【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖36 稱重傳感器的形狀f) 零點(diǎn)輸出(%): 177。1 g) 零點(diǎn)溫度系數(shù)(%℃): ≤ h) 絕緣電阻: ≥2000 MΩi) 供橋電壓: 10VDC j) 允許過(guò)載: 150 %k) 可設(shè)計(jì)成0～5V或4～20mA信號(hào)輸出(2) 稱重傳感器的工作原理稱重傳感器原理如圖37所示，它主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠斯通電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由公式（34）給出：圖37 稱重傳感器工作原理圖 （34） 前級(jí)處理電路設(shè)計(jì)前級(jí)處理電路主要是從稱重傳感器輸出的信號(hào)先通過(guò)外圍電阻電容的濾波處理，然后輸入到INA126中，然后由其把體重信號(hào)進(jìn)行放大。INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路如圖38所示：圖38 INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路通過(guò)調(diào)節(jié)Rg的阻值來(lái)改變放大倍數(shù)。微弱信號(hào)Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉(zhuǎn)換器ICL1549的輸入電壓變化范圍是0V～+5V，傳感器的輸出電壓信號(hào)在0～20mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在200～300左右，可將Rg接成的滑動(dòng)變阻器。本設(shè)計(jì)為使稱重傳感器對(duì)應(yīng)輸出為0～5V，要求就把Rg調(diào)為325Ω左右。INA126是一種微功耗精密儀表放大器。通過(guò)兩個(gè)運(yùn)放的組合設(shè)計(jì)，使器件具有專長(zhǎng)極低的靜態(tài)電流和較寬的電源范圍。經(jīng)修正后的電路，具有很低的輸入失調(diào)、輸入漂移和極好的共模抑制比。其增益可通過(guò)一個(gè)外接電阻在5～10000Ω范圍內(nèi)設(shè)置。 A/D轉(zhuǎn)換器ICL1549串行輸入/輸出的A/D轉(zhuǎn)換芯片由于具有接線簡(jiǎn)單，傳輸距離遠(yuǎn)，功耗低，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。(1)串行A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL1549的 介紹ICL1549芯片主要有以下特點(diǎn)： 圖39 ICL1549的引腳圖1)．10位分辨率； 2)．單一5V電源；3)．低功耗，2mA運(yùn)行電流； 4)．二線串行接口，先轉(zhuǎn)換后輸出；5)．片內(nèi)采樣保持電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間≤25181。s；6)．8腳雙列直插封裝。如圖39所示是ICL1549的芯片引腳圖，其中AIN為模擬信號(hào)輸入端，REF+、REF為參考電壓輸入端，DI為數(shù)據(jù)輸出端，CS為片選端，CLOCK為時(shí)鐘脈沖輸入端，GND為接地，VCC接正電源，電壓范圍為0～5V177。（2）ICL1549的工作時(shí)序圖310為ICL1549的工作時(shí)序，當(dāng)CS片先端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)DI開(kāi)始輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位，并在外部時(shí)鐘CLOCK每來(lái)一個(gè)上長(zhǎng)沿，DI端輸出1 位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共10位。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)讀出后，在外部時(shí)鐘CLOCK的下降沿又開(kāi)始下一次轉(zhuǎn)換，并且片內(nèi)采樣保持器由采樣模式轉(zhuǎn)變?yōu)楸３帜Ｊ?，保持住模擬輸入信號(hào)。外部時(shí)鐘頻率可達(dá)2MHz。由以上分析可以看出，ICL1549芯片的確是一種廉價(jià)、高速、接口簡(jiǎn)單且具有中等精度的A/D轉(zhuǎn)換器。圖310 ICL1549的工作時(shí)序 時(shí)鐘日歷電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘日歷電路我們是通過(guò)一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)鐘芯片DS1302和兩個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)本部分功能。兩個(gè)按鍵接在單片機(jī)AT89C52的P2口上，一個(gè)用來(lái)選擇調(diào)時(shí)部分，一個(gè)用來(lái)調(diào)時(shí)。其電路設(shè)計(jì)如311圖示：DS1302芯片中包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM，可實(shí)時(shí)的對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及閏年進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。內(nèi)部有31個(gè)字節(jié)的高速RAM，可通過(guò)外部可充電電池加電長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，并能慢速為電池充電。通過(guò)簡(jiǎn)單的3線串行方式接口，~。在主電源關(guān)閉的情況下，能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。采用DS1302芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確；更重要的是，并可編程選擇多種充電電流來(lái)對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。圖311 時(shí)鐘日歷電路設(shè)計(jì)圖 DS1302的命令字節(jié)每一數(shù)據(jù)傳送前必先初始化。最高有效位MSB(位7)必須為邏輯1。如果它是0，禁止寫(xiě)入DS1302。位6為邏輯0（CLK），指定時(shí)鐘/日歷數(shù)據(jù)；位6為邏輯1，指定RAM數(shù)據(jù)。位1~位5（A0~A4地址）指定進(jìn)行輸入或輸出的特定寄存器。最低有效位LSB（位0）為邏輯0，指定進(jìn)行寫(xiě)操作（輸入）；為邏輯1，指定進(jìn)行讀操作（輸出）。命令字節(jié)總是從最低有效位LSB（位0）開(kāi)始輸入。其命令格式如下：MSB65 4321LSB1RAM/CLKA4A3A2A1A0RD/WR 復(fù)位和時(shí)鐘控制通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)至高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能。首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了中止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的手段。數(shù)據(jù)輸入時(shí)，在時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)必須有效，而數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘的下降沿輸出。如果RST輸入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止且I/O引腳變?yōu)楦唠娖阶杩範(fàn)顟B(tài)。數(shù)據(jù)傳送時(shí)序如圖312所示：上電時(shí)，在VCC≥，RST必須為邏輯0。此外，當(dāng)把RST驅(qū)動(dòng)至邏輯1的狀態(tài)時(shí)，SCLK必須為邏輯0。 數(shù)據(jù)的輸入與輸出跟隨在輸入寫(xiě)命令字節(jié)的8個(gè)SCLK周期之后，在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。如果有額外的SCLK周期，它們將被忽略。數(shù)據(jù)從位0開(kāi)始輸入。跟隨在輸入讀命令字節(jié)的8個(gè)SCLK周期之后，在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。注意，被傳送的第一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)生在命令字節(jié)寫(xiě)命令，它們將重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)。這一操作使之具有連續(xù)的多字節(jié)方式的讀能力。另外，在SCLK的第一上升沿，I/O引腳為三態(tài)。數(shù)據(jù)從位0開(kāi)始輸出。 多字節(jié)方式通過(guò)對(duì)地址31（十進(jìn)制）尋址，可以把時(shí)鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)方式。如前所述，位6規(guī)定時(shí)鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)?。在時(shí)鐘/日歷寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開(kāi)始。當(dāng)以多字節(jié)方式寫(xiě)時(shí)鐘寄存器時(shí)，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕?個(gè)寄存器。但是，在當(dāng)以多字節(jié)，所寫(xiě)的每一個(gè)字節(jié)都將送至RAM。數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序如圖312所示： 數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的顯示電路是通過(guò)LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219驅(qū)動(dòng)8位共陰極7段LED來(lái)實(shí)現(xiàn)，其具體電路如圖313所示：MAX7219內(nèi)有150181。A的低功耗掉電模式和多種數(shù)控電路，提供有顯示位數(shù)（1位～8位）可選擇的掃描界線寄存器，允許用戶為每一位選擇BCD譯碼或不譯碼控制電路。圖313 顯示設(shè)計(jì)電路MAX7219可廣泛應(yīng)用于條形圖顯示、7段碼顯示、工業(yè)控制面板、儀表控制面板和LED模型顯示等領(lǐng)域。MAX7219的串行數(shù)據(jù)格式如表32所示：表32 MAX7219的串行數(shù)據(jù)格式（16位）D15，D14，D13，D12D11，D10，D9，D8D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0任意值（0或1）地址數(shù)據(jù) I/O擴(kuò)展電路、打印電路和語(yǔ)音處理電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中由于外圍器件比較多，所以就單片機(jī)AT89C52本身的I/O口不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，所以我們通過(guò)AT89C52的P0口和8255進(jìn)行了I/O口的擴(kuò)展，擴(kuò)展的I/O用來(lái)接打印機(jī)和語(yǔ)音處理電路。具體設(shè)計(jì)如圖314所示：如圖314中所示，8255的D0～D7與AT89C52的P0口相連，8255的讀寫(xiě)控制信號(hào)線RD、WR和復(fù)位信號(hào)線RESET與AT89C52的各對(duì)應(yīng)引腳相接，8255的端口選擇線AA0和片選信號(hào)線CS接到AT89C52的P2口，8255的RESET引腳也可以直接接地，但前者應(yīng)保證8255復(fù)位完畢后才開(kāi)始初始化。AA0和CS的接法決定了8255的各端口的地址。微型打印機(jī)的接法如圖314所示，用8255的PA口和PC口的PC0來(lái)控制和傳輸數(shù)據(jù)，并把它的BUSY信號(hào)端接到AT89C52的INT1，來(lái)共同控制打印機(jī)的輸出。語(yǔ)音處理電路的控制和數(shù)據(jù)調(diào)用都用8255的PB口來(lái)控制，PB7用來(lái)控制錄音，PB6用來(lái)控制放音，由于在本設(shè)計(jì)中錄音部分是單獨(dú)進(jìn)行的，在應(yīng)用中不再提供錄音功能，但是可以根據(jù)用戶需要在設(shè)計(jì)階段錄入所要求的錄音。圖314 系統(tǒng)擴(kuò)展I/O、打印和語(yǔ)音電路 微型打印機(jī)TP181。P—40A是一種單片機(jī)控制的微型打印機(jī)。TP181。P—40A每行打印40個(gè)字符，TP181。P—40A微型打印機(jī)與單片機(jī)間是通過(guò)一條20芯扁平電纜及接插件相連。打印機(jī)有一個(gè)20線扁平插座，信號(hào)引腳如圖315所示：2 4 6 8 10 12 14 16 18 20GNDGNDGND GNDGNDGNDGNDGND/ACK/ERR/STBDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BUSY 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19圖315 打印機(jī)的信號(hào)引腳圖DB0～DB7：數(shù)據(jù)線，單向傳輸，由單片南輸入給打印機(jī)；/STB（STORBE）：數(shù)據(jù)選通信號(hào)，在該信號(hào)的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)線上的8位并行數(shù)據(jù)被打印機(jī)讀入機(jī)內(nèi)鎖存；BUSY：打印機(jī)“忙”狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)有效（高電平時(shí)）時(shí)，表示打印機(jī)正忙于處理數(shù)據(jù)，此時(shí)，單片機(jī)不得使/STB信號(hào)有效，向打印機(jī)送入新的數(shù)據(jù)；/ACK：打印機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，低電平有效，表明打印機(jī)送入打印機(jī)已取走數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)；/ERR：“出錯(cuò)”信號(hào)。當(dāng)送入打印機(jī)的命令格式出錯(cuò)時(shí)，打印機(jī)立即打印一行出錯(cuò)信息，提示出錯(cuò)。在打印出錯(cuò)信息之前，該信號(hào)線出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖，脈沖寬度為30181。s。接口信號(hào)時(shí)序如圖316所示： 圖316 打印機(jī)的工作時(shí)序選通信號(hào)/。/ACK應(yīng)答信號(hào)作為一對(duì)應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，也可使用/STB與BUSY作為一對(duì)應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)。TP181。P—40A的字符代碼及打印命令 語(yǔ)音芯片ISD1420ISD1420是一種錄音數(shù)據(jù)永久保存、高保真、耗電小、適用于同單片機(jī)接口的新一代語(yǔ)音器件。ISD1400系列語(yǔ)音芯片是美國(guó)ISD(Information Storage Device)公司的新型產(chǎn)品，應(yīng)用它可方便地開(kāi)發(fā)出電壓、溫度、速度等語(yǔ)音測(cè)量模塊以及智能語(yǔ)音告警、提示系統(tǒng)。ISD1420的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中包括時(shí)鐘振蕩器、128K可編程電擦除只讀存儲(chǔ)器、低噪前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、差分功率放大器等電路。ISD1400系列語(yǔ)音芯片采用直接存儲(chǔ)模擬信號(hào)，自動(dòng)待機(jī)省電，可編程電擦除只讀存儲(chǔ)和總線技術(shù)。ISD1400是一種具有高保真、錄音數(shù)據(jù)永久保存、省電、適用于同單片機(jī)接口特點(diǎn)的新一代語(yǔ)音芯片。分段錄音時(shí)，ISD1420的A0～A7用作地址輸入線，AA7不可同時(shí)為高電平， 所以地址范圍為0000 0000～1001 1111，即為十進(jìn)制碼0～159共160個(gè)數(shù)值。這表明ISD1420的EEPROM模擬存儲(chǔ)器最多可被劃分為160個(gè)存儲(chǔ)單元，又ISD1420是ISD1400系列中錄音時(shí)長(zhǎng)為20s的語(yǔ)音芯片，也就是說(shuō)ISD1420最多可存儲(chǔ)160個(gè)語(yǔ)音段，語(yǔ)音段的最小時(shí)間長(zhǎng)度為0．125s。不同分段的選擇是通過(guò)對(duì)A0～A7端的不同的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。放音時(shí)，我們只用把所要放音內(nèi)容對(duì)應(yīng)的單元地址，通過(guò)8255PB0～PB5送到ISD1420的A7～A2，并由PBPB7設(shè)置/REC、/PLAYL為1和0（即設(shè)置為放音狀態(tài)），A7～A2是所對(duì)應(yīng)要放音的內(nèi)容對(duì)應(yīng)的單元地址。 電源電路設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)在方案論證里已有描述，其具體的設(shè)計(jì)如圖317所示：如圖318所示，+12V和+5V（即VCC）的電源是這樣實(shí)現(xiàn)的：220V的交流電壓通過(guò)TB1變壓器經(jīng)過(guò)變壓輸出15V電壓，然后通過(guò)4個(gè)IN4007晶閘管整流，再并聯(lián)兩個(gè)電容，最后接到LM7812和LM7805的Vin端，由LM7812的Vout和LM7805的Vout輸出+12V和+5V電壓，即為我們系統(tǒng)所需電壓。圖317 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)圖有些穩(wěn)壓器不加電容也能工作，但當(dāng)輸出端負(fù)載為容性的某些值時(shí)，穩(wěn)壓器可能出現(xiàn)自激現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生，可以在輸出端與地之間接一個(gè)1181。F左右的鉭電容或25181。F的鋁電解電容，為擴(kuò)大輸出電流，三端集成穩(wěn)壓器也允許并聯(lián)使用。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)智能型身高體重儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、放音子程序、調(diào)時(shí)子程序、測(cè)量身高程序、測(cè)量體重程序、打印子程序和延時(shí)程序組成。其中可以分為以下幾個(gè)功能模塊：（1）主模塊，分為系統(tǒng)的初始化、按鍵處理及各子程序的調(diào)度管理等部分。（2）測(cè)量身高模塊，分為DS18B20溫度傳感器接口模塊（它又可以分為初始化子程序程序、寫(xiě)入子程序及讀取子程序等部分）和溫度補(bǔ)償與身高計(jì)算模塊（它又可以分為超聲波發(fā)射控制程序、接收處理子程序、溫度補(bǔ)償子程序及身高計(jì)算子程序等部分）；（3）體重計(jì)算模塊，又可以分為讀取A/D轉(zhuǎn)換器和結(jié)果處理等部分；（4）基于MAX7219的顯示模塊（它又可以分為初始化子程序、寫(xiě)入處理子程序及顯示子程序等部分）和基于DS1302的時(shí)鐘日歷模塊（它又可以分為初始化子程序、讀取子程序及寫(xiě)入子程序等部分）；（5）基于ISD1420的語(yǔ)音模塊（它又可以分為初始化程序、錄音及放音子程序等部分）和基于TP181。P40A的打印模塊。我們?cè)谧鱿到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)之前，還應(yīng)該注意的是首先要開(kāi)辟一些數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用以存放臨時(shí)數(shù)據(jù)。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)軟件用到的寄存器很多，為防止破壞寄存器中的數(shù)據(jù)，特在AT89C52的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)RAM中開(kāi)辟一些存儲(chǔ)單元。從40H—5FH用來(lái)存放一些結(jié)果/數(shù)據(jù)，并用20H單元的某些位來(lái)存放一些系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的標(biāo)志。在程序運(yùn)行的開(kāi)始，首先初始化。具體的單元分配，我們所用的符號(hào)可以很直觀的看出所代表的含義。 主程序設(shè)計(jì)智能身高體重儀的軟件設(shè)計(jì)必須充分考慮到各部分器件的特點(diǎn)。其主程序流程圖如圖41所