【正文】 器部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。 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。 采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 轉(zhuǎn)換器 [17]。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價(jià)格比。所以 AT89C51 符合本次設(shè)計(jì)的主控芯片。在多位 LED顯示時(shí)，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由響應(yīng)的 I/O 口線控制。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H——00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H） =FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， …… （ 00EH） =00H，（ 00FH）=00H 時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線 。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號后作相應(yīng)的功能處理。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo、輸出電流 Io、輸出紋波電壓 ΔUopp等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。另外由于秤臺的自身重量、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。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 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。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。正是因 為 C 語言具有這樣的特性，所以很適合編寫要對硬件進(jìn)行操作的軟件程序。 圖 顯示子程序 流程圖 鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì) 鍵盤電路設(shè)計(jì)成 4X4 矩陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。比如系統(tǒng)的超 量程信號直接由單片機(jī)送入報(bào)警電路，沒有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報(bào)警電路。 對鍵盤和顯示器進(jìn)行選型比較，得出各種型號優(yōu)劣比。 V/F 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì) V/F 轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計(jì)。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要用匯編語言編寫，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。輸出脈沖頻率 f0 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓－頻率變換 [18]。1. 35 ～ 177。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于 內(nèi)部上拉的緣故。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給 51 單片機(jī)控制器處理，由單片機(jī)完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動(dòng)液晶顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。 AT89C51 是一款 8 位的內(nèi)帶 4K 程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實(shí)現(xiàn)電子秤系統(tǒng)的各項(xiàng)功能時(shí)，所需的軟件量并不是很大，不 需要太大的程序存儲空間，因此在對AT89C51 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)不需要在片外再擴(kuò)展程序存儲器，這樣不僅節(jié)省了硬件資源，也優(yōu)化了電 路的設(shè)計(jì)。 圖 44 矩陣鍵盤 考慮到成本方面，我決定采用矩陣鍵盤。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。 （ 4）功耗低 ：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗 電量比其它顯示器要少得多。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。所以我決定采用 LM331 芯片 V/F 轉(zhuǎn)換作為信號轉(zhuǎn)換的方案。為防止這種現(xiàn)象，可采取如下措施： （ 1）加強(qiáng)抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進(jìn)入電路； （ 2）加強(qiáng)電源穩(wěn)壓濾 波措施， 在 A/D 轉(zhuǎn)換器電源入口處加退耦濾波電路，為防止窄脈沖 波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容； （ 3）在 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源端接一限流電阻，可在出現(xiàn)晶閘管現(xiàn)象時(shí)，有效地把電流限定在允許范圍內(nèi)，以防止燒壞器件。 A/D 轉(zhuǎn)換器選用的原則： A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。~177。 我們考慮了以下幾種方 案： 方案一 利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級放大器。 （ 4）商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測量 [5]。故易受外界干擾，信號需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示 [3]。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 方案三 前端信號處理時(shí)，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。此部分對軟件的設(shè)計(jì)要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。近年來電子稱已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)的處理和控制過程中。頂尖條碼標(biāo)簽稱有著許多卓越的特點(diǎn)，以太網(wǎng)功能使管理更加方便 。電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。從世界水 平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤。 80 年代以來，我國通過自行研究引進(jìn)消化吸收和技術(shù)改造。 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，本章主要是介紹電子稱的軟件設(shè)計(jì)，給出了本次設(shè)計(jì)的主程序流程圖及一些模塊的子程序圖。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。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。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。電阻應(yīng)變片把機(jī)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。為此，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。 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 (如 OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器，如下圖所示 ： 圖 利用普通運(yùn)放構(gòu)成的放大器 電阻 R R2 和電容 C C C C4 用于濾除前級的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾 ， C C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速 A/D 轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。 方案二 采用 V/F 轉(zhuǎn)換 VF 控制的原理是產(chǎn)生一個(gè)震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個(gè)壓敏電容，當(dāng)受到一個(gè)變化的電壓時(shí)候它的容量會變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。 研制周期 在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 顯示模塊 方案一 LED 顯示 LED 就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱 LED。其中兩片 74LS244 分別用于段信號和位信號的驅(qū)動(dòng)， 74LS273 用于段信號的鎖存，其鎖存地址為 7FFFH。這就是 LCD 顯示的基本原理。因此，相對于單片機(jī)系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。 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 [16]。一般選擇滿量程時(shí)候的誤差不能大于規(guī)定量。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。另外，該 引腳被略微拉高。 to 177。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號頻率輸入處理。本文采用 C 語言進(jìn)行編寫．因?yàn)榇讼到y(tǒng)軟件比較，其存儲量較大，因此必須應(yīng)用 C 語言編程了 [9]。設(shè)計(jì)流程圖如圖所示。 沒有擴(kuò)展更多電路，如日歷時(shí)鐘電路、通訊接口電路等。 通過對數(shù)據(jù)采集的分析，了解了各種傳感器、放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換器和 V/F 轉(zhuǎn)化器對信號的轉(zhuǎn)換、傳輸有了更深的認(rèn)識。 圖 主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)子程 序主要包括 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)、鍵盤輸入控制程序設(shè)計(jì)及顯示程序設(shè)計(jì)等。它既可以用來編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng) 程序，也可以用來編寫一般的應(yīng)用程序。當(dāng)電容 C3 放電電壓等于輸入電壓 Vi 時(shí)，輸入比較器再次輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。 電路具體設(shè)計(jì) 圖 AT89C51 最小系統(tǒng)電路圖 信號放大電路 芯片 INA126 簡介 INA126 是精密低噪聲差分信 號采集儀表放大器，內(nèi)部采用兩個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)，使之具有非常低的靜態(tài)電流 (175 μ A) 和有很寬電源供電范圍 (177。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器 、信號的前級處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成 。 具體實(shí)施方案簡介 根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，硬件部分采用 51 系列單片機(jī) AT89C51 為控制核心部件，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。缺點(diǎn)就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問題。 鍵盤輸入 鍵盤輸入是人機(jī)交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。 （ 3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N根段選線。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。根據(jù)分辨率的要求利用軟件處理，最后得到 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長就會燒壞芯片。計(jì)數(shù)器在反向積分時(shí)間內(nèi)所計(jì)的數(shù)值，就是輸入模擬電壓Ｖ i 所對應(yīng)的數(shù)字量，實(shí) 現(xiàn)了 A/D轉(zhuǎn)換。 INA126 在外接電阻 RG 時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 1~1000 范圍內(nèi)的任意增益；工作電源范圍為177。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動(dòng)變換等。 （ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小， 對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。因 C 太小，故容抗 CX =1/? C 很大，為高阻抗元件，負(fù)載能力差；又因其視在功率P= 2ou ? C ， C 很小，則 P 也很小。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系， 往往知道了前者就能推定后者。 硬件的方案設(shè)計(jì)與論證 傳感器 傳 感器的定義：能感受規(guī)定的被測