【正文】 當輸入端 Vi＋輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅動管導通，輸出端 f0 為邏輯低電平，同時電源 Vcc 也通過 電阻 R2 對電容 C2 充電。 LM331 采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和低到 電源電壓下都有極高的精度。 to 177。 18V) ，可用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。另外，該 引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高 電平時間。當 P3口寫入 “1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 引腳說明 AT89C51 芯片圖如下 圖 所示 ： 26 圖 AT89C51 的引腳圖 VCC：供電電壓。此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 25 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 根據(jù)設計要求以及系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能，在設計系統(tǒng)時可以分成以下幾個部分：單片機控制模塊，前端信號采集、處理、轉換模塊，人機接口界面以及系統(tǒng)電源部分（為實現(xiàn)系統(tǒng)超量程與欠量程的報警功能，還擴展了報警電路）。在這次設計中我們采用了 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該比系統(tǒng)設計要求的要大。 AT89C51 是一款 8 位的內帶 4K 程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實現(xiàn)電子秤系統(tǒng)的各項功能時，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 實際設計時不需要在片外再擴展程序存儲器，這樣不僅節(jié)省了硬件資源，也優(yōu)化了 電路的設計。12連續(xù)可調 ,通過對滑動變阻器的調整可輸出 +5V,177。電路圖如下 圖 所示： 圖 LM317 與 LM337 原理 電路 圖 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)壓電源的設計，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 ΔUop p等性能指標要求，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 的行列結構可構成 4 個鍵的鍵盤， 44 行列結構可構成 16 個鍵的鍵盤。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)點很明顯，可靠性高，口簡單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。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，是否帶背光在應用中并無差別， 1602LCD 主要技術參數(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 對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H——00FH 的 16 字節(jié)的內容決定，當（ 000H） =FFH 時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個點；當（ 3FFH） =FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（ 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部的電極和驅動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 19 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： （ 1）顯示質量高：由于液晶顯示器每一個點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。 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，而共陰極點或共陽極點分別由響應的 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?？蓪崿F(xiàn) 0～ 9 的顯示。所以 AT89C51 符合本次設計的主控芯片。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 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，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。影響性能價格比的因素除單片機 的性能價格外，還包括硬件和軟件設計的容易程度、相應的工作量大小，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 轉換作為信號轉換的方案。 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 40V，而且可以防止 Vcc 短路 [18]。 LM331 的動態(tài)范圍寬，可達 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達 12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且容易保證轉換精度。所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 轉換器 [17]。為防止這種現(xiàn)象，可采取如下措施： （ 1）加強抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進入電路； （ 2）加強電源穩(wěn)壓濾波措施， 在 A/D 轉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， 以防止燒壞器件。轉換結 束后 A/D 轉換器內部轉換結束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉換結束標志電平。 15 A/D 轉換器的有關量程引腳。不 同類型的 A/D 轉換器的轉換速率大不相同。 A/D 轉換器選用的原則： A/D 轉換器的位數(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，再把此時間間隔轉換成數(shù)字量，屬于間接轉換。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。 采用逐次逼近法的 A/D 轉換器是由一個比較器、 D/A 轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。~177。 以 接口 圖 : INA126 為例 圖 所示 圖 INA126 儀表放大結構圖 放大器增益 ，通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。 缺點：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 由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。 我們考慮了以下幾種方案： 方案一 利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。 在預定的頻帶寬度內有穩(wěn)定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應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，內阻高，還常伴有較高的共模電壓。 12 前級放大器部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉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、控制或進行信號轉換。 （ 4）商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量 [5]。 應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變片感受的應變所引起的電阻變化有關。 直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和 高穩(wěn)定性的放 大器放大。 導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應變效應。故易受外界干擾，信號需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。 10 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換為電量輸出 [4]。它有結構簡單、靈敏度高、動態(tài)響應好、可實現(xiàn)非接觸測量、 具有平均效應等優(yōu)點。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。最常用的標準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和頻率響應來表示 [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、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。 傳感器的作用是人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。通常傳感器由敏感元件和轉換元件組成。 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、調試方便，設計要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強。但其缺點是外圍 電路比較復雜 ,編程復雜。 方案三 前端信 號處理時，選用放大、信號轉換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。 方案二 在前一種方案的 基礎上進行擴展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對單片機內部的數(shù)據(jù)設定，使電子 稱 實現(xiàn)稱重計價的功能。由此 設計出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時大大減少程序量，在電路結構上只有簡單的輸出輸入關系。 第 3 章系統(tǒng)硬件設計， 在選定各個模塊的方案中，對各方案的用到的主要芯片進行簡單功能介紹及應用，并且給出了本次電路設計 的具體電路圖。此部 分對軟件的設計要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。放大后的模擬電壓信號經(jīng) V/F轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。電子衡器產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子稱到大型的電子稱重系統(tǒng)，從單純的稱重、計價到生產(chǎn)過程檢測系統(tǒng)的一個測量控制單元，其應用領域不斷地擴大。 50 年代開始出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子衡器。近年來電子稱已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)的處理和控制過程中。當時帶電子裝置的衡器其稱量工作是機械式的，但與稱量有關的顯示、記錄、遠傳式控制器等功能是電子方式的。 常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。 經(jīng)過 40 多年的不斷改進與 4 完善，衡器技術也在不斷進步和提高。頂尖條碼標簽稱有著許多卓越的特點，以太 網(wǎng)功能使管理更加方便 。電子秤與機械秤比較有體積小、重量輕、結構簡單、價格低、實用價值強、維護方便等特點，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠傳，易于實現(xiàn) 重量顯示數(shù)字化，易于與計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內外貿易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。隨著計量技術和電子技術的發(fā)展 ， 傳統(tǒng)純機械結構的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝 置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)