【正文】 +5V。ADC0832的接口電路正常情況下，ADC0832與單片機(jī)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(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)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(hào)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(shí)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(bǔ)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(lán)，屏蔽:黃 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)各種A/D轉(zhuǎn)換器的介紹與分析，本設(shè)計(jì)選定ADC0832作為本設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，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(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。其最小系統(tǒng)電路圖見圖33所示：圖33 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖對(duì)于AT89S51單片機(jī)，其最小系統(tǒng)只需要電源、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路就能工作。要使AT89S51只訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000HFFFFH)， 這時(shí)該引腳必須保持低電平。ALE/PROG：訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ALE脈沖；PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)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(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。端口置1時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，可作為高位地址輸出；內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息；P3口：P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。VCC/GND：電源/接地引腳；P0口：P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1(對(duì)端口寫1)時(shí)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(chǔ)器。3 硬件設(shè)計(jì) 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(jī)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)廉的方案。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)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(jìn)程。（2）單片機(jī)性能應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)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(hào)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(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換。主要用于音頻和測(cè)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(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)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(shì)必產(chǎn)生一定的誤差。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個(gè)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(jì)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(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)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(gè)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(jì)算公式。一般來說，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，但是對(duì)于一些特殊的秤體，如電子吊秤，就只能采用一個(gè)傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千Kg，計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000～1/10000，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(cè)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(shí)，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)（進(jìn)動(dòng)）。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(cè)出振蕩頻率。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力，進(jìn)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(cè)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(jí)線圈的感應(yīng)電壓也變化。極板有兩塊，一塊是固定不動(dòng)的，另一塊是可移動(dòng)的。當(dāng)承重臺(tái)上放有被測(cè)物時(shí)，杠桿的一端向上傾斜；光電件檢測(cè)出傾斜度信號(hào)，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(cè)物重力P作用時(shí)，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(hào)。國(guó)際法制計(jì)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(duì)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(jí)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(jì)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(jí)商貿(mào)秤的準(zhǔn)確度，嘗試改小電子秤的分度值，擴(kuò)大電子秤的分度數(shù)，以便達(dá)到高精度稱量的目的。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)超重報(bào)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(jī)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(jià)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(jià)、重量及總價(jià)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(jí)檢定時(shí)允許的最大偏差。 電子秤的計(jì)量參數(shù)電子秤的計(jì)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(jí)等。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)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(jì)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(jiǎn)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(shì)以及本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)；第二章為總體設(shè)計(jì)部分，簡(jiǎn)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(jì)，以及對(duì)各種方案的選擇做出了比較；第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分，主要是通過對(duì)各種模塊的介紹以及對(duì)電路功能的分析，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì)，得出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，主要介紹了系統(tǒng)各部分軟件的設(shè)計(jì)流程，給出了簡(jiǎn)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(duì)本課題的總結(jié)，以及對(duì)存在的問題進(jìn)行歸納和進(jìn)一步研究的方向。軟件部分由C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)量范圍可以任意設(shè)定；硬件能夠依據(jù)不定的程序進(jìn)行修改和擴(kuò)展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可使用不同的語(yǔ)言，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行通信。集成化：對(duì)于某些品種和結(jié)構(gòu)的電子衡器，可以實(shí)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(dá)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(guó)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(kuò)大。在國(guó)際上，一些發(fā)達(dá)國(guó)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(dá)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(chǎng)上有多種規(guī)格可供選擇，而且可以針對(duì)彈性敏感元件的形式可以靈活設(shè)計(jì)來適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展，從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。目前市場(chǎng)上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運(yùn)行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，易損壞，維修困難，裝機(jī)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(jìn)一步發(fā)展，電子稱重技術(shù)及其應(yīng)用范圍將更進(jìn)一步的發(fā)展，并被人們?cè)絹碓街匾?。我?guó)的衡器在20世紀(jì)40年代以前還全是機(jī)械式的，40年代開始發(fā)展了機(jī)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(hào)，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個(gè)單元承擔(dān)著控制和檢驗(yàn)功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動(dòng)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(jī)。在1954年使用了帶新式打印機(jī)的傾斜杠桿式秤，其輸出信號(hào)能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機(jī)構(gòu)與代替人工操作的按鍵與辦公機(jī)器聯(lián)用。特別是近30年以來，工藝流程中的現(xiàn)場(chǎng)稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)等工作，都離不開能輸出電信號(hào)的電子衡器。隨著稱重傳感器各項(xiàng)性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國(guó)外如美國(guó)、%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在70年代中期約對(duì)75 %的機(jī)械秤進(jìn)行了機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動(dòng)化等特點(diǎn)，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(gè)部門。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機(jī)體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計(jì)量衡器。 電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 電子秤的研究現(xiàn)狀近幾年，我國(guó)的電子稱重系統(tǒng)從最初的機(jī)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(hào)，并通過控制電路來處理該電信號(hào)。并且應(yīng)變片的輸出信號(hào)很小、線性范圍窄，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，有待進(jìn)一步開發(fā)。目前，電子秤在稱量速度方面需要進(jìn)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(jì)算機(jī)組合或開發(fā)稱重用計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)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(jì)價(jià)秤能與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的綜合控制系統(tǒng)。 本文的結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，單片機(jī)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(cè)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(jí)分類標(biāo)志及等級(jí)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(jì)按照設(shè)計(jì)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(bào)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(jì)采用LM4229液晶顯示，對(duì)各部分的控制由采用C語(yǔ)言編程的軟件來實(shí)現(xiàn)。表22為Ⅲ級(jí)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(gè)分度數(shù)之后的實(shí)際稱量精度逐漸變低，實(shí)際誤差不斷加大。%，使用中為177。在各種衡器和質(zhì)量計(jì)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(duì)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