【文章內(nèi)容簡介】 計(jì)算結(jié)果，所以我們確定傳感器的額定載荷為 200Kg，允許過載為 150%，精度為 %，最大量程時(shí)誤差 ? ，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求 。 本系統(tǒng)采用 TJH 2C 型稱重傳感器 ,額定載荷為 200kg。傳感器電路所采用的是單臂電橋電路 ,只有一 個(gè)電阻應(yīng)變片。理想 情況下 ,傳感器輸出信號、放大器 輸出信號、 ADC轉(zhuǎn)換輸出信號、人體體重之間的關(guān)系 基本成線性 。 在電橋測量電路中，將一對變化相反的應(yīng)變片接入電橋一臂，另一臂接兩個(gè)相同的阻值作為基準(zhǔn)值；當(dāng)橋臂電阻初始值 R1＝ R2＝ R3＝ R4 時(shí)平衡，其變化值為Δ R1＝Δ R2＝Δ R3＝Δ R4=Δ R時(shí)，其橋路輸出電壓 Uout 與 Δ R 成正比。 Δ ΔΔΔ接放大器 圖 22 稱重傳感器原理圖 放大與濾波電路模塊 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 16 通常傳感器輸出的電信號是微弱的 ,不能夠滿足后續(xù)的轉(zhuǎn)換要求 ,必須對它進(jìn)行放大 ,但不可避免的會(huì)出 現(xiàn)各種噪聲 ,因此放大電路要有穩(wěn)定的放大倍數(shù)、低噪音、低漂移、足夠的帶寬、線性度和抗干擾能力強(qiáng)等要求。因此本系統(tǒng)的放大電路采用由三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的對稱式差動(dòng)放大器 ,只要改變 R2 的阻值就可改變放大器增益 ,且不影響共模抑制比。運(yùn)放采用低失調(diào)、低漂移運(yùn)放 OP 07,低失調(diào)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓漂移和輸入失調(diào)電流漂移都很小。濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理的系統(tǒng) ,當(dāng)信號與噪聲分布在不同的頻帶中時(shí) ,可以從頻域中實(shí)現(xiàn)信號的分離。在實(shí)際測量中 ,噪聲與信號往往有一定的重疊 ,如果不嚴(yán)重的話 ,可以利用濾波器有 效的抑 制噪聲 功率 ,提高測量精度。本設(shè)計(jì)選用的是 低通濾波器 ,通帶從零延伸到某一規(guī)定的上限頻率。 在放大器的輸入端選用的 RC 低通濾波器的電阻值為 15kΩ, 電容值為 0. 1μF 。在放大器的輸出端選用的 RC濾波器的電阻為 100kΩ, 電容為 0. 1μF 。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 AD574 是美國 Analog Device 公司生產(chǎn)的 12 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 25us，轉(zhuǎn)換精度為 %，所以適合于高精度的快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。芯片內(nèi)部包含微處理器借口邏輯（有三態(tài)輸出緩沖器），故可 直接與各種類型的 8 位或者 16 位的微處理器連接，而無需附加邏輯接口電路，切能與 CMOS 及TTL 電路兼容。 2. 3 液晶顯示模塊 本系統(tǒng)選用的是 GDM1602A 型液晶顯示器 ,由三個(gè)部分組成 ,包括控制部分、驅(qū)動(dòng)部分和接口部分。其內(nèi)置的控制器為 HD47780,該模塊有 16 引腳 , 三個(gè)控制腳 RS、 R /W、E 分別接 P3. P3. P3. 6。 VSS、 VDD、 V0 為電源引腳 ,數(shù)據(jù)口與 P1 口相連。 1602A型液晶顯示器字符分兩行顯示 ,每行能夠顯示 16 個(gè)字符。 LCD 與單片機(jī)連接時(shí) , + 5V 電源接 10kΩ 電位器 ,經(jīng)分壓后接 V0 ,可以通過電位器調(diào)節(jié)電壓大小 ,從而調(diào)節(jié)液晶顯示器對比度。液晶顯示器 DB0～ DB7 接單片機(jī) P1. 0～ P1. 7。要使液晶顯示器工作 ,必須先寫入命令控制字 ,再寫入要顯示的數(shù)據(jù)。寫入命令控制字之前 ,必須通過指令查看液第二章 系統(tǒng)方案論證與選型 10 晶是否忙。若忙 ,必須等待 ,直到液晶發(fā)出不忙的信號時(shí) ,才可寫入控制字和數(shù)據(jù)。查看液晶是否忙 ,是通過讀指令讀出 DB7,DB7 為 1,表示顯示器忙 ,DB7 為 0表示空閑。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 10 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路 ，此電路由一塊 AT89S5按鍵輸入電路、復(fù)位電路、LCD 顯示器電路 、 播音 器電路。 個(gè)按鍵輸入電路復(fù)位電路單片機(jī)顯示器電路播音器電路圖 31硬件電路設(shè)計(jì)框圖 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，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關(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 A/D 轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對輸出的信號進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬 信號，所以需要對其進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號和速度傳感器輸出的速度信號計(jì)算出 人體 的重量。 在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： AT89C52 的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人 機(jī)交換電路等。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 11 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)芯片 AT89S52 介紹 單片機(jī)采用 MCS51系列單片機(jī)。由 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使 得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。空閑模式下， CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個(gè)看門狗（ WDT） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電， 保護(hù) 硬件電路。 AT89S52有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和 Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起， 如圖： 圖 32 AT89S52引腳圖 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 12 單片機(jī)管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口 ： P0口為一個(gè) 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖 器能接收輸出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八 位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89S52的一些特殊功能口，如下表所示： 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 13 表 P3口引腳 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0輸入） INT1（外部中斷 1輸入） T0（定時(shí)器 0外部脈沖輸入） T1（定時(shí)器 1外部脈沖輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖輸出） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) ，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振