【正文】 正是因為有大家所有人的支持，此次畢業(yè)設計才會順利完成。 她平日工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，都給與予我悉心的指導。該階段需要注意的是對傳感器輸出的信號進行放大時，應選取合適的運算放大電路。 首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱量準確度。智能儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。 由鍵盤編碼方式可以得出 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9各鍵對應的鍵值分別為： 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)值送到相應的存儲單元，再進行功能選擇或數(shù)據(jù)處理 。 另外，已存入的 6 種商品的單價均可 自行 設置， 首先按下設置鍵，再按商品鍵，再輸入單價即可 。 清零鍵 ：用于 上個物品稱量完畢，開始新的一次稱量時將前次示值清零。 35 圖 顯示子程序 鍵盤掃描子程序設計 由前面的 設計可知，鍵盤電路設計成 3X8 矩陣式 。設計流程圖如圖 所示。 主程序模塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各模塊（子程序），在系 統(tǒng)初始化過程中，將系統(tǒng)設置成 15kg 量程，并寫 15kg 量程標志。 33 4 系統(tǒng)軟件設計 程 序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設計方法。 如下圖為鍵盤電路與 AT89S52 單片機的接口 電路圖。在 8位單片機 及微型機系統(tǒng)中最常用的鍵盤是 8X8 陣列，但在一般的單片機系統(tǒng)中，往往根據(jù)實際需要進行設置，如 4X8， 3X8， 4X4 等。 74LS244 是 8 位三態(tài)門緩沖器，也可作為驅(qū)動器。 為減少硬件開銷，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，在本次的單片機控制系統(tǒng)中我們采用動態(tài)掃描顯示。 7 段 LED 顯示管比 8 段 LED 少一只發(fā)光二極管 sp，其他和 8段相同。 29 圖 AT89S52和 8155H的接口 顯示電路與 AT89S52 單片機接口電路設計 在顯示電路的論證中， 本設計采用的是 LED顯示 。通過命令寄存器實現(xiàn)程序控制。 PA0~PA7：這 8 根線是口 A 的通用 I/O 線，由程序控制的命令寄存器選擇輸入 /輸出方向。 WR：寫選通信號，低電平有效。也由 ALE下降沿鎖存到 8155H 內(nèi)部地址鎖存器。 AD0～ AD7：三態(tài)地址數(shù)據(jù)線。由于 8155H 27 既有 RAM 又有 I/O 口因而是 MCS51單片機系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。 1 8155H 芯片介紹 Intel8155H 芯片內(nèi)包含 有三個可編程 I/O 中，其中二個口（ A和 B）為 8位口，一個口（ C）為 6位口。而 CP 是上升沿觸發(fā)的時鐘信號輸入端。 （ 5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 ADC0809 應用說明 （ 1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機直接相連。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸 出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當 ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應保持低電平。當 ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量 進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 CLK：時 鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。 24 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。 VCC： +5V 工作電壓。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。電阻應變片實心軸沿軸向線應變?yōu)椋? 23 實心軸沿圓周向線應變?yōu)椋? 金屬材料的電阻相對變化公式為： 把 31， 32代入 33可以得到其輸出電壓為： 其中 F為壓力（即重物重量）， A 為受力面積， E為彈性材料的彈性模量。 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的輸入電壓變化范圍是 0～ 5V，傳感器的輸出電壓信號在 0～ 20mv 左右，因此放大器的放大倍數(shù)在 200～ 300 左右，亦 可將 RG 接成滑動變阻器 。 圖 INA126的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 放大器的增益取決于外部電阻 RG，其增益 G 為 5+80kΩ /RG。 圖 INA126的引腳圖 該器件 8 腳塑料 DIP封裝、 SO一 8及 MSOP 一 8貼片封裝三種形式，由型后的字母來表示。 8) 輸入阻抗的典型值 10Ω /4pF。 5) 低噪聲 ,典型值 35nV/ Hz(100kHz 時 )。 ~177。 CMRR 越大越好。差模輸入電阻的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。目前所用的運算放大器，是把多個晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數(shù)的電路，集成在一塊微小的硅片上 （ 2） 運算放大器的原理 運算放大器是目前應用最廣泛的一種器件，雖然各中不同的運放結(jié)構(gòu)不同，但對于外部電路而言，其特性都是一樣的。因為這個微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動顯示或者執(zhí)行機構(gòu)，所以需要把這個偏差信號放大到需要的程度，再去推動執(zhí)行機構(gòu)或送到儀表中去顯示，從而達到自動控制和測量的目的。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導體芯片當中。只 要測出加在 電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金 屬絲的應變情況。 電阻應變片的工作原理 金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材 料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。 能夠?qū)崿F(xiàn)力 電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。根據(jù)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(qū)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(diào)零電路過于復雜。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。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。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。 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(nèi)部復位狀態(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。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。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。 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，復位電路 ，電源電路 ， 單片機 及外擴 8155芯片 構(gòu)成。但是，如果鎖定位 1 被編程，則 EA 在復位時被鎖存。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。 在存取外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址?？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 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， P2口也接收高位地址或一些控制信號。 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(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。當把 “1” 寫入 P0 時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。 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。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(chǎn)品的需求。它的應用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低 。 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。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）。 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）。 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會產(chǎn)生電信號，受到不同壓力或拉力時產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關系一般為線性關系。 12 超量程報警部分的選擇 智能儀器 一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯，當測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為 提醒用戶而設置。數(shù)碼管只能顯示有限的數(shù)字和符號， 顯示內(nèi)容少。但它的 可視偏轉(zhuǎn)角度過小 ， 往往是只能從正面觀看，從側(cè)面看就會出現(xiàn)較大的亮度和色彩失真。 3X8的矩陣式鍵盤共可安裝 24個鍵，但只需要 11 條測試線。它的轉(zhuǎn)換速度是100us。顧名思義，逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn) 11 換器實質(zhì)上是實現(xiàn)二進制搜索算法，內(nèi)部電路可以運行在幾 MHz， A／ D轉(zhuǎn)換器采樣速率是該數(shù)值的分數(shù)，主要由逐次逼近算法確定。并行 A/D 轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換速度最快，但因結(jié)構(gòu)復雜而造價較高，故只用于那些轉(zhuǎn)換速度極高的場合。即能把被控對象 的各種模擬信息變成計算機可以識別的數(shù)字信息。 此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。 缺點：此電路要求 R3 、 R4 相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。 差動放大器具 有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 ( 如 OP07) 做成一個差動放大器。 普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。 量程 20Kg ，精度為 %，滿量程時誤差 。 由于惠 更 斯電橋具諸如抑制溫度變化的影響， 抑制干擾，補償方便等優(yōu)點，所以該傳感器測量 精度高，溫度特性好，工作穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應用于各種結(jié)構(gòu)的動，靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。 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， AT89S52 是一個低功耗、高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 8Kbyte ISP（ Insystemprogrammable） 的可反復擦寫 1000 次的 Flsh 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高精密、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微 型計算機的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。（因為大規(guī)模可編程邏輯器件一般是使用狀態(tài)機方式來實現(xiàn)，即所解決的問題都是規(guī)則的有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換問題?？刂破鞑糠纸邮軄碜?A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單 元中。此外，還可通過鍵盤設定所稱物品的價格。運算結(jié)果送到內(nèi)存儲器，需要顯示時， CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存儲器讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印。目前的電子秤有附加多種計算和數(shù)據(jù)處理功能 ,以滿足多種使用的要求。據(jù)悉 ,目前電子秤的附加功能主要有以下幾種 :1電子秤附加了處理機構(gòu)計算機信息補償裝置 ,可以進行自診斷、自校正和多種補償計算和處理。電子計價秤在秤臺結(jié)構(gòu)上有一個顯著的 特點：一個相當大的秤臺，只在中間裝置一個專門設計的壓力傳感器來承擔物料的全部重量。隨著人們生活水平的不斷提高，商業(yè)行為也越來越現(xiàn)代化，人們對商品度量的速度和精度也提出了新的要求。影響其精度的因素主要有 :機械結(jié)構(gòu)、傳感器和數(shù)顯儀表。世界各國的公司紛紛在全球各地投資建立企業(yè)，中國作為人口最多的國家，是一個