【正文】 t 為儀器周圍環(huán)境溫度變化的幅度 。 11? 為電壓變化引起的零點(diǎn)漂移 。 8? 為溫度變化引起的靈敏度變動(dòng) 9? 為時(shí)間引起的零點(diǎn)漂移 。 6? 為儀器的非線性 。 電子設(shè)備的誤差 高精度數(shù)字儀表和高精度芯片在電子秤中的應(yīng)用，使電子設(shè)備的誤差在電子秤中的總誤差中所占的比例甚低于傳感器。所有上述誤差在制作傳感器時(shí)，都己通過各種補(bǔ)償措施將其降到盡可能小的程度，其剩余部分己不易進(jìn)行補(bǔ)償和修正，可作為偶然誤差處理。 電子秤在本文 的研究中屬于動(dòng)，靜態(tài)結(jié)合稱重的電子秤，其誤差來源于稱重傳感器、電子設(shè)備（即二次儀表一一包括稱重傳感器輸出信號(hào)的傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）和機(jī)械承重系統(tǒng)（即秤體）三個(gè)方面 稱重傳感器的誤差 應(yīng)變式稱重傳感器的誤差，主要是由傳感器本身的非線性、不重復(fù)性和滯后等特性所造成。而顯 示子程序是其他程序所需要調(diào)用的程序之一，因此，顯示子程序 的設(shè)計(jì)就顯得舉足輕重，設(shè)計(jì)的時(shí)候也要十的小心。設(shè)計(jì)流程圖如圖 42所示。 開 始初 始 化置 零 鍵 按 下啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換數(shù) 據(jù) 處 理顯 示調(diào) 零 程 序 圖 41 主程序設(shè)計(jì)圖 子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)子程序主要包括 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)、以及 超重報(bào)警設(shè)計(jì) 等。主程序的初始化模塊主要完成儀器硬件、軟件的初態(tài)設(shè)置，單片機(jī)內(nèi)專用寄存器的設(shè)定，單片目錄 30 機(jī)工作方式及各端口的工作狀態(tài)的規(guī)定，把儀器的初始工作狀態(tài)設(shè)置成重量測量方式，各標(biāo)志位的默認(rèn)值為 0。 主程序設(shè)計(jì) 儀器主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行，是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。 ⑵ 根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： ⑴ 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這一任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要靠程序來完成。使報(bào)警電路報(bào)警從而提醒工作人員注意， 它是有 89C52 的 口來控制的，當(dāng)超過設(shè)置的重量時(shí)（ 100Kg），通過程序使 口值為高電平，從而使三極管導(dǎo)通，報(bào)警電路接通，使蜂鳴器SPEAKER 發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使報(bào)警燈 LED 發(fā)光。 目錄 28 圖 37 1602 液晶模塊的讀操作時(shí)序 1602 液晶模塊的 寫操作時(shí)序如圖 9 所示。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極 。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 目錄 26 圖 35 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。本程序選 12 bit 輸出數(shù)據(jù)長度，高位導(dǎo)前 TLC2543 在每次 I/O 周期讀取的數(shù)據(jù)都是上次轉(zhuǎn)移的結(jié)果，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換結(jié)果在下一個(gè) I/O周期中被串行移出第一次讀數(shù)由于內(nèi)部調(diào)整，讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不準(zhǔn)確 ,應(yīng)丟棄。 圖 33 AIN0～ AIN10 為模擬輸入端； 為片選端； DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端； DOUT 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端； EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束端； CLK 為 I/O 時(shí)鐘； REF+為正基準(zhǔn)電壓端； REF為負(fù)基準(zhǔn)電壓端； VCC 為電源； GND 為地 TLC2543 與單片機(jī)的接口 電路與工作過程 89C52 單片機(jī)沒有 SPI接口 ,為了 TLC2543 接口可以用軟件功能來實(shí)現(xiàn) SPI接口 ,其硬件接口如圖 34所示 . 目錄 25 圖 34 TLC2543 的工作過程如下：首先在 12或 16時(shí)鐘周期里向片內(nèi)控制寄存器寫入 8位的控制字，控制字中的 2位決定時(shí)鐘長度，在最后一個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換過程，經(jīng)過一段轉(zhuǎn)換時(shí)間，在隨后 的 12 或 16 個(gè)時(shí)鐘周期里，從 DATA OUT 腳讀出數(shù)據(jù) 。 1LSBmax； 目錄 24 （ 7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出 EOC； （ 8）具有單、雙極性輸出； （ 9）可編程的 MSB 或 LSB 前導(dǎo) ； （ 10）可編程輸出數(shù)據(jù)長度。在 AD轉(zhuǎn)換器空閑期間， 可以通過編程方式進(jìn)入斷電模式，此時(shí)器件耗電只有 25pA。其中 n路為外部模擬量輸入， 3 路為片內(nèi)自測電壓輸入。 51 單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個(gè)振蕩周期后， 51 單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)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(huì)執(zhí)行外部程序。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位 ，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端 AT89C52 的最 小系統(tǒng)電路構(gòu)成 AT89C52 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。欲使 CPU 僅訪問外部 程序存儲(chǔ)器 （地址為 0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。在此期間，當(dāng)訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳 出現(xiàn)兩個(gè) 機(jī)器周期 以上高電平將使 單片機(jī) 復(fù)位。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和一些 控制信號(hào) 。對(duì)端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào) 拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。（ ）和輸入（ ）， Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。在 Flash 編程 時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻 P1 口 :P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出 電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 PDIP(40)和 PLCC(44)封裝形式 表 31 AT89C52 各引腳功能介紹 AT89C52 引腳圖為圖 32，介紹如下 圖 32 P0 口 :P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線 復(fù)用口。 兼容 TTL 和 CMOS 邏輯電平 布爾處理器 目錄 21 — 幀錯(cuò)誤偵測 工作電壓 改進(jìn)型快速編程脈沖算法 時(shí)鐘頻率 256x8bit 內(nèi)部 RAM（可擴(kuò)充 64kB 外部存儲(chǔ)器） 片內(nèi) 8kROM（可擴(kuò)充 64kB 外部存儲(chǔ)器） 功能特性： 掉電模式下，保存 RAM 數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。此外， 89C52 還可工作于低功耗模式，可通過兩種 軟件 選擇空閑和掉電模式。屬于 89C51 增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場合。在設(shè)計(jì)中要求電源芯片技術(shù)指標(biāo)滿足電路要求、耗電省、安全性好、占空比小、重量輕、性能價(jià)格比高。 電子秤的硬件電路 單 片 機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換電路 晶振電路 復(fù)位電路 LED顯示電路 報(bào)警電路 目錄 20 圖 31 單片機(jī)硬件電路框 電源電路 為使儀器能按照要求正常工作，第一步設(shè)計(jì)，即精確、穩(wěn)定的電源供給設(shè)計(jì)是至關(guān)重要。 儀器電路設(shè)計(jì)中，需注意以下幾點(diǎn)： （ 1）考慮到傳感器的問題，在電路設(shè)計(jì)上，最大限度的降低對(duì)傳感器的精度要求 （ 2）設(shè)計(jì)的電路，在保證質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，追求盡可能低的成本。 電子秤智能儀器的硬件設(shè)計(jì)以輕巧、簡單、低功耗、低成本為原則，盡量采用集成化芯片，減小電路規(guī)模。 目錄 18 目錄 19 第 三 章 電子秤 硬件 電路設(shè)計(jì) 硬件電路是決定儀器性能的重要因素。 最后綜合了多方面因素的考慮采用了方案二，選擇 LCD1602 顯示器作為系統(tǒng)的顯示界面 超量程報(bào)警部分選擇 智能儀器一般都具 有報(bào)警智能儀器一般都具有報(bào)警和通訊功能，在本系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測量范圍時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器。 方案二 LCD 字符液晶顯示 采用點(diǎn)陣字符型 LCD 液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件，但采用 LCD 液晶顯示會(huì)造成設(shè)計(jì)成本增加。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省 51 系列單片機(jī) I/O 資源；且價(jià)格適中，分辨率較高， 目錄 17 因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選用 A/D 轉(zhuǎn)換器選用原則：（ 1） A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；（ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率；（ 3）是否加采樣 /保持器；（ 4） A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程的引腳；（ 5）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束；（ 6）晶閘管現(xiàn)象 考慮到本系統(tǒng)中對(duì)物體重量的測量和使用的場合，精度要求不是很苛刻，轉(zhuǎn)換速率要求也不高，根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析， 由上面對(duì)傳感器量程和精度的分析可知： A/D 轉(zhuǎn)換誤差應(yīng)該在 以 下 12 位 A/D 精度： 100Kg/4096= 本設(shè)計(jì)采用了 12位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 TCL2543。其電路規(guī)模屬于中等。初期的單片 AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。 主要介紹一下積分型 AD 和逐次比較型 （ 1）積分型 AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間 (脈沖寬度信號(hào) )或頻率 (脈沖頻率 )，然后由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。于 是傳遞函數(shù) : 目錄 16 ? ? ? ? ? ?SiSOSU UUA ? sRC?? 11 傳遞函數(shù)中分母 s 的最高指數(shù)稱為濾波器的階段數(shù)。因此，電阻 R（ s） =R，電容的容抗 Zc（ s） =1/Sc。有源濾波電路不適用大電流電路，僅適合做信號(hào)處理。它的功能是讓特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，阻止特定頻率范圍外的信號(hào)通過。本文設(shè)計(jì)的濾波電路由電容完成，簡便易行。 濾波電路 濾波電路是具有對(duì)信號(hào)頻率有選擇性的電路。因此， RgVVI inin ????G 式（ ） 設(shè)圖中 R1=R2=R,則 A1,A2 兩輸出端的電壓差 12U 為 )21)(()2112giningGRRVVRRRIU????????（ 式（ ） 將式（ ）代入 （ ）得 ))(21( ng120 ?? ?????? ini VVRRUV 放大器的增益 VA 為 )21()( in0ginVRRVVUA?????