【正文】 這一步的調(diào)試也相當(dāng)?shù)仃P(guān)鍵 ， 需要保證各個(gè)模塊既可以正常地工作又不能影響到其他模塊，所以各個(gè)模塊需要達(dá)到局部獨(dú)立工作，但整體上又協(xié)調(diào)統(tǒng)一的要求。 由于 本 系統(tǒng)只有一個(gè) DS18B20 溫度 傳感器因此 可以 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 ，直接讀取溫度寄存器。 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入通 道或增益 任意 一個(gè)參數(shù)發(fā)生 改變時(shí)， 都 需要 至少 經(jīng)過(guò) 4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期 輸出 的數(shù)據(jù) 才能穩(wěn)定， 也就是說(shuō) 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后 DOUT 才會(huì)變 為 低電平， 開始 輸出有效數(shù)據(jù)。 程序 掃描 的方法是先 給 某一行置低電平，然后對(duì)每一列進(jìn)行完整掃描， 列 掃描完成后在變化另一行，同樣進(jìn)行列掃描， 直至 每一行都被掃描過(guò)，鍵盤也就完成 了 一次掃描，總共有 16 個(gè) 按 鍵 ，也就是 說(shuō) 需要做 16 次 判斷，如果有鍵被按下，則返回其鍵值 。 其中 KEIL 以 其 緊湊代碼和 易于使用 的界 面深受 編程開發(fā)人員的喜愛，在國(guó)內(nèi) 51 單片機(jī) 開發(fā) 界 KEIL 更是久負(fù)盛名，是國(guó)內(nèi)編程人員首選的開發(fā)工具 。 具體的電路設(shè)計(jì)如圖 36 圖 36蜂鳴器 報(bào)警電路 時(shí)鐘 模塊 和 溫度模塊 的電路設(shè)計(jì) DS1302 的 硬件電路也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，兩個(gè)小電容起到溫度震蕩頻率的作用，單片機(jī) 口接時(shí)鐘端， 為 數(shù)據(jù)口， 為 復(fù)位 /片選 端， VCC2 接 后 備 電源 。 對(duì)比 以上方案，設(shè)計(jì)最終選擇了一款數(shù)字集成溫度傳感器 只有一根 數(shù)據(jù)線就可以完成和 MCU 的通信 ， 不需要 額外的備用電源， V 到 V 的 電壓范圍內(nèi)都可以工作， 它可以 測(cè)量 零下 55℃ 到 125 ℃ 的 溫度范圍 ， 量程內(nèi) 的測(cè)溫 精度 可以 達(dá)到 177。 DS1302 比 DS1202 增加了 后備電源 電源 的 引腳， 可以 對(duì)后備電源進(jìn)行充電 ， 因此DS1302 是 DS1202 的 改進(jìn)版和升級(jí)版，完全符合本設(shè)計(jì)的需求。 目前 的時(shí)鐘芯片市場(chǎng) 中 DS130 PCF8485 和 DS1307 等 都 比較流行 。 我們 常說(shuō)的有源或無(wú)源蜂鳴器， 其中的 “ 源 ” 是指震蕩源 ， 而不是電源 。 1602 成本最低，但是其顯示區(qū)域較小且有不能顯示中文的局限性，因此 ， 本方案選擇 12864 液晶作為系統(tǒng)的顯示部分。 薄膜 鍵盤的 優(yōu)點(diǎn) ： ① 外形美觀新穎 。 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 ?16引 腳的 貼片 封裝 形式。 ④ 內(nèi) 部 集成時(shí)鐘振蕩 電路，無(wú) 需外接 晶振等元件 即可起振 ；也可以 引入外部時(shí)鐘 。因此采用 此芯片將會(huì)減少很多外圍電路的設(shè)計(jì)工作，該芯片具有 非常 高 的 集成度 ， 抗干擾性 能也非常 強(qiáng)。 由于 平行梁傳感器 輸出 的信號(hào)是模擬信號(hào)，單 片機(jī)無(wú)法直接進(jìn)行處理，因此需要 通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換 變成單片機(jī)可以處理的 數(shù)字 信號(hào) ， 同時(shí)傳感器輸出的原始信號(hào)非常微弱，如果直接處理誤差會(huì)非常大，所以還需要進(jìn)行信號(hào)的放大。 綜上 所述， 反復(fù) 對(duì)比各類稱重傳感器后 可以 得出結(jié)論 ： 從 技術(shù) 成熟度，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，計(jì)量精確度和制造成本綜合考慮， 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 是 最佳的選項(xiàng) 。這種 傳感器的工作原理利用了陀螺的進(jìn)動(dòng) 特征 與力矩效應(yīng) ， 陀螺儀式稱重傳感器 的 位移 與 物體作用力不在一個(gè)方向基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 上 ， 不必考慮 靜 態(tài) 平衡問(wèn)題。弦的 左右 兩部分的 固有頻率 都會(huì) 發(fā)生 就 會(huì)發(fā)生 變化 ，兩部分 的頻率之差 和 物體的質(zhì)量 有一定關(guān)系 ， 我們 得到這個(gè)頻率差 就 可 以 求出被測(cè)物的質(zhì)量。 我們 就 可 以 求出被測(cè)物的 實(shí)際 質(zhì)量。 它的原理 也比較簡(jiǎn)單， 是 通過(guò)其內(nèi)部液壓油的 壓強(qiáng) 變化達(dá)到測(cè)量目的的。 被測(cè)物 體 放 在承重臺(tái)上 時(shí) 重力作用 施加于 杠桿使表盤 轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 和 轉(zhuǎn)軸相連的 碼盤 亦 隨之 轉(zhuǎn)動(dòng) 。 STC89C52 的 實(shí)物圖如 23 圖 23 STC89C52實(shí)物 圖 STC89C52 的 管 腳 分布 如圖 24 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖 24 STC89C52引腳 示意圖 目前 的 稱重傳感器 按 其 力電 轉(zhuǎn)換 的 方式 大致 可以 分為電阻應(yīng)變式 ，電容 應(yīng)變式， 液壓 轉(zhuǎn)換式 ， 光電 轉(zhuǎn)換 式 ， 壓電 感應(yīng) 式 以及新興 的 陀螺儀式 等 。 ④ 用戶應(yīng)用程序 存儲(chǔ) 空間為 8K 字節(jié) 。 其 中 ATMEL 公司 的 AT89 系列 51單片機(jī)最具 代表性 ， 曾經(jīng) 一度十分 地風(fēng) 靡 。該液晶是 晶訊聯(lián)公司 產(chǎn) 的 128*64 漢字 液晶 屏 ，該 液晶 既可以當(dāng) 普通的圖像型液晶顯示模塊使用 ，同時(shí) 內(nèi)置中文 字庫(kù) IC， 編程者 可以從字庫(kù) IC 中 直接讀 取內(nèi)部 字庫(kù)的字形 數(shù)據(jù) ， 然后再 寫入到 12864 的 驅(qū)動(dòng) IC中， 漢字就可以 顯示出 來(lái) 了 。 其中 A 通道 的增益 可以 通過(guò)編程在 128 和 64 之間方便 地切換 ， 128 增益 時(shí)最大的 輸入 信號(hào) 幅值為 177。電橋 隨之進(jìn)入不 平衡 狀態(tài) ， 電橋?qū)?huì) 輸出相應(yīng)的 電壓，電壓 的 大小 與作用與傳感器上的 重力 成正比 關(guān)系 ，從而將非電量轉(zhuǎn)化成 了電信號(hào) 輸出。 其中 核心 的 控制系統(tǒng) 是 51系列 的 STC89C52 單片機(jī)，考慮到系統(tǒng)需要 單片機(jī) 去控制 大量的外圍 元器件 ， 因此 不宜采用 CPLD 或 FPGA 等 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?。此外本 設(shè)計(jì)還具有友好的 人機(jī) 交互 界面 ，大大 提高 了 設(shè)備的易用性 和 實(shí)用 性， 4*4 薄膜 型矩陣 鍵盤 可以供用戶 方便地 輸入 單價(jià) 信息 ， 還可以用于 快速準(zhǔn)確地校準(zhǔn) 電子萬(wàn)年歷的日期和 時(shí)間， LCD1286 點(diǎn)陣式液晶屏，可以直觀地 顯示中文 和 西文字符 ， 進(jìn)一步 拓展了系統(tǒng)的功能 ，在 稱重模式下 可以清晰 地顯示 待測(cè)物體 的質(zhì)量，單價(jià) 和 總價(jià)， 在萬(wàn)年歷模式下也可以 清晰 地顯示 年 ， 月 ， 日 ， 星期 的 日期信息和 時(shí) ， 分 以及 秒 ， 溫度等 其他 信息 。 改革開放 以來(lái) ， 伴隨 著 國(guó)家 經(jīng)濟(jì)體制改革的 進(jìn)程 ，電子 稱重工業(yè) 的 行業(yè)規(guī)模 ， 技術(shù)能力以及 在 我國(guó) 經(jīng)濟(jì)中的 作用 ， 已經(jīng) 發(fā)生了 變化 的 巨大，遠(yuǎn)非昔 日 可 比。 電子稱重 工具 由 開始 的 機(jī)械 式 發(fā)展 到了 機(jī)電結(jié)合 式， 最終實(shí)現(xiàn)了 完 全 的 電子化， 同時(shí) 也 由單一功能 發(fā)展 到 了 多 種 功能 。 隨著現(xiàn)代發(fā)貿(mào)易 對(duì)稱重器具 要 求 的不斷提高 ，傳統(tǒng)機(jī)械式稱重器具 缺點(diǎn)也日漸顯露，比如 精度 不 高 ，工作效率 低 ，不能自動(dòng) 計(jì)價(jià)等，尤其 是容易被無(wú)良商家利用充當(dāng)其 作弊的工具。 single chip microputer。 另外 本系統(tǒng) 還擴(kuò)展 了 電子 萬(wàn)年歷 和 電子溫度計(jì)的 功能 ，使得系統(tǒng)更加 實(shí)用 。 早在 我國(guó) 父系氏族社會(huì) 的 末期 就 出現(xiàn)了所謂“ 度 、 量 、 衡 ” 的 說(shuō)法 ， 其中 的 “ 衡 ” 也就是 指測(cè)量物體輕重的工具 ， 是以今天我們還 把 稱重工具 稱作“衡器 ” 。 由此 可見， 現(xiàn)今 對(duì)于電子稱重技術(shù)的研究還是很有必要 的，現(xiàn)實(shí)也 要求我們進(jìn)一步提升電子稱重工具 的 性能 ，以便于更好地 服務(wù)于 現(xiàn)代 的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易活動(dòng) 。以上 實(shí)例也 僅僅是電子秤技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中 使用領(lǐng)域的冰山一角罷了 ， 因?yàn)?電子秤 在 生產(chǎn)和生活中 應(yīng)用 的例子 實(shí)在是 不勝枚舉。 未來(lái)的 電子稱重工具將會(huì)向智能化和多樣化的方向 繼續(xù) 發(fā)展。 4*4 薄膜 型矩陣 鍵盤和 LCD12864 液晶組成 人機(jī)交互界面 ，可以 快捷 地輸入數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)； 時(shí)鐘 模塊選用的 是 常用 的 時(shí)鐘芯片 DS1302；溫度采集模塊此處選擇 的是 集成 數(shù)字型溫度傳感器 DS18B20。 它的 內(nèi)部 核心 部分是 電橋， 待測(cè)物的重力作用會(huì)使 彈性體產(chǎn)生 一定范圍 內(nèi)可恢復(fù)的彈性 形變 ， 不 同的 電阻應(yīng)變片（ 機(jī)械信號(hào) 和電信號(hào)的 轉(zhuǎn)換元件） 會(huì) 受到拉伸或壓縮 也隨之產(chǎn)生形變 ，它 們 的阻值 也會(huì) 發(fā)生 相應(yīng) 的 變 化，從而使 原本 處于 平衡 狀態(tài)的 惠更斯 電橋 進(jìn)入 非 平衡 狀態(tài) ， 在 傳感器的輸出端將會(huì)有 差動(dòng)信號(hào) 輸出 ，經(jīng)過(guò) 后 級(jí) 電路 的 處理 ， 可以到得待測(cè)物的實(shí)際質(zhì)量 。該 芯片的選用 降低了電子秤的整機(jī)成本， 同時(shí) 也大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理 電路部分的 設(shè)計(jì)，提高了整機(jī)的性能 ，增強(qiáng) 了可靠性。 另外片內(nèi) 集成了穩(wěn)定的時(shí)鐘振蕩 電路 ， 芯片 外 部 不需要 再 接 任何 器件 。 但是 考慮到 系統(tǒng) 對(duì) 單片機(jī)的處 理 速度 和系統(tǒng) 資源 都 沒有特別高的要求， 因此系統(tǒng) 從開 發(fā) 難度和 周期 以及實(shí)現(xiàn)成本考慮宜 于采用成本低廉 且技術(shù)成熟 的 單片機(jī)，綜合考慮決定選用 51 單片機(jī) ， 51系列 單片機(jī) 是 目前 是應(yīng)用最 為 廣泛的 單片機(jī) 之一， 技術(shù)比較成熟 ， 開發(fā) 難度 適中。 STC89C52RC 單片機(jī) 的 特 性 ： ① 屬于 增強(qiáng)型 的 8051 系列 單片機(jī)， 其 指令 系統(tǒng) 與 經(jīng)典的 51 單片機(jī) 完全兼容 。 ⑧ 片內(nèi)集成 有 2KB的 EEPROM。 再 通過(guò) 光電管 換 算出 發(fā)生移動(dòng) 的 莫爾條紋 的 數(shù)量，從 而 把 轉(zhuǎn)軸 的 角 度 位移轉(zhuǎn)換成 了 對(duì)應(yīng) 的光電信號(hào)。 ③ 壓電式稱重傳感器 是 通過(guò) 晶體 表面 電荷的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象測(cè)定物體質(zhì)量的。 我們知道 電容器的電容大小和其 極 板間距有關(guān) ，當(dāng) 電容發(fā)生變化時(shí) ， 電路 的震蕩頻 率會(huì)發(fā)生變化。 Ⅰ .振弦式稱重傳感器的 核心部分 是 弦絲。 可見音叉 固有頻率的變化 量 反映了物體的質(zhì)量大小 ， 求出 音叉頻率的變化量就可以 得到 物 體 的 質(zhì)量。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器的 量程范圍 很大 ， 最高 可稱量上千千克的 物體 ， 其 計(jì)量準(zhǔn)確度 也比較 高。 圖 25平行 梁傳感器外形 平行梁傳感器 的 原理 （ 如圖 26） ： 外力作用 于 彈性體 時(shí)， 彈性體 發(fā) 生彈性 形 變 ，電阻應(yīng)變片 由于 是 貼在 彈性體上的 也隨 之 產(chǎn)生 形 變 ， 產(chǎn)生 形變后電阻應(yīng)變片 的阻值 也 將發(fā)生變化 ，電橋 不 再 平衡， 輸出 的差動(dòng)信號(hào) 經(jīng) 過(guò) 放大 和 A/D 轉(zhuǎn)換 ，最后由單片機(jī)進(jìn)行處理， 就可以 得到待測(cè)物的質(zhì)量。 經(jīng)過(guò) 長(zhǎng)時(shí)間的 資料 查找，海芯科技的一款電子秤專用的 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片進(jìn)入了我的 視線 ，這款芯片的優(yōu)異性能和強(qiáng)大功能 確實(shí) 讓人初見就會(huì) 有 眼前一亮 的 感覺 ， 它就是 HX711(引腳示意圖如圖 27)。 HX711芯片 的特點(diǎn) ： ① 通道 A和 通道 B兩路可選擇 的 差分輸入 。 ⑨ 超低的功耗。薄 膜鍵盤外 觀漂亮 ，體積 較 小 ， 重量 特別 輕 。可見數(shù)碼管 只適用 于1 2 3 功 能 轉(zhuǎn) 換 4 5 6 時(shí) 間 調(diào) 整 7 8 9 去 皮 功 能 * 0 預(yù) 留 按 鍵 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 顯示內(nèi)容相對(duì)較少的情況，當(dāng)顯示內(nèi)容較多 時(shí) ，數(shù)碼管往往就 顯得 鞭長(zhǎng)莫及了。 蜂鳴器是一種 常見 的電子訊響 設(shè)備 ， 蜂鳴器 被 廣泛 地 應(yīng)用于 游戲機(jī) ，家用電器和醫(yī)療設(shè)備等 電子設(shè)備 的報(bào)警 電路中 。 但是 無(wú)源 蜂鳴器 的 控制程序就要 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 比有源蜂鳴器復(fù)雜了，其中 往往 需要 涉及 定時(shí)器的編程 ， 相反有源蜂鳴 器的編程非常簡(jiǎn)單只需要控制 I/O口 電平的 高低 變化就可以了 。 經(jīng)過(guò) 對(duì)比， 我 決定選用 DS1302 作時(shí)鐘 芯片，因?yàn)槠浼夹g(shù)相對(duì)比較 成熟 ，價(jià)格 適中， 功能也符合設(shè)計(jì)的要求。 接觸式 一類 的 傳感器 的 熱電偶或熱電阻的測(cè)溫范圍大，并且 靈敏度 高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，但是需要 與之 配套的 外圍 電路相對(duì)復(fù)雜，適用于專用的測(cè)溫儀器的開發(fā)，考慮到本系統(tǒng)中的測(cè)溫功能 只是 其中一個(gè)輔助功能，對(duì)溫度傳感器的測(cè)溫 性能 并無(wú)特別高的要求， 為了 簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)減小開發(fā)難度， 在此 選用集成溫度傳感器。相反如果模塊選擇失當(dāng)，整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)程將會(huì)大費(fèi)周折， 最 終的 結(jié)果 往往也不理想。 但這 些 都只 是相對(duì)于匯編語(yǔ)言來(lái)講的 ,如果 程序編寫得科學(xué)合理，那么 C 語(yǔ)言 也可以 編寫非常精簡(jiǎn)和高效率的 程序 代碼 ,同時(shí) C 語(yǔ)言的 易 讀性和可移植性卻 是 匯編語(yǔ)言 望塵莫及 的 ,編程效率 將會(huì) 大大高于匯編語(yǔ)言 ， 減小了程序眼的編程難度。 這樣的程序設(shè)計(jì)方法 也 便于對(duì) 各 個(gè)模塊的調(diào)試 采 取 分而治之，然后再各個(gè)擊 破 的策略 ， 可以盡可能地減小程序調(diào)試的難度。 DOUT 從高電平變低電平后， 說(shuō)明 A/D 轉(zhuǎn)換 已經(jīng)就緒，此時(shí)如果 PD_SCK 輸入 了 25 到 27個(gè)的時(shí)鐘脈沖。 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 報(bào)警 模塊 的程序 非常簡(jiǎn)單， 根據(jù) 硬件電路的設(shè)計(jì)，只要當(dāng)讀取的傳感器的數(shù)據(jù)超過(guò)了設(shè)定值，此時(shí)只要將連接蜂鳴器 和 LED 的 I/O 口 置為低電平，蜂鳴器 和 LED 就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào) ，經(jīng)過(guò) 測(cè)試連續(xù)的蜂鳴器報(bào)警聲太過(guò)尖銳，會(huì)引起使用者的不適，因此后期程序 經(jīng)過(guò) 了改進(jìn)，在程序中加入了稍許的延時(shí)，實(shí)現(xiàn)了 間歇 性的報(bào)警聲 ， 效果較之以前有很大提高。 由于軟件 仿真 和實(shí)際的硬件一般都存在一定的 差距 ，軟件仿真通過(guò)的模塊不一定可以在硬件測(cè)試中通過(guò)。其中 萬(wàn)年 歷模式中 時(shí)間 顯示 相對(duì) 比較 簡(jiǎn)單 ，程序調(diào)試的