毕业设计-郑雪君3.doc

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1、浙江工业大学浙西分校毕业设计（论文）课题名称：单片机控制的智能型自动名茶炒制机学生姓名：郑雪君 系 （部）：信息与电子工程系 专业班级：04工自(1)班 指导教师：黄云龙、朱秋琴、廖东进 职 称：副教授、 助教、 助教 2007年 6 月 1 日摘 要 本文根据传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于炒茶工艺中，实现单片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自

2、动化生产。 本文根据热电偶测温再经过放大器放大后把模拟量经A/D转换器转换成数字信号传送给单片机，数字量经单片机内部存储数据的比较再经过光电隔离再控制可控硅进行对温度的控制。本设计以8031单片机为主体的控制系统构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。关键字:温度控制,热电偶传感器，A/D转换器，单片机AbstractThis article according to th

3、e traditional tea to fry the insufficiencyand the shortcoming which in the system craft exists, applies themonolithic integrated circuit control technology to the tea fries inthe system craft, realizes intellectualized tea trillion system whichthe monolithic integrated circuit controls. This system

4、solved thetraditional tea to fry long in the system craft consumed when to thepersonnel tea fries the system specification to be high, to be unableshortcoming and so on large scale production. This machinery the monolithic integrated circuit volume small, thepower loss low, the price is low, the var

5、iety specification seriation,the hardware has the widespread versatility, has merit and so onspecial development system unifies, fries the system method to thesystem tea machine with to the wok temperature control to unify intogether, has realized the automated production. This article according to

6、the thermo-element to measure warm enlargesagain after the amplifier, the simulation quantity transforms thedigital signal after the A/D switch to transmit gives the monolithicintegrated circuit, the digital quantity after the monolithicintegrated circuit interior stored datum comparison, again pass

7、esthrough the photoelectricity isolation, thus controls thesilicon-controlled rectifier to carry on the temperature the control.This design constitutes take 8,031 monolithic integrated circuits asthe main body control system to be able to carry on the more complexdata processing and the plurality of

8、 controls function intelligentcontroller, causes its both to be possible with the microcomputercoordination constitution control system, and may take an independentmonolithic integrated circuit control system, has a higher flexibilityand the reliability. The monolithic integrated circuit basis input

9、seach kind of order, carries on the intelligent algorithm to obtain thecontrol value, the output pulse trigger pip, has triggered theelectric circuit through zero to actuate the bidirectionalsilicon-controlled rectifier, thus heats up the electric stove.Essential character: Temperature control, ther

10、mocouple sensor, A/Dswitch, monolithic integrated circuit目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论3第2章 方案论证比较设计72.1 单片机概述72.1.1 硬件72.1.2 软件72.2 步进电机的工作原理82.3 步进电机工作方式的选择92.3.1 控制步进电机换向顺序102.3.2 控制步进电机的转向102.3.3 控制步进电机的速度102.4 单片机控制步进电机的设计思路102.5 设计的要求10第3章 控制系统的硬件电路设计123.1 SPCE061A的介绍123.1.1 性能123.1.2 结构133.1.3芯片的引脚排列

11、和说明133.1.4 SPCE061A单片机硬件结构143.1.5 NspTM的核心结构163.1.6寄存器组173.2步进电机的选择183.3 步进电机的驱动电路设计183.3.1多个功率放大器件驱动电机183.3.2 L298N芯片驱动电机183.4数码管显示电路的设计203.4.1串行接法203.4.2并行接法203.5 4X4键盘电路的设计21第4章 控制系统的软件电路设计234.1 控制脉冲的产生234.2 步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系244.3 步数的确定254.4 步进电机的变速控制274.5 双机通讯的程序设计137结 论42参考文献43致 谢 44附录45第一章 绪 论

12、1.1引言在我国现有的炒茶机的各种机型中很难找到技术含量高、特别是可以实现自动化加工、连续化生产的机械产品的不足与缺点，本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。本文根据传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于炒茶工艺中，实现单片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。通过生产新型机械和对旧机械的技术改造使制茶机能实现茶机的连续化、自动化生产。1.2机械制茶机的现状据估算，目前全国70%以上

13、的茶己全部或部分使用机器炒制，自20世纪60年代出现炒茶机械化以来，各种杀青机、理条机、烘干机均有快速发展，各种机器的加工质量在各自相应的工序中能达到甚至赶超手工炒茶相应工序中的质量，但是每种机器只能完成一道或两道土序，因此加工效率较低;20世纪90年代以来研制的多功能炒茶制机，如6CDM-42型多功能机集杀青、理条、压扁、辉干于一体，大大提高了炒茶的加工效率，但各工序之间是脱节的，即不能进行流水线生产。近年试制的电脑控制型龙井茶炒制机将土艺参数贮存于控制器中，对龙井茶加土过程中的温度、时间、转速及加压、停机等动作进行了自动控制，实现了龙井茶青锅与辉锅的自动化加工，进一步提高了加工效率，但是，

14、受该系统中多功能机结构的限制，并没有实现流水线生产。因此，为了进一步提高炒茶制机的自动化水平，实现炒茶的流水线生产，迫切需要研制适用于连续加工的多功能炒茶机1.3 单片机技术现状单片机可应用于电话机、寻呼机、对讲机等电信设备，电视机、录像机、摄像机、VCD机、洗衣机等家用电器，电子玩具，计算机外围设备，办公自动化设备，工业控制设备、仪器仪表，军用设备等等。有人这样说:“凡是能想到的地方，单片机都可以用得上”，这并不夸张。全世界单片机的年产量数以亿计，应用范围十分广阔，许多科技期刊还专门开辟了单片机专栏。 单片机应用的意义不仅仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的还在于从根本上改变了传

15、统的控制系统设计思想和设计方法。以前，必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称之为微控制技术。微控制技术标志着一种全新概念，随着单片机的推广普及，微控制技术必将不断发展和日趋完善，而单片机的应用必将更加深入、更加广泛。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势: (1)CMOS化 (2)低功耗化 (3)低电压化 (4)大容量化 (5)高性能化 (6)外围电路内装化串行扩展技术 在很

16、长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I C、SPI等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商，如Philips、 NEC、A

17、tmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。 我国在80年代初就开始引进了单片机，在资金严重不足的情况下，自行研制了开发工具和应用软件，根据我国的实际生产需要和借鉴国外单片机应用实例，逐步在我国开展了单片机的应用工作，现在各行各业都可看到单片机应用的踪迹。 与世界的单片机发展，应

18、用情况相比，我国处于相当落后的状态。据统计，1995年我国单片机产品的实际产量仅为1000万片，占世界产量的百分之几，人均单片机的拥有量还不足一片。从单片机使用角度看，我国单片机使用面虽广，但是使用的批量也仅集中在空调，洗衣机及电饭煲等家用电器中。可见我国的单片机市场很大，尤其在智能仪表和智能传感器，通讯，测控网络和现场总线，农用单片机以及智能IC卡等方面都有着广阔的前景，可以大大拓帘单片机应用领域1.3.1单片机在机械控制中的发展状况电机是与电能的生产、传输和使用有着密切关系的电磁机构。在日常生活中，电机的使用随处可见，比如:在很多场合大量使用各种电动机作为原动机，用以拖动各种机械设备;在军

19、事、信息和各种自动控制系统中，使用大量的控制电机，作为检测、执行和计算等元件。电机运动控制技术以电力半导体变流器件的应用为基础、以电动机为控制对象、以自动控制理论为指导、以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计(CAD)为手段，并且与检测技术和数据通信技术相结合，构成一门具有相对独立性的科学技术。在生产设备和过程自动化中发挥着日益重要的作用。真正意义上的电机运动控制系统是在20世纪30年代出现的，当时是晶闸管、引燃管，而后是磁放大器、磁饱和电抗器作为静止变流器，形成了新一代电机运动控制系统。随着新型电力电子器件、自动控制理论以及微处理器技术的发展，电机运动控制系统发生了巨大的变革。到了21世纪

20、的今天，电机运动控制系统的技术水平更是提高到了一个新的高度，无论是应用的广泛程度，还是研究的深入程度都是过去人们想象不到的。1.3.2单片机在温度控制中的应用单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常常需要对某些系统进行温度的监测和控制。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件就确定了。这时，影响系统热平衡的因素主要有：系统温度T、设定温度Ta、系统周围的环境温度Ts 以及加热方式和调节方法。目前已有的实现温控的方法有很多种

21、，如：油浴恒温法、比例式、积分式及其组合的调节方法等等，其中有的方法达到热平衡需要的时间很长，但是其控温精度很高，而有的是达到热平衡的时间短，但其控温精度却不够高。1.4热传感器的发展现状温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990年，温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。五十年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本

22、世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化。最常用的热电阻和热电偶两类产品。1.5 课题来源，研究内容及研究结果1.6 毕业设计任务 第二章 单片机对炒茶过程的控制及各部分参数要求2.1 炒茶的总体过程及框图 鲜叶摊放6-8h分筛青锅8min使茶叶脱水摊凉回潮回潮40-60 min辉锅4-6min使茶叶定色型微波加热使茶叶水份符合标准图（1）炒茶过程的框图2.2炒茶

23、各环节的参数要求2.2.1鲜叶摊放一般鲜叶摊放厚度3-6 cm,摊放6-8h,至手感捏叶有自然弹性，不粘手不戳手，含水量68%一70%时炒制。2.2.2 青锅炒制机，投叶炉膛温度一般在240(相当于锅体120左右)，将鲜叶快速均匀地投入锅中，可听到“喳喳.”响声。每锅投叶量为250一450g，炒手带着鲜叶，锅内茶叶翻炒2-3 min后，叶了开始萎瘪，梗了发软，叶色发绿，炒手开始捺扭茶叶。初始宜轻，以后根据茶叶干燥程度逐步加重压力，并用微电脑控制调控方式讲行炒制，促使芽叶扁平成条，至手感芽条还有韧性，含水率在感茶条还有韧性，含水率在30%一40%时即可停机出叶。青锅时间一般需8 min左右。2.

24、2.3微波加热当茶叶经过青锅后在同一时间经过烘箱传送加热,并通过微波技术使茶叶的水份达到要求.从而使茶叶的口感跟佳,使得机器茶有人工茶的口感.2.2.4 摊凉回潮快速摊凉，并回潮40-60 min，经簸、拣筛后即可辉锅。2.2.5 辉锅炒制机辉锅，投叶炉膛温度一般在200(相当于锅体80左右)，青锅叶两锅并一锅均匀地投入锅中，芽叶自然翻炒1min，手感回软发烫，调整炒手扭力，采用微电脑调控方式进行压捺、摊磨。炒制1. 5 mir生右，茶条手感还有韧性，折不断时，调整炉膛温度下170左右，加扭程度到最重，然后再炒制1 min左右，其间适时调整微电脑调控方式，至茶叶扁平光滑，折为断时，即可调减压力

25、，停机出叶。辉锅时间一般需4-6min2.3单片机对炒茶过程的控制及框图 框图中各部分参数具体说明如下：（1）1#锅体温度：青锅投叶炉膛温度在240(相当于锅体120左右)。（2）2#锅体温度：青锅在2-3 min后，调整炉膛温度至220左右。（3）3#锅体温度：辉锅投叶炉膛温度在200(相当于锅体80左右)。（4）4#锅体温度：辉锅炒制1.5min后，调整炉膛温度至170左右。单片机温度设定温度显示温度报警传感器温度检测2#温度控制1#锅体温度1201#温度控制3#锅体温度802#锅体温度1103#温度控制4#温度控制4#锅体温度70图（2）炒茶温度控制系统框图第三章 单片机对温度传感器的控

26、制3.1机械概述机型主要由长形半圆炒茶锅、长形炒叶板、传动机构、热源装置、控温仪表和机架等组成。长形半圆炒茶锅用薄钢板卷制，直径约60cm,锅口后半部装有挡叶罩板，中部装有主轴，主轴两端通过放射形撑杆装有4块长板形炒手，炒板上敷有弹层。炒叶板由主轴带动可实现对锅内加工叶的翻炒，由于主轴两端弹性装在机架上并在凸轮轨道的控制下，使得炒叶板通过锅底时与锅壁间隙最小，从而实现加压;为了使加压更有效，同时还设有脚踏板，当踩下踏板后通过连杆使整个主轴和炒叶板部件向下，炒叶板便对加工叶施以重压并使其在锅壁上产生一定滑动，起到磨光作用。锅的下方装有热源装置，使用温控仪调控锅温3.1.1系统的组成炒制机由曲线形

27、炒茶锅、机架、热源、炒手、加压装置、传动结构和微电脑控制系统等机构组成，曲线形炒茶锅以薄钢饭冲压而成。机架山角钢焊接，外装护板，炒茶锅、热源、传动机构、加压装置都装在机架。热源采用电热管加热，设置在炒茶锅下部，以硅藻上保温材料一隔热，通过微电脑控温系统的温控设置，直接对锅体加温、炒手由炒板和划杆组成。划竿是一块直线形钢片，一端折边，与炒板一起联结在炒叶锅内部的炒动轴和凸轮上。传动机构山电机,V带、链轮、减速箱组成，带动传动轴，使炒乎在凸轮轨迹上顺时针运转。3.1.2系统优点茶炒制机结构较为简单、易于操作，使用得当情况下炒制的龙井茶和扁茶品质较好，加上机器加工制造技术也较简单，成本也比较低而且能

28、对旧机器进行改造。3.2控制系统的工作步骤炒手在微电脑控制系统的调控下，形成二种不同的炒制方式:第1种是炒板在锅内塌炒一下，翻炒一下;第2种是炒板在锅内塌炒一下，翻炒一下;第3种是炒板在锅内塌炒一下，翻炒一下。因此，产生不同的炒制效果。加压装置采用手调和脚踏相结合，其连杆联接凸轮，通过调整凸轮的位置，使加压的轻重效果不同，加压轻重程度由机架上的导杆显小 炒制机作业时，热源对炒叶锅加热，开动电机，传动机构带动传动轴，使炒手在凸轮轨迹上作顺时运转。在适宜温度控制下，将鲜叶均匀投入炒茶锅内，随着炒板和划竿运转，并通过锅壁的高温炒制，加上叶的酶活性很快被破坏，完成杀青上序。加上叶在炒制过程中，由于炒叶

29、板、划竿的特殊结构与炒茶锅的有机结合，加上叶能够沿轴向顺序排列，被不断翻炒卷紧，得以杀青、理条。当杀青叶理条到一定程度，可用控制力式进行炒制，直至完成青锅作业。青锅叶摊凉回潮，使茶条水分分布均匀。摊凉结束，将青锅叶两锅的量投入一锅，继续翻炒理条，待茶条回软时理条结束，加重炒手，采用适宜调控方式进行炒制，在不同力的作用下，使加上叶在干燥的同时使茶条变得扁平光滑，直到全部成形，完成龙井茶个程加上。为了适应不同炒制阶段的上艺需要，微电脑控制扁形茶炒制机设置不同的炒制力式和路径，使炒板的炒制动作可按加上叶进程变化需要灵活调控掌握;同时，微电脑控制系统可根据炒制过程中锅温需要灵活调控电热管开关，保证加上

30、叶质量3.3单片机对温度传感器的控制过程温度传感器单片机放大器及放大电路A/D转换器及电路图（3）单片机控制温度传感器的框图3.3.1温度传感器的概述近百年来温度传感器的发展大致分为三个阶段：1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。2.模拟集成温度传感器/控制器。3.智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。分立式温度传感器模拟集成温度传感器模拟集成温度控制器智能温度传感器智能温度控制器3.3.2温度信号测量温度信号测量由三端稳压器MC7812),温度传感器(铜铜镍 （康铜）热电偶)、差动放大器(AD6

31、20)和A/D转换器(AD1674)组成。适合十热量计的温度传感器有热电偶传感器、热电阻传感器,PN结温度传感器、集成温度传感器等。热电偶是根据热电效应的原理制成的，其特点是:结构简单、价格便宜、测量范围广、准确度高;缺点是要有温度补偿，长期使用要定期检查和更换。热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化来测温度的一种温度敏感元件，特点是准确度高，灵敏度高，测量范围大，无需参考点。PN结温度传感器是利用晶体管基极一发射极的正向压降随温度变化的特性而制成的温度敏感元件，其特点是线性好、响应快、体积小和使用方便。集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传

32、感器，其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠;不足的是测温较小，使用环境有一定的限制。本设计温度传感器采用铜铜镍（康铜）热电偶传感器，利用电桥测温法进行温度测量。工业测温用的热电偶其结构是：热电偶丝材，绝缘管，保护管和接线盒。热电偶的工作原理：两钟不同成分的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成电路，当接合点的温度不同时，在回路中就产生电动势，这种现象叫热电效应，而这种电动势称为热电动势。热电偶就是利用这种原理进行温度补偿测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端，另一端叫做冷端：冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际是一种能量转换器，它将

33、热能转化为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势力，应注意如下几个问题：（1）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；（2）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关。（3）当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关。铜铜镍 （康铜）热电偶，分度号T，它的正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为-200+350。150时的热电势为6.702。主要特点是：精度高、热电极的均匀性好；因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超

34、过300，在-200+300范围内，它们灵敏度比较高。热电偶测温原理图热电偶冷端温度补偿方法用热电偶测量温度时，热电偶的工作端（热端）被放置在待测温场中，而自由端（冷端）通常被放在0的环境中。若冷端温度不是0，则会产生测量误差，此时要进行冷端补偿。冷端补偿方法较多，在本次的设计中我们采用的冷端温度补偿为电桥式冷端补偿。对与冷端温度补偿器，在工业上采用如图所示补偿电桥的冷端补偿电路。 热电偶冷端温度补偿电桥图中所示的补偿电桥桥臂电阻R1、R2、R3和RCu通常与热电偶的冷端置于相同的环境中。取，用锰铜线绕成；RCu是用铜导线绕制成的补偿电阻。RS是供桥电源E的限流电阻，RS由热电偶的类型决定。若

35、电桥在20时处于平衡状态。当冷端温度升高时，RCu补偿电阻将随之增大，则电桥a、b两点间的电压Vab也增大，此时热电偶温差电势却随冷端温度升高而降如果Vab的增加量等于热电偶温差电势的减小量，则热电偶输出电势VAB的大小将保持不变，从而达到冷端补偿的目的。实际测温时，由于热电偶长度有限，自由端温度将直接受到被测物温度和周围环境温度的影响。必须注意的四个问题：一是两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须具有相同的温度；二是各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；三是必须在规定的温度范围内使用；四是极性切勿接反。常用的补偿导线见表9-3。表9-3 常用热电偶补偿导线的特性型号配用热电偶正负补偿导线

36、正负导线外皮颜色正 负100C热电势/mV20C时的电阻率/（Wm）正负SC铂铑10铂铜铜镍红绿0.6460.0230.0510-6KC镍铬 - 镍硅铜康铜红蓝4.0960.0630.5210-6WC5/26钨铼5钨铼26铜铜镍红橙1.4510.0510.1010-6 99.4%Cu , 0.6%Ni 。 98.2%98.3%Cu , 1.7%1.8%Ni 。3.3.3集成运算放大器简介目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除

37、、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合。3.3.3.1集成运放电路的组成及各部分的作用1 组成测量放大器1、测量放大器的特点运算放大器对微弱信号的放大，仅适用于信号回路不受干扰的情况。然而，传感器的工作环境往往比较恶劣，在传感器的两个输出端上经常产生较大的干扰信号，有时是完全相同的，完全相同的干扰信号称为共模干扰。虽然运算放大器对直接输入到差动端的共模信号有较强的抑制能力，但对简单的反相输入或同相输入接法，由于电路结构的不对称，抵御共模干扰的能力很差，故不能用在精密测量场合。因此，需要引入另一种形式的放大器，

38、即测量放大器，又称仪用放大器、数据放大器，它广泛用于传感器的信号放大，特别是微弱信号及具有较大共模干扰的场合。测量放大器除了对低电平信号进行线性放大外，还担负着阻抗匹配和抗共模干扰的任务，他具有高共模抑制比、高速度、高精度、宽频带、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点。2、测量放大器的组成 测量放大器的基本电路如图3-8所示。 图3-8 测量放大器原理图测量放大器由三个运算放大器组成，其中A1、A2两个同相放大器组成前级，为对称结构，输入信号加在A1、A2的同相输入端，从而具有高抑止共模干扰的能力和高输入阻抗。差动放大器A3为后级,它不仅切断共模干扰的传输,还将双端输入方式变换成单端

39、输出方式,适应对地负载的需要。 测量放大器的放大倍数用下面公式计算 （3-13） 式中，为用于调节放大倍数的外界电阻，通常采用多圈电位器，并靠近组件，若距离较远，应将联线胶合在一起。改变可使放大倍数在11000范围内调节。3、实用测量放大器AD521 AD521的管脚功能与基本接法如图3-9所示 图3-9 AD521的管脚功能与基本接法(a) 管脚功能 (b) 基本接法管脚OFFSET(4，6)用来调节放大器零点，调节方法是将该端子接到10电位器的两固定端，滑动端接负电源端。测量放大器计算公式为 （3-14） 放大倍数在0.1到1000范围内调整，选用=1000K15%时，可以得到较稳定的方法

40、倍数。在使用AD521（或其他测量放大器）时，都要特别注意为偏置电流提供回路。为此，输入（1或3）端必须与电源的地线相连构成回路。可以直接相连，也可以通过电阻相连。图3-10中给出了信号处理电路中与传感器不同的耦合方式下的接地方法。虽然热电偶的每度所对应的热电动势只有几十微伏，对于电路技术和微电子技术发展到今天，检测几十微伏的电压信号的电路还是相当多的。设计这样的放大器是不太困难的，但是在设计电路时，还必须小心的选用有关元器件。图3-11是K型热电偶的放大电路和元件。AD521测量放大器。假设该电路实现0800所对应电势的放大，根据表24所示的K型热电偶的温差电势，在0时，温差电势0V，800

41、时对应的温差电势为33.277mV。如果要求该放大电路对于0800的温差电势，为配合之后的A/D转换器的输入电压，在放大器AS521的输出端输出02000mV,那么，运算放大器的增益应为60.1倍。该增益只要调整RG就能达到，所以元件参数选为：RG=15K类 型温 度K(mV)J(mV)E(mV)T(mV)200100010020030040050060070080090010001100120013005.8913.55304.0958.13712.20716.39520.64024.90229.12833.27737.32541.26945.10848.82852.3987.8904.63

42、205.26810.77716.32521.84627.38833.09639.13045.49851.87557.94263.77769.5368.8245.23706.31713.41921.03328.94336.99945.08553.11061.02268.78376.3585.6033.37804.2779.28614.86020.869零点漂移可描述为：输入电压为零，输出电压偏离零值的变化。它又被简称为：零漂 零点漂移是怎样形成的：运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。

43、当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化现象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路3.3.4 A/D转换器及其电路滤波采样保持编码A/D转换器的工作过程框图模数转换器是连接模拟和数字世界的一个重要接口。A/D转换器将现实世界的模拟信号变换成数字位流以进行处理、传输及其他操作。A/D转换器的选择是至关重要的。所选择的A/D转换器应能确保模拟信号在数字位流中被准确地表示，并提供一个具有任何必需的数字信号处理功能的平滑接口，这一点很重要。目前的高速A/D转换器已被应用于各种仪表、成像以及通

44、信领域中。对用户而言，所有这些应用都有着相似的要求，即以较低的价格实现更高的性能。速度与分辨率的关系目前的高速A/D最初是按速度和分辨率进行分类的。转换器的速度是指A/D能够进行转换的取样速率或每秒的取样数量。对于高速A/D来说，速度以百万取样每秒(Msps)为计量单位。分辨率是指转换器能够复制的位数精度：分辨率越高，则结果越精确。分辨率以位来计量。目前市场上的高速A/D的分辨率为816位，速度为24Gsps。速度和分辨率始终是一对矛盾。分辨率的增加通常会导致可实现速度的降低。用于解决速度和分辨率这一对矛盾的转换器：目前已有16位 20 Msps、10位 300 Msps和8位 1Gsps的A

45、/D。高速A/D的常用架构有闪存型（flash）、半闪存型（semi-flash）、SAR型和流水线型四种。A/D转换器的选择及连接 5G14433是我国制造的31/2位模/数变换器，是目前市场上广泛流行的最典型的双积分模/数变换器。该芯片具有抗干扰性能好、转换精度高、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、外接元件少、价格便宜等特点。因此广泛应用在低速微控制器应用系统，智能仪表和数字三用表等领域。5G14433与国外型号MC14433兼容。1.主要功能CMOS集成电路、具有自动调零和极性转换功能、能输出过量程和欠量程信号、具有BCD码输出、可供打印记录、外围元件少、双电源供电、内含时钟发生器、双积分变换技术、功耗低：8mW，输入阻抗高：108，转换速度低：3次/S10次/S、转换准确度高：0.05%1个字、分辨率：11位。2.5G14433的结构和引脚如图所示为引脚图，下表为引脚功能表。引脚图引脚符号功能1VAG被测电压Vx和参考电