【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大 5nA 高共模抵制 CMR 最小 120dB 輸入保護(hù)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(guò)改變 Rg 的大小來(lái)改變放大器的增益。因?yàn)榉糯蟮谋稊?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(hào)是模擬量，單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算時(shí)用的都是數(shù)字量，即 0 和 1，因此對(duì)于單片機(jī)而言我們無(wú)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(jī)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(hào)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號(hào) [9]。而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)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(jì)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(diǎn)，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(guó)國(guó)家半導(dǎo)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(shí)輸入電壓在 0～ 5V 之間，工作頻率為250KHZ 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS，一般功耗僅為 15mW； 由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC0832 特點(diǎn) ： 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(shí)輸入電壓在 0~5V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)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(jí)芯片溫寬為 0176。C to +70176。C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C； 芯片接口說(shuō)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(hào)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(hào)輸出，轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)輸出 。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)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(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為 數(shù)據(jù)校驗(yàn) ，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)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(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 鍵盤部分的方案 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。鍵盤是由若干個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí) ，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)斷開(kāi)。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤接口信號(hào)是輸入信號(hào)。 鍵盤部分有兩個(gè)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(shè)置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵），還具有確認(rèn)、清零等功能，總共需設(shè)置 13 個(gè)鍵（包括一個(gè)復(fù)位鍵），其中復(fù)位可以單獨(dú)拿出來(lái)。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(diǎn)是把檢測(cè)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(diǎn)上。圖 26 給出了一個(gè) 34 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個(gè)按鍵都通過(guò)不同的行線和列線與主機(jī)相連這。 34 矩陣式鍵盤共可以安裝 12 個(gè)鍵，但只需要 7 條測(cè)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(xiàng)重要功能，是人機(jī)交換的主要組成部分，它可以將測(cè)量電路測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微處理器處理后直觀的顯示出來(lái)。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(gè)數(shù)碼管只能顯示一個(gè)數(shù)字，電子秤系統(tǒng)需要許多數(shù)碼管，會(huì)使線路變得復(fù)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(yīng)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(guò)載報(bào)警部分的方案 智能儀器一般都具有報(bào)警和通訊功能，報(bào)警主要用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)、當(dāng)測(cè)量的數(shù)據(jù)超過(guò)儀表量程或者是超過(guò)用戶設(shè)置的上下限時(shí)為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK 壞儀器。 超限報(bào)警電路是由單片機(jī)的 I/O 口來(lái)控制的，當(dāng)稱重物體重量超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量時(shí)，通過(guò)程序使單片機(jī)的 I/O 值為高電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器SPEAKER 發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使二極管發(fā)光。 DJKHJKFDSFJK HJDSKH FJDH JKFDHSJK FDSJK JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK 3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)變化的模擬信號(hào)，該信號(hào)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(hào)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(shè)計(jì)的總體思路 單片機(jī) 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(jī)，其最小系 統(tǒng)簡(jiǎn)單 、可靠，僅 由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路構(gòu)成 [11]。 時(shí)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(shí)鐘，必須外部附加電路。 STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)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(duì)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(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 30pF[11]。 復(fù)位電路 STC89C52 的復(fù)位電路是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只需給復(fù)位引腳 RST 加上大于 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平就可使其復(fù)位。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)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(rèn)連接，未顯示出來(lái)）。這兩個(gè)腳分別接地和 +5V 直流電源， 31 腳 EA 為內(nèi)外存儲(chǔ)器的控制端，接 +5V允許訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。 放大電路 傳感器檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變 化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觯驹O(shè)計(jì)中選用 CZAF605 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 [10]，因?yàn)橥ㄟ^(guò)其得到的電壓信號(hào)很小，為所以還需要放大器放大信號(hào)?？紤]到干擾的作用，對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行了濾波處理，最終設(shè)計(jì)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(hào)輸入端， 5 和 7 腳為電源引腳。微弱信號(hào)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(guò)調(diào)節(jié) Rg 的阻值可以來(lái)改變放大倍數(shù)，使得輸出電壓在A/D 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)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(hào)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(jī)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(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)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(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn) 換時(shí)間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng) [12]。獨(dú)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(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 [21]。正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)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(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的 電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，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(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入 時(shí)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(hào)。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)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(hào)輸入時(shí) ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時(shí)的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一 個(gè)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(jìn)行 IN+與 IN的輸入時(shí)，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)