【正文】 25 參考文獻(xiàn) [1] 賴壽宏．微型計(jì)算機(jī)控制 技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [2] 雷麗文 ,朱曉華等．微機(jī)原理與接口技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社， [3] 陳潤泰 ,許琨．檢測技術(shù)與智能儀表．長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社， 2021 [4] 李軍 ,李賦海．檢測技術(shù)及儀表．北京：中國輕工業(yè)出版社， 2021 [5] 于永，戴佳，常江． 51單片機(jī) C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講．北京：電子工業(yè)出版社， [6] 李維平．談電子秤的分度數(shù)與準(zhǔn)確度 .中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)， [7] MAX7219 Serially Interfaced,8Digit LED Display Drivers [8] 王俊峰，孟令啟．現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [9] AD620 中文資料 [10] AD574 中文資料 [11] 劉永勝 ,杜 輝 ,楊媛媛．實(shí)用電子秤．山東大學(xué)． 2021 26 。在設(shè)計(jì)過程中，查閱了大量的中外文資料，解決了不少難題。 二是 LED 顯示屏在顯示數(shù)據(jù)時(shí)不能顯示漢字，可選用 LCD 或 LCD 點(diǎn)陣顯示。 本次設(shè)計(jì)的電子稱重器還存在一些缺點(diǎn) 與不足，主要以下這兩點(diǎn)： 一是 量程僅是 10kg，從而限制了本電子秤的使用范圍。人機(jī)界面部分由六位 LED 管顯示與 44位矩陣鍵盤組成，可以由鍵盤控制顯示重量和價(jià)錢等信息 ， 操作簡單方便。 本 設(shè)計(jì)為 小量程（ 0～ 10Kg）稱量 器件 ，可以廣泛應(yīng)用于家庭 、菜市場 等 場合 。然后 從電子秤的核心部件稱重傳感器的介紹開始 ，逐個(gè)進(jìn)行各個(gè)模塊器件的論證與選擇。 24 6 結(jié)束語 電子稱重器是貿(mào)易市場中的常見的稱重計(jì)量儀器。 本章小結(jié) 本章主要介紹電子稱重器的可靠性設(shè)計(jì)原則。 LED 驅(qū)動(dòng) 器 為 共陰極顯示驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219，通過加在 V+和 ISET 之間的一個(gè)外部電阻來控制顯示亮度，段驅(qū)動(dòng)電流一般是流入 ISET 端電流的 100 倍，其最小值為 ? 。選擇的放大器為 AD620 高精度 放大器， 供電電源為 +增益范圍為 1～ 10000，最大增益誤差為 %（ G=1000），最大功耗為 650mW，工作溫度為 40～ 85℃ 。 系統(tǒng)的性能指標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的電子稱重器要求稱重范圍 0～ 10Kg，重量誤差不大于 ? 0. 05Kg。 儀表可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循簡單化、抗干擾、低功耗、易操作等設(shè)計(jì)原則。稱重器的現(xiàn)場使用環(huán)境如溫度、適度、放射性、腐蝕性等有時(shí)會對稱重結(jié)果產(chǎn)生影響，而且沖擊、振動(dòng)、跌落等破壞性情況也可能時(shí)有發(fā)生。最后還需要有軟件抗干擾，才能保證程序正常的運(yùn)行。緊接著就需要有軟件設(shè)計(jì)，才能完成電子稱的稱重功能。 因此 采用指令冗余，即在這些指令后面再重復(fù)寫上這些指令 ，即可保證程序的正確流向。 （ 2）利用軟件陷阱提高程序運(yùn)行的可靠性 軟件陷阱就是在程序存儲器的空余地址中全部添加 1 條跳轉(zhuǎn)指令，一旦程序跑飛，只要程序指針指向這些地址，就可被強(qiáng)行跳轉(zhuǎn)至指針制定的地方，使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。 （ 1）采用數(shù)字濾波消除傳感器通道中的干擾信號 常用的數(shù)字濾波方法有：平均值法、中值法、一節(jié)遞推數(shù)字濾波法等。其中軟件抗干擾措施設(shè)計(jì)靈活、不需增加硬件資源、成本低。最后顯示個(gè)位，這樣就將總價(jià)信息顯示出來。然后將相乘后的各位取出，首先判斷千位，如果為零的話，不顯示，判斷百位；如果千位不為零，則以下所有位都要顯示。為了避免在單片機(jī)中進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，用整形運(yùn)算模 擬定點(diǎn)小數(shù)，這樣，可以取出各個(gè)位的值。Display_price()將單價(jià)信號轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，逐位發(fā)到 MAX7219 顯示。 Display_weight()將濾波后的到得重量信號 sum 轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，并逐位發(fā)送到 MAX7219顯示。其流程圖見圖 48所示。串行通信的格式如表 41所示： 表 41 串行通信的格式 如表 41 所示，在單片機(jī)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)在每個(gè) CLK 高電平時(shí)將數(shù)據(jù)寫入DIN 口，高 8位為地址低 8位為數(shù)據(jù)共 16 個(gè)周期。當(dāng) mode_display 為 1時(shí)表示顯示重量，為 2時(shí)表示顯示總價(jià)，為 3 時(shí)表示顯示單價(jià)。調(diào)用Read_key()函數(shù)從鍵盤中讀取一位數(shù)據(jù)顯示并存儲，此時(shí)利用 while 語句判斷鍵值是否為釋放，若釋 放則讀取下一位數(shù)據(jù)顯示并存儲，最后將十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)存儲以備乘總價(jià)顯示時(shí)使用。當(dāng)按鍵是置數(shù)鍵 Set_Price 時(shí)，調(diào)用函數(shù) Set_price()。 本程序中掃描鍵盤使用了函數(shù)為 20 } 圖45 去抖動(dòng)鍵盤掃描流程圖 當(dāng)讀入鍵值后，調(diào)用讀鍵值函數(shù)讀取各個(gè)鍵值。 數(shù)據(jù)信號處理 數(shù)據(jù)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后還不是 要顯示的信息，還需進(jìn)行處理才能得出所要顯示的數(shù)據(jù)，本次設(shè)計(jì)采用數(shù)字濾波的方法，可以對頻率很低的信號濾波，通過 改變數(shù)字濾波程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的濾波方法或調(diào)整濾波參數(shù)，比修改模擬濾波 ，先從 P2 口輸出 0x0f，讀入數(shù)據(jù)保存；再從 P2 口輸出 0xf0，再次讀入數(shù)據(jù)，兩次數(shù)據(jù)相加，即可從所得的數(shù)判斷按下的鍵所在的位置?，F(xiàn)場保護(hù)完成以后進(jìn)入信號采樣階段，即執(zhí)行采樣子程序，在采樣完畢后調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換程序 AD574 將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中還包括 A/D 轉(zhuǎn)換的中斷服務(wù)程序。 本系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序是 T0 采樣中斷服務(wù)程序，另外還有一個(gè) AD574 申請 CPU 取數(shù)的外部中斷服務(wù)程序。 為了提高 CPU 的效率和系統(tǒng)具有良好的時(shí)效性，采用中斷方式控制 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。此時(shí)程序查詢 Print_c 的值，以向 MAX7219 顯示輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 在初始化子程序中 ,調(diào)用該函數(shù)依次往地址 0x0f,0x09,0x0a,0x0b,0x0c 寫入數(shù) f 在單片機(jī)對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后應(yīng)該對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 主流程圖見圖 41 所示： 圖 41 主流程圖 圖 42 MAX7219 初始化流 程圖 在程序中首先定義函數(shù) void Write_7219(uchar address,uchar dat))，以 MAX7219 的 各寄存器的地址作為其參數(shù)，完成對 MAX7219 進(jìn)行送數(shù)據(jù)以及寫控制字命令。 主程序設(shè)計(jì) 電子秤 需要 有數(shù)據(jù)采集、處理、存結(jié)果、送顯示的運(yùn)行過程。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序使用模塊 化的程序設(shè)計(jì)思想，主程序通過調(diào)用子程序以實(shí)現(xiàn)各部分功能。 AT89S51 的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成 ， 數(shù)據(jù)處理部分電路設(shè)計(jì) ， 顯示電路設(shè)計(jì) ， 鍵盤電路設(shè)計(jì) 以及硬件抗干擾措施。但使用中應(yīng)注意： （ 1） 線纜敷設(shè)時(shí)不要過分用力或使電纜打結(jié)、避免彎曲超過 900、避免過緊地纏繞電纜，以 保護(hù)雙絞 47 線的扭絞狀態(tài)； （ 2） 做線時(shí)，避免損壞線纜的外皮、不要切壞線纜內(nèi)的導(dǎo)線； （ 3） 接線時(shí)，雙絞線的開絞長度盡量小，不要超過 20mm； （ 4） 雙絞線的屏蔽層采用設(shè)備端單端接地方式。 （ 2） 接地技術(shù) 本系統(tǒng)既有模擬電路又有數(shù)字電路，因此數(shù)字地與模擬地要分開，最后只在一點(diǎn)相連，如果兩者不分，則會互相干擾。 （ 1） 光電隔離技術(shù) 光電耦合器對干擾信號具有良好的隔離性能，一是它的輸入阻抗很小，約為 100fllldl，而干擾源內(nèi)阻則很大，通常為 105Q～ 108Q，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很?。?是光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的，即使干擾噪聲有較高的電壓幅度，但由于能量小，不能提供足夠的電流使發(fā)光二極管發(fā)光而被抑制掉；三是光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間分布電 容極小，絕緣電阻很大，回路一邊的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。 信號傳輸通道的抗干擾措施 信 號傳輸通道包括系統(tǒng)的前向通道和后向通道，其主要干擾有：雜散電磁場通 過 感應(yīng)和輻射方式進(jìn)入通道的干擾；由于地阻抗耦合、漏 電流等因素產(chǎn)生的加性干擾；以及因傳輸線衰減、阻抗失配等因素引起的乘性干擾。 電源濾波的一般方法是在電源變壓器初、次級分別設(shè)置低通濾波器和線間電容濾波器，使 50Hz 市電基波通過，而抑制掉高頻信號。 電源 的抗干擾 措施 普通用電中含有多種高次諧波，它們很容易經(jīng)電源進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，還有一 些射頻發(fā)射、電磁波 等也會由電源線感應(yīng)反饋進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾。而系統(tǒng)的可靠性更倍受人們的關(guān)注，這是因?yàn)橄到y(tǒng)的可靠性決定了系統(tǒng)能否 達(dá)到所需要的精度。 下面重點(diǎn)介紹單片機(jī)的抗干擾措施。還用到稱重傳感器，所采用的應(yīng)變式傳感器是 高阻抗器件 ，其絕緣性能、機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等，直接影響工作特性的穩(wěn)定。顯示部分電路 見 圖 36 所示。 7219 的 SEGA～ SEGG 作為 LED 的數(shù)據(jù)線， DIG0～ DIG7 作為位選線。當(dāng)使用多個(gè) MAX7219時(shí)用 此端方便擴(kuò)展。連續(xù)數(shù)據(jù)的后 16 位在 LOAD 端的上升沿時(shí)被鎖定； CLK： 時(shí)鐘序列輸入端。在時(shí)鐘上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的 16 位寄存器； DIG0–DIG7： 八個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)線路置顯示器共陰極為低電平。 MAX7219采用 24腳雙列直插式封裝，其引腳 見 圖 35所示。 它連接微處理器與 8位數(shù)字的 7段數(shù)字 LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者 64個(gè)獨(dú)立的LED。這里不管 AD574A 是處在啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端 CE 都必須為 1，因此將 8051 的寫控制線 WR 和讀控制線 RD 通過與非門 74LS00 與 AD574A 的使能端 CE 相連 。 AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過 P0 數(shù)據(jù)總線連至8051，由于我們只使用了 8 位數(shù)據(jù)口， 12 位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)單片 機(jī)，所以 R/C接地。須注意的是， 12/—8 端 TTL 電平不能直接 +5V 或 0V 連接 ； R/C_：讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端 ； CE：使能端 ； V+：正電源輸入端，輸入 +15V電源 ； RE輸入端。 AD620 的放大增益關(guān)系式為 （ 31） 1G ??g （ 32） AD620 簡單的放大 濾波 電路 見圖 33 所示 ： 圖 33 AD620 濾波 放大電路圖 上 片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) ? AD574 是美國模擬數(shù)字公司（ Analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯示片，具有外接元件少，功耗低，高精度等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只能外接少量的阻容件 ? 數(shù)據(jù)輸出格式： 12 位 /8 位 ? 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 AD574 A0： 字節(jié)地址短周期控制 端。 7管腳提供正負(fù)相等的工作電壓，由 3管腳輸入的放大電壓即可從管腳 6輸出放大后的電壓值。當(dāng)單片機(jī)加電時(shí)由于 RC 充電的效果， 使得復(fù)位腳保持一會高電平使單片機(jī)內(nèi)部寄存器徹底復(fù)位。 當(dāng) 此 輸 入端保 持兩個(gè) 機(jī)器周期 (24個(gè)時(shí)鐘 振 蕩 周期 )的高 電平時(shí) ，可以完成復(fù)位操作。本文從可靠性和成本考慮最終選用電阻電容來搭建復(fù)位電路。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，主要是防止由于電源開關(guān)或插頭分合過程中引起的抖動(dòng)。復(fù)位電路的好壞 決定著單片機(jī)能否正常工作。 其中復(fù)位電路采用上電復(fù)位。 的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) 。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。當(dāng) AT89S51 由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出 2 個(gè)脈沖，即