【正文】 附錄 B： PCB板圖 ........................................................... 51 附錄 C：程序工程截圖 ....................................................... 52 附錄 D：電子秤實(shí)物圖 ....................................................... 53 多功能電子秤 1 第一章 緒 論 引言 質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視。大大小小的市場(chǎng)電子秤能夠完成許多工作，為人們節(jié)省了時(shí)間，提高了工作效率。 本設(shè)計(jì)的控制功能包括基本的稱重功能，顯示 功能，設(shè)置 時(shí)間日期 和 設(shè)定鬧鐘 功能，還具有超重報(bào)警功能。電 子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱量工具。 而 目前市場(chǎng)上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面 ， 因材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的限制 , 會(huì)使力的傳遞出現(xiàn)誤差 ， 而傳感器輸出特性存在非線性 , 加上信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)存在的非線性 ， 使得整個(gè)系統(tǒng)的非線性誤差變得不容忽視 。面對(duì)種類如此繁多的電子秤，目前市場(chǎng)上存在許多不合格的電子秤產(chǎn)品。 發(fā)展方向 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。 電子秤的智能化 電子秤的稱重功能是基于微電腦控制芯片處理器這一核心技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在具體開(kāi)發(fā)電子秤的系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該根據(jù)用戶的客觀需要，再結(jié)合系統(tǒng)硬件和軟件，從而可以開(kāi)發(fā)出一套實(shí)際使用價(jià)值極大的電子秤系統(tǒng)。從 一開(kāi)始設(shè)計(jì) 硬件時(shí) ，就應(yīng)考慮相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)方法，而軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件原理和系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行的。 4. 具有去皮功能和重量累加計(jì)算功能。 8. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)功能。 擴(kuò)展模塊： 多功能電子秤 5 1. 時(shí)鐘模塊。 3. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊。 轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成 對(duì) 該數(shù)字量的處理 ， 驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換 。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 所示 ： 圖 帶有鍵盤(pán)輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購(gòu)物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等 。這種 方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求。 單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng) ,而且其具有成本低 ,功耗低 ,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng) ,技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn) 。 稱重傳感器 電子 稱專用高精度高增益 24位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片HX711 MCU AT89S52 LCD1602 顯示器 4*4 矩陣鍵盤(pán)電路 時(shí)鐘芯片 溫度傳感器 語(yǔ)音 報(bào)數(shù)電路 蜂鳴器報(bào)警 多功能電子秤 7 單片機(jī)的選型 選擇單片機(jī)型號(hào)的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 市場(chǎng)貨源 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量 生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號(hào)必須有穩(wěn)定、充足的貨源。 研制周期 在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在工程應(yīng)用中 AT89S52 有一顯著的優(yōu)勢(shì)：不需要燒寫(xiě)器，只借助 PC 機(jī)的并口輸出和極為簡(jiǎn)單的下載電路，便可將程序通過(guò)串行方式寫(xiě)入單片機(jī)。我們?cè)谕饷鏀U(kuò)展了 32K 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以滿足系統(tǒng)要 求 。現(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，在信息時(shí)代人們的社會(huì)活動(dòng)將主要依靠對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā)和獲取 、傳輸和處理，而傳感器處于自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測(cè)信息的窗口；傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，因此，傳感器的地位與作用特別重要。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理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。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。式（ ）稱平衡條件。 3. 結(jié) 構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。 HL8 型稱重傳感器 主要技術(shù)參數(shù)如下 表 所示 ： 表 HL8 型稱重傳感器主要技術(shù)參數(shù)表 受力方式 ： 圖 HL8型傳感器 受力方式 圖 運(yùn)放與 A/D 轉(zhuǎn)換器部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號(hào)亦難以直接用來(lái)顯示、記錄、控制或進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。傳感器的輸出信號(hào)不僅電平低，多功能電子秤 11 內(nèi)阻高，還常伴有較高的共模電壓。 3. 在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠小以保證要求的信噪比。在系統(tǒng)中， A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過(guò)程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)燒壞芯片。 與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通道 A 的可編程增益為 128 或 64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為177。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源。 鍵盤(pán)是由若干個(gè)按 鍵開(kāi)關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。 方案一 Intel8279 是一種 為 8 位微處理器設(shè)計(jì)的 比較成熟的 通用 鍵盤(pán) /顯示器接口 芯片， 其功能有：接收來(lái)自鍵盤(pán)的輸入數(shù)據(jù)，并作預(yù)處理；數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。 輸出顯示 方案一 全部采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼能顯示時(shí)鐘，以及被測(cè)物體的重量等信息 。 LCD 顯示器的工作原理：液晶顯示器的主要材料是液態(tài)晶體。 系統(tǒng)電源 考慮到系統(tǒng)電源部分的簡(jiǎn)單我采用了我手中剛好有的外部 9V 電源，但由于單片機(jī) 需要＋ 5V電源 ，所以板內(nèi)電路應(yīng)用了 LM7805 穩(wěn)壓片。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機(jī) AT89S52 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括 串口通信 、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源 、時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)數(shù)等 部分 。另外由于 秤臺(tái)的自身重量、振動(dòng)和沖擊分量， 以及 還要避免物體超重時(shí)對(duì)傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時(shí)要保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的要大 ，且需要滿足精度要求，滿量程時(shí)候的誤差不能大于規(guī)定量 。 語(yǔ)音報(bào)數(shù)采用了 SC1010B 芯片， SC1010B 是深圳 億矽特 公司最新開(kāi)發(fā)應(yīng)用于語(yǔ)音 電子秤 的新型語(yǔ)音芯片，外圍元件少 ,電路簡(jiǎn)單 ,控制方便 ,成本低 。 基于 AT89S52 的主控電路 AT89S52單片機(jī)是 ATMEL公司新近推出的高檔型 AT89S系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品 。 AT89S52 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳 ， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ， 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口 ， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷 ， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口 ， 看門(mén)狗（ WDT）電路 ， 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩 器 。 32個(gè)雙向 I/O口 全雙工 UART串行中斷口線 中斷喚醒省電模式 靈活的 ISP字 節(jié)和分頁(yè)編程 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； 另外， 、 多功能電子秤 19 可以分別被用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 ()和觸發(fā)輸入()；對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低 8位地址信息； Port 2： P2 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。只要這個(gè)管腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。晶振的頻率可以在 1MHz 至 24MHz 內(nèi)選擇，電容取 30PF 左右。當(dāng)該引腳訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范 圍，該通道的可編程增益較大，為 128 或 64。通道 B 為固定的 64 增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓為177。 HX711 芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路可同時(shí)向 A/D 轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。如果不使用芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路，管腳 VSUP 和管腳 AVDD 應(yīng)相連，并接到電壓為 ～ 的低噪聲模擬電源。如果需要準(zhǔn)確的輸出數(shù) 據(jù)速率，可將外部輸入時(shí)鐘通過(guò)一個(gè) 20pF 的隔直電容連接到 XI 管腳上，或?qū)⒕д襁B接到 XI 和 XO 管腳上。使用外部輸入時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)不一定需要為方波。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳 DOUT 為高電平時(shí)，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號(hào) PD_SCK 應(yīng)為低電平。 PD_SCL 脈沖數(shù)輸入通道 增益 25 A 128 26 B 64 27 A 64 表 輸入通道和增益選擇表 PD_SCK 的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于 25 或多于 27，否則會(huì)造成串口通訊錯(cuò)誤。管腳PD_SCK 輸入用來(lái)控制 HX711 的斷電。當(dāng) PD_SCK 重新回到低電平時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)復(fù)位后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 DOUT 在 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。 S18 為 電子秤 按鍵：按下后由時(shí)鐘顯示轉(zhuǎn)換為電子秤顯示。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 與 HD44780 相兼容的芯片時(shí)序表如下： 讀狀態(tài) 輸入 RS=L， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=狀態(tài)字 寫(xiě)指令 輸入 RS=L， R/W=L， D0— D7=指令碼， E=高脈沖 輸出 無(wú) 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=L， D0— D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出 無(wú) 表 ：基本操作時(shí)序表 讀寫(xiě)操作時(shí)序如圖 和 所示： 圖 讀操作時(shí)序 圖 寫(xiě)操作時(shí)序 1602LCD 的 RAM 地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。每次輸入 指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。A 工作電流： Iop ： 2m A(no load) 音頻輸出方式： D/A 輸出（ DAC 輸出） 工作溫度： 20℃ ~＋ 80℃ 封裝形式： DIP8/SOP8 圖 SC1010B管腳圖 2． 引腳功能 ： 腳號(hào) 名稱 功能 1 RST 脈沖計(jì)數(shù)復(fù)位 2 CNT 脈沖觸發(fā)信號(hào) 3 BUSY 工作狀態(tài)反饋 4 IO NC 5 VSS 電源負(fù) 多功能電子秤 32 6 PWM1 NC 7 VDD 電源正 8 PWM2/DAC DAC 信號(hào)輸出 表 SC1010B引腳功能表 注 :NC 腳懸空不接 。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的信息，每個(gè)月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò) AM/PM 標(biāo)志位決定采用 24 或 12 小時(shí)時(shí)間格式。不過(guò)對(duì)我們目前而言，最需要熟悉的是和時(shí)鐘相關(guān)部分的功能，對(duì)于其它參數(shù)請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)手冊(cè)。 對(duì) DS1302 的操作就是對(duì)其內(nèi)部寄存器的操作， DS1302 內(nèi)部共有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。 DS1302 內(nèi)部寄存器列表如表 所示： 寄存器名稱 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫(xiě) 讀 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 小時(shí)寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 A HR HR 日期寄存器 86H 87H 0128,29,30,31 0 0 10DATE DATE 月份寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年份寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR 表 DS14302內(nèi)部主要寄存器分布表 DS1302 內(nèi)部的 RAM 分為兩類， 一類是單個(gè) RAM 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的 RAM 的31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫(xiě)）、 FFH（