【正文】 器整流電路+100uF220uF+132V VGNDINOUTLM7805SWSPSTDiode1K+5V 圖 39 5V直流穩(wěn)壓電源圖 Equation Chapter (Next) Section 1 4 電子秤系統的軟件設計 4 電子秤系統的軟件設計 程序設計是一件復雜的工作，為了把復雜的工作條理化，就要有相應的步驟和方法。穩(wěn)壓部分用 LM7805 三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源 ，其優(yōu)點是 所需的外圍元件極少 ， 電路內部還有過流、過熱及調整管的湖北科技學院學士學位論文 14 保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜 。 5V交流電壓通過整流電路變換成 5V的脈動電壓，濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出較小的波紋成分到穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的 5V電壓?；究驁D如 38 所示。 電源電路 一般電網電壓為交流 220V，而本文設計的電子秤系統需要的電壓是直流 5V，顯然不能滿足實際要求，所以需要設計一個直流穩(wěn)壓電源。 RXD101KPNPVCCDiodeSpeaker 圖 37 報警電路圖 它是有 AT89C52 的 RXD 口來控制的， RXD 本來為低電平，當超過設置的重量時（ 5Kg），通過程序使 RXD 口值為高電平，從而使三極管導通，報警電路接通，使蜂鳴器 SPEAKER 發(fā)出報警聲，同時使報警燈 LED 發(fā)光。 1234567S9 S8S3 S2S12S0S7S1S4S5S11S6R2R3R4R5VCC 圖 36 鍵盤電路與單 片機的連接圖 3 電子秤的硬件設計 13 報警電路 當電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量限制時，將產生一個信號給報警電路。采用中斷工作方式提高了CPU的利用效率，沒鍵按下時沒有中斷請求，有鍵按下時，向 CPU提出中斷請求， CPU響應后執(zhí)行中斷服務程序，在中斷程序中才對鍵盤進行掃描。 在本系統中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。 判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 3 個按鍵之中。行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。由此可見，在需要的鍵數比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。因為 LCD 為共 陽極，所以 D0 到 D7 有加入上拉電阻。 39383736353433322122231K1K1K1k1K1K1K1KVCCVSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7LCD1602100VCCVCC 圖 35 單片機與 LCD1602 接線圖 湖北科技學院學士學位論文 12 3 腳 VEE 接一個滑動變阻器，滑動變阻器兩端接電源和地。 15 和 16 腳為電源背光極。1602LCD 是指顯示的內容為 16 2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。 T115RD17WR16CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8ADC0832VCC 圖 34 ADC0832 與單片機的接口電路圖 顯示電路與單片機接口電路 本設計采用的是 LCD1602 顯示， LCD1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個 5 7 或者 5 11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為 00H。 3 電子秤的硬件設計 11 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V且 8 位分辨率時的電壓精度為 。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。當要進行 A/D 轉換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保 持低電平直到轉換完全結束。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯在一根數據線上使用。通過 DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇 [21]。芯片轉換時間僅為 32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。 模數轉換器與單片機接口電路 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。 根據要求 ,A/D 轉換器的輸入電壓變化范圍是 0V～ ，傳感器的輸出電壓信號在 0～ 10mv， 4 .9 9 9 4 9 9 .9 5 0 00 .01G ? ? ?因此取放大器的放大倍數 500。 微弱信號放大后從INA128 的第 6 腳輸出?？紤]到干擾的作用，對傳感器的信號進行了濾波處理，最終設計如圖 33。這兩個腳分別接地和 +5V 直流電源， 31 腳 EA 為內外存儲器的控制端，接 +5V 允許訪問外部存儲器。其中電平復位是通過 RST 端經電阻與電源Vcc 接通而實現的。復位電路通常采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。 復位電路 AT89C51 的復位電路是由外部的復位電路來實現的。電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，可在 20pF 到 100pF 之間取值。 本設計采用最常用的內部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路。 AT89C51 單片機的時鐘產生方法有兩種。 壓 力 傳感器 放大電路 模數轉換 微處理器 鍵 盤 x = x = x = LCD 顯示 x = x = x = 3 電子秤的硬件設計 9 VCC VCC22ufC3EA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T1151234567839383736353433322122232425262728RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89C5122pFC122pFC21212MHZS131K 圖 32 AT89C52 最小系統的設計 AT89C51 是片內有 ROM/EPROM 的單片機，其最小系統簡單 、可靠，僅 由時鐘電路、復位電路、電源電路構成。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。如下圖所示 31 所示。 Equation Chapter (Next) Section 1 湖北科技學院學士學位論文 8 3 電子秤的硬件設計 系統設計的總體思路 物體放在壓力傳感器上，傳感器發(fā)生 形變，阻抗就發(fā)生變化，產生一個變化的模擬信號，該信號需要有放大電路放大后輸入到模數轉換器，轉換為數字信號后輸入到微處理器處理。在本系統中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。所以最終選擇了兩行顯示的 LCD1602， LCD1602 的引腳圖如 27 所示。 LED 顯示每一個數碼管只能顯示一個數字，電子秤系統需要許多數碼管，會使線路變得復雜化。 圖 26 3 4 矩陣式鍵盤圖 顯示部分的方案 數據顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數據經過微處理器處理后直觀的顯示出來。圖 26 給出了一個 3 4 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。所以我們采用 3 4 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路。 CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8ADC0832 圖 25 ADC0832 引腳圖 湖北科技學院學士學位論文 6 鍵盤部分的方案 鍵盤部分有兩個可行的方案，第一是采用 3 4 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路，第二是采用 4 4 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路 [15]。由于逐次比較法模數轉換具有速度快、分辨率高等特點，而且采用這種方法的 ADC 芯片成本較低，所以我們選用逐次比較型模數轉換集成芯片 ADC0832，ADC0832 是美國國家半導 體公司 生產的一種 8 位分辨率、雙通道 模數 轉換芯片 ， 其輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容 ， 電源供電時輸入電壓在 0～ 5V 之間 ， 工作頻率為 250KHZ 轉換時間為 32μS， 一般功耗僅為 15mW； 由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經有很高的普及率。而模數轉換器的數字信號提供給微處理器處理。 模數轉換器的方案 稱重傳感器采集的壓力信號是模擬量，單片機系統內部運算時用的都是數字量，即 0 和 1，因此對于單片機而言我們無法直接操作模擬量，必須將模 擬量轉換為數字量。因為放大的倍數是 500，所以大致選用 100 歐姆的電阻就可以了。 此類芯片內部采用差動輸入， 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。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲，對精度影響較大。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應用要求。 圖 23 差動放大器內部電路 電阻 R R2 電容 C C C C4 用于濾除前級的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C C4 為大的電解電容，主 要 用于濾除低頻噪聲。 方案一：由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。而模數轉換的輸入電壓要求為 0～2V，因此放大環(huán)節(jié)至少 200 倍的增益，此處我們需要放大 500 倍。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構成具有各種特性的放大器來完成。 放大器的方案 壓力傳感器感受重力轉換后輸出的信號一般電平較低；經由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行模數轉換。 由于內部線路采用惠更斯電橋，當彈 性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由下式給出 ： 2 4 R 1 R 2 R 3 R 4E E i n( 2 4 ) R 1 R 2 R 3 R 4RRout ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ?? （ 22） 湖北科技學院學士學位論文 4 本文的目的是設計一簡易電子秤，最大稱重約為 千克，重量誤差不大于177。 其 測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。 為供橋電源電壓，當初始有 錯誤 !未找到引用源。其轉換電路常用測量電橋 [4]。電阻應變片把機械應變信號轉換為△ R/R 后，由于應變量及 相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。 電阻應變式 稱重傳感器是利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作的， 根據傳感器理論可 知，設長為 L、截面積為 S、電阻率為ρ的電阻絲，已知其阻值為： ? LR S? （ 21） 當電阻絲兩端有機械應力 F 時，ρ、 L、 S 都會發(fā)生變化，從而導致電阻發(fā)生變化。單片機作為處理