【正文】 統(tǒng)工程。為適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)，保證產(chǎn)品技術(shù)性能的均一性，生產(chǎn)工藝必須向盡量減少手工操作、人為控制，增加半自動化和自動化工序方向發(fā)展。例如：采用計(jì)算機(jī)控制，人機(jī)一體化工藝系統(tǒng)和測試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)等。 課題任務(wù)及要求本次畢業(yè)設(shè)計(jì)擬利用重量檢測元件結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)一個能實(shí)時顯示物體重量的智能微型電子秤。系統(tǒng)的硬件包括重量測量裝置、功能鍵及顯示電路、報警電路、中央控制器等部分。要求該系統(tǒng)特征及主要控制功能為：(1) 以MCS51單片機(jī)為處理核心；(2) 把被測量轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換為05V，送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；(3) 采用按鍵作為功能鍵，設(shè)定量程；(4) 用LED數(shù)碼管實(shí)時顯示物品的重量值；(5) 當(dāng)過載時，發(fā)報警信號；2 系統(tǒng)方案論證與選型按照本設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由6個部分組成：控制器部分、測量部分、報警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、按鍵部分、和電路電源部分。壓力傳感器A/D轉(zhuǎn)換器放大電路AT89S52單片機(jī)按鍵LED顯示報警 設(shè)計(jì)思路框圖測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計(jì)為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜訟/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴(kuò)展I/O的控制，對鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。 控制器部分本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。再則由于系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶EPROM的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存儲在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展存儲器，這樣電路也可簡化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在這里選用ATMENL生產(chǎn)的AT89SXX系列單片機(jī)。AT89SXX系列與MCS51相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器，使程序?qū)懭敫臃奖悖坏诙?，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。此外價格低廉、性能比較穩(wěn)定的MCPU，具有8K8ROM、2568RAM、2個16位定時計(jì)數(shù)器、4個8位I/O接口。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。最后我們最終選擇了AT89S52這個比較常用的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。AT89S52內(nèi)部帶有8KB的程序存儲器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。 測量部分在設(shè)計(jì)中,傳感器是一個十分重要的元件,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價比等等.，但考慮實(shí)際因素，最終采用了學(xué)校試驗(yàn)箱中自帶的傳感器及其放大電路。該傳感器為電阻應(yīng)變式壓力（稱重）傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器的原理為彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。電阻應(yīng)變式稱重傳感器有多種形式，使用最多的為橋路形式，R1～R4：為應(yīng)變片RX：10K 多圈調(diào)零電位器R0：溫度補(bǔ)償電阻E：傳感器橋壓△V：傳感器輸出 橋路壓力傳感器當(dāng)橋路中的某臂電阻發(fā)生變化時，橋路就不平衡，橋路輸出的變化量就反映了壓力的變化量。該變化量通過二級放大，將微弱信號放大到A/D 轉(zhuǎn)換器可以分辨的模擬信號。A/D 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用CPU 采集并存儲采集到的數(shù)據(jù)。壓力傳感器量程為600g，將壓力傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成8 位數(shù)字量信號。設(shè)定空載時（），510g ，平均每2g 對應(yīng)1LSB 變化量。壓力的報警值為500g。在測量過程中，當(dāng)壓力超過容限后，通過電壓比較器開通硬件報警電路報警。另外，在當(dāng)壓力超出量程后，輸入A/D 的模擬信號也有過壓保護(hù)，不會損壞A/D 轉(zhuǎn)換器。使用壓力傳感器時必須有自帶的放大電路，由于使用學(xué)校試驗(yàn)箱自帶傳感器，所以同事使用了其附帶的放大電路。 壓力測量電路上圖中，RW5A為測壓系統(tǒng)零點(diǎn)調(diào)節(jié)器，用戶可以利用該電位器調(diào)節(jié)零點(diǎn)。調(diào)零方法：用萬用表測量壓力測量模塊的PDetect端電壓，調(diào)節(jié)電位器RW5A，使之為零伏。RW6A為測壓系統(tǒng)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)出廠時已設(shè)定好。放大倍數(shù)調(diào)節(jié)方法：先調(diào)零，托盤放200g法碼，用萬用表測量PDetect端電壓，調(diào)節(jié)電位器RW6A，使之為 。 A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，按轉(zhuǎn)換原理可分為4種，即計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。(1) 并行比較A/D轉(zhuǎn)換器：如ADC080 ADC0809等 。并行比較ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在1GSPS以上，通常稱為“閃爍式”ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的ADC所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時間延遲等。(2) 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ADS780ADS7804等。逐次逼近型ADC是應(yīng)用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型ADC的優(yōu)點(diǎn)：高速，采樣速率可達(dá) 1MSPS；與其它ADC相比，功耗相當(dāng)?shù)?；在分辨率低?2位時，價格較低。缺點(diǎn)：在高于14位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進(jìn)行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。(3)積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL713ICL710ICL154MC14433等。積分型ADC又稱為雙斜率或多斜率ADC，是應(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時間間隔。與此同時，在此時間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。積分型ADC兩次積分的時間都是利用同一個時鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來確定，因此所得到的表達(dá)式與時鐘頻率無關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓VR。此外，由于輸入端采用了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類ADC主要應(yīng)用于低速、精密測量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點(diǎn)是：分辨率高，可達(dá)22位；功耗低、成本低。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在12位時為100～300SPS。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般直接用A/D模數(shù)接口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，A/D模數(shù)接口電路是由A/D轉(zhuǎn)換器承擔(dān)此任務(wù)。設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器用的是ADC0809轉(zhuǎn)換器，它是8路8位逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，能分時地對8路模擬量信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時間短，滿足題目要求的“實(shí)時采樣”，%上下，比較適中，適用于一般場合。所以本次設(shè)計(jì)采用ADC0809芯片做為A/D轉(zhuǎn)換器。 數(shù)據(jù)顯示、報警、電源、按鍵部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示是電子秤的一項(xiàng)重要功能，是人機(jī)交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇。的組成有以下兩種方案可供選擇：一是 LED數(shù)碼管顯示,二是LCD液晶顯示兩種選擇.考慮到本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)要求，價格等因素，最終選擇LED來作為數(shù)據(jù)顯示。智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯、當(dāng)測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設(shè)置的上下限時為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。超限報警電路是由單片機(jī)的I/O口來控制的，當(dāng)稱重物體重量超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量時，通過程序使單片機(jī)的I/O值為高電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時使報警燈發(fā)光。該設(shè)計(jì)從簡單實(shí)用發(fā)面考慮設(shè)計(jì)了2個按鍵來完成量程的選擇，分別的量程的加減。電源部分設(shè)計(jì)電源電路同時外接5V電源為整個設(shè)計(jì)供電。3 基于單片機(jī)電子秤的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求與思路，此電路由此電路由一塊AT89S5時鐘電路、復(fù)位電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、按鍵輸入電路、LED顯示電路、報警電電路、電源部分構(gòu)成。（AT89S52與復(fù)位電路時鐘電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)）。按鍵輸入電路AT89S52時鐘電路復(fù)位電路LED顯示電路報警電路A/D轉(zhuǎn)換電路電源 硬件系統(tǒng)框圖在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時會產(chǎn)生電信號，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為0～20mV，對A/D轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對輸出的信號進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號和速度傳感器輸出的速度信號計(jì)算出物體的重量。 AT89S52的最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)芯片AT89S52介紹單片機(jī)采用MCS51系列單片機(jī)。由ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個看門狗（WDT）定時/計(jì)數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強(qiáng)制整個系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器,2個全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89S52芯片 單片機(jī)引腳管說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙