【文章內容簡介】 由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mv,對 A/D轉換或單片機的工作參數來說不能使 A/D 轉換和單片機正常工作，所以需要對輸出的信號進行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進行 A/D 轉換為數字信號以便單片機接收。單片機 根據 稱重傳感器輸出的電信號計算出物體的重量 。 單片機芯片 AT89S52 介紹 單片機的全稱為單片微型計算機（ 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、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、定時器 /計數器和多種輸入 /輸出（ I/O），如并行I/O、串行 I/O 和 A/D轉換器等。就其組成而言一塊單片機就是一臺計算機。典型的結構如圖 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用于工業(yè)控制、儀器儀表、外設控制、順序控制器中，所以又稱為微 控制單元（ MCU）。 MCS51系列單片機，是 Intel 公司繼 MCS48系列單片機之后，在 1980 年推出的高檔 8 位單片機。 ATMEL89 系列單片機是 ATMEL 公司的以 8031 核構成的 8位 Flash單片機系列。這個系列單片機的最大特點就是在片內含有 Flash存儲器，AT89S52單片機是 ATMEL公司新近推出的高檔型 AT89S系列單片機中的增強型產品 。 壓力傳 感器 前端信 號處理 A/D 轉換器 單片機 AT89S52 LED 顯示 鍵盤控制 圖 硬件電路設計框圖 報警電路 14 圖 單片機結構框圖 AT89S52 單片機是一種低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器，內置 8KB可在線編程閃存。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易 失性存儲技術生產，其指令與工業(yè)標準的 80C51 指令集兼容。片內程序存儲器允許重復在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內通過 SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲器改寫。通過把通用的8位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個芯片上， AT89S52 便成為一個高效的微型計算機。它的應用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低 。 其結構框圖如圖 所示。 AT89S52 的主要特性如下： 1） 兼容 MCS51 產品 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級程序存儲器加密 6） 256 字節(jié)內部 RAM 7） 32 條可編程 I/O 線 8） 3個 16位定時器 /計數器 9） 8個中斷源 10) UART 串行通道 11) 低功耗空閑方式和掉電方式 12) 通過中斷終止掉電方式 13) 看門狗定時器 14) 雙數據指針 15） 靈活的在線編程（字節(jié)和頁模式 ） 15 圖 AT89S52的結構框圖 此外 ,AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設置省電模式。 空閑模式下 ,CPU暫停工作 , 而 RAM定時計數器 ,串行口 ,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ,掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數據 ,停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 ,以適應不同產品的需求。 在本設計中我們使用的是 PDIP 封裝形式 。 單片機管腳說明 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、控制和復位等。圖 是 AT89S52 的 PDIP 封裝結構圖。 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 8位的 并行 I/O 口： P0、 P P P3端口，對應的引腳分別是 ～ ， ～ ， ～ ， ～ ，共 32 根 I/O線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。 （ 1） P0 端口，該口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O 口。在作為輸出口時，每根引腳可以帶動 8個 TTL 輸入負載。當把 “1” 寫入 P0 時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當對外部程序或數據存儲器進行存取時， P0可用作多路復用的低字節(jié)地址 /數據總線，在該模式， P0口擁有內部上拉電阻。在對 Flash 存儲器進行編程時， P0 用于 接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。 （ 2） P1端口，該口是帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P1 口的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 “1” 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 P1 口作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對Flash 編程和程序校驗時， P1口接收低 8 位地址。 另外， 與 可以配置成定時 /計數器 2 的外部計數輸入端（ ）與定時 /計數器 2的觸發(fā)輸入端（ ），如表 31所示。 17 表 31 P1 口管腳復用功能 端口引腳 復用功能 T2（定時器 /計算器 2的外部輸入端） T2EX（定時器 /計算器 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，該口是帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P2 口的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 “1” 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，此 時可用作輸入口。 P2 口作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16 位的外部數據存儲器（ 如執(zhí)行 MOVX @DPTR指令 ）時， P2 口送出高 8位地址，在訪問 8位地址的外部數據存儲器（ 如執(zhí)行MOVX @RI 指令 ）時， P2口引腳上的內容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中 P2寄存器的內容），在整個訪問期間不會 改變。在對 Flash 編程和程序校驗期間， P2口也接收高位地址或一些控制信號。 （ 4） P3端口，該口是帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P3 口的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 “1” 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 P3 口作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在 AT89S52 中，同樣 P3 口還用于一些復用功能，如表 32所列。在對 Flash編程和程序校驗期間， P3口還接收一些控制信號。 表 32 P3端口 引腳與復用功能表 端口引腳 復用功能 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（定時器 0 的外部輸入） T1（定時器 1 的外部輸入） WR（外部數據存儲器寫選通） RD（外部數據存儲器讀選通） 2． RST 復位輸入端。 在振蕩器運行時，在此腳上出現兩個機器周期的高電平將使其單片機復位?？撮T狗定時器（ Watchdog）溢出后，該引腳會保持 98個振蕩周期的高電平。在SFR AUXR（地址 8EH）寄存器中的 DISRTO 位可以用于屏蔽這種功能。 DISRTO 位的默認狀態(tài)，是復位高電平輸出功能使能。 3． ALE/PROG 地址鎖存允許信號。 在存取外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對 Flash 存儲器編程時，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，可用于外部定時或時鐘。但是，在對外部數據存儲器每次存取中，會跳過一個 ALE 脈沖。在需要時，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 ALE 才被激活。在單片機處于外部執(zhí)行方式時，對 ALE 屏蔽位置 “1” 并不起作用。 4． PSEN 程序存儲器允許信號。 它用于讀外部程序存儲器。當 AT89S52 在 執(zhí)行來自外部存儲器的指令時，每一個機器周期 PSEN 被激活 2次。在對外部數據存儲器的每次存取中， PSEN 的 2次激活會被跳過。 5． EA/Vpp 外部存取允許信號。 為了確保單片機從地址為 0000H～ FFFFH 的外部程序存儲器中讀取代碼，故要把 EA 接到 GND端，即地端。但是，如果鎖定位 1 被編程，則 EA 在復位時被鎖存。當執(zhí)行內部程序時， EA 應接到 Vcc。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳接收 12V 編程電壓 Vpp。 6． XTAL1 振蕩器的反相放大器輸入，內部時鐘工作電路的輸入。 7． XTAL2 振蕩器的反相放大器輸出 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路構成 AT89S52 的最小系統(tǒng)有時鐘電路，復位電路 ，電源電路 ， 單片機 及外擴 8155芯片 構成。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器（簡稱晶振）或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。 當 MCS51系列單片機的復位引腳 RST(全稱 RESET)出現兩個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果 RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。 上電或開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數器 PC=0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。 系統(tǒng)復位是任 何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。 51 單片機的復位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24個振蕩周期后， 51 單片機即進入芯片內部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。 數據 處理 部分電路設計 數據 處理 部分電路包括傳感器輸出信號放大電路， A/D轉換器與單片機接口電路。 傳感器和其外圍以及放大電路設計 1. 傳感器 力學傳感器的 種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式 。 電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。 19 壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉 換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉換和 CPU ）顯示或執(zhí)行機構。 金屬電阻應變片的內部結構如圖 1 所示，是電阻應變片的結構示意圖，它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。 稱重傳感器 是一種能夠將重力轉變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉換裝置，是電子衡器的一個關鍵部件。 能夠實現力 電轉換的傳感器有多種，常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數衡器產品所用的還是電阻應變式稱重傳感器。電阻應變式稱重傳感器結構較簡單，準確度高，適用面廣，且能夠在相對比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運用。