【正文】 動手能力不強(qiáng)，電子秤的精確度有待提高。比如系統(tǒng)的超 量程信號直接由單片機(jī)送入報警電路，沒有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報警電路。 對鍵盤和顯示器進(jìn)行選型比較，得出各種型號優(yōu)劣比。 經(jīng)過幾個月的努力，終于按照畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度要求如期完成了實(shí)用電子秤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。智能儀器的核心部件是單片機(jī)，因其極高的性價比得到廣泛的應(yīng)用 與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。 圖 顯示子程序 流程圖 鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì) 鍵盤電路設(shè)計(jì)成 4X4 矩陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。 V/F 轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì) V/F 轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運(yùn)行時，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計(jì)。一秒鐘采樣物料重量 (已轉(zhuǎn)成脈沖頻率 )，并賦值重量計(jì)算 RAM區(qū)和顯示 RAM 區(qū)。電子計(jì)價秤的軟件設(shè)計(jì)思路說明如下：主程序的作用為程序初始化，計(jì)算單價木單重 (單價和單重分別在定時中斷 程序和 INT0外部中斷程序中獲得 )，并時時顯示十進(jìn)制的單重，單價，總價。正是因 為 C 語言具有這樣的特性，所以很適合編寫要對硬件進(jìn)行操作的軟件程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要用匯編語言編寫，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語句 (或指令 )的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯誤和易于修改、調(diào)試。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。如果是機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)人員，往 往需要同時考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配。輸出脈沖頻率 f0 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓－頻率變換 [18]。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。 LM331 功能介紹 V/F 變換和 F/V 變換采用集成塊 LM331， LM331 是美國 NS 公司生 產(chǎn)的 性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。 INA126 特點(diǎn)及引腳說明 （ 1） INA126 器件特點(diǎn)： 低靜態(tài)電流： 175 μ A/chan 寬電壓范圍： 177。1. 35 ～ 177。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RST：復(fù)位輸入。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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，將輸出電流，這是由于 內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給 51 單片機(jī)控制器處理，由單片機(jī)完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動液晶顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。在這次設(shè)計(jì)中我們采用了 44 鍵盤控制。這時需要共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口簡單的專用儀表放大器 INA126。另外由于秤臺的自身重量、振動和沖擊分量，以及還要避免物體超重時對傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時要 保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的要大。 AT89C51 是一款 8 位的內(nèi)帶 4K 程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實(shí)現(xiàn)電子秤系統(tǒng)的各項(xiàng)功能時，所需的軟件量并不是很大，不 需要太大的程序存儲空間，因此在對AT89C51 實(shí)際設(shè)計(jì)時不需要在片外再擴(kuò)展程序存儲器，這樣不僅節(jié)省了硬件資源，也優(yōu)化了電 路的設(shè)計(jì)。12 連續(xù)可調(diào) ,通過對滑動變阻器的調(diào)整可輸出 +5V,177。電路圖如下所示： 圖 LM317 與 LM337 組裝電路 方案二 : 采用 7805,7905， 7812 和 7912 組成穩(wěn)壓電路 7805， 7905 固定式三端穩(wěn)壓器可輸出 177。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo、輸出電流 Io、輸出紋波電壓 ΔUopp等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。 圖 44 矩陣鍵盤 考慮到成本方面，我決定采用矩陣鍵盤。例如，用 22 的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 4 個鍵的鍵盤， 44 行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 16 個鍵的鍵盤。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)點(diǎn)很明顯，可靠性高，口簡單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號后作相應(yīng)的功能處理。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別， 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量 :162 個字符，芯片工作電壓 :—，工作電流 :()，模塊最佳工作電壓 :，字符尺寸 :(WH)mm[19]。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H——00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H） =FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個點(diǎn)；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， …… （ 00EH） =00H，（ 00FH）=00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線 。 （ 4）功耗低 ：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而耗 電量比其它顯示器要少得多。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： （ 1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。在多位 LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由響應(yīng)的 I/O 口線控制。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地?？蓪?shí)現(xiàn) 0～ 9 的顯示。所以 AT89C51 符合本次設(shè)計(jì)的主控芯片。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。其主要由中央處理器（ CPU）、程序存儲器（ ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、串行接口、并行 I/0 接口、定時 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線組成。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。影響性能價格比的因素除單片機(jī)的性能價格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價格比。所以我決定采用 LM331 芯片 V/F 轉(zhuǎn)換作為信號轉(zhuǎn)換的方案。 LM331 可采用雙電源或單電源供電，可工作在 ～ 40V之間，輸出可高達(dá) 40V，而且可以防止 Vcc 短路 [18]。 LM331 的動態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 ；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 轉(zhuǎn)換器 [17]。為防止這種現(xiàn)象，可采取如下措施： （ 1）加強(qiáng)抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進(jìn)入電路； （ 2）加強(qiáng)電源穩(wěn)壓濾 波措施， 在 A/D 轉(zhuǎn)換器電源入口處加退耦濾波電路，為防止窄脈沖 波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容； （ 3）在 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源端接一限流電阻，可在出現(xiàn)晶閘管現(xiàn)象時，有效地把電流限定在允許范圍內(nèi)，以防止燒壞器件。轉(zhuǎn)換結(jié)束后 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。 A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引 腳。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。 A/D 轉(zhuǎn)換器選用的原則： A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)?；驹硎菍⑤斎腚妷鹤儞Q成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。 采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。~177。 以 INA126 為例 ,接口如下圖所示： 圖 INA126 儀表放大結(jié)構(gòu)圖 放大器增益 ，通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。 缺點(diǎn)：此電路要求 R R4 相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。 方案二 由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動放大器。 我們考慮了以下幾種方 案： 方案一 利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級放大器。 在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠小以保證要求的信噪比。傳感器的輸出信號不僅電平低，內(nèi)阻高，還常 伴有較高的共模電壓。 前級放大器部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。 （ 4）商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動化測量 [5]。 應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。 直流電橋的特點(diǎn)是信號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放 大器放大。 )(434211 RR RRR RE ????導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。故易受外界干擾，信號需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。 若被測量的變化使式中 d 、 A、 r? 三個參量中任一個發(fā)生變化，都會引起電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出 [4]。它有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示 [3]。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。 傳感器的作用是人們?yōu)?了從外界獲取信息，必須借助于感覺器官。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 雖然以 FPGA 為核心的電子稱系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中其高集成度才能更好得以體現(xiàn)。 采用 FPGA 測頻測量精度高，測量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計(jì)要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較