【文章內(nèi)容簡介】 大 5nA 高共模抵制 CMR 最小 120dB 輸入保護至 177。40V 圖 28 INA128 引腳圖 寬電源電壓范圍 177。 至 177。18V 低靜態(tài)電流 700181。A 8 引腳塑料 DIP 和 SO8 封裝 放大器增益 G=1+50k/Rg，通過改變 Rg 的大小來改變放大器的增益。因為放大的倍數(shù)是 1000，所以大致選用 50 歐姆的電阻就可以了。 基于以上分析，采用專用儀表放大器能跟好的滿足要求，我最終選擇了 INA128。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器選型 DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK 稱重傳感器采集的壓力信號是模擬量，單片機系統(tǒng)內(nèi)部運算時用的都是數(shù)字量，即 0 和 1，因此對于單片機而言我們無法直接操作模擬量，必須將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這就需要在單片機前段加上模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號 [9]。而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號提供給微處理器處理?，F(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本方法有十幾種，常用的有計數(shù)法、逐次比較法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次比較法模數(shù)轉(zhuǎn)換具有速度快、分辨率高等特點，而且采用這種方法的 ADC 芯片成本較低，所以我們選用逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換集成芯片 ADC0832， ADC0832 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 其輸入輸出 電平與 TTL/CMOS 相兼容，電源供電時輸入電壓在 0～ 5V 之間，工作頻率為250KHZ 轉(zhuǎn)換時間為 32μS，一般功耗僅為 15mW； 由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC0832 特點 ： 8 位分辨率 ； 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS； 一般功耗僅為 15mW； 8P、 14P—DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C； 芯片接口說明： CS_ 片選 使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 圖 29 AD0832 雙列直插式封裝引腳圖 DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)輸出 。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為 數(shù)據(jù)校驗 ，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 鍵盤部分的方案 鍵盤輸入是人機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。鍵盤是由若干個按鍵開關組成，鍵的多少根據(jù)單片機應用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關觸點，當鍵按下時 ，觸點閉合，當鍵松開時，觸點斷開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。 鍵盤部分有兩個可行的方案，第一是采用 34 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，第二是采用 44 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路 [15]。 由于電子秤需要設置單價（十個數(shù)字鍵），還具有確認、清零等功能，總共需設置 13 個鍵（包括一個復位鍵），其中復位可以單獨拿出來。所以我們采用 34 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路。 34 矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列 線的交叉點上。圖 26 給出了一個 34 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。 34 矩陣式鍵盤共可以安裝 12 個鍵，但只需要 7 條測試線。 DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK 圖 210 3 4 矩陣式鍵盤圖 顯示部分選 型 數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇：一是 LED 數(shù)碼管顯示，二是 LCD 液晶。 LED 顯示每一個數(shù)碼管只能顯示一個數(shù)字，電子秤系統(tǒng)需要許多數(shù)碼管，會使線路變得復雜化。 LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，其能夠多行顯示，并且能夠顯示漢字或英文字母，應用于電子秤中能夠更人性化，更容易操作。所以最終選擇了兩行顯示的 LCD1602，LCD1602 的引腳圖如 211 所示。 圖 211 液晶顯示器 LCD1602 過載報警部分的方案 智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為提醒用戶而設置。在本系統(tǒng)中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK 壞儀器。 超限報警電路是由單片機的 I/O 口來控制的，當稱重物體重量超過系統(tǒng)設計所允許的重量時，通過程序使單片機的 I/O 值為高電平，從而三極管導通，使蜂鳴器SPEAKER 發(fā)出報警聲，同時使二極管發(fā)光。 DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK 3 硬件設計 系統(tǒng)設計的總體思路 物體放在壓力傳感器上，傳感器發(fā)生形變，阻抗就發(fā)生變化，產(chǎn)生一個變化的模擬信號，該信號需要有放大電路放大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到微處理器處理。微處理器根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⒔Y(jié)果輸出到顯示器，直到顯示結(jié)果。如下圖所示 31 所示。 圖 31 硬件設計的總體思路 單片機 STC89C52 最小系統(tǒng) 圖 32 STC89C52 最小系統(tǒng)圖 STC89C52 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機，其最小系 統(tǒng)簡單 、可靠，僅 由時鐘電路、復位電路、電源電路構(gòu)成 [11]。 時鐘電路 壓 力 傳感器 放大電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換 微處理器 鍵 盤 x = x = x = x = LCD 顯示 x = x = x = x = DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK STC89C52 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。 STC89C52單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 本設計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，可在 20pF 到 100pF 之間取值。所以本設計中，振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 30pF[11]。 復位電路 STC89C52 的復位電路是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。只需給復位引腳 RST 加上大于 2 個機器周期的高電平就可使其復位。復位電路通常采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。本設計就是用的按鍵手動復位。其中電平復位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。 電源電路 STC89C52 的電源腳分別為 20 腳 Vss 和 40 腳 Vcc（圖中已默認連接，未顯示出來）。這兩個腳分別接地和 +5V 直流電源， 31 腳 EA 為內(nèi)外存儲器的控制端，接 +5V允許訪問外部存儲器。 放大電路 傳感器檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變 化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，本設計中選用 CZAF605 電阻應變式稱重傳感器 [10]，因為通過其得到的電壓信號很小，為所以還需要放大器放大信號?？紤]到干擾的作用，對傳感器的信號進行了濾波處理，最終設計如圖 33。 圖 33 傳感器與放大器的接口電路 INA128 的 2 和 3 腳為信號輸入端， 5 和 7 腳為電源引腳。微弱信號放大后從Rd RaRc RbVCC10K10K200pF 100pF200pF 100pFV4IN+3IN2OUT6REF5RG1RG8+V7INA128VCC1KDJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK INA128 的第 6 腳輸出。通過調(diào)節(jié) Rg 的阻值可以來改變放大倍數(shù)，使得輸出電壓在A/D 轉(zhuǎn)換的基準電壓要求范圍之內(nèi)。 根據(jù)要求 ,A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓變化范圍是 0V～ ，傳 感器的輸出電壓信號在 0～ 5mv， 10 00 ??因此取放大器的放大倍數(shù) 1000。因此代入公式501 KG Rg??? , ???? 50100050g KR 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn) 換時間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強 [12]。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇 [21]。正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的 電平可任意。當要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入 時鐘脈沖 ， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 [9]。 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一 個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)