【正文】 大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場所受到制約?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實現(xiàn)計量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，彈簧秤就會產(chǎn)生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠性，只是一種暫時的代用品，也被列入逐漸 取消的行列。多年來，人們一直期待測量準(zhǔn)確、攜帶方便、價格低廉的便攜式電子秤投放市場?；陔娮映拥默F(xiàn)狀，本項目擬研究一種用單片機控制的多功能電子秤設(shè)計方案。這種多功能電子秤體積小、計量準(zhǔn)確、攜帶方便，平且集質(zhì)量稱量功能與價格計算功能以及時間顯示于一體，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。本系統(tǒng)具有操作簡便，誤差小，精度高等特點，并可直接數(shù)字測量結(jié)果。 國內(nèi)外研究情況 50年代中期電子技術(shù)的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。 60年代初期出現(xiàn)機電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過 40多年的不斷改進(jìn)與完善， 我國電子衡器從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。我國電子衡器的技術(shù)裝備和檢測試驗手段基本達(dá)到國際 90年代中期的水平。電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點已從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。但就總體而言，我國電子衡器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不夠先進(jìn)、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差 等。 物品稱量是市場交易中很基本的活動，是商業(yè)領(lǐng)域最基本的衡具。傳統(tǒng)的量具是 2 桿稱或盤稱， 2O 世紀(jì) 7O 年代開始出現(xiàn)了電子稱。早期的電子稱多通過模擬電路實現(xiàn)，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展．?dāng)?shù)字芯片的價格逐漸下降，模擬控制已逐步被數(shù)字控制所替代，電子稱的設(shè)計模式也大都以微處理器為核心，使精度和可靠性都有了明顯得提高。因為小型商用電子稱對適時性要求不高，運算也不太復(fù)雜，所以用 8位微處理器足可滿足要求。 電子稱重系統(tǒng)必須將多只傳感器的輸出進(jìn)行和算，才能得到完整準(zhǔn)確的稱重結(jié)果。從 2O 世紀(jì) 7O 年代的模擬串聯(lián)和算到 8O 年 代的模擬并聯(lián)和算，和算技術(shù)的發(fā)展大幅度降低了電子秤的成本，提高了可靠性和穩(wěn)定性。但是，模擬并聯(lián)和算也存在不足：如對傳感器的一致性要求較高、無法對單個傳感器進(jìn)行檢測、電子秤四角偏差調(diào)試復(fù)雜等。目前，解決上述問題的最好方法是采用數(shù)字和算或數(shù)?；旌虾退?。由于信號放大器成本的不斷下降以及 A／ D轉(zhuǎn)換器性能的大幅度提高，數(shù)字和算無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上都進(jìn)入了實用階段。 電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。目前大多數(shù)電子秤是以 1:3,000或 1:10,000的分辨率輸出最終的稱重值的，這樣的系統(tǒng)一般使用 12 bit 至 14 bit 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器就很容易滿足要求。然而，高精密檢測的電子秤如果要達(dá)到這種分辨率，那么 ADC 的精度需要接近于 20 bit。 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 本設(shè)計的主要內(nèi)容如下： 1) 運用電阻應(yīng)變式傳感器并采用全橋測量電路 2) 設(shè)計一款電子秤 3) 用 12864液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量和時間 4) 三運放大電路 5) A/D轉(zhuǎn)換電路 6) 時間模塊電路 3 第二章 方案論證 單片機選擇 方案一 采用常用的 89C52 控制。技術(shù)比較 成熟 ，應(yīng)用廣泛。 現(xiàn)在的 51 系列技術(shù)硬件發(fā)展的非?？欤霈F(xiàn)了許多功能非常強大的單片機 ，因此使用單片機可以實現(xiàn)要求的基本功能，并且容易操作。 方案二 應(yīng)用 AVR， AVR是一種 高性能、低功耗的 高性能 微處理器 ，它采用哈佛結(jié)構(gòu)，廢除了復(fù)雜指令集計算機追求指令完備的做法；采用精簡指令集計算機，以字作為指令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中；取指周期短，又可預(yù)取指令，實現(xiàn)流水作業(yè)，可高速執(zhí)行指令。 AVR單片機資源豐富，性能優(yōu)異，具有良好的抗干擾特性。 ATmega16是基于增強的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS微控制器。 ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz而且 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。并通過將 8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機。但對于我們來說編程還是有一定的難度。 通過比較采用熟悉 89C52，我們選擇方案一。 顯示部分 顯示部 分是本次設(shè)計不可缺少的一部分，對于能顯示主要數(shù)據(jù)的有以下兩種方案： 方案一：采用 1602液晶顯示， 1602液晶最多只能顯示 16179。 2個字符（ 即 32個字符 ） ， 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160個 不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、日文假名等， 和單片機系統(tǒng)的接口簡單可靠，操作方便 ，和別的液晶顯示器相比其體積小，重量輕和 低功耗。不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 但不能顯示中文，顯示的內(nèi)容受到一 定的限制 。 方案二：采用 12864 液晶顯示， 12864 液晶 帶中文字庫的 128X64 是一種具有4 位 /8 位并行、 2線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文 4 字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128179。 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 8179。 4 行 16179。 16 點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔。 由于本設(shè)計要 顯示的內(nèi)容比較多，而且?guī)в兄形娘@示，所以我們采用方案二。 數(shù)字時鐘 數(shù)字時鐘是本設(shè)計的重要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。 方案一：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn) 1 秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加 1；若秒值達(dá)到 60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加 1；若分值達(dá)到 60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加 1；若時值達(dá)到 24，則將時字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點，但當(dāng)單片機不上電，程序?qū)?不執(zhí)行。且由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。 方案二： DS1302是美國 DALLAS 公司最新推出的時鐘芯片，采用 CMOS 技術(shù)制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部，采用 DS1302芯片設(shè)計的時鐘電路勿需任何外圍電路并具有良好的微機接口。 DS1302芯片具有 超低 耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠 ，能夠 計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能等優(yōu)點， 而且具有 定 時 中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結(jié)束中斷 等特點，故 廣泛用于各種需要較高精度的實時時 鐘場合 。 基于時鐘芯片的上述優(yōu)點，本設(shè)計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。 放大部分 對于放大電路的選擇有以下兩種方案： 方案一：采用 OP07 芯片組成的三運放電路， Op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運算放大器集成電路。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A最大為 25μ V），所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07 同時具有輸入偏置電流低（ OP07A 為177。 2nA）和開環(huán)增益高（對于 OP07A 為 300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適 用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。但要組成三運放就要到 3個 OP07 組成的電路，設(shè) 5 計電路相對復(fù)雜，而且外來干擾比較難控制。 方案二： 采用 AD620 芯片組成的放大電路， AD620 是一款低成本，高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)計增益其范圍為 1 至 ， AD620 采用8 引腳 SOIC 和 DIP 封裝，尺寸小于分立電路設(shè)計，并且功耗更低（最大工作電流） ,因而非常適合電池供電及便攜帶（或遠(yuǎn)程）應(yīng)用。 AD620 具有高精度（最大非線性都 10ppV/c? ）特性，是電子秤和傳感器接口等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想之選，此外， AD620 還具有低噪聲，抗干擾性好，低輸入偏置電流和低功耗特性。 通過以上的比較，故采用方案二設(shè)計電路比較簡單。 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇 A/D 轉(zhuǎn)換部分是本次設(shè)計最核心的部分，對于 A/D 轉(zhuǎn)換器的選者有以下兩種方案： 方案一：采用 V/F變換芯片 LM331， LM331 是使用壓頻變換器件，把電壓信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，單片機通過計數(shù)獲得重物的重量，此方案，可不用 A/D，但需要比較復(fù)雜的小信號放大、 調(diào)理電路，并且 LM331 外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對嚴(yán)格，故未采用。 方案二：采用 MAX187 A/D 轉(zhuǎn)換芯片， MAX187 串行 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在單5V 電源下工作，接受 0－ 5V 的模擬輸入。 MAX187 為逐次逼近式 ADC，快速采樣 /保持（ ），片內(nèi)時鐘，高速 3 線串行接口。 MAX18 轉(zhuǎn)換速度為 75Ksps。通過一個外部時鐘從內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)，并可省卻外部硬件而與絕大多數(shù)的數(shù)字信號處理器或微控制器通訊。同時 MAX187 有內(nèi)部基準(zhǔn)， MAX187 采用節(jié)約空間的 8 腳 DIP 和16 腳 SO 封裝。 電源消耗為 ，在關(guān)斷模式下可以減少至 10uW。優(yōu)異的 AC 特性和極低的電源消耗，同時及其容易的使用和較小的封裝尺寸使得 MAX187 能理想的應(yīng)用于遠(yuǎn)程 DSP 和傳感器，或者應(yīng)用于對電源消耗和空間極為苛刻的地方。 基于 AD620的優(yōu)點，本設(shè)計采用方案二。 壓力傳感器部分 應(yīng)變片式電阻傳感器按其測量電路（橋式）可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。但考慮到精度的問題，有以下兩種方案： 方案一：采用半橋式的傳感器，所謂半橋，即將電橋的四臂接入四應(yīng)變片。 6 其中：一片受拉，一片受壓，另外兩 應(yīng)變片不受力。所以誤差比較大而成精度相對來說還是不夠高。 方案二：采用全橋式的傳感器，所謂全橋，即將電橋的四臂接入四應(yīng)變片。兩片受拉，兩片受壓，因此全橋式等臂電橋的靈敏度最高而且靈敏度比半橋式的大一倍，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。其中全橋式 Hl8 傳感器比較好。 基于全橋式的壓力傳感器達(dá)到的精度較高的優(yōu)點，本設(shè)計采用方案二。 7 第三章 總體方案 工作原理 當(dāng)物體放在秤重盤上，壓力施給傳感器，該傳 感器會產(chǎn)生形變，而使之阻抗發(fā)生變化的，從而使激勵電壓產(chǎn)生改變，輸出一個變化的摸擬信號，該模擬信號通過 AD620芯片的電路放大，送給采用 MAX187芯片 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號，然后將信號送至 CPU 中央處理器進(jìn)行運算控制，同時采用 DS1302芯片來輸出時鐘信號送給 CPU， CPU 根據(jù)鍵盤命令及程序?qū)?shù)據(jù)傳送致 12864液晶顯示出來 。 基本工作原理框圖如下： 圖 31 基本工作原理框圖 系 統(tǒng)各模塊的最終方案 經(jīng)過仔細(xì)分析和論證，我們決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下： （ 1）控制器：采用 89C52 單片機 （ 2）顯示：采用 12864 液晶顯示 （ 3）時鐘芯片：采用 DS1302 芯片實現(xiàn) （ 4）放大器：采用 AD620 芯片實現(xiàn) （ 5） A/D 轉(zhuǎn)換器：采用 MAX187 芯片實現(xiàn) （ 6）壓力傳感器：采用型號 H18 的傳感器實現(xiàn) （ 7） 電源：采用177。 5V.+12V 電源供電 時鐘芯片 MCU AT8952 12864 顯示 鍵盤 報警 A/D轉(zhuǎn) 換 濾波 信號放大 傳感信號 信號 8 第四章 硬件電路的設(shè)計 單片機控制電路的設(shè)計 AT89S52 的簡介：（芯片介紹不能超 過 1 頁，挑重要的就行，不能長篇介紹） 近十幾年來，單片機在生產(chǎn)過程控制、自動檢測、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計算、商業(yè)管理和辦公室自動化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機具有體積小、重量輕、耗能省、價格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定位、汽車火花控制、交通自動管理和微波爐等專用控制上。近幾年來，單片機的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科