【正文】 式 電容傳感器分為三種：變極距式、變面積式、變介質(zhì)式。當(dāng)在秤盤上施加重物時(shí)， 彈性元件 活動(dòng)端帶動(dòng)定極板 1向下移動(dòng)平板電容，兩極板之間的距離 6發(fā)生變化，從而改變了平板電容器的電容量。 電阻應(yīng)變式 電阻應(yīng)變式稱重傳感器之所以能作為質(zhì)量 —電量的轉(zhuǎn)換元件，是基于金屬絲在受拉 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 或受壓后會(huì)發(fā)生彈性形變，其電阻值也隨之產(chǎn)生相應(yīng)的 變化這一物理特性實(shí)現(xiàn)的。目前電阻應(yīng)變片式稱重傳感器的測(cè)量形式主要有懸臂梁式、平行梁式、柱式、 S 型式、輪輻式等等 ，如圖 。 近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，電阻應(yīng)變式稱重傳感器已開始從工業(yè)電子衡器領(lǐng)域發(fā)展到商業(yè)和家用電子衡器領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、輕工、食品 、 郵電等部門，已經(jīng)成為應(yīng)用較多 、 較廣泛的傳感器形式。 方案二：采用 STC89C52 作為主控芯片；顯示部分采用 12864LCD 液晶顯示；稱重傳感器采用雙孔平衡梁式，電阻應(yīng)變式；惠斯通電橋輸出信號(hào)利用 LM324 組成差動(dòng)放大電路進(jìn)行放大； AD 轉(zhuǎn)換部分采用 11 通道 12 位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 TLC2543；存儲(chǔ)部分采用 AT24C02；鍵盤操作采用 44 矩陣鍵盤；電源為獨(dú)立電源。 系統(tǒng)組成及基本工作原理 圖 系統(tǒng) 組成 框圖 系統(tǒng)框圖如圖 所示 。當(dāng)有物體放在托盤內(nèi)，由于電阻應(yīng)變片 形變產(chǎn)生電壓的變化，稱重傳感器輸出電壓信號(hào)，微弱信號(hào)通過運(yùn)放的放大，使之轉(zhuǎn)變成 0 ~ 5V 信號(hào)，再由 TLC2543 轉(zhuǎn)換成單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主控 電路 部分 設(shè) 計(jì) 單片機(jī)的選用 與基本特性 主控部分采用宏晶科技公司的 STC89C52RC 單片機(jī)， STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051單片機(jī)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)連接圖 （ 1） P0 口作為 12864LCD 顯示的數(shù)據(jù)口，主要向液晶內(nèi)部寫指令和需要顯示的數(shù)據(jù)，由于 P0 口是開漏方式 輸出，單片機(jī)內(nèi)部沒有上拉電阻，所以，需要外接上拉電阻，如圖所示，接 10KΩ 的排阻。 電源部分 設(shè)計(jì) 獨(dú)立電源供電 獨(dú)立電源部分采用 L7805 對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)壓，使其對(duì)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定、連續(xù)、可靠。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 主要性能 最大輸出電流 輸出電壓 5V 內(nèi)部熱過載保護(hù) 內(nèi)部短路、過流保護(hù) 輸出晶體管安全區(qū)保護(hù) 工作溫度范圍 ﹣ 65 ~ 150 176。 圖 電源接口圖 （ 1）外部電源接口部分 外部電源接口包括獨(dú)立電源接口 POWER 和非獨(dú)立電源接口 POWER2 兩部分。 （ 2）穩(wěn)壓部分 根據(jù) L7805 的 數(shù)據(jù)手冊(cè) 提供的典型應(yīng)用電路，輸入輸出兩端接電解電容，主要是為 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 了穩(wěn)壓 ， D4 是為了防止電流倒流損壞器件。每 個(gè)接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。主要應(yīng)用在 EIA/TIA232E、電池供電系統(tǒng)、終端、調(diào)制解調(diào)器、計(jì)算機(jī)等方面。C 至 70176。C 至 150176。延長(zhǎng)在極限參數(shù)條件下的工作時(shí)間會(huì)影響器件的可靠性。 MAX232 內(nèi)部邏輯如圖 所示。 mv/V 綜合誤差 177。%/176。2 Ω 絕緣阻抗 ≥5000 MΩ 安全過載率 120 % 極限過載率 200 % 工作溫度范圍 30 ~ 70 176。 圖 傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 電橋接入 電阻應(yīng)變片時(shí)，即為應(yīng)變橋，四個(gè)橋臂接入應(yīng)變片連接成全臂橋。如圖 所示為傳感器接口， 接口 2 和 接口 3 為電橋差動(dòng)電壓輸出端。設(shè) 為放大輸出電壓， 為輸入電壓， Rs 為信號(hào)源內(nèi)阻， Ri 為放大器的輸入內(nèi)阻，則有電壓放大倍數(shù) 的表達(dá)式 根據(jù)表達(dá)式 ()可知，放大器的放大能力將隨信號(hào)大小而變。因此，要求放大器具有較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。 特點(diǎn) 寬增益帶寬： 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁 低供給電流： 375μA 低補(bǔ)償電流： 20nA 低輸入補(bǔ)償電壓： 5mV max 單電源工作范圍： +3V ~ +30V 雙電源工作范圍： 177。 設(shè) R1 = R5 ， R3 = R6 ， R4 = R7則 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 即 所以輸出電壓 當(dāng) 時(shí)， 中電流為零， ，輸出電壓 。 AD 轉(zhuǎn)換部分 設(shè)計(jì) AD 部分采用 12 位高精度 的 AD 轉(zhuǎn)換芯片 TLC2543，把稱重傳感器通過放大電路放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的邏輯數(shù)字信號(hào)。這些器件可以從主機(jī)高速傳輸數(shù)據(jù)。這些器件中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻抗的基準(zhǔn)電壓，具有簡(jiǎn)化比率轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點(diǎn)。 圖 TLC2543 管腳圖 地址位 在 I/O CLOCK 的前 4 個(gè)上升沿將 ADDRESS 端呈現(xiàn)的下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期的 4 位模擬通道選擇位（ MSB 在前）輸入地址寄存器。模擬輸入的采樣開始于第 4 個(gè) I/O CLOCK 的下降沿，而采樣一直持續(xù) 6 個(gè) I/O CLOCK 周期。在轉(zhuǎn)換過程的第一步，通過同時(shí)接通 Sc 開關(guān)和所有的ST 開關(guān)對(duì)模擬輸入采樣。驅(qū)動(dòng)源的阻抗必須小于或等于 1kΩ GND 地?；鶞?zhǔn)電壓的正端（通 常為 VCC）被加到 REF+。 DATA OUT 在 CS 為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，而當(dāng) CS 為低時(shí)處于激活狀態(tài)。 一個(gè) 4 位的串行地址選擇下一個(gè)即將被轉(zhuǎn)換的所需的模擬輸入或測(cè)試電壓。在第 4個(gè)上升沿之后多路器地址有效 I/O CLOCK 的第 4個(gè)下降沿，在選定的多路器輸入端上的模擬輸入電壓開始向電容器充電并繼續(xù)到 I/O CLOCK 的第十個(gè)下降沿 9 位移出 DATA OUT 端 I/O CLOCK 的第十個(gè)下降沿它將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部的狀態(tài)控制器 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束端。這個(gè)電容的節(jié)點(diǎn) 1024被切換到 REF+電壓，而在這個(gè)多級(jí)連接中的所有其它電容器的相同節(jié)點(diǎn)被切換到REF。對(duì)逐次逼近過程的每一步，初始的電荷在電容器間被重新分配。必須注意避免靠近在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)使 CS 變低，因?yàn)檫@樣輸出數(shù)據(jù)會(huì)受到干擾。當(dāng)輸入信號(hào)等于或高于 REF+時(shí)，數(shù)字輸出為滿度；當(dāng)輸入信 號(hào)等于或低于 REF時(shí)，數(shù)字輸出為零。然后，串口向 ADDRESS 端提供 4 位通道地址，同時(shí) I/O時(shí)鐘序列輸入 I/O CLCOK。 圖 使用 CS 時(shí)， 11 至 16 時(shí)鐘傳送時(shí)序圖（串行傳送短于轉(zhuǎn)換時(shí)間） 圖 不使用 CS 時(shí)， 16 時(shí)鐘傳送時(shí)序圖（串行傳送短于轉(zhuǎn)換時(shí)間） 從時(shí)序圖可以看出，在 TLC2543 的 片選（ CS） 變低時(shí)開始轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送， CPU將通道選擇、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇、前導(dǎo)選擇、單雙極性選擇的控制信息送入 DATA INPUT 腳的同時(shí)，還從 DATA OUT 腳讀出 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。在 I/O CLOCK 上升沿時(shí)數(shù)據(jù)變化。 圖 TLC2543 接口圖 顯示部分 設(shè)計(jì) 顯示部分采用大屏幕的液晶屏 12864，用戶界面友好，單價(jià)、重量、總金額和物品類別等多項(xiàng)數(shù)據(jù)值 可以很直觀地進(jìn)行顯示。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。C ~ +55176。 表 管腳功能描述 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC ~ 電源正 3 V0 H/L 對(duì)比度（亮度）調(diào)節(jié) 4 RS(CS) H/L RS=“H”，表示 DB7—DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”，表示 DB7—DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(STD) H/L R/W=“H”， E=“H”，數(shù)據(jù)被讀到 DB7—DB0 R/W=“L”， E=“H→L” ， DB7—DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7~14 DB0~DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式 L：串口方式 16 NC 空腳 17 H/L 復(fù)位端，低電平有效（見注釋 2） 18 NC 空腳 19 LEDA VDD 背光源正端（ +5V）（見注釋 3） 20 LEDK VSS 背光源負(fù)端（ 0V）（見注釋 3） 控制器接口信號(hào)說明 RS、 R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式 ，見表 ； E 信號(hào)的狀態(tài)選擇決定數(shù)據(jù)讀寫的 2 種模式，功能見表 。利用 STATUS RD指令，可以將 BF 讀到 DB7 總線，從而檢 驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。 顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM） 模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù) RAM 提供 642 個(gè)位元組的空間，最多可控制 4 行 16 字（ 64 個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù) RAM 時(shí)，可分別顯示 CGROM 與 CGRAM 的字型： 此模塊可顯示三種字型，分別是半角英文數(shù)字型（ 168）、 CGRAM 字型及 CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在 DDRAM 中寫入的編碼選擇，在 0000H—0006H 的編碼中（其代碼分別是 0000、 000 000 0006 共 4 個(gè)）將選擇 CGRAM 的自定義字型， 02H—7FH 的編碼中將選擇半角英文數(shù)字的字型，至于 A1 以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)位元組，組合兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼 BIG5（ A140—D75F），GB（ A1A0—F7FFH）。 鍵盤 控制部分 設(shè)計(jì) 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖所示。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線和行線直接接到單 片機(jī)的 I/O口。矩陣鍵盤如圖 。 AT24C02有一個(gè) 16 字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過 I2C 總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式 ，通過器件地址輸入端 A0、 A1和 A2可以實(shí)現(xiàn)將最多 8個(gè) AT24C01 和 AT24C02器件， 4個(gè) AT24C04器件， 2個(gè) AT24C08器件和 1個(gè)AT24C16器件連接到總線上。C ~ +75176。C） ： 焊接溫度 （ 10秒 ） ： 300176。 起始信號(hào)： 時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低跳變作為 I2C總線的起始信號(hào)。 8位從器件地址的高 4位固定為 1010。在主器件發(fā)送起始信號(hào)和從器件地址字節(jié)后， AT24C02監(jiān)視總線并當(dāng)其地址與發(fā)送的從地址相符時(shí)響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)（通過 SDA線）。 AT24C02在接收到起始信號(hào)和從器件地址之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個(gè) 8位字節(jié)之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。 用頁寫， AT24C02可以一次寫入 16個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 圖 字節(jié)寫時(shí)序 如果在發(fā)送停止信號(hào)之前主器件發(fā)送超過 P+1個(gè)字節(jié)，地址計(jì)數(shù)器將自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。如果 AT24C02正在進(jìn)行內(nèi)部寫操作，不會(huì)發(fā)送應(yīng)答 信號(hào)。 對(duì) AT24C02讀操作的初始化方式和寫操作時(shí)一樣，僅把 R/W位置為 1，有三種不同的讀操作方式：立即地址讀、選擇讀和連續(xù)讀。 AT24C02接收到從器件地址信號(hào)后（ R/W位置 1），它首先發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，然后發(fā)送一個(gè) 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)。 連續(xù)讀操作可通過立即讀或選擇性讀操作啟動(dòng)，在 AT24C02發(fā)送完一個(gè) 8位字節(jié)數(shù) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁 據(jù)后，主器件產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)來響應(yīng)，告知 AT24C02主器件要求更多的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)每個(gè)主機(jī)產(chǎn)生的應(yīng)答信號(hào) AT24C02將發(fā)送一個(gè) 8位數(shù)據(jù)字節(jié)。當(dāng)讀取的字節(jié)超過E（對(duì)于 AT24C02 E=255）計(jì)數(shù)器將翻轉(zhuǎn)到零并繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 圖 選擇讀時(shí)序圖 從 AT24C02輸出的數(shù)據(jù)按順序由 N到 N+1輸出。 圖 立即地址讀時(shí)序圖 選擇性讀操作允許主器件對(duì)寄存器的任意字節(jié)進(jìn)行讀操作，主器件首先通過發(fā)送起始信號(hào)、從器件地址和它想讀取的字節(jié)數(shù)據(jù) 的地址執(zhí)行一個(gè)偽寫操作。也就是說，如果上次讀 /寫的操作地址為 N，則立即讀的地址從地址 N+1開始。 圖 頁寫時(shí)序圖