【正文】 心。 本文以單片機(jī) MCS51 系列的 AT89C51 集成電路為信息處理核心，提出電子秤的硬件設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)的分析了各單元的硬件電路，給出了儀器電路設(shè)計(jì)和軟件流程，及相關(guān)電路圖、原理圖，最后介紹了系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。此電子秤很大程度上滿足了應(yīng)用需求，具有很大的應(yīng)用前景。 Hardware design。電子秤的設(shè)計(jì)首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 、凈重顯示等特種功能。今后 ,隨著電子高科技的飛速發(fā)展 ,電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。 湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 電子秤整體方案 電子秤設(shè)計(jì)的整體方案是：傳感器采集到因壓力變化產(chǎn)生的電信號(hào)，但是一般這樣產(chǎn)生的電信號(hào)很小，需要利用放大電路將其放大，放大的電信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入 到微處理器中處理，微處理器處理后輸出信號(hào)控制顯示器顯示出來。 方案一：單片機(jī)作為主控制器 [1] 單片機(jī)控 作 為主控制器 其優(yōu)點(diǎn)有：可以做成專用的控制系統(tǒng)，程序被固化，可靠性較高，操作簡單，易于維護(hù) ， 并且 成本低 。 本文設(shè)計(jì)的簡易電子秤精度不需要很高，它需要控制器及程序被固化，并且工作放大電路 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 報(bào)警電路 主控制器 LCD 顯示 鍵盤輸入 2 總體方案 設(shè)計(jì) 3 環(huán)境適宜。 這種應(yīng)變片式傳感器是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。如圖 22 所示為常見的直流供電的平衡差動(dòng)測量電橋： R 1 ▲ R 1R 2 + ▲ R 2R 4 + ▲ R 4R 3 ▲ R 3E i nE o u t 圖 22 直流供電的平衡差動(dòng)測量電橋 圖中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的 敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。為此，測量電路中需要模擬放大環(huán)節(jié)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增列出了兩種方案。 優(yōu)點(diǎn)：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器 R6 可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。 方案二：采用專用儀表放大器 [12]，如： INA128， INA129 等。 基于以上分析，采用專用儀表放大器能跟好的滿足要求，我最終選擇了 INA128。 現(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本方法有十幾種，常用的有計(jì)數(shù)法、逐次比較法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。 由于電子秤需要設(shè)置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵），還具有確認(rèn)、清零等功能，總共需設(shè)置13 個(gè)鍵（包括一個(gè)復(fù)位鍵），其中復(fù)位可以單獨(dú)拿出 來。 3 4 矩陣式鍵盤共可以安裝 12 個(gè)鍵，但只需要 7 條測試線。 LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，其能夠多行顯示，并且能夠顯示漢字或英文字母，應(yīng)用于電子秤中能夠 更人性化，更容易操作。 超限報(bào)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(shí)，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SPEAKER 發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使二極管發(fā)光。 圖 31 硬件設(shè)計(jì)的總體思路 單片機(jī) AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器 ， 128 字節(jié) RAM， 32 個(gè)雙向 I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè) 中斷 源 ，一個(gè) 全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 AT89C51 的 P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口， P P2 和 P3 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，同時(shí) P3 口還作為 AT89C51 的一些特殊功能口 [16]。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 22pF[11]。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。 放大電路 傳感器 檢測電路的功能是 把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，本設(shè)計(jì)中選湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 用的是 CZAF605 電阻應(yīng)變式稱重傳感器，因?yàn)橥ㄟ^其得到的電壓信號(hào)很小，為所以還需要放大器放大信號(hào)。通過調(diào)節(jié) Rg 的阻值可以來改變放大倍數(shù)，使得輸出電壓在 A/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓要求范圍之內(nèi)。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。 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。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入 時(shí)鐘 脈沖 ， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)?如此所以他不能顯示圖形 。 LCD1602 與單片機(jī)的連接如圖 35。 鍵盤電路與單片機(jī)接口電路 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理：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。 矩陣式鍵盤的按鍵 識(shí)別方法 ： 確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種 “行掃描法 ”。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。下圖就是鍵盤電路與AT89S52 單片機(jī)接口電路圖。這一任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要靠程序來完成。 電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路交 流 2 2 0 V直 流 5 V 圖 38 直流穩(wěn)壓電源框圖 電源變壓器 T 將 220V的交流 電源變換成整流濾波電路所需要的 5V交流電壓。 具體的 5V電源電路如圖 39 所 示。 其次是根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。 根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，監(jiān)控軟件采用模塊技術(shù)設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)功能，將軟件分為若干個(gè)功能相對獨(dú)立的模塊，為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)程序流程圖。 主程序主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各子程序，上電啟動(dòng)后，系統(tǒng)初始化，單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)， 然后調(diào)用顯示子程序顯示重量，同時(shí)掃描鍵盤子程序，調(diào)用價(jià)格計(jì)算子程序計(jì)算價(jià)格并顯示出來。 ADC0832 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，須現(xiàn)將 CS 是能端置于低電平并且保存低電平直到完全結(jié)束。從第 4 個(gè)脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。最后將 CS 置高電平禁用芯片 。 3 4 鍵 盤L C D 初 始 化字 符 顯 示輸 入 完 畢界 面 字 符 顯 示有 功 能 鍵 按 下有 返 回 鍵 按 下調(diào) 用 L C D 顯 示原 地 跳 轉(zhuǎn)原 地 跳 轉(zhuǎn)YNNY 圖 43 鍵盤掃描子程序流程圖 4 電子秤系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 顯示子程序的設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常都需要進(jìn)行人 — 機(jī)對話。 設(shè)計(jì)顯示子程序的流 程圖如下圖 44 所示： 開 始L C D 初 始 化顯 示 w e i g h t ： p r i c e ：價(jià) 格 計(jì) 算 子 程 序稱 量掃 描 鍵 盤 輸 入是 否 清 零YNYN 圖 44 顯示子程序流程圖 湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 價(jià)格計(jì)算子程序的設(shè)計(jì) 價(jià)格計(jì)算子程序由鍵盤計(jì)價(jià)鍵控制，當(dāng)輸入單價(jià)后，在沒有清零的情況下，點(diǎn)計(jì)價(jià)鍵，計(jì)算出總價(jià)后，調(diào)用顯示子程序顯示出中重量。計(jì)算后的結(jié)果必須轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)顯示出來。這就需要一段比較程序以及一小段置 1 清 0 程序。軟件調(diào)試的方法是先分塊后組合 。 正式調(diào)試時(shí)，首先進(jìn)行總體調(diào)試，即觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況以便快速地發(fā)現(xiàn)存在的問題。軟件調(diào)試如圖 51 所示。檢查完畢，可用萬用表檢測儀下電路板正負(fù)電源之間的電阻，排除電源短路的可能。 換了正負(fù)極方向就可以了。具有如下的功能： 能用簡易鍵盤設(shè)置單價(jià)，能夠同時(shí)顯示重量和金額； 重量顯示：單位為千克；最大稱重為 千克，重量誤差不大于177。 研究展望 隨著現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展 ,而且更需向 多種功能的方向發(fā)展。其還有更高的性價(jià)比，更人性化的操作方式等。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是鄧?yán)蠋熑匀患?xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。 湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 參考文獻(xiàn) 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