【正文】 在此，特向我的 導(dǎo)師表示深深的衷心致謝。 在軟件上，該測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn)便易行的按鍵輸入，設(shè)置不同種類(lèi)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類(lèi)物品的秤重及計(jì)算，程序運(yùn)行可靠。行線(xiàn)輸出前次讀取的行線(xiàn)狀態(tài)，由列線(xiàn)讀取相應(yīng)的列線(xiàn)狀態(tài)。設(shè)置行列線(xiàn)輸出方式，行線(xiàn)輸入方式；向所有列線(xiàn)輸出低電平：讀取 P1 口狀態(tài)、并從 Pl口狀態(tài)中分離出行線(xiàn)狀態(tài)；若行線(xiàn)狀態(tài)皆為高電平，則無(wú)鍵按下，若有低電平狀態(tài)，則有鍵按下；當(dāng)有鍵按下時(shí)，保留此時(shí)的行線(xiàn)狀態(tài) [13]。預(yù)處理程序完成測(cè)控程序之前的準(zhǔn)備工作，包括初始化。 滿(mǎn)刻度誤差 ADC 的滿(mǎn)刻度誤差是滿(mǎn)刻度輸出數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。這種由于有限數(shù)字對(duì)模擬量進(jìn)行離散取值 (量化 )起的量化誤差，理論上為一個(gè)單位分辨率， LSB21?(最低有效位 )，對(duì) 12 位轉(zhuǎn)換器 AD574A 而言，量化誤差 (相對(duì)值 )為 ? %滿(mǎn)刻度，這是在不考慮其他誤差條件下得出的。測(cè)量放大器 AD522 是一種高共模抑制的精密放大器，但也存在一定的電壓漂移、非 線(xiàn)性誤差及增益誤差，仍會(huì)對(duì)測(cè)量的精度造成一定的影響。 最后，只有傳感器輸出信號(hào)頻率為空載頻率，系統(tǒng)處與空閑的狀態(tài)下，才允許鍵盤(pán)輸入，因此鍵盤(pán)識(shí)別占用的 CPU 時(shí)間不會(huì)對(duì)系統(tǒng)正常工作造成影響。 ? 計(jì)算并確定按鍵的鍵值。七段 LED 的公共端電流等于每一段的工作電流，比按顯示位掃描時(shí)小，總的字段電流由每一字段的工作電流和顯示位數(shù)的多少?zèng)Q定。但在顯示位數(shù)較多時(shí)，字符的顯示亮度就明顯下降，甚至到了不能實(shí)際使用的程度。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成顯示的字段。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 15 高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 P3 口也可作 為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 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（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。并 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 14 因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。CE， CS ， CR/ ， 8/12 ， 0A 五個(gè)控制信號(hào)組合的作用如表所示。芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源為 l0V 0010? 。當(dāng) CS ＝ 0時(shí)，芯片被選中。對(duì)外可提供一個(gè)＋ 10伏基準(zhǔn)電壓，最大輸出電流 。積分和跟蹤比較型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾毫秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速的轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測(cè)試。 ADC 的基本原理是基于時(shí)間間隔－數(shù)字變換、頻率－數(shù)字變換及電壓－數(shù)字變換 等，根據(jù)原理的不同，常用的 ADC 又可分為雙積分型、跟蹤型、逐次逼近型、和 ??? (積分－增量 )調(diào)制型。如果用分立運(yùn)算放大器來(lái)做測(cè)量電路，難免有電阻值的差異，因而造成共模抑制比的降低和增益的非線(xiàn)性。橋路內(nèi)自動(dòng)補(bǔ)償，從而提高傳感器精度，使用時(shí)對(duì)力點(diǎn)位置的要求也降低了，這種梁在小量程工業(yè)電子秤和商業(yè)電子秤中得到了廣泛的應(yīng)用 [3]。而粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。其中敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換部分指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。 )另外系統(tǒng)沒(méi)有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們最終選擇了 AT89C51 通用的比較普通單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采樣頻率高，功耗比較低 ，是理想的高速、高精度、省電型 A/D 轉(zhuǎn)換器件。 方案二：由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇了 LPSII10型傳感器，為雙孔懸臂梁形式，是電子計(jì)價(jià)秤的專(zhuān)用產(chǎn)品，也可以用于制造傳感器構(gòu)成的電子案秤，臺(tái)秤及專(zhuān)用衡器等，其各項(xiàng)指標(biāo)較為優(yōu)秀。目前，國(guó)內(nèi)的稱(chēng)重式系統(tǒng)的控制部分主要是采用單片機(jī)或 PLC系統(tǒng)，單片機(jī)或 PLC 具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)易擴(kuò)展、配置典型，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，并能提供更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。 根據(jù)控制 應(yīng)用的需要，可以將單片機(jī)分為通用型和專(zhuān)用型兩種類(lèi)型。 20 世紀(jì) 90年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平的提高，各行業(yè)對(duì)稱(chēng)重計(jì)量提出了許多新要求，歸納起來(lái)主要是： 稱(chēng)重技術(shù)從靜態(tài)稱(chēng)重向動(dòng)態(tài)稱(chēng)重方向發(fā)展；測(cè)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量方向發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量方向發(fā)展；電子衡器產(chǎn)品的技術(shù)性能向高速率、高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性、高可靠性方向發(fā)展 研究背景 作為重量測(cè)量?jī)x器，電子秤在各行各業(yè)開(kāi)始顯現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量速度快，易于實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量稱(chēng)，成為測(cè)量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。 本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件， 可大致分為：數(shù)據(jù)采集部分、信號(hào)放大部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)控制部分、人機(jī)接口部分 。 通過(guò)重力傳感器取得重量信息，用信號(hào)放大電路實(shí)現(xiàn)將采集的信息放大，利用 AD轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，單片機(jī)將送入的信息通過(guò)運(yùn)算和處理進(jìn)行相應(yīng)的控制。 隨著數(shù)字信息時(shí)代的到來(lái)，在工業(yè)過(guò)程檢測(cè)和稱(chēng)重計(jì)量與控制系統(tǒng)中，數(shù)字化電子稱(chēng)和數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多。通用型單片機(jī)的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強(qiáng)，能覆蓋多種應(yīng)用需求。 近年來(lái)，電子稱(chēng)重技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電子稱(chēng)在稱(chēng)重計(jì)量領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位?？梢詽M(mǎn)足本設(shè)計(jì)的精度要求。 差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放做成一個(gè)差動(dòng)放大器。 高精度逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換 器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時(shí)鐘，基于 89C51 構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)僅需要外接幾個(gè)電阻、電容。其性能參數(shù)足以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。現(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類(lèi)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，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息，都要通過(guò)它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號(hào)。這樣，通過(guò)測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定被測(cè)物料的重量。本設(shè)計(jì)選用稱(chēng)重傳感器如圖 32 所示： 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 8 相關(guān)參數(shù)如表 31所示 ： 表 31 傳感器相關(guān)參數(shù) 額定載荷： 15， 30， 50， 100， 200Kg 絕緣電阻： ? 5000M? 靈敏度： ? mV/V 工作溫度范圍： 30～ +70℃ 綜合性誤差： ? ％ 安全過(guò)載： 150％ 蠕變（ 30分鐘）： ? ％ 極限過(guò)載： 250％ 零點(diǎn)平衡： ? 1％ 推薦激勵(lì)電壓： 10～ 12V DC 零點(diǎn)溫度影響： ? ％ ℃ 最大激勵(lì)電壓： 15V DC 輸出溫度影響： ? ％ ℃ 密封等級(jí)： Ip67 輸入阻抗： 420? 10? （ ohms） 導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格： ? 5*1000 mm 輸出阻抗： 352? 2? （ ohms） 最大臺(tái)面尺寸： 600*800 mm*mm 前端信號(hào)處理 被測(cè)量由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在沒(méi)有干擾的情況下，信號(hào)源為單一有效信號(hào)直接加到放大器上將微弱信號(hào)放大。采用厚膜工藝制作的集成測(cè)量放大器解決了上述匹配問(wèn)題，此外集成芯片較分立放圖 32 傳感器實(shí)物圖 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 9 大器具有性能優(yōu)異、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn) [8]。 圖 33 前級(jí)信號(hào)放大電路 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 10 ADC 的分類(lèi) 超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使集成 ADC 發(fā)展迅速、品種繁多、性能各異。逐次逼近型屬于中速 ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間為微秒級(jí)，用于多通道過(guò) 程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。有較寬的溫度范圍 [1]。 CR/ ：讀 /轉(zhuǎn)換信號(hào)。 REFIN:基準(zhǔn)電壓輸入。 表 AD574A 控制信號(hào)組合的作用 CE CS CR/ 8/12 0A 工作狀態(tài) 0 * * * * 不工作 * * * * * 不工作 1 0 * * 0 啟動(dòng) 12位轉(zhuǎn)換 1 0 * * 1 啟動(dòng) 8位轉(zhuǎn)換 1 1 1 接＋ 5V * 并行輸出 12位數(shù)字 1 1 1 接地 0 并行輸出高 8位數(shù)字 1 1 1 接地 1 并行輸出低 4位數(shù)字 工作時(shí)序與工作方式 AD574A 工作于兩種不同的工作狀態(tài)：一是 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程：另一是數(shù)據(jù)讀出過(guò)程。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。 RST：復(fù)位輸入。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。當(dāng) 二極管導(dǎo)通時(shí)相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)光，就能顯示出各種字符。一般顯示位數(shù)超過(guò) 12 位，顯示亮度就明顯下降。最大電流等于每一字段工作電流與顯示位的乘積 [11]。 ? 程序根據(jù)計(jì)算出的鍵值進(jìn)行一系列的動(dòng)作處理和執(zhí)行。因此直接利用單片機(jī)并行接口完成鍵盤(pán)的接口，采用線(xiàn)翻轉(zhuǎn)法進(jìn)行鍵盤(pán)識(shí)別。 傳感器和放大器誤差 在本稱(chēng)重測(cè)量系統(tǒng)中用采用的是電阻應(yīng)變式傳感器，其誤差的來(lái)源和補(bǔ)償方法在前文中以有詳細(xì)敘述。 偏移誤差 A/D 轉(zhuǎn)換器同時(shí)涉及模擬量和數(shù)字量?jī)蓚€(gè)部分，所以整個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換的精度也必須同時(shí)考慮兩個(gè)部分的誤差。一般來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)刻度誤差的調(diào)節(jié)在偏移誤差的調(diào)整之后進(jìn)行。測(cè)控程序直接完成系統(tǒng)的主要測(cè)量、處理和控制，包括數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理等功能。 閉合鍵對(duì)應(yīng)的行線(xiàn)和列線(xiàn)的狀態(tài)均為低電平，其他鍵均為高電平狀態(tài)。與此同時(shí)，本系統(tǒng)在硬件和軟件上抗干擾措施較好。 同時(shí)，本課題還得到了同學(xué)們的幫助，得到了許多寶貴的建議和鼓勵(lì)。 可以說(shuō)，沒(méi)有老師大公無(wú)私的奉獻(xiàn)和孜孜不倦的教導(dǎo)，本論文是不可能完成的。在數(shù)據(jù)采集部分選用 AD574，并通過(guò) 8255 與單片機(jī)連接，采用差動(dòng)方式進(jìn)行信號(hào)放大。將改變行線(xiàn)和列線(xiàn)的工作方式，由行線(xiàn)輸出．列線(xiàn)輸入。 判斷是否有鍵接下。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)按功能分為兩部分，即預(yù)處理程序和測(cè)控程序。如 I2 位 ADC 的量化誤差約為 %滿(mǎn)刻度，相應(yīng)的模擬量部分也可控制為 %滿(mǎn)刻度，則由這兩項(xiàng)組成的總誤差為 %滿(mǎn)刻度 [14]。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 20 它和分辨率是統(tǒng)一的。需要指出的是，雖然全橋差動(dòng)電路補(bǔ)償了由溫度引起的漂移和非線(xiàn)性誤差，但由于