【正文】 M331 應(yīng)用 ................................................................................... 29 LM331 功能介紹 .................................................................................... 30 具體電路設(shè)計(jì) 如 下圖 所示 ............................................................. 31 本章小結(jié) .......................................................................................................... 31 2 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................... 32 C 語言在單片機(jī)中的應(yīng)用 ................................................................................. 32 電子稱的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .................................................................................. 33 主程序流程圖 .................................................................................................... 33 子程序設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 34 V/F 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì) ................................................................... 35 顯示子程序設(shè)計(jì) .............................................................................................. 35 鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì) .................................................................................... 36 本章小結(jié) .......................................................................................................... 37 結(jié) 論 .................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) .................................................................39 致 謝 .................................................................................................................... 40 3 第 1章 緒 論 引言 在我們生活中經(jīng)常都需要測(cè)量物體的重量，于是就用到秤，但是隨著社會(huì)的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展，我們對(duì)其要求操作方便、易于識(shí)別。 電子秤是稱重技術(shù)中的一種新型儀表，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。 60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來， 隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。在 1960 年開發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專門稱重值打印機(jī)。 我國的衡器在 20 世紀(jì) 40 年代以前還全是機(jī)械式的， 40 年代開始發(fā)展了機(jī)電結(jié)合式的衡器。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過前端信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。 第 2 章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)， 本章主要內(nèi)容是電子稱的方案設(shè)計(jì)，首先是對(duì)整體的方案進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)，再針對(duì)各個(gè)模塊（傳感器、放大模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、人機(jī)交界模塊）進(jìn)行具體的方案論證及設(shè)計(jì)。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡(jiǎn)單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。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)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 所示 ： 8 圖 電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖 FPGA 的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時(shí)還可以提高設(shè)計(jì)的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。因此，傳感器的地位與作用特別重要。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而 畫出的特性曲線來描述。 壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。兩塊相互平行的金屬極板，當(dāng)不考慮其邊緣效應(yīng)（兩個(gè)極板邊緣處的電力線分布不均勻引起電容量的變化）時(shí)，其電容量為 （ ） 式（ ）中 d ——兩極板間的距離； A——兩平行極板相互覆蓋的有效面積； r? ——介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； o? ——真空中介電常數(shù)。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。式（ ）稱平衡條件。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器 ，量程為 5Kg，精度為 % ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。 抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。所以，此種方案不宜采用。 此類芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單。 14 信號(hào)轉(zhuǎn)換 方案一 采用 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換原理： 逐次逼近法 逐次逼 近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。 雙積分法 采用雙積分法的 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。一般 A/D 轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由 CPU 提供。 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=； 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=； 考慮到其他部分所帶來的干 擾， 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器無法滿足系統(tǒng)精度要求。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活 改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。 8051 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。 AT89C51 單片機(jī)特點(diǎn)能 與 MCS51 兼容，有 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命能夠達(dá)到 1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 10 年，全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定， 1288 位內(nèi)部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示方式。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 （ 1）線段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416 個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。我們以 1602LCD 字符型液晶顯示器為例。鍵盤由許多鍵組成，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開時(shí)，觸點(diǎn)斷開。用 I/O 口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在 21 行列的交點(diǎn)上。12V，傳感器需要＋ 5V 以上的線性電源。 177。在具體選擇傳感器時(shí)，考慮到在稱量物品時(shí)必要的精度、準(zhǔn)確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在一定的范圍之內(nèi)。 人機(jī)交互部分的鍵盤在系統(tǒng)中，可以輸入數(shù)字和已經(jīng)固定的控制命令等。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 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）。 INA126 特點(diǎn)及引腳說明 （ 1） INA126 器件特點(diǎn)： 低靜態(tài)電流： 175 μ A/chan 寬電壓范圍： 177。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 時(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且 容易保證轉(zhuǎn)換精度。 INA126 的增益通過外部電阻設(shè)置，增益范圍從 5V/V to 10000V/V 。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將 跳過一個(gè) ALE 脈沖。作為輸入，由于外部下拉為低 27 電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P2口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 GND：接地。 基于 AT89C51 的主控電 AT89C51 簡(jiǎn) 介 芯片功能介紹及設(shè)計(jì)： AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。在選擇 V/F 轉(zhuǎn)換器時(shí)根據(jù)系統(tǒng)精度的要求，選擇了具有很強(qiáng)抗干擾能力 V/F 轉(zhuǎn)換器 LM331，雖然轉(zhuǎn)換速度慢，但精度高，輸入阻抗高，可自動(dòng)調(diào)零，具有超量程 信號(hào)，全部輸出的 TTL 電平信號(hào)兼容。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機(jī) AT89C51 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括數(shù)據(jù)采集、人機(jī)接口界面、系統(tǒng)電源部分。5V,固定式三端可調(diào)穩(wěn)壓器 7812 和 7812 組裝電路可對(duì)稱輸出 177。 電源模塊 系統(tǒng)需要多種電源，單片機(jī)需要＋ 5V 電源，運(yùn)放需要 177。但在很多應(yīng)用場(chǎng)合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。因此鍵盤模塊設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 （ 3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 2