【文章內(nèi)容簡介】 由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mv,對 A/D轉(zhuǎn)換或單片機的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便單片機接收。單片機 根據(jù) 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(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就是一臺計算機。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，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(gòu)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(nèi)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(chǎn)品 。 壓力傳 感器 前端信 號處理 A/D 轉(zhuǎn)換器 單片機 AT89S52 LED 顯示 鍵盤控制 圖 硬件電路設(shè)計框圖 報警電路 14 圖 單片機結(jié)構(gòu)框圖 AT89S52 單片機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 失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的 80C51 指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，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級程序存儲器加密 6） 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 7） 32 條可編程 I/O 線 8） 3個 16位定時器 /計數(shù)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(shù)據(jù)指針 15） 靈活的在線編程（字節(jié)和頁模式 ） 15 圖 AT89S52的結(jié)構(gòu)框圖 此外 ,AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。 空閑模式下 ,CPU暫停工作 , 而 RAM定時計數(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(fù)位等。圖 是 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 8位的 并行 I/O 口： P0、 P P P3端口，對應(yīng)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(shù)據(jù)存儲器進行存取時， 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 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(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（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)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(nèi)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(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入端（ ）與定時 /計數(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(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（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲器（ 如執(zhí)行MOVX @RI 指令 ）時， 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(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（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)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(nèi)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(fù)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(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（定時器 0 的外部輸入） T1（定時器 1 的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 2． RST 復(fù)位輸入端。 在振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使其單片機復(fù)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(fù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fù)位時被鎖存。當執(zhí)行內(nèi)部程序時， EA 應(yīng)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(nèi)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(gòu)成 AT89S52 的最小系統(tǒng)有時鐘電路，復(fù)位電路 ，電源電路 ， 單片機 及外擴 8155芯片 構(gòu)成。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準，復(fù)位操作則使單片機的片內(nèi)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(nèi)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(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 當 MCS51系列單片機的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位。單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器 PC=0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。 系統(tǒng)復(fù)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(fù)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(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)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(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。 數(shù)據(jù) 處理 部分電路設(shè)計 數(shù)據(jù) 處理 部分電路包括傳感器輸出信號放大電路， A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路。 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計 1. 傳感器 力學(xué)傳感器的 種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式 。 電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)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(yīng)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(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn) 換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)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(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)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(zhuǎn)換和 CPU ）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。 金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應(yīng)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(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)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?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個關(guān)鍵部件。 能夠?qū)崿F(xiàn)力 電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應(yīng)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(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)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(yīng)變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運用。