【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 放大器的增益 ， 基于以上分析，我們決 定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器 INA126 。 A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種能把數(shù)入模擬電壓或電流變成與它成 正比的數(shù)字量。即能把被控對(duì)象的各種模擬信息變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，從原理上通?？煞譃橐韵滤姆N：計(jì)數(shù)器式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，并行 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 計(jì)數(shù)器式 A/D 轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度也很慢，所以很少采用。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 的抗干擾能力很強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度也很高，但速度不夠理想，常用于數(shù)字式測(cè)量?jī)x表中。并行 A/D 轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換速度最快，但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造價(jià)較高，故只用于那些轉(zhuǎn)換速度極高的場(chǎng)合。計(jì)算機(jī)中廣泛采用逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換 器 作為接口電路，它的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度也高。 逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器是采樣速率低于 5MSPS(百萬(wàn)次采樣每秒 )的中高分辨率應(yīng)用的常見結(jié)構(gòu)，其分辨率一般為 8位～ 16 位， 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換，一般具有采樣 /保持功能。采樣頻率高， 功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型 A/D 轉(zhuǎn)換器件 ， 因而具有較寬的應(yīng)用范圍，如便攜式／電池供電儀表、筆輸入量化器、工業(yè)控制和數(shù)據(jù)／信號(hào)采集器等。顧名思義，逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制搜索算法，內(nèi)部電路可以運(yùn)行在幾 MHz， A／ D 轉(zhuǎn)換器采樣速率是該數(shù)值的分?jǐn)?shù)，主要 由逐次逼近算法確定。 ADC0809 是一個(gè) 8 通道 8位 逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器 ,帶有 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它的工作電壓范圍比較寬，精度也比較高。它的輸入模擬電壓是 0~5V，是單極性的。它的轉(zhuǎn)換速度是 100us。故我們最終選擇 逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 11 鍵盤處理部分方案論證 由于電子秤需要設(shè)置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵），還有復(fù)位，刪除等功能，總共需要設(shè)置 24 個(gè)鍵，鍵盤的擴(kuò)展有采用以下方案： 采用矩陣式鍵盤：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 給出了一個(gè) 3X8 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。 3X8的矩陣式鍵盤共可安裝 24個(gè)鍵，但只需要 11條測(cè)試線。當(dāng)鍵盤的數(shù)量大于 8 時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。 圖 矩陣式鍵盤 顯示電路部分的選擇 方案 一 、 采用帶字庫(kù)的 LCD 顯示?？梢圆捎么袀鬏?， LCD 的全中文界面顯示，使得顯示內(nèi)容豐富 。但它的 可視偏轉(zhuǎn)角度過(guò)小 ， 往往是只能從正面觀看，從側(cè)面看就會(huì)出現(xiàn)較大的亮度和色彩失真。容易產(chǎn)生 影像拖尾現(xiàn)象 ， 足夠快的響應(yīng)時(shí)間才能保證畫面的連貫。 并且很容易壞，壽命很短，價(jià)格相對(duì)而言也比較高 。 方案 二 、 采用 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管只能顯示有限的數(shù)字和符號(hào)， 顯示 內(nèi)容少。 但發(fā)光效率高，生產(chǎn)成本低，性能穩(wěn)定，高效，節(jié)能壽命長(zhǎng)， 顏色鮮艷，易于觀察，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠， 性價(jià)比高。 可減少接口數(shù)目， 同時(shí) LED還 有節(jié)能、安全和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn) 。 對(duì)于該題而言，因?yàn)轱@示的內(nèi)容并不多，所以選用 LED 顯示會(huì)更好。 超量程報(bào)警部分的選擇 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，防止損壞儀器。 12 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 BELL 發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使報(bào)警燈發(fā)光。 13 3 硬件電路設(shè)計(jì) AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，此電路由單片機(jī) AT89S52，壓力傳感器，前端信號(hào)處理， A/D轉(zhuǎn)換器，鍵盤控制，報(bào)警電路和 LED 顯示等部分組成。 在本系統(tǒng)中，用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。 由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mv,對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來(lái)說(shuō)不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要對(duì)其進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片 機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)計(jì)算出物體的重量。 單片機(jī)芯片 AT89S52 介紹 單片機(jī)的全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（ SingleChip Microputer）或微型控制器（ Microcontroller）。它在一塊芯片上集成了中央處理單元 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種輸入 /輸出（ I/O），如并行I/O、串行 I/O 和 A/D 轉(zhuǎn)換器等。就其組成而言一塊單片機(jī)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。典型的結(jié)構(gòu)如圖 所示。由于它具有許多適用于控制的指令和硬件支持而廣泛應(yīng)用于 工業(yè)控制、儀器儀表、外設(shè)控制、順序控制器中，所以又稱為微控制單元（ MCU）。 MCS51系列單片機(jī)，是 Intel 公司繼 MCS48系列單片機(jī)之后，在 1980 年推出的高檔 8 位單片機(jī)。 ATMEL89 系列單片機(jī)是 ATMEL 公司的以 8031 核構(gòu)成的 8位 Flash單片機(jī)系列。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有 Flash存儲(chǔ)器，AT89S52 單片機(jī)是 ATMEL 公司新近推出的高檔型 AT89S 系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品 。 壓力傳 感器 前端信 號(hào)處理 A/D 轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) AT89S52 LED 顯示 鍵盤控制 圖 硬件電路設(shè)計(jì)框圖 報(bào)警電路 14 圖 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器，內(nèi)置 8KB可在線編程閃存。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò) SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫。通過(guò)把通用的8位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個(gè)芯片上， AT89S52 便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題，且成本較低 。 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 AT89S52 的主要特性如下： （ 1） 兼容 MCS51 產(chǎn)品 （ 2） 8K字節(jié)可擦寫 1000 次的 在線可編程 ISP 閃存 （ 3） 到 的工作電源范圍 （ 4） 全靜態(tài)工作： 0Hz ～ 24MHz （ 5） 3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密 （ 6） 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM （ 7） 32條可編程 I/O線 （ 8） 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 9） 8個(gè)中斷源 （ 10) UART 串行通道 （ 11) 低功耗空閑方式和掉電方式 （ 12) 通過(guò)中斷終止掉電方式 （ 13) 看門狗定時(shí)器 （ 14) 雙數(shù)據(jù)指針 （ 15） 靈活的在線編程（字節(jié)和頁(yè)模式 ） 15 圖 AT89S52的結(jié)構(gòu)框圖 此外 ,AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。 空閑模式下 ,CPU暫停工作 , 而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,串行口 ,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù) ,停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 ,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 在本設(shè)計(jì)中我們使用的是 PDIP 封裝形式 。 單片機(jī)管腳說(shuō)明 按照功能， AT89S52 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O 口、控制和復(fù)位等。圖 AT89S52 的 PDIP 封裝結(jié)構(gòu)圖。 16 圖 AT89S52封裝引腳圖 引腳功能介紹如下： 1．多功能 I/O 口 AT89S52 共有四個(gè) 8位的并行 I/O 口： P0、 P P P3端口，對(duì)應(yīng)的引腳分別是 ～ ， ～ ， ～ ， ～ ，共 32根 I/O線。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。 （ 1） P0端口，該口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng) 8個(gè) TTL 輸入負(fù)載。當(dāng)把 “1 ” 寫入 P0 時(shí)，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P0 可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)總線，在該模式， P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)， P0 用于接收代碼字節(jié)；在校驗(yàn)時(shí)，則輸出代碼字節(jié)；此時(shí)需要外加上拉電阻。 （ 2） P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P1 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫 “1” 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉 低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì) Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址。 另外， 與 可以配置成定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入端（ ）與定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入端（ ），如表 31所示。 17 表 31 P1口管腳復(fù)用功能 端口引腳 復(fù)用功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)算器 2的外部輸入端） T2EX（定時(shí)器 /計(jì)算器 2的外部觸發(fā)端和雙向控制） MOSI（用于在線編程） MISO（用于在線編程） SCK（用于在線編程 ） （ 3） P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口， P2 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫 “1” 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令 ）時(shí)， P2口送出高 8 位地址，在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 如執(zhí)行MOVX @RI 指令 ）時(shí)， P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。在對(duì) Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2口也接收高位地址或一些控制信號(hào)。 （ 4） P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口， P3 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫 “1” 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P3口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那 些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 在 AT89S52 中，同樣 P3 口還用于一些復(fù)用功能，如表 32所列。在對(duì) Flash編程和程序校驗(yàn)期間， P3口還接收一些控制信號(hào)。 表 32 P3端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 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（定時(shí)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 1 的外部輸入） 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） 2． RST 復(fù)位輸入端。 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗定時(shí)器（ Watchdog）溢出后，該引腳會(huì)保持 98個(gè)振蕩周期的高電平。在SFR AUXR（地址 8EH）寄存器中的 DISRTO 位可以用于屏蔽這種功能。 DISRTO 位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。 3． ALE/PROG 地址鎖存允許信號(hào)。 在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，這個(gè)輸出信號(hào)用于鎖存低字節(jié)地址。在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖 PROG。一般情況下， ALE 是振蕩器頻率的6分頻信號(hào)，可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘。但是，在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。在需要時(shí)，可以把地址 8EH中的 SFR寄存器的 0 位置為 18 “1” ，從而屏蔽 ALE 的工作；而只有在 MOVX 或 MOVC 指令執(zhí)行時(shí) ALE才被激活。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對(duì)