传感器测传动轴扭矩转速课程设计论文(编辑修改稿)

传感器测传动轴扭矩转速课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

度提高而灵敏度也相应提高。 对灵敏度漂移补偿最简单的方法是随温度的变化自动调整供桥电压，当供桥电压降低时，电桥的不平衡输出减小，即降低了电桥的灵敏度。 正确的补偿为在桥路进行实际灵敏度漂移的测量，然后根据漂移的正或负方向、大小来确定补偿方法及补偿量。 常用的方法有改变供桥稳压电源输出值或在电路中串、并联电阻等。 一般当灵敏度随温度升高而提高时，可在电源回路中串入一个正温度系数的电阻加以补偿 放大电路的设计及硬件选用 放大电路的设计 由于应变电桥输出的电压为 mV 级，不 能满足后续电路要求，所以必须经过放大电路进行信号放大。 根据仪器工作环境、精度要求确定放大电路必须满足下列条件：首先放大电路有要有较高的共模抑制比，具有高稳定性，低零漂、高精度，并且放大倍数 100 左右并且可调。 经过实验比较，由上节叙述可知温度传感器输出电压范围为 ～ ，而在本系统中 A/D 的输入电压范围为 0V～ 5V 时才能使精度达到最高，因此需把 ～ 电压放大到 0V～5V 的范围，此即为设计该测量放大器的目的。 本设计采用一种双运放放大电路。 双运放差动输入放大电路的使用效果，结构、性能等都优越于单运放前置放大电路。 并且通过对反馈电阻的扩展，减小了电阻所带来的热噪声电流。 输入端采用的双通道差分式输入，使得输入信号中的不稳定误差信号通过差值抵消掉，增强了系统的稳定性。 所用的放大器为 TCL2252。 如图 52 所示 1 第 12 页 B B I N 032184U 2 : AT L C22 5 256784U 1 : BT L C22 5 2C90 .1 uR41 0 kR53 0 kR63 0 kR73 0 kR81 0 k 5 v 5 v 图 2 放大电路 TLC2252 呈现高输入阻抗和低噪声，能很好的用于高阻抗源，例如电压传感器的小信号状况。 由于这些器件功耗低，所以他们在手持监视和遥感远视传感器应用中工作良好，此外，满电源电压幅度（ｒａｉｌ－ｔｏ－ｒａｉｌ）输出特性以单 独成分或分离电源工作使得这些器件在直线与模拟数字转换器接口时成为主要选择对象。 所有这些特性，再结合它的温度性能，使得 TLC2252能够理想的利用于声纳，远程压力传感器，温度控制，有源压阻传感器，加速计，手持仪表以及其他应用。 图 43 为 TLC2252 的引脚排列。 1 第 13 页 图 53 TLC2252 的引脚排列。 表 51 为 TLC2252 的工作条件。 表 51 TLC2252 的工作条件 后缀为 C 后缀为 I 单位 MIN MAX MIN MIN 电源电压， VDD177。 177。 177。 8 177。 177。 8 V 输入电压范围， V1 VDD VDD+— VDD VDD+— V 共模输入电压， VIC VDD VDD+— VDD VDD+— V 工作环境（自然通风）， TA 0 70 40 125 ℃ 放大电路的误差分析 （ 1）电路可获得较高的增益，却不会使电阻热噪声有所增加，减少了运放对偏置电流的影响。 （ 2）电阻不匹配产生的误差 V只与 Vr 有关 ,而与 V(+)无关，而且对动态误差的影响并不十分大。 （ 3）运放的输入失调电压也会导致误差，并且它是与放大倍数有关的，这种误差仍然属于静态误差，通过调节 Vr 就可以抵消掉。 （ 4）电路只需使用两个运放单元，而且电路十分简单，但它却可以实现 V+和V高阻差动输入、可调放大倍数，还附带一个基准电压或偏置输入 Vr，这些为 1 第 14 页 电路的构成、调节以及输出偏置、静态误差补偿等提供了极大的方便。 低通滤波电路的设计 为了抑制高频干扰，在放大电路输出端设计了二阶有源低通滤波器，让指定频段的信号通过，而让其余频段的信号加以抑制 或使其急剧衰减。 运算放大器和 RC 网络组成的有源滤波器与无源滤波器相比，具有一系列优点。 首先，它不用电感元件，免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、耗损、体积、和重量过大、以及不经济等缺点。 其次，由于运算放大器的增益和输入阻抗很高，输出阻抗很低，所以有源滤波器还能提供一定的信号增益和缓冲作用。 本系统选用的 ADC0809 的转换速率为 680kHz，为了避免高频噪声对测量精度及稳定度的影响，本系统在放大器和 A/D 间加了一个低通滤波电路，以滤去高频噪声。 由于要求输出电压范围为 0V～ 5V 因此选择 TLC2252 作为该 滤波器的运放。 1 第 15 页 32184U 3 : AT L C22 5 2R11 0 kR21 0 kR32 0 kC71 0 nC81 0 n 5 v 图 54 低通滤波器 A/D 转换电路的设计 A/D 转换器的类型较多，常用的有逐次逼近型和积分型。 单片机应用系统中最常用的 A/D 转换器是可编程的 ADC0809。 ADC0809 是典型的 8 位 8 通道逐次型 A/D 转换器， CMOS 工艺， ADC0809 的内部逻辑结构如图 所示。 图中 8路模拟量开关可选通 8 个模拟通道， 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/D 转换器进行转换。 地址锁存与译码电路完成对 A、 B、 C 三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道的选择。 8 位 A/D 转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关及 256 电阻阶梯网 C0809 芯片为 28 引脚双列直插式封装，图 55 为 ADC0809 内部结构 其主要引脚的功能说明如下： 1 第 16 页 （ 1） IN7～ IN0：模拟量输入通道。 ADC0809 对输入模拟量的要求主要有信号是单极性，电压范围 0～ 5V，若信号过小还需进行放大。 另外，模拟量输入在 A/D转换过程中其值不应变化，因此对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。 （ 2） ADDA、 ADDB、 ADDC：地址线。 ADDA 为低位地址， ADDC 为高位地址，用 于对模拟通道进行选择。 （ 3） ALE：地址锁存允许信号。 在 ALE 上升沿时， A、 B、 C 地址状态送入地址锁存器中。 （ 4） START：转换启动信号。 在 START 上升沿时，所有内部寄存器清零； START下降沿时，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间， START 应保持低电平。 （ 5） D7～ D0：数据输出线。 为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。 （ 6） OE：输出允许信号。 用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据，当 OE=0，输出数据线呈高阻；当 OE=1 输出转换。 后的数据。 （ 7） CLK：时钟信号。 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外部提供，因此有时钟信号引脚，通常使用频率为 500kHz 的时钟信号。 （ 8） EOC：转换结束状态信号。 当 EOC=0 时，正在进行转换；当 EOC=1，转换结束。 在实际应用中该状态信号既可作为查询状态的标志，又可作为中断请求信号使用。 (9)Vref：参考电压。 参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准，其典型值为＋ 5V（ Vref(+)=+5V， Vref()=0V）。 ADC0809 与 MCS51 系列单片机的硬件接口有三种方式：中断方式、查询方式和 等待延时方式。 在本系统中采用查询方式，因此 ADC0809 与 AT89C51 的接口电路如图 所示 ADC0809 应用说明 （ 1） ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51 单片机直接相连。 （ 2） 初始化时，使 ST 和 OE 信号全为低电平。 （ 3） 送要转换的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 （ 4） 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 1 第 17 页 （ 5） 是否转换完毕，我们根据 EOC 信号来判断。 图 56 是 ADC0809 与 51 单片机接线方法 图 55 ADC0809 内部结 构 1 第 18 页 图 56 ADC0809 与 51 单片机接线 ADC0809 的 OUT1~OUT8 口接单片机的 ~ 口，负责将转换完毕的 8位数字信号传输给单片机。 ADDA、 ADDB、 ADDC 分别接在 、 、 口，以选通 IN0~IN7 中的一个通道。 ALE 接 ，给高电平时，地址锁存与译码器将 A， B， C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。 START 接 ， START 为转换启动信号。 当单片机给 START一个上跳沿信号时，所有内部寄存器清零；给一个下 跳沿信号时，开始进行 A/D转换；在转换期间， ST 应保持低电平。 EOC 接 ,。