【文章內(nèi)容簡介】 能CMOS 8位單片機(jī)，它具有可靠性高、電磁輻射量小、響應(yīng)速度快、抗干擾性和控制功能強(qiáng)等特點(diǎn)，片內(nèi)含8k的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256k的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)稱重系統(tǒng)的所有功能，圖 單片機(jī)芯片引腳圖STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口，STC89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。各引腳功能如下所示：P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，也即地址／數(shù)據(jù)總線口。作為輸出口時(shí)可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“１”時(shí)，可做為高阻抗輸入端用。P1口：P1口是內(nèi)部帶有弱上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門電流。P1口鎖存器寫入1后，P1口引腳被上拉為高電平時(shí)，可用作輸入，還具有第二輸入/輸出功能：：定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)輸入端或定時(shí)器T2的時(shí)鐘輸出端。：定時(shí)器T2的外部觸發(fā)輸入端。 P2口：P2口是內(nèi)部帶有弱上拉電阻的準(zhǔn)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口被寫入“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，作為輸入。在讀/寫外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸入高八位地址信號(hào)A15A8。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。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，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。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)P2口接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口是內(nèi)部帶有弱上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。作輸入引腳使用前，先向P3口鎖存器輸入1，使P3口引腳被上拉成高電平。P3口除了作為一般的I/O引腳使用外，還具有第二功能。P3口作為一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RESE T：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PRDG：低八位地址鎖存信號(hào)。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，用ALE/PRDG下降沿從P0口輸出的低八位地址信息A7A0,以便隨后將P0口作為數(shù)據(jù)總線使用。在正常情況下，ALE/PRDG輸出信號(hào)恒為1/6振蕩頻率，并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，低電平有效。在復(fù)位期間CPU檢測并鎖存EA/VPP引腳電平狀態(tài)，當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器取指令，只有當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址編碼范圍時(shí)，才轉(zhuǎn)到外部程序存儲(chǔ)器取指令；當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，一律從外部程序存儲(chǔ)器取指令。X1：片內(nèi)晶振電路反向振蕩放大器的輸入端，接CPU內(nèi)部時(shí)鐘工作電路。X2：片內(nèi)晶振電路反向振蕩器的輸出端。 三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管LED顯示電路LED數(shù)碼管實(shí)際上是由7個(gè)發(fā)光管組成“8”字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮。它具有體積小、抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長，工作電壓低，功耗小，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。LED數(shù)碼管常用的顯示方法有兩種，分別為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，并且根據(jù)LED數(shù)碼管內(nèi)各筆段LED發(fā)光二極管的連接方式，可將LED數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩大類。本設(shè)計(jì)中采用的是共陽極的動(dòng)態(tài)顯示電路，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃（a,b,c,d,e,f,g,dp）的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮，通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低， 三極管驅(qū)動(dòng)LED顯示連線圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)用單片機(jī)外界三極管驅(qū)動(dòng)共陽極數(shù)碼管顯示稱重?cái)?shù)據(jù)，這里使用的三極管為PNP型，并且只是當(dāng)開關(guān)用，工作在截止?fàn)顟B(tài)或飽和狀態(tài)。每個(gè)共陽數(shù)碼管的COM段通過三極管接電源，集電極接電源COM，相當(dāng)于掃描，然后段碼端（即a，b，c，d，e，f，g )輸出要顯示的數(shù)據(jù)，此時(shí)為低電平有效。 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)中有上限報(bào)警，用一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)紅色發(fā)光二極管顯示報(bào)警。當(dāng)被測重量正常時(shí)，蜂鳴器不響，發(fā)光二極管不亮，當(dāng)被測重量高于設(shè)定值時(shí)，“1”，蜂鳴器不停地發(fā)出聲音，發(fā)光二極管一直點(diǎn)亮，這種報(bào)警電路有助于不同類型的人使用，并且能使工作人員及時(shí)解除超載，有利于延長儀器儀表的壽命。 報(bào)警硬件連線圖，系統(tǒng)報(bào)警電路主要由一個(gè)1K的固定電阻、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)PNP三極管組成。 2*2鍵盤鍵盤是最常用也是最主要的輸入設(shè)備，在稱重系統(tǒng)中主要用它將設(shè)定超載最小值輸入到計(jì)算機(jī)中，在稱重過程中一旦遇到稱重傳感器超載問題，計(jì)算機(jī)將以警報(bào)的方式向工作人員發(fā)出命令。圖 2*2矩陣式鍵盤上圖為2*2矩陣式鍵盤，它由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端，與微型計(jì)算機(jī)的連接采用I/O接口直接接入P2口。在這種鍵盤中，每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，在軟件編程上也容易實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的2*2鍵盤為活動(dòng)式鍵盤，它作為一個(gè)獨(dú)立的輸入部件，直接采用按鍵焊接聯(lián)結(jié)實(shí)現(xiàn)鍵盤硬件設(shè)計(jì)。在整機(jī)調(diào)試中可以看到：2*2鍵盤實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)定值的各位設(shè)定,并且在按鍵被按下瞬間，蜂鳴器和發(fā)光二極管瞬時(shí)響起并且點(diǎn)亮，這樣避免了在設(shè)定過程中產(chǎn)生錯(cuò)誤。2*注：硬件原理流程圖見附錄A。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述在實(shí)際稱重控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)能否正常可靠地工作，除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，還與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開的，數(shù)字化稱重儀表的軟件設(shè)計(jì)主要是基于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想，采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)每個(gè)子程序模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)、編制和調(diào)試，使程序避免重復(fù)性且具有清晰的總體結(jié)構(gòu)，從而滿足實(shí)時(shí)測量和數(shù)據(jù)處理的要求。數(shù)字化稱重儀表的系統(tǒng)軟件不是單一的控制程序，而是使儀表正常運(yùn)行必不可少的軟件系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話與系統(tǒng)資源的合理的有效使用。設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用C51語言編程，充分利用C51語言編程的優(yōu)點(diǎn)，使程序效率滿足實(shí)時(shí)性要求。 系統(tǒng)軟件主程序及子程序流程 系統(tǒng)主程序流程系統(tǒng)控制軟件模塊主要由主程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、鍵盤處理程序、數(shù)據(jù)顯示程序、超載報(bào)警程序等幾部分組成， 系統(tǒng)軟件主程序流程圖（1）主程序主要完成稱重系統(tǒng)的初始化、初始化自診斷、顯示及鍵盤掃描等功能。（2）稱重?cái)?shù)據(jù)采集程序主要完成對(duì)稱重傳感器信號(hào)的采集、放大以及A/D轉(zhuǎn)換等功能。（3）稱重?cái)?shù)據(jù)處理程序主要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最終得到被測物的真實(shí)重量值（由微處理器完成）。（4）鍵盤處理程序主要完成鍵盤信號(hào)的輸入，重量參數(shù)設(shè)定、重量數(shù)據(jù)核定等功能。（5）比較與超載報(bào)警程序主要對(duì)被測物的真實(shí)重量與系統(tǒng)設(shè)定的最大重量值進(jìn)行比較，對(duì)超載重量數(shù)據(jù)進(jìn)行聲光報(bào)警。（6）稱重?cái)?shù)據(jù)顯示程序主要完成對(duì)被測物重量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，便于工作人員能及時(shí)對(duì)稱重系統(tǒng)實(shí)施整體控制。 A/D轉(zhuǎn)換（0832）程序流程在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接編程時(shí)，運(yùn)用中斷查詢法，因0832A/D轉(zhuǎn)換器不提供片選邏輯電路，因此地址譯碼主要由微處理器來實(shí)現(xiàn)。A/D被作為I/O設(shè)備來對(duì)待，工作過程是：微處理器對(duì)A/D所占用的I/O口地址執(zhí)行一條輸出指令，用WR和片選信號(hào)CS結(jié)合起來所產(chǎn)生的啟動(dòng)信號(hào)去啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換（CS=0）。然后執(zhí)行延時(shí)循環(huán)程序，待一固定時(shí)間（這個(gè)時(shí)間應(yīng)安排得比轉(zhuǎn)換時(shí)間稍長些，以保證結(jié)果的正確性），延時(shí)結(jié)束后，對(duì)用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的同一地址執(zhí)行一條輸入指令，用RD和CS結(jié)合所產(chǎn)生的允許輸出信號(hào)DO讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，A/D產(chǎn)生轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)（CS=1）。A/ A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 LED顯示程序流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)用9012三極管擴(kuò)展的4 位共陽極LED 動(dòng)態(tài)顯示接口電路已被成功地應(yīng)用到以STC89C52 單片機(jī)為核心的數(shù)字化稱重儀表中，、百位、十位和個(gè)位的供電，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的三極管會(huì)導(dǎo)通，+5V通過驅(qū)動(dòng)三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時(shí)只要P0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字，在實(shí)驗(yàn)調(diào)試運(yùn)行過程中表明,LED 顯示清晰穩(wěn)定不閃爍。 圖 LED顯示流程圖 鍵盤掃描程序流程系統(tǒng)采用2*2鍵盤實(shí)現(xiàn)超載最小值的設(shè)定，它的掃描程序任務(wù)是：鍵盤初始化，確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，定義鍵的功能，并消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。2*2鍵盤連接中，有兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過軟件查詢主函數(shù)定義的功能鍵，查出該鍵的功能， 鍵盤掃描流程圖在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，微處理器采用中斷掃描法對(duì)2*2鍵盤進(jìn)行行掃描，CPU 響應(yīng)中斷后，立刻轉(zhuǎn)到響應(yīng)的中斷服務(wù)程序，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，并做相應(yīng)的處理，這樣節(jié)省了大量的空掃描時(shí)間，進(jìn)而提高了計(jì)算機(jī)的工作效率。 系統(tǒng)C51語言的選用隨著單片機(jī)的普及應(yīng)用，單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)語言也在不斷地發(fā)展更新。目前，開發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件可以用匯編語言編程，也可以用PL/M51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，還可以用C一51編制控制軟件。C一51語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，與標(biāo)準(zhǔn)C語言完全兼容，具有代碼效率高、可移植性強(qiáng)、庫函數(shù)豐富、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、可直接操作硬件資源和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)本系統(tǒng)的控制任務(wù)及考慮到實(shí)時(shí)性等情況，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件程序采用C一51編制語言編程，它具有很強(qiáng)的功能性和結(jié)構(gòu)性，可以縮短單片機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，而且易于調(diào)試和維護(hù)，已經(jīng)成為目前單片機(jī)語言中最流行的編程語言。稱重系統(tǒng)對(duì)儀表性能有著嚴(yán)格要求，因此在編程時(shí)必須對(duì)系統(tǒng)性能起決定作用的關(guān)鍵程序重點(diǎn)編寫，設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)以下方法進(jìn)行編寫。（1）對(duì)局部變量、函數(shù)參數(shù)和返回值使用 void 和 unsigned char 類型，避免在編程過程中類型轉(zhuǎn)換。（2）循環(huán)體形式采用for或while 循環(huán)體進(jìn)行循環(huán)。（3）函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)定義少，并利用全局變量傳遞參數(shù)，以此提高函數(shù)調(diào)用的效率。（4）使用各種邏輯操作替代位操作運(yùn)行，使用左移和右移的方法代替除法操作運(yùn)行。（5）使用switch與break語句聯(lián)用構(gòu)成多分支選擇結(jié)構(gòu)的執(zhí)行流程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定功能，并且減少了運(yùn)行時(shí)間，加快了運(yùn)行速度。注：系統(tǒng)軟件C51源程序見附錄B。第五章 抗干擾分析與系統(tǒng)調(diào)試 抗干擾分析工業(yè)生產(chǎn)中稱重儀表的使用條件很復(fù)雜，形形色色的干擾存在。針對(duì)于靈敏度高的數(shù)字化稱重儀表，外界干擾對(duì)其十分敏感，如果不采取有效的措施，將出現(xiàn)使稱重儀表顯示誤差增大、靈敏度降低、指示不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)稱重儀表將無法工作。因此在稱重過程中有必要考慮干擾來源及其消除的方法。 干擾產(chǎn)生原因干擾產(chǎn)生的原因是多種多樣的，針對(duì)稱重儀表干擾來源主要有電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、漏電、不等電位接地等產(chǎn)生的干擾。在大功率變壓器、交流電機(jī)、強(qiáng)電流電力線等周圍存在較強(qiáng)的交變磁場，如果稱重儀表信號(hào)線在其附近通過，就會(huì)受到交變磁場影響而產(chǎn)生交變電動(dòng)勢，形成工頻干擾。 雷擊、接觸器觸點(diǎn)發(fā)生火花，具有電容或電感的回路斷開或閉合時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生高頻的無線電波，同樣會(huì)在稱重儀表回路產(chǎn)生高頻干擾，圖 電磁感應(yīng)產(chǎn)生干擾靜電感應(yīng)是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容，使一條路上的電荷通過寄生電容傳到另一條支路上去因此又稱為電容性耦合。靜電感應(yīng)一般產(chǎn)生串模干擾（ 所示），因此此干擾對(duì)系統(tǒng)影響比較大，應(yīng)予抑制。 靜電感應(yīng)產(chǎn)生干擾同一信號(hào)回路多點(diǎn)接地，“大地”成為信號(hào)回路的一部分。由于實(shí)際大地電阻不為零，因此當(dāng)大地中流過電流時(shí)，在不同點(diǎn)上就會(huì)產(chǎn)生不等電位傳播的現(xiàn)象。如果稱重儀表輸入回路中存在兩個(gè)或多個(gè)接地點(diǎn)，就可能出現(xiàn)因接地點(diǎn)不等電位而產(chǎn)生共模干擾e，特別是出現(xiàn)接地故障電流或有直接雷擊電流時(shí)，將出現(xiàn)強(qiáng)大的大地雜散電流，大地上不同接地點(diǎn)可能出現(xiàn)明顯的電位差e，如圖 所示。這個(gè)電位差信號(hào)線路所產(chǎn)生的干擾電流i，在導(dǎo)線電阻上產(chǎn)生壓降，轉(zhuǎn)換為串模干擾電壓，影響儀表信號(hào)準(zhǔn)確性。 地電位干擾由于電子線路內(nèi)部的元件接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等絕緣不良，特別是稱重傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度較大，絕緣體的絕緣電阻下降，導(dǎo)致漏電電流增加引起的干擾，當(dāng)漏電電流流入測量電路的輸入級(jí)時(shí)，會(huì)給信號(hào)線路引入共模干擾電壓。 抗干擾措施針對(duì)稱重儀表工作環(huán)境復(fù)雜等原因，除了在儀表內(nèi)部電子線路中采取必要的抗干擾措施外，還應(yīng)該分析干擾來源和形成途徑，設(shè)法消除干擾源、切斷干擾傳播途徑，提高稱重儀表抗干擾能力。本設(shè)計(jì)提供如下方法：為防止高電壓、大電流、大功率等強(qiáng)電產(chǎn)生的各種干擾信號(hào)進(jìn)入稱重儀表內(nèi)部，