【正文】 7 2 方案論證與比較 按照本設計功能的要求 ，系統由 6個部分組成：控制器部分，測量部分，轉換部分報警部分，數據顯示部分和鍵盤部分，系統設計總體方案框圖如圖 所示。 控制器部分 本系統基于 51 系列單片機來實現，因為系統需要大量的控制 LED 顯示和鍵盤。）另外系統沒有其它高標準的要求，我們最終選擇了 AT89S52 通用的比較普通單片機來實現系統設計。 為保證電子秤秤量結果的準確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點。 題目要求稱重范圍 015Kg ，重量誤差不大于 ，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重— 15Kg。 其原理如下圖所示： 圖 NSTHI系列稱重傳感器原理圖 稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用 惠 更 斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： 表 壓力傳感器的主要技術指標 9 前級放大器部分 壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。所以，此中方案不宜采用。 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 可以調節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調放大倍數，使輸出滿足滿量程要求。對精度影響較大。 增益 范圍 5～10000V/V，通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益 ， 基于以上分析，我們決 定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器 INA126 。 計數器式 A/D 轉換器 的結構很簡單，但轉換速度也很慢，所以很少采用。 逐次逼近式 A／ D轉換器是采樣速率低于 5MSPS(百萬次采樣每秒 )的中高分辨率應用的常見結構，其分辨率一般為 8 位～ 16位， 逐次逼近型 A/D 轉換，一般具有采樣 /保持功能。 它的工作電壓范圍比較寬，精度也比較高。 鍵盤處理部分方案論證 由于電子秤需要設置單價（十個數字鍵），還有復位，刪除等功能，總共需要設置 24 個鍵，鍵盤的擴展有采用以下方案： 采用矩陣式鍵盤：矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在 行線和列線的交叉點上。 圖 矩陣式鍵盤 顯示電路部分的選擇 方案 一 ：采用帶字庫的 LCD 顯示。 并且很容易壞，壽命很短，價格相對而言也比較高 。 可減少接口數目， 同時 LED 還 有節(jié)能、安全和環(huán)保等優(yōu)點 。 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 BELL 發(fā)出報警聲，同時使報警燈發(fā)光。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進行 A/D 轉換為數字信號以便單片機接收。就其組成而言一塊單片機就是一臺計算機。 ATMEL89 系列單片機是 ATMEL 公司的以 8031 核構成的 8位 Flash單片機系列。片內程序存儲器允許重復在線編程，允許程序存儲器在系統內通過 SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲器改寫。 AT89S52 的主要特性如下： 1） 兼容 MCS51 產品 2） 8K 字節(jié)可擦寫 1000 次的在線可編程 ISP 閃存 3） 到 的工作電源范圍 4） 全 靜態(tài)工作： 0Hz ～ 24MHz 5） 3級程序存儲器加密 6） 256 字節(jié)內部 RAM 7） 32 條可編程 I/O 線 8） 3個 16位定時器 /計數器 9） 8個中斷源 10) UART 串行通道 11) 低功耗空閑方式和掉電方式 12) 通過中斷終止掉電方式 13) 看門狗定時器 14) 雙數據指針 15） 靈活的在線編程（字節(jié)和頁模式 ） 15 圖 AT89S52的結構框圖 此外 ,AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設置省電模式。 單片機管腳說明 按照功能， AT89S52 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O 口、控制和復位等。 （ 1） P0 端口，該口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O 口。在對 Flash 存儲器進行編程時， P0 用于 接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。在對Flash 編程和程序校驗時， P1口接收低 8 位地址。 P2 口作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。對端口寫 “1” 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 表 32 P3端口 引腳與復用功能表 端口引腳 復用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 的外部輸入） T1（定時器 1 的外部輸入） WR（外部數據存儲器寫選通） RD（外部數據存儲器讀選通） 2． RST 復位輸入端。 DISRTO 位的默認狀態(tài)，是復位高電平輸出功能使能。一般情況下， ALE是振蕩器頻率的6分頻信號，可用于外部定時或時鐘。 4． PSEN 程序存儲器允許信號。 5． EA/Vpp 外部存取允許信號。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳接收 12V 編程電壓 Vpp。 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。如果 RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數器 PC=0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。 傳感器和其外圍以及放大電路設計 1. 傳感器 力學傳感器的 種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式 。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉換和 CPU ）顯示或執(zhí)行機構。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。電阻應變式稱重傳感器結構較簡單，準確度高，適用面廣，且能夠在相對比較差的環(huán)境下使用。 cm2/m ） S —— 導體的截面積（ cm2 ） L —— 導體的長度（ m ） 我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化， 從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。在實 20 際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊?，F今運放的種類繁多，廣泛應用于幾乎所有的行業(yè)當中 直 流放大電路在工業(yè)技術領域中，特別是在一些測量儀器和自動化控制系統中應用非常廣泛。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號的最常用的器件是運算放大器。（開環(huán)差模放大倍數是指集成運放在無外加反饋 回路的情況下的差模電壓的放大倍數。輸出電阻的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。 INA126 的性能特點 如下： 1） 靜態(tài)電流小 ,小于 175μ A。 3） 失調電壓低 ,小于 250μ V。 7) 壓擺率的典型值 (輸出177。 時 )。該器件兩種等級，后綴有 A 性能稍差。增益與外接電阻 RG的關系如表 33所示 表 33 增益與外接電阻 RG 的關系 22 （ 3） 前端信號處理部分 電路設計 通過調節(jié) RG的阻值來改變放大倍數。其電路圖如圖 所示。它是逐次逼 近式 A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。 如下圖為 ADC0809 的 內部邏輯結構 圖 ADC0809的 內部邏輯結構 圖 ADC0809 各腳功能如下： D7D0： 8 位數字量輸出引腳。 REF（ +）：參考電壓正端。 （以上兩種信號用于啟動 A/D 轉換） . EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。 如下圖為 ADC0809 的引腳圖： 圖 ADC0809的引腳圖 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。通道選擇表如下表所示 。當EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 CLK 為時鐘輸入信號線。 （ 3） 送要轉換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 2 ADC0809 與單片機的連接 26 圖 ADC0809 與 ATC89S52 電路圖 此外， 由圖中可以看出 ADC0809 和 8051 之間有一個二分頻的 D觸發(fā)器。 表 35 D觸發(fā)器的真值表 D Qn+1 說明 0 0 置 0 1 1 置 1 在這個電路圖中， D觸發(fā)器做了個二分頻的分頻器，它將 ALE 出來的 1MHZ的頻率分頻成 500KHZ 的頻率。 PA口和 PB口可工作與基本的輸入輸出方式或選通輸入輸出方式。 圖 8155H的引腳圖 28 各引腳的功能說明如下： RESET： 8155H 內部復位信號輸入端。引腳 IO/M的極性決定地址是 RAM 還是 I/O 口的， 8 位數據是寫入到 8155H 芯片或從 8155H芯片讀出，取決于 WR有效還是 RD有效。 IO/M=1， AD0～ AD7 的地址為 8155H I/O 口的地址，選擇 I/O 口。 ALE：地址鎖存允許端。 PC0~PC5：這 6 根線是 PC 口線。 TIMEROUT: 定時器 /計數器時鐘輸出，輸出信號是矩形還是脈沖波形取決于定時器 /計數器的工作方式。 LED數碼管結構簡單，價格便宜， LED 有 7 段和 8段之分。 MCS51對 LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。 30 圖 AT89S52對 LED的接口電路 圖中， A口通過驅動器 74LS244 和所有 LED 的 a,b,c,d,e,f,g， sp 引線相連，各 LED 的控制端 G 和 8155 的 C 口相連，故 A 口為字形口， C 口為字位口。 圖 74LS244的 邏輯引腳功能 圖 引腳功能： 31 1A1~1A4,2A1~2A4 輸入端 /1G, /2G 三態(tài)允許端 (低電平有效 ) 1Y1~1Y4,2Y1~2Y4 輸出端 真值表 如表 36： 鍵盤電路與 AT89S52 單片機接口電路設計 矩陣式鍵盤的 結構與工作原理：在鍵盤中按鍵數量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。 鍵盤處理程序的關鍵是如何識別鍵碼，單片機對鍵盤控制的辦法是“掃描” 根據單片機 進行掃描的方法又可分為程序控制掃描法，定時掃描法，中斷掃描法。 32 B EL L90 12+ 5VP 圖３ .19 報警電路圖 當電路檢測到稱重的物體超過儀器的量程限制時， 將產生一個信號給報警電路，使報警電路報警從而提醒工作人員注意。根據系統的控制任務，本系統的軟件主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、 數據采集子程序、鍵盤掃描子程序和報警子程序等組成。 圖 主程序流程圖 開 始 清單 =0 LED 初始化 自動校準 提示輸入收銀員編號和日期 讀 A/D 轉換數據 計算金額和總價 顯示清單 顯示商品單價重量等信息 N Y 34 子程序設計 系統 子程序主要包括 A/D 轉換啟動及數據讀取 子程序、 顯示子程序 、 鍵盤掃描子程序設計 、 報警子程序 等。因此，顯示子程序的設計就顯得舉足輕重，設計的時候 也要十分的小心和賣力。 數 字鍵和小數點鍵：用于輸入單價； 累加鍵： 相當于確認， 并且將金額累加 ， 得到所購買商品的總金額。 最大稱量鍵： 按下此鍵顯示最大稱量值； 商品 1~商品 6： 按下此鍵顯示不同商品的單價。 為了判斷到底哪一行那一列的鍵按下，事先按一定順序給每一個鍵編一個號，即鍵值。這就需要一段比較程序以及一小段置 1 清 0 程序。傳感器是一種能將特定的被測信息按一定規(guī)律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置，本次設計中的電子秤就是在它的基礎上設計而成的。如果使用精密度較高的傳感器，效果會更好。 40 致謝 經過 六周的忙碌和學習，本次設計已接近尾聲，作為一個大專生， 由于經驗的缺乏，知識的有限，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及同組同學的團結努力，想要完成這個設計是很難的。她的專業(yè)水平和治學嚴謹給我很深的感觸，相信在以后的學習和工作中會產生積極的影