【正文】 +5V。ADC0832的接口電路正常情況下，ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI，但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO與DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制；178。 ：片選端，低電平芯片使能；178。 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32uS；178。 8位分辨率；178。最小靜載荷%Fmax1最大安全載荷%Fmax150極限過載荷%Fmax200輸入電阻415～445輸出電阻349～355溫度補償范圍℃10～+50使用溫度范圍℃20～+60接線方式輸入（+）:紅,輸入（）:白，輸出（+）:綠輸出（）:藍，屏蔽:黃 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計根據(jù)對各種A/D轉(zhuǎn)換器的介紹與分析，本設(shè)計選定ADC0832作為本設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)此輸入端保持兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，可以完成復(fù)位操作。復(fù)位電路基本功能是在系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。其最小系統(tǒng)電路圖見圖33所示：圖33 單片機最小系統(tǒng)圖對于AT89S51單片機，其最小系統(tǒng)只需要電源、復(fù)位電路、時鐘電路就能工作。要使AT89S51只訪問外部程序存儲器(地址為0000HFFFFH)， 這時該引腳必須保持低電平。ALE/PROG：訪問外部存儲器時，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個ALE脈沖；PSEN：外部程序存儲器的選通信號輸出端。復(fù)位后P0—P3口均置1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2口在存取外部存儲器時，可作為高位地址輸出；內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息；P3口：P3是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時可驅(qū)動4個TTL。VCC/GND：電源/接地引腳；P0口：P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1(對端口寫1)時作高阻抗輸入端；P0還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來操作外部存儲器。3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖31為系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)方框圖，系統(tǒng)共分為三大部分：數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊以及鍵盤和顯示模塊。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。與研制周期有關(guān)的另一個重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進程。（2）單片機性能應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機的性能，選擇最容易實現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號，而且能達到較高的性能價格比。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平，通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。（4）A/D轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。不同類型的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換。主要用于音頻和測量。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。（3）并行比較型/串并行比較型并行比較型ADC采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱Flash(快速)型。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。目前有多種類型的A/D轉(zhuǎn)換器，其類型有積分型、逐次逼近型、并行比較型、ΣΔ調(diào)制型、壓頻變換型等。由于彈性梁材料金相組織的不均勻性及熱處理工藝、應(yīng)變片性能及粘貼工藝、溫度變化等因素的影響，傳感器勢必產(chǎn)生一定的誤差。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。若不考慮Rm，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為： （22）由于橋臂的起始電阻全等，即R1=R2=R3=R4=R，所以V=0。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中通過橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，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。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對于正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。（3）各種類型傳感器的使用范圍稱重傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱重安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議。公式21給出了傳感器量程選擇的計算公式。一般來說，秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器，但是對于一些特殊的秤體，如電子吊秤，就只能采用一個傳感器，一些機電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實際情況來確定選用傳感器的個數(shù)。電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千Kg，計量準(zhǔn)確度達1/1000～1/10000，結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性較好，大部分電子衡器均使用此傳感器。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動（進動）。陀螺儀式傳感器，轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中，以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩，并可測出振蕩頻率。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。測出固有頻率的變化，即可求出被測物作用在彈性元件上的力，進而求出其質(zhì)量。磁極變形式傳感器：原理為鐵磁元件在被測物體重力下發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)力引起導(dǎo)磁率的變化，隨之，繞在鐵磁元件兩側(cè)的次級線圈的感應(yīng)電壓也變化。極板有兩塊，一塊是固定不動的，另一塊是可移動的。當(dāng)承重臺上放有被測物時，杠桿的一端向上傾斜；光電件檢測出傾斜度信號，經(jīng)放大后流入線圈，產(chǎn)生電磁力，使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。液壓式傳感器：在受被測物重力P作用時，液壓油的壓力增大，增大的程度與P成正比。碼盤式傳感器的碼盤是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃，上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號。國際法制計量組織(OIML)規(guī)定，傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70％，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ。%的正確性、合理性與必要性。分度數(shù)再高其允差也是不變的。2000e m≤Max177。表22 Ⅲ級數(shù)字顯示商用衡器允差表允差e（檢定分度值）檢定要求使用中要求m 500e177。 系統(tǒng)各部分設(shè)計方案論證 電子秤分度數(shù)的設(shè)定當(dāng)前，一些單位為了提高Ⅲ級商貿(mào)秤的準(zhǔn)確度，嘗試改小電子秤的分度值，擴大電子秤的分度數(shù)，以便達到高精度稱量的目的。在擴展功能上，本設(shè)計增加了一個超重報警提示。其中，數(shù)據(jù)采集模塊包括稱重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路；最小系統(tǒng)模塊由AT89S51單片機及其外圍電路組成；鍵盤由44位矩陣鍵盤組成，可以控制顯示商品種類和價錢等信息；顯示部分采用LM4229液晶顯示，顯示當(dāng)前商品的名稱、單價、重量及總價等信息。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max=n*d。（4）允許誤差：等級檢定時允許的最大偏差。 電子秤的計量參數(shù)電子秤的計量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、安全載荷、額定載荷、允許誤差、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。全文共分為五章，各章主要內(nèi)容如下：第一章為緒論部分，簡要介紹了選題的背景及意義、電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢以及本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)；第二章為總體設(shè)計部分，簡要介紹了電子秤的結(jié)構(gòu)及工作原理，論證了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計，以及對各種方案的選擇做出了比較；第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計部分，主要是通過對各種模塊的介紹以及對電路功能的分析，對系統(tǒng)硬件進行了選型和設(shè)計，得出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計部分，主要介紹了系統(tǒng)各部分軟件的設(shè)計流程，給出了簡單的程序；第五章為系統(tǒng)軟件仿真；第六章為總結(jié)與展望，主要是對本課題的總結(jié)，以及對存在的問題進行歸納和進一步研究的方向。軟件部分由C語言編程，實現(xiàn)對各部分的控制。組合性：在工業(yè)生產(chǎn)過程或工藝流程中，不少稱重系統(tǒng)還應(yīng)具有可組合性，即：測量范圍可以任意設(shè)定；硬件能夠依據(jù)不定的程序進行修改和擴展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可使用不同的語言，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進行通信。集成化：對于某些品種和結(jié)構(gòu)的電子衡器，可以實現(xiàn)承載器與稱重傳感器一體化或承載器、稱重傳感器與稱重顯示控制器一體化。為使電子衡器的承載器達到小、薄、輕，開始采用重量輕且剛度大的空心波紋銅板和方形閉合截面的薄壁型材。在稱重傳感器方面，國外產(chǎn)品的品種和結(jié)構(gòu)又有創(chuàng)新，技術(shù)功能和應(yīng)用范圍不斷擴大。在國際上，一些發(fā)達國家在電子稱重方面，從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達到了較高的水平。其中壓力傳感器大多數(shù)采用電阻應(yīng)變片壓力傳感器，由于應(yīng)變片的體積較小，市場上有多種規(guī)格可供選擇，而且可以針對彈性敏感元件的形式可以靈活設(shè)計來適應(yīng)各種應(yīng)用場合的要求，所以應(yīng)變片式壓力傳感器得到廣泛的應(yīng)用。電子稱重技術(shù)逐漸從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展，從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展。目前市場上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)整時間長，易損壞，維修困難，裝機容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高。隨著稱重傳感器技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路和微處理器的進一步發(fā)展，電子稱重技術(shù)及其應(yīng)用范圍將更進一步的發(fā)展，并被人們越來越重視。我國的衡器在20世紀40年代以前還全是機械式的，40年代開始發(fā)展了機電結(jié)合式的衡器。這是由于電子衡器不僅能給出質(zhì)量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔(dān)著控制和檢驗功能，從而推進工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化。在1960年開發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專門稱重值打印機。在1954年使用了帶新式打印機的傾斜杠桿式秤，其輸出信號能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機構(gòu)與代替人工操作的按鍵與辦公機器聯(lián)用。特別是近30年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出電信號的電子衡器。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國外如美國、%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在70年代中期約對75 %的機械秤進行了機電結(jié)合式的電子化改造。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣環(huán)境下工作、便于與計算機技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動化等特點，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個部門。相比傳統(tǒng)的機械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計量衡器。 電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 電子秤的研究現(xiàn)狀近幾年，我國的電子稱重系統(tǒng)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。在研究方法上，電子稱重系統(tǒng)的工作原理一般是將作用在承載器上的質(zhì)量或力的大小，通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并通過控制電路來處理該電信號。并且應(yīng)變片的輸出信號很小、線性范圍窄，而且動態(tài)響應(yīng)較差，有待進一步開發(fā)。目前，電子秤在稱量速度方面需要進一步的研究。小型化：體積小、高度低、重量輕，即小薄輕。智能化：與電子計算機組合或開發(fā)稱重用計算機，利用計算機的智能來增加稱重顯示控制的功能，使其在原有功能的基礎(chǔ)上增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等功能。這就要求電子計價秤能與電子計算機聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。 本文的結(jié)構(gòu)本設(shè)計是以AT89S51為核心的一種高精度電子秤，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計法，其硬件結(jié)構(gòu)主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、鍵盤和顯示模塊。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。（2）稱重傳感器即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，單片機發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示。（3）額定載荷：電子秤的正常稱量范圍。（6）分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。表21 電子秤等級分類標(biāo)志及等級電子秤種類分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度基準(zhǔn)衡器n100,000高準(zhǔn)確度精密衡器10,000n≤100,000中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器1,000n≤10,000普通準(zhǔn)確度粗衡器100n≤1,000 總體方案設(shè)計按照設(shè)計的基本要求，可以確定系統(tǒng)共分為五大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、最小系統(tǒng)模塊、超重報警模塊、鍵盤和顯示模塊。其稱重范圍為0～5Kg。顯示電路設(shè)計采用LM4229液晶顯示，對各部分的控制由采用C語言編程的軟件來實現(xiàn)。表22為Ⅲ級商業(yè)秤誤差要求。177。從0～500分度數(shù)為低精度稱量段，到高于3000個分度數(shù)之后的實際稱量精度逐漸變低，實際誤差不斷加大。%，使用中為177。在各種衡器和質(zhì)量計量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合衡量傳感器準(zhǔn)確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱重傳感器。光電式傳感器包括光柵式和碼盤式兩種。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路