【正文】 塊電路圖 15 蜂鳴器報警模塊是用來當(dāng)物體稱重稱重超出最大值是報警提示，以免損壞傳感器。 DOUT 在輸出了 4 個有效的數(shù)據(jù)周期過后，大部分情況下，可能會從一開始的較為高的電平變成較為低的電平，通過這種方法，來輸出一個有效的數(shù)據(jù)。 14 表 3 輸入增益和通道的選擇 PDSCK 脈沖數(shù)輸入通道 增益 25 A 128 26 B 64 27 A 64 在 PD_SCK 工作的時候，輸入時鐘脈沖數(shù)不應(yīng)該小于 25或者是大于 27，如果超出了這個界限就會使得通訊串口的地方出現(xiàn)錯誤的提示。其中輸出 24 位數(shù)據(jù)的最高位（ MSB）將由第一個時鐘脈沖的上升沿讀出，這種狀態(tài)一直持續(xù)到第 24個時鐘脈沖全部完成結(jié)束之后，之前的 24位輸出的數(shù)據(jù)，會從排列中的高位至排列中的低位依次按照順序輸出完成。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出端尚未開始時，表明數(shù)據(jù)輸出管腳 DOUT 為高電平時，在這種情況之下，與其對應(yīng)的 PD_SCK，即串口時鐘輸入信號應(yīng)該呈現(xiàn)出一個較低的電平。 高精度高增益 24位 A/D芯片 HX711具有以下特點： 1) 具有兩種類型通路可 以選擇性的進(jìn)行差分方式的輸入； 2) 片內(nèi)的低噪聲可以用來進(jìn)行電路中放大器的編譯，其能夠獲取的增益參數(shù)是兩個，即： 64和 128； 3) 對于芯片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和外部傳感器電源的供給可以通過片內(nèi)的穩(wěn)壓電路來加以完成； 4) 對于片內(nèi)時鐘振蕩器，不需要外界其他任何的外部器件，在有需要的情況下可以選擇使用一個外接的時鐘或者是一個外接的晶振； 5) 其具有上電之后能夠自動完成復(fù)位的功能； 6) 其擁有可行容易操作的簡單串口通訊和數(shù)字控制功能：其中所有的控制部分通過管腳的端口進(jìn)行一個輸入，不需要對芯片內(nèi)寄存器進(jìn)行一個編譯； 7) 能夠獲取 10Hz或者 是 80Hz 的數(shù)據(jù)的輸出速率； 8) 可以同步抑制 50Hz和 60Hz的源干擾 9) 典型工作的電流為：小于 ，其設(shè)定的斷電的電流為：小于 1μA。在芯片內(nèi)的時鐘振蕩器是不需要連接其他的外部器件的。通道 B 的增益是固定值 64，通道 B 的功能是方便系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的檢測。40mV 或者 177。通過輸入選擇開關(guān)，可以隨機(jī)選擇通道 B或者是通道 A，輸入選擇開關(guān)和它內(nèi)部的 低噪聲可編程放大器連接起來。該芯片的程序編譯非常的簡單，并且它與其后端 MCU 芯片的接口也是十分的簡易，使得操作起來十分便捷 。 HX711 芯片和其他有著相同功能的其他類型芯片相比較，該芯片擁有 其他相同類型芯片的功能外，還包括片內(nèi)時鐘振蕩器等外圍電路、對于電源的穩(wěn)壓作用，該芯片還積聚了抗干擾能力好、集成程度比較高、芯片響應(yīng)速度比較快等優(yōu)點。 圖 8 HX711管腳圖 HX711引腳功能如表 2所示。 圖 7 調(diào)理電路的幅頻響應(yīng)曲線 HX711 是一款專門為了一種精度極高的稱重傳感器而設(shè)計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。調(diào)理電路的幅頻響應(yīng)仿真曲線如圖 7所示。 低通濾波器參數(shù)的確定 參見圖 7， U 3R 、 4R 、 5R 、 1C 、 2C 等組成有源低通濾波器，用于濾除工頻信號干擾。綜合各方面的因素，取調(diào)理電路總的電壓放大倍數(shù) A為 200。因此必須對稱重傳感器的輸出電壓放大，其最小放大倍數(shù) minA 為： m i nm i n m i n 1 4 .9inuA U?? （ 210） 當(dāng)稱重傳感器承載滿負(fù)荷時 (即 maxMF? ，此時 A/D滿幅值輸出 FFFFFFH)，傳感器輸出電壓 maxU 為： 11 m a x m a x 10sSUU M m vF?? （ 211） 因 A/D 轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓可達(dá) max 5in REFu V v??，則調(diào)理電路的最大放大倍數(shù) maxA 為 : m a xm a x m a x 500inuA U?? （ 212） 因此，調(diào)理電路總的電壓放大倍數(shù) A。 采用 24位的高精度 A／ D轉(zhuǎn)換器，其能夠分辨的最小輸入電壓 mininu 為； min 2421REFin Vu ? ? （ 29） 式中， REFV 為參考電壓，當(dāng) REFV =5V時， min ?? 。本設(shè)計的電子秤采用一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計的 24位 A/D轉(zhuǎn)換器芯片 HX711來完成稱重信號的 A／ D轉(zhuǎn)換。 本文設(shè)計的電子秤內(nèi)分度為 1g，最大秤量為 10kg，分度數(shù)為 1000，因此 A／ D轉(zhuǎn)換電路的分辨率至少為 l／ 10000。 稱重傳感器的靈敏度與最大量程是稱重傳感器兩個最重要的參數(shù)，必須根據(jù)電子秤的設(shè)計要求綜合考慮，以選擇合適的參數(shù)。 圖 5 傳感器電橋電路 圖 5中，設(shè) 4個應(yīng)變片的電阻分別為 1R 、 2R 、 3R 、 4R ，電橋電源電壓為 Us ，則惠斯登電橋輸出電壓 0U 為： 420 3 4 1 2= ) U sRRU R R R R???（ (22) 當(dāng)稱重傳感器空載時， 4個應(yīng)變片的零點阻值 (即空載時的電阻 )相等，即 1R = 2R = 3R = 4R (23) 當(dāng)傳感器承受載荷時，橫向粘貼的應(yīng)變片 1R 、 4R 被拉伸，阻值增大；縱向粘貼的應(yīng)變片 2R 、 3R 被壓縮，阻值減少，即 1423R R RR R R?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? (24) 式中， ? 為彈性元件的泊松比； △ R為應(yīng)變片的電阻變化值。當(dāng)稱重傳感器不承受載荷時，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，應(yīng)變片的電阻不變，電橋平衡，輸出電壓為零；反之，當(dāng)被測載荷加載在電子秤秤體上時，稱重傳感器承受載荷，應(yīng)變片 電阻改變，電橋失去平衡，傳感器輸出與被測載荷重量成比例的電壓信號。電子秤采用電阻應(yīng)變式傳感器是通過電阻應(yīng)變片效應(yīng)，將力學(xué)參量變換成電信號。在鍵盤中，16個按鍵分別是數(shù)字 0到 9， *表示小數(shù)點 .表示返回， A表示累計計價， B為退格鍵，C 為總價清零， D為計算應(yīng)付總價格，鍵盤與單片機(jī)的連接圖如圖 4所示。若沒有發(fā)現(xiàn)則說明當(dāng)前行沒有鍵按下，行掃描右移一位，繼續(xù)執(zhí)行列掃描。這種排列方式的鍵盤構(gòu)造會很明顯地提升單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是 44個。 采用行列掃描的方式來讀取數(shù)據(jù)。顯示電路與單片機(jī)連接圖如圖 3所示。 15引腳是 LCD數(shù)據(jù)的串行 /并行工作方式的選擇。 6引腳作為使能信號，控制 LCD執(zhí)行指令或讀寫數(shù)據(jù)。 2引腳是 LCD電源輸入端， 19引腳 LCD背光正輸入端，兩個管腳都是接電源正極。 LCD12864引腳功能（如表 1） 表 1 12864引腳功能圖 引腳號 引腳名稱 引腳方向 引腳功能說明 1 VSS 模塊電源地 2 VDD 模塊電源正端 3 V0 LCD驅(qū)動電壓輸入端 4 RS(CS) H/L 并行指令 /數(shù)據(jù)選擇信號；串行片選信號 5 R/W(SID) H/L 并行讀寫選擇信號；串行口數(shù)據(jù)口 6 E(CLK) H/L 并行使能信號；串行口同步時鐘 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù) 0 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù) 1 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù) 2 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù) 3 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù) 4 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù) 5 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù) 6 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù) 7 15 PSB H/L 并 /串行接口選擇： H并行； L串行 16 NC 空腳 17 /RET H/L 復(fù)位 低電平有效 18 NC 空腳 19 LED_A 背光源正極 20 LED_D 背光源負(fù)極 LCD12864 一共有 20 個引腳，實際只用了 18 個。 LCD12864顯示程序和客觀硬件相比同類型點陣液晶顯示模塊來說，比較簡潔，方便。 LCD12864的操作方法及操作指令簡便，接口方式相對簡單，能夠形成人機(jī)交互、全中文圖形界面。 VCC10KR22K4VCC12Y112MHz30pFC530pFC610uFC712345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40STC89C52RC 圖 2單片機(jī)最小系統(tǒng) 6 LCD12864 液晶自帶中文字庫。電容 C7可取 10~33μF， R取 10kΩ，充電時間常數(shù)如式 11。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 復(fù)位電路： 單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。在本系統(tǒng)中，另外，振蕩器的頻率由石英晶振的頻率來決定本次設(shè)計選用 12MHz，電容 CC6為 30pF。這種方式稱之為內(nèi)部的時鐘源方式。 XTAL1和 XTAL2作為放大器的輸入、輸出端。本次設(shè)計采用 STC89C52芯片作為數(shù)據(jù)處理及操作控制芯片。 只有單片機(jī)芯片是無法完成數(shù)據(jù)處理及操作控制芯片，必須有附加的電路，使單片機(jī)組成一個可 運行的系統(tǒng)才能實現(xiàn)其功能。 5 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 本設(shè)計采用 STC89C52單片機(jī)為核心的電子稱，包含了單片機(jī)最小系統(tǒng)、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤電路、警報電路、穩(wěn)壓電源電路。 綜合以上分析，考慮系統(tǒng)要 求，最終確定選用方案三 LCD顯示。而且液晶顯示器具有體積小，移動方便等優(yōu)點。數(shù)字式的一般只用于顯示數(shù)字等信息。 方案三： LCD液晶顯示器 LCD 是利用光的偏振原理實現(xiàn)顯示的，常見的有點陣式和數(shù)字式的 LCD。但是數(shù)碼管的顯示較為單調(diào)，只能顯示數(shù)字和幾個固定的英文字母。 4 方案二：七段數(shù)碼管 七段數(shù)碼管本質(zhì)上 LED 顯示器的一種，也是靠點亮發(fā)光二極管來顯示的 ?，F(xiàn)在市場上最小的 LED點陣是 88，體積是 3cm3cm。 方案一： LED 點陣顯示器 LED點陣顯示器由發(fā)光二極管發(fā)展而來，可以顯示各類信息。在測量電橋轉(zhuǎn)換電路的時候，通常情況下 都是采取電阻變化量轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化量的方法。應(yīng)變片響應(yīng)時間約為 100ns；可在高低溫、高速、高溫、強(qiáng)烈振動、強(qiáng)磁場、核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣環(huán)境條件下工作；應(yīng)變片種類繁多，價格便宜。第二，它的初始的電容十分的小，各種因素形成的寄生電容影響比較大。綜上種種優(yōu)勢，下面將介紹一下它的弊端。它的結(jié)構(gòu)十分的通俗易懂，其靈敏度十分的高，內(nèi)部的動態(tài)響應(yīng)效果也是十分的好，具有可以不用接觸就實現(xiàn)測量的功能。在日常生活和工作中，傳感器的動態(tài)特性都是用某些規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的相應(yīng)來呈現(xiàn)的。對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量和輸入量之間有著某種相互之間的關(guān)系，這種 特性叫做傳感器的靜態(tài)特性。 傳感器可以測量被測實物的重量，并且可以把重量這個單位參數(shù)的信號變換成為一個可以輸出信號的物件。 PLC 通過通信聯(lián)網(wǎng)，集中管理，分散控制。它擁有極多編程元件可供用戶使用，其功能可想而知的強(qiáng)大。性價比 高，功能強(qiáng)大。因為它不需要計算機(jī)知識直接采用幾何圖形梯形圖，語句表級邏輯圖，所以其調(diào)試簡便上手，開發(fā)時間、周期短，效果明顯。 3 方案二：采用可編程邏輯控制器 可編程邏輯控制