【文章內(nèi)容簡介】 片的要求兼容性強、結(jié)構簡單、工作可靠性強、易于編程操作等特點。 （3）鍵盤輸入、顯示和輸出模塊 鍵盤輸入主要是通過鍵盤輸入的數(shù)值改變不同物體價格的具體參數(shù)，使不通的物體對應不同的價格，通過數(shù)據(jù)處理中心的處理，做出最終的結(jié)果，顯示到顯示器上，其主要有各種按鍵組成。 顯示模塊一般就是顯示器，通常有數(shù)碼管顯示、液晶顯示等。其中液晶顯示又包含很多種，如 16012864 等等許多。 輸出模塊即模數(shù)轉(zhuǎn)換、電源、調(diào)節(jié)器、補償元件等。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括放大、濾波、變換、運算、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動等環(huán)節(jié)。 電子秤的工作原理 當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系（一般成正比關系）的電信號（電壓或電流等） 。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)(A/D )器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的 CPU 處理，CPU 不斷掃描鍵盤和各功能開關，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印。一般地信號的放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。 電子秤的參數(shù)指標 電子秤的主要參數(shù)指標有：量程、分度值、分度數(shù)、準確度等級等。 （1）量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。 （2）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值，用 e 或 d 來表示。 （3）分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示。 （4）準確度等級：國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成 T、II、III、Ⅳ四類等級，分別對應不同準確度的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如表 21 所示。表 21 不同準確度的電子秤和分數(shù)度標志及等級 電子秤分類 分度數(shù)范圍特種準確度 基準衡器 n 100000高準確度 精密衡器 10000 n≤100000中準確度 商業(yè)衡器 1000 n≤10000普通準確度 粗衡器 100n≤10003 元件選擇及硬件電路的設計 以下主要介紹內(nèi)容是電子秤的元件以及硬件電路模塊。 元件選擇 不同的元件有不同的功能，本部分對功能的要求以及綜合考慮到相同類型元件的優(yōu)缺點，對元件的選擇、參數(shù)、優(yōu)缺點進行了詳細的介紹。 單片機的選擇 單片機的選擇在整個系統(tǒng)設計中至關重要，要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價格便宜等要求，鑒于以上考慮本課題選擇 AT89S52 作為整個系統(tǒng)的主控芯片。 AT89S52 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 10000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52 芯片具有以下特性： （1）指令集和芯片引腳與 Intel 公司的 8051 兼容； （2）8KB 片內(nèi)在系統(tǒng)可編程 Flash 程序存儲器； （3）時鐘頻率為 0～33MHz； （4）128 字節(jié)片內(nèi)隨機讀寫存儲器（RAM） ； （5）32 個可編程輸入/輸出引腳； （6）2 個 16 位定時/計數(shù)器； （7）2 個中斷優(yōu)先級； （8）全雙工串行通信接口； （9）監(jiān)視定時器； （10）2 個數(shù)據(jù)指針。 AT89S52 單片機的 40 個引腳中有 2 個專用于主電源引腳， 2 個外接晶振的引腳，4 個控制與其它電源復用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。AT89S52 單片機引腳圖如圖 31 所示。圖 31 AT89S52 單片機引腳圖 傳感器的選擇 壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)壓電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應。 壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。壓電器件的弱點：高內(nèi)阻、小功率。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，這對外接電路要求很高。 電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構型傳感器。電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構成力學量傳感器。導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應變效應。電阻應變片把機械應變信號轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應變片的△R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。 直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。圖 32 為一直流供電的平衡電阻電橋，Ein 接直流電源 E。Rd RaRc RbEinEout圖 32 電阻應變式傳感器原理圖 設各橋臂的初始電阻為 Ra=Rb=Rc=Rd=R，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，4 個橋臂電阻分別產(chǎn)生微小變化，輸出信號電壓可由下式給出： ????Rcb2Rad2Einout ?????上式說明電橋的輸出電壓 Eout 和四個橋臂的應變片感受應變量的關系。 應變片式傳感器有如下特點： （1）應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器； （2）分辨力和靈敏度高，精度較高； （3）結(jié)構輕小，對試件影響小，對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好； （4）商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 無線數(shù)據(jù) HX711 是一款專為高精度電子秤而設計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括片內(nèi)時鐘振蕩器、穩(wěn)壓電源等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有響應速度快、集成度高、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。芯片管腳圖如圖 33 所示。圖 33 HX711 管腳定義該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關可任意選取通道 A 或通道 B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道 A 的可編程增益為 128 或 64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為177。20mV、177。40mV。通道 B 則為固定的 64 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。 顯示器的選擇本設計采用點陣字符型 LCD1602 液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件，但采用 LCD 液晶顯示會造成設計成本增加。LCD1602 可以顯示 2 行 16 個字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7 和 RS、R/W、EN 三個控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光調(diào)節(jié)。具體引腳說明如下表 31 所示。表 31 LCD1602 液晶顯示器引腳說明編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端 12 D5 Data I/O5 R/W 讀/寫選擇端 13 D6 Data I/O6 E 使能信號 14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負極 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、日文假名等。每一個字符都有一個固定的代碼，它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。因此，用 LCD1602 能很好的滿足設計要求。 硬件電路的設計以下部分內(nèi)容是本設計最主要的內(nèi)容，通過這部分的設計，電子秤設計的電路原理以及怎么工作的將得到完整的呈現(xiàn)。 電源電路由于該系統(tǒng)中 51 單片機及 AD 轉(zhuǎn)換芯片及液晶顯示器所需供電電壓均為 5V 電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要設計一個可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)。本設計采用單電源接口供電方式，USB 接口供電方便程序調(diào)試。該系統(tǒng)電源電路設計如圖 24 所示。圖 34 電源接口電路圖 主控電路主控電路由 AT89S52 單片機及晶振電路和復位電路組成，該電路作為整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心單元，其連接方式如圖 35 所示。圖 35 主控電路圖復位是單片機的初始化操作，單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復位。其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動復位的，必須配合相應的外部復位電路才能實現(xiàn)。本設計復位電路采用按鍵手動復位加上電復位來實現(xiàn)，K1 為復位按鍵，復位按鍵按下后，復位端通過 1K 的小電阻與電源接通，電容迅速放電，使 RST 引腳為高電平；當復位按鍵彈起后，電源通過 10KΩ 的電阻對 10μF 的電容 C1 重新充電，RST 引腳端出現(xiàn)復位正脈沖。初始復位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)，復位后單片機片內(nèi)各特殊功能寄存器的狀態(tài)見表 32，表中“x”為不定數(shù)。表 32 復位后單片機片內(nèi)各特殊功能寄存器狀態(tài)復位時，ALE 和 PSEN 成輸入狀態(tài)，ALE=PSEN=1，片內(nèi) RAM 不受復位影響。復位后，P0P3 口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將 07H 寫入堆棧指針 SP，同時將PC 和其余特殊功能寄存器清零。此時，單片機從起始地址 0000H 開始重新執(zhí)行程序。所以，當單片機運行出錯或者進入死循環(huán)時，可使其復位后重新運行。單片機工作是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進行的，這個脈沖是由單片機控制器中的時序電路發(fā)出的。單片機的時序就是 CPU 在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。為了保證各部件間的同步工作，單片機內(nèi)部電路應在唯一的時鐘信號下嚴格地按時序進行工作。AT89S52 內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，但要形成時鐘脈沖，外部還需附加電路，本設計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和XTAL2 兩端跨接晶體振蕩器，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。C7 和 C10 的值通常選擇為 30pF 左右，對頻率有微調(diào)作用，晶振 Y1 選擇 12MHz。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應盡可能安裝得與單片機引腳 XTAL1 和 XTAL2 靠近。特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài)ACC 00H TMOD 00HPC 0000H TCON 00HPSW 00H TL0 00HSP 07H TH0 00HDPTR 0000H TL1 00HP0P3 0FFH TH1 00HIP xx000000B B 00HIE 0x000000B SCON 00HPCON 0xxx0000B SBUF 不定單片機的 31 腳（EA）接+5V 電源，表示允許使用片內(nèi) ROM。 顯示電路顯示部分采用 LCD1602 液晶顯示，液晶板上排列著若干 5*7 或 5*10 點陣的字符顯示位，每個顯示位可顯示 1 個字符，從規(guī)格上分為每行 12340 位，有一行、兩行及四行三類。其與單片機的連接電路如圖 36 所示。圖 36 顯示電路圖P1 的引腳 1 和引腳 2 為液晶 1602 地和電源引腳。3 腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通常用 10K 電位器接地，背光可通過電位器來調(diào)節(jié)亮度，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”現(xiàn)象，由于可以不調(diào)節(jié)背光亮度，本設計電路采用 3K 電阻代替。4 腳、5 腳、6 腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機的 、 、 端口。RS 為寄存器選擇端，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器；R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；RS 和 R/W 同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；RS 為低電平，R/W 為高電平時可以讀入信號；RS 為高電平，R/W 為地電平時可以寫入數(shù)據(jù)。EN 為使能端，當 EN 由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。714 腳為 8位雙向數(shù)據(jù)線接口，與單片機的 P0 口相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；116 腳為液晶的背