【正文】 對(duì)老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，雖然碰到了不少的困難，但是在老師的指導(dǎo)以及自己的努力下，終于取得了一定成果。在 INTO 外部中斷程序中，采樣單價(jià)并賦值單價(jià)計(jì)算。如果是機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)人員，往往需要同時(shí)考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配。 to 177。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。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)。 此次設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖 所示。列如 Intel8279 是一種為 8 位微處理器設(shè)計(jì)的比較成熟的通用鍵盤 /顯示器接口芯片，其功能有：接收來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)，并作預(yù)處理；數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。這樣一來就組成某個(gè)字符。比 LED 要好的多，但是價(jià)錢較其貴。可實(shí)現(xiàn) 0～ 9 的顯示。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 。 是否加采樣 /保持器。然后再置逐次逼近寄存器次高位為 1，將寄存器中新的數(shù)字量送 D/A 轉(zhuǎn)換器，輸出的 Ｖ o 再與Ｖ i比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除。 缺點(diǎn)：此電路要求 R R4 相等，誤差將會(huì)影響輸出精度，難度較大。為此，測(cè)量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。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(duì)外接電路要求很高。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。系統(tǒng)集成于一片 Xilinx 公司的 SpartanⅡ 系列 XC2S100E 芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。缺點(diǎn)是：硬件部分簡單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根 據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。 本論文的研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 首先是通過壓力傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。在 1954 年使用了帶新式打印機(jī)的傾斜式秤，其輸出信號(hào)能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機(jī)構(gòu)與人工操作的按鍵與辦公機(jī)器聯(lián)用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 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。在 1960 年開發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專門稱重值 打印機(jī)。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。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購物清單的要求。 采用 FPGA 測(cè)頻測(cè)量精度高，測(cè)量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計(jì)要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 方案二 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運(yùn)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。實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引入較大噪聲，對(duì)精度影響較大 。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。 A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。 LM331 的動(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。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。其具體結(jié)構(gòu)有 “反射罩式 ”、 “條形七段式 ”及 “單片集成式多位數(shù)字式 ”等 LED 顯示器與顯示方式 : LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)點(diǎn)很明顯，可靠性高，口簡單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。 圖 穩(wěn)壓電源組成圖 220V 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 方案一 采用 LM31 LM337 共地可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源 LM317 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓，不過它只能允許可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護(hù)電路；由一個(gè)電阻（ R）和一個(gè)可變電位器 (RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓為： Vo=(1+RP/R)。另外由于秤臺(tái)的自身重量、振動(dòng)和沖擊分量，以及還要避免物體超重時(shí)對(duì)傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時(shí)要保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的要大 。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 18V 低偏移電壓： 250 μ V max 低溫度漂移： 3 μ V/ 176。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號(hào)頻率輸入處理。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 30 主程序流程圖 主程序流程圖給出了系統(tǒng)工作的基本過程，描述了信號(hào)的基本流向，起到一個(gè)向?qū)У淖饔谩? 一、 主要工作及結(jié)論 熟悉 AT89C51 單片機(jī)功能及工作特性，掌握其接口擴(kuò)展方法。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。老師們一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不儀授我以文，而且 教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。 經(jīng)過幾個(gè)月的努力，終于按照畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度要求如期完成了實(shí)用電子秤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。一秒鐘采樣物料重量 (已轉(zhuǎn)成脈沖頻率 )，并賦值重量計(jì)算 RAM 區(qū)和顯示 RAM 區(qū)。 圖 INA126 電路設(shè)計(jì)圖 圖 LM331 電路設(shè)計(jì)圖 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的 開發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。 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。另外，該 引腳被略微拉高。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在閑置模式下， CPU 停止工作。 數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號(hào)放大處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成。 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。 方案一 專用芯片式設(shè)計(jì) 專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對(duì) 按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問題的處理，甚至還集成了顯示接口功能。 （ 2）字符的顯示：用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1”，其它的為 “0”，為 “1”的點(diǎn)亮，為 “0”的不亮。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 LED 數(shù)碼管顯示方式 方案二 LCD 顯示 LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片 平 行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直 和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)： 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的。 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)用，因他不但和 8051 指令、 管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。 列如 LM331 LM331 是性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作 精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時(shí)間積分器及其他相關(guān)器件。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Ｖ o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i 進(jìn)行比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比 較符合應(yīng)用要求。 前級(jí)放大器部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號(hào)亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 )( 43 421 1 RR RRR RE ????))(( 4321 4231 RRRR RRRRE ?? ??3421 RRRR ?號(hào)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(cè)量，且不便處理。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。 方案四 采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)為控制核心 采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)為控制核心，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。由此設(shè)計(jì)出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。根據(jù)近些年來電子稱重技術(shù)和電子衡器的發(fā)展情況及電子衡器市場(chǎng)的需求，電子稱的發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋盒⌒突⒛K化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、可靠性高；其應(yīng)用性趨向綜合性、組合性。 國內(nèi)外電子稱發(fā)展及成果 隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)繁榮，為了把稱重技術(shù)引入到生產(chǎn)工藝過程中去，對(duì)稱重技術(shù)提出了心動(dòng)要求，希望稱重過程自動(dòng)化，為此電子技術(shù)滲入衡器制造業(yè)。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。電子秤與機(jī)械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、實(shí)用價(jià)值強(qiáng)、維護(hù)方便等特點(diǎn)，可在各種環(huán)境工作，重量信號(hào)可遠(yuǎn)傳，易于實(shí)現(xiàn) 重量顯示數(shù)字 化，易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。當(dāng)時(shí)帶電子裝置的衡器其稱量工作是機(jī)械式的，但與稱量有關(guān)的顯示、記錄、遠(yuǎn)傳式控制器等功能是電子方式的。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng) V/F 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測(cè)物體 的重量。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)。 從下圖中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的核心器件。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。它有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放 大器放大。 放大器的輸入信號(hào)一般是由傳感器輸出的。