7LM331的工作波形
当前，12位以上的A/D转换
器的价格仍较昂贵，用V/F变换
器来代替A/D转换器，在要求速
度不太高的场合是一种较好的选
择。
从传感器来的毫伏级的电压
信号经低温漂运算放大器INA126
放大到0,10V后加到V/F变换器
LM331的输入端，从频率输出端
f输出的频率信号加到单片机的o
图8.V/F转换电路图输入端T1上。
根据分辨率的要求
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利用软件处理，最后得到A/D转换的结果。
所以我们决定采用LM331芯片V/F转换作为信号转换的方案。
5、单片机电路
（a）AT89C52简介
芯片功能介绍及设计:
AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
此外，AT89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止
（b）引脚说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
图9.AT89C52芯片引脚图
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输
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入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示:
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
EA/VPP:
当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET;
当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
U1（c）单片机原理图如图所示，为单片机芯片AT89C52工作于11.0592MHZ时钟，它的P3.5脚（定时/计数器1的外部脉冲输入端）和频率信号相连，对脉冲
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U1序列计数，以获取频率信息，从而转换为重量值。
的P0口和P2口是数码管显示电路的接口。
其中P0口为4位位码，P2口提供4位段码（4位7段数码显示）。
图10.单片机的设计电路
（d）输出显示
1.）输出显示电路图:
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图11显示电路2（）程序
#include"
reg52.h"
//包含头文件#include"
math.h"
sbitwei0=P0^0;
//位定义
sbitwei1=P0^1;
sbitwei2=P0^2;
sbitwei3=P0^3;
sbitcs_VF=P3^7;
sbitrd_VF=P3^6;
sbitwr_VF=P3^5;
sbitle_573=P3^4;
#defineuintunsignedint//宏定义#defineulongunsignedlong
#defineucharunsignedchar
图12V/F信号读取及处
ucharcodeshuma[]={//码表理程序
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x8e,0xc1,0xc7,0xc7};
ulongxielv=4975;
//定义全局变量ulongzhong=0;
voidinit（）//初始化函数
{
le_573=0;
wei0=0;
wei1=0;
wei2=0;
wei3=0;
13
}
voiddelay_ms（unsignedinta）//延时函数{
unsignedintb;
unsignedintc;
for（b=0;
b<
a;
b++）
for（c=0;
c<
112;
c++）;
}
显示函数voiddisplay（ulongshuvf）//{
ucharqian,bai,shi,ge,i;
qian=（shuvf/1000000）%10;
bai=（shuvf/100000）%10;
shi=（shuvf/10000）%10;
ge=（shuvf/1000）%10;
if（shuvf>
1010000）
for（i=0;
i<
80;
i++）
P2=shuma[16];
//显示千位
wei3=1;
delay_ms（3）;
P2=0xff;
wei2=1;
//显示百位
P2=shuma[17];
wei1=1;
//显示十位
P2=shuma[18];
wei0=1;
//显示个位
14
P2=shuma[19];
else
P2=shuma[qian];
P2=shuma[bai];
P2=shuma[shi];
P2=shuma[ge];
ucharreadvf（）//读VF函数{
15
ucharVFshu;
cs_VF=1;
wr_VF=1;
rd_VF=1;
cs_VF=0;
delay_ms
（1）;
wr_VF=0;
delay_ms（5）;
rd_VF=0;
P1=0xff;
VFshu=P1;
returnVFshu;
intmain（）//主函数
init（）;
while
（1）
zhong=（readvf（）-17）*xielv;
display（zhong）;
五、心得体会
通过此次实验我了解了以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发电阻应变片
重力测试的系统。
在这次试验中我学到了许多在书本上不能学到的东西。
在试验
中使我收获了很多东西。
对我以后的工作会有很大帮助。
16
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