【正文】 號。 2. 溫度模塊。 系統(tǒng)設(shè)計基本思路 按照設(shè)計的基本要求， 系統(tǒng)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機交互界面和系統(tǒng)電源 、時鐘、溫度檢測和語言報 數(shù)六 大部分 。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計增加了 一個 過載 報警 提示 、 時鐘、溫度檢測和語言報數(shù) 。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴(kuò)展足夠多的多功能電子秤 6 I/O 接口供數(shù)碼管使用 ，比較麻煩。 結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 所示： 圖 LCD 顯示的方案 目前單片機技術(shù)比較成熟，功能也比較強大，被測信號經(jīng)放大整形后送入單片機，由單片機 對測量信號進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系顯示出被測物體的重量 。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的 難度。單片機性能包括片內(nèi)硬件資源、 運行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。 AT89S52 單片機是 AT89S 系列中的增強型高檔機產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲器容量是 AT89S51 的一倍，即片內(nèi) 8KB 的 Flash 程序存儲器和 256B 的 RAM。 由此， 通過對目前主流型號的比較，我們最終選擇了 AT89S52 通用的普通單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對外接電路要求很高。電阻應(yīng)變片把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。 下圖為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 多功能電子秤 9 )( 43 421 1 RR RRR RE ????))(( 4321 4231 RRRR RRRRE ?? ??3421 RRRR ?? ?? ?? ?)()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo ?????????? ??????ERR??? 圖 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時， 可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。 若差動工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式 （ ） ，則電橋輸出為 Ek?? () 應(yīng)變片式傳感器有如下特點： 1. 應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機械量傳感器。 通過以上對傳感器的比較分析，最終選擇了第二種方案。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會使所測電壓造成偏差。 A/D 轉(zhuǎn)換器選用的原則： 1. A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。有的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供兩個輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。 選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器除考慮上述要點外，為防止對 A/D 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)的影響，還要注意以下幾個問題： 1) 工作電源電壓是否穩(wěn)定； 2) 外接時鐘信號的頻率是否合適； 3) 工作環(huán)境溫度是否符合器件要求； 4) 與其它器件是否匹配； 多功能電子秤 12 5) 印刷線路板布線是否合理。該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。 40mV 。上電自動復(fù)位功能簡化了開機的初始化過程。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應(yīng)的功能處理。 方案二 采用最常用的 4*4 矩陣鍵盤 ， 4*4 矩陣編程簡單， 大大簡化 了程序。由此增加 了電路的復(fù)雜程度 ， 也加大了編程的難度。因此，用液晶做成顯示器件，就可以把上訴外界條件的變化反映出來從而形成現(xiàn)實的效果。 雖然是按照固定電壓值來設(shè)計的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷螅湍苣塬@得各種不同的電壓和電流： 1. LM7805 的特點有： a) 最大輸出電流為 ， 輸出電壓為 5V； b) 熱過載保護(hù) ， 短路保護(hù) ； c) 輸出晶休管安全工作區(qū)保護(hù) ； 2. 內(nèi)部框圖 ： 圖 LM7805 內(nèi)部框圖 3. 板內(nèi) 電源 電路 原理 圖 ： 多功能電子秤 15 圖 板內(nèi)電源電路原理圖 具體實施方案簡介 根據(jù) 以上 設(shè)計方案，硬件部分采用 51系列單片機 AT89S52 為控制核心部件，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能。 數(shù)據(jù)采集部分由 HL8型稱重 傳感器、 高精度稱重傳感器 專業(yè) 的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 部分組成。在這次設(shè)計中我們采用 常用的 4*4 矩陣 鍵盤 。 多功能電子秤 16 系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 稱重傳感器 HL8 型 AT89S52 單片機 單片機 控制模塊 數(shù)據(jù)采集 部分 點陣式 1602型的 LCD O 4*4 矩陣鍵盤 人機交互界面 電子稱專用高精度高增益 24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片 HX711 時鐘模塊 DS1302 芯片 溫度檢測模塊 DS18B20 擴(kuò)展的溫度檢測模塊 擴(kuò)展的時鐘模塊 多功能電子秤 17 第三章 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 根據(jù)設(shè)計要求 以及系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能，在設(shè)計系統(tǒng)時可以分成以下幾個部分 ：單片機控制模塊，前端信號采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊，人機接口界面、 系統(tǒng)電源 、語音報數(shù)（語音報數(shù)主要報讀 所稱物體重量、 輸入物品單價、金額，另擴(kuò)展報時功能）以及擴(kuò)展 部分 （主要擴(kuò)展了時鐘與溫度檢測模塊。該公司的 技術(shù)優(yōu)勢在于推出 Flash 存儲器技術(shù)和高質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)，它率先將獨特的 Flash 存儲技術(shù)注入于單片機產(chǎn)品中。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 2 個外部中斷源 看門狗（ WDT）電路 在這種工作模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉作用。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序； XTAL XTAL2 ： XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。當(dāng) AT89S52 由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出 2個脈沖， 即兩次有效。 多功能電子秤 21 主控電路圖如下： 圖 主控電路圖 數(shù)據(jù)采集與信號處理轉(zhuǎn)換電路 數(shù)據(jù)采集采用 HL8 型稱重傳感器 HL8 型稱重傳感器的安裝方法 HL8 型稱重傳感器的內(nèi)部原理以及與 HX711 實驗板的連線 圖 HL8 型稱重傳感器的安裝圖 圖 HL8 稱重傳感器 內(nèi)部原理 圖 信號處理轉(zhuǎn)換采用 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 HX711 HX711 是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 。 20mV 多功能電子秤 23 或177。通道 B 應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（ VAVDD）由外部分壓電阻 R R2 和芯片的輸出參 考電壓 VBG 決定（圖1）， VAVDD=VBG(R1+R2)/R2。 3. 時鐘選擇 如果將管腳 XI 接地， HX711 將自動選擇使用內(nèi)部時鐘振蕩器，并自動關(guān)閉外部時鐘輸入和晶振的相關(guān)電路。此時，若晶振頻率為 , 輸出數(shù)據(jù)速率為準(zhǔn)確的 10Hz 或 80Hz 。外部時鐘輸入信號的幅值可低至 150mV 。其中第一個時鐘脈沖的上升沿將讀出輸出 24 位數(shù)據(jù)的最高位（ MSB），直至第 24 個時鐘脈沖完成， 24 位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。 DOUT 在 4 個數(shù)據(jù)輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。 多功能電子秤 25 圖 斷電控制 圖 如果 PD_SCK 從低電平變高電平并保持在高電平超過 60μs， HX711 即進(jìn)入斷電狀態(tài)（圖三）。隨后的 輸入通道和增益選擇由 PD_SCK 的脈沖數(shù)決定，參見串口通訊一節(jié)。兩個獨立按鍵用于 電子秤 與時鐘之間的功能切換。 引腳功能說明 ： 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（ 無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 所示 : 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 表 ：引腳接口說明表 1602LCD 的指令說明及時序 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示： 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 多功能電子秤 28 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生 存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 表 ：控制命令表 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平 時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 多功能電子秤 30 圖 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 例如第二行第一個字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（ 40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 圖 字符代碼與圖形對應(yīng)圖 硬件原理圖 ： 多功能電子秤 31 圖 1602 液晶 與單片機連接的 硬件原理圖 系統(tǒng)擴(kuò)展與創(chuàng)新部分 在網(wǎng)上查閱了很多 資料之后，語音報數(shù)采用了電子秤專業(yè)的語音芯片SC1010B， SC1010B 是深圳 億矽特 公司最新開發(fā)應(yīng)用于語音 電子秤 的新型語音芯片，外圍元件少 ,電路簡單 ,控制方便 ,成本低 。 多功能電子秤 33 圖 SC1010時序圖 : 地址 語音內(nèi)容 地址 語音內(nèi)容 1 無 14 千 2 0 15 點 3 1 16 元 4 2 17 角 5 3 18 分 6 4 19 單價 7 5 20 公斤 8 6 21 金額 9 7 22 重量 10 8 23 總計 11 9 24 您好 12 十 25 謝謝 13 百 26 表 SC1010B 語音內(nèi)容 時鐘模塊主要采用 DS1302 時鐘芯片。雖然數(shù)據(jù)分成兩種，但是對單片機的程序而言，其多功能電子秤 34 實是一樣的，就是對特定的地址進(jìn)行讀寫操作。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器以外的寄存器。單片機是通過簡單的同步串行通訊與 DS1302 通訊的，每次通訊都必須由單片機發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向DS1302 寫入一個命令幀，這個幀的格式如表 1 所示，最高位 BIT7 固定為 1， BIT6決定操作是針對 RAM 還是時鐘寄存器，接著的 5 個 BIT 是 RAM 或時鐘寄存器在 DS1302 的內(nèi)部地址，最后一個 BIT 表