【正文】 心。 本文以單片機 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計方案，詳細的分析了各單元的硬件電路，給出了儀器電路設計和軟件流程，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用需求，具有很大的應用前景。 Hardware design。電子秤的設計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。 、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。 湖北科技學院學士學位論文 2 2 總體方案設計 電子秤整體方案 電子秤設計的整體方案是：傳感器采集到因壓力變化產(chǎn)生的電信號，但是一般這樣產(chǎn)生的電信號很小，需要利用放大電路將其放大，放大的電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入 到微處理器中處理，微處理器處理后輸出信號控制顯示器顯示出來。 方案一：單片機作為主控制器 [1] 單片機控 作 為主控制器 其優(yōu)點有：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 ， 并且 成本低 。 本文設計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 報警電路 主控制器 LCD 顯示 鍵盤輸入 2 總體方案 設計 3 環(huán)境適宜。 這種應變片式傳感器是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學量傳感器。如圖 22 所示為常見的直流供電的平衡差動測量電橋： 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測量電橋 圖中， 錯誤 !未找到引用源。當彈性體受力變形時，應變片的 敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，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)本設計的實際情況增列出了兩種方案。 優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器 R6 可以調(diào)節(jié)輸出零點，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。 由于電子秤需要設置單價（十個數(shù)字鍵），還具有確認、清零等功能，總共需設置13 個鍵（包括一個復位鍵），其中復位可以單獨拿出 來。 3 4 矩陣式鍵盤共可以安裝 12 個鍵，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，應用于電子秤中能夠 更人性化，更容易操作。 超限報警電路是由單片機的 I/O 口來控制的，當稱重物體重量超過系統(tǒng)設計所允許的重量時，通過程序使單片機的 I/O 值為高電平，從 而三極管導通，使蜂鳴器SPEAKER 發(fā)出報警聲，同時使二極管發(fā)光。 圖 31 硬件設計的總體思路 單片機 AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器 ， 128 字節(jié) RAM， 32 個雙向 I/O 口線，兩個 16 位定時器 /計數(shù)器， 5 個 中斷 源 ，一個 全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 AT89C51 的 P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口， P P2 和 P3 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，同時 P3 口還作為 AT89C51 的一些特殊功能口 [16]。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。所以本設計中，振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 22pF[11]。本設計就是用的按鍵手動復位。 放大電路 傳感器 檢測電路的功能是 把電阻應變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，本設計中選湖北科技學院學士學位論文 10 用的是 CZAF605 電阻應變式稱重傳感器，因為通過其得到的電壓信號很小，為所以還需要放大器放大信號。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)換的基準電壓要求范圍之內(nèi)。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、DI。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入 時鐘 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。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。每位之間有一個點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，正因為 如此所以他不能顯示圖形 。 LCD1602 與單片機的連接如圖 35。 鍵盤電路與單片機接口電路 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，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 單片機接口電路圖。這一任務的實現(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，以減少出錯的可能性。 根據(jù)系統(tǒng)的控制任務，監(jiān)控軟件采用模塊技術(shù)設計，根據(jù)系統(tǒng)功能，將軟件分為若干個功能相對獨立的模塊，為每一個模塊設計程序流程圖。 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，上電啟動后，系統(tǒng)初始化，單片機讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)， 然后調(diào)用顯示子程序顯示重量，同時掃描鍵盤子程序，調(diào)用價格計算子程序計算價格并顯示出來。 ADC0832 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，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)的軟件設計 顯示子程序的設計 單片機應用系統(tǒng)通常都需要進行人 — 機對話。 設計顯示子程序的流 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 格 計 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 湖北科技學院學士學位論文 20 價格計算子程序的設計 價格計算子程序由鍵盤計價鍵控制，當輸入單價后，在沒有清零的情況下，點計價鍵，計算出總價后，調(diào)用顯示子程序顯示出中重量。計算后的結(jié)果必須轉(zhuǎn)換為十進制數(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，首先進行總體調(diào)試，即觀察系統(tǒng)的運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電源之間的電阻，排除電源短路的可能。 換了正負極方向就可以了。具有如下的功能： 能用簡易鍵盤設置單價，能夠同時顯示重量和金額； 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。其還有更高的性價比，更人性化的操作方式等。我的設計較為復雜煩瑣，但是鄧老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。 湖北科技學院學士學位論文 26 參考文獻 [1] 張毅剛 ． 單片機原理及應用 ［ M］．北京 :高等教育 出版社 ,2020. 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