【正文】 。 復位電路：單片機小系統(tǒng)采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作。 時鐘電路：單片機內部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。 . 基于 AT89C51 的主控電路 單片機采用 89S51 單片機，它有 4K 的程序存儲空間和 256B 的數(shù)據(jù)存儲空間，可以滿足編程的要求。 考慮到由單片機處理的數(shù)據(jù)與精度要求，選擇四位 八 段共陰極數(shù)碼管進行 顯示，下圖 是一個四位數(shù)碼管的內部結構圖 ，其中共陰極數(shù)碼管公共端接低電平，作為位選端進行選擇， 共陽 極則與之 相反。尤其是在單片機系統(tǒng)中大量應用。特別 是 發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD），LED 是一類可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高，發(fā)光響應時間極短，光色純，結構牢固，抗沖擊，耐振動，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，成本低等一系列特性，發(fā)展突飛猛進，現(xiàn)已能批量生產(chǎn)整個可見光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP） 。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 38 頁 管是否有內部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理 器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將 輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。這是由于內部上拉的緣故。 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 38 頁 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 GND：接地 。所以 AT89C51 符合本次設計的主控芯片。 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 38 頁 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。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。 . 主控制器（單片機）的選型 在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實用，它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除 、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。 8位 A/D 轉換器的精度為： 177。 A/D 轉換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。直到 A/D轉換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入 鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位。 ADC0809 的 工作過程： 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 REF(+)、 REF()：參考電壓。 EOC＝ 0，正在進行轉換。 ADC0809 內部沒有時鐘電路，需由外部提供時鐘脈沖信號。 OE＝ 0，輸出端呈高阻態(tài)， OE＝ 1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。 D0－ D7：數(shù)據(jù)輸出口。當它為上升沿后，將內部寄存器清 0。 ALE：地址鎖存允許信號。 圖 ADC0809的引腳排列圖 管腳功能說明： IN0－ IN7：模擬量輸入通道。 圖 ADC0808/0809 內部結構框圖 ADC0809 分辨率 為 8 位 ， 具有轉換啟?？刂贫?，轉換時間為 100μs 采用單 +5V 電源供電，模擬輸入電壓范圍為 0～ +5V，且不需零點和滿刻度校準，工作溫度范圍為 40～+85℃ 功耗可抵達約 15mW。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個 地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 ADC0809是帶有 8位 A/D轉換器、 8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 38 頁 組件。 該類 A/D 轉換器轉換精度高，速度快，價格適中，是目前種類最多，應用最廣的 A/D 轉換器。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。 方案二：采用 A/D 轉換，例如 逐次逼近式 A/D 轉換器 ADC0809。 V/F 控制的原理是產(chǎn)生一個震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個壓敏電容，當受到一個變化的電壓時候它的容量會變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。 運算放大器 0P07 芯片及其特點如下圖 所示。其引腳圖如下圖 所示。 OP07 同時具有輸入偏置電流低（ OP07A 為177。 0P07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。 基于以上分析，采用制 作方便而且精度很好的專用儀表放大器 INA126 是一個較好的選擇。 能附加一些適應特定要求的電路。 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。否則，其負載效應會使所測電壓造成偏差。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。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。 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 8 頁 共 38 頁 . 前級放大部分 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。如圖 此次設計采用的懸臂梁結構的彈性敏感單元。 此時，電橋輸出電壓為： 110 RREU ?? （ ） 而對于 傳感器的 彈性體 而言 ， 其 結構是多種多樣的，但從電阻應變片所測量的對象來區(qū)分，常見的有兩類：正應力類，如立柱式（ GD系列傳感器）和梁式（ MT系列傳感器），以及剪應力類（ SB系列傳感器）。 采用差動電橋可以消除非線性誤差。其轉換電路常用測量電橋。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。 電阻應變式傳感器是利用電阻應變效應，其原理為：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。其主要優(yōu)點是結構簡單，使用方便，靈敏度高，性能穩(wěn)定，可靠，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測 量。 電源電路 超重報警 稱重傳感器 單片機 A/D 轉換 LED顯示 前端信號處理 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 6 頁 共 38 頁 . 稱重儀各模塊的設計選型 . 稱重傳感器 電阻應變式傳感器是目前應用最廣泛的傳感器之一，已廣泛地應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫(yī)療等領域中的力、壓力、力矩以及位移、加速度等參數(shù)的測量。 5伏電壓。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。 圖 系統(tǒng)組成框圖 信號采集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送 A/D 轉換器，將模擬量轉化為數(shù)字量輸出。 . 稱重系統(tǒng)總體框圖設計 本課題主要完成稱重自動控制功能，系統(tǒng)采用單片機為控制核心， 來 實現(xiàn)稱重儀的重量稱量與顯 示 。轉換成便于處理的數(shù)字信號輸出到 CPU 運算控制。 當物體放在秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬信號。 此次設計工作中，主要的設計任務包括： ，設計稱重傳感器； 、組橋實現(xiàn)質量的測量； 、硬件實現(xiàn)質量的顯示。其中數(shù)據(jù)采集模塊由 稱重 傳感器、信號的前級處理和 A/D 轉換部分組成，總計五個部分。 本課題采用以單片機為控制核心，結合應變式壓力傳感器和高精度的 A/D 轉換器，設計稱重系統(tǒng)的總體結構 及軟件、硬件，實現(xiàn)物體質量的測量與顯示。 通過分析近年來電子秤產(chǎn) 品的發(fā)展情況及國內外市場的需求，電子秤總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性 [27]。電子稱重技術從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應用 [2023]。國內的電子秤市場中 ,100g 左右量程的電子秤精度一般為 即 10mg。 60 年代初期出現(xiàn)機電結合式電子 秤 以來，經(jīng)過 40 多年的不斷改進與完善，我國電子 秤 從最初的機電結合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。 . 國內研究現(xiàn)狀 我國的衡器在 20 世紀 40年代以前還全是機械式的， 40 年代開始發(fā)展了機電結合式的衡器。獨創(chuàng)油阻尼裝置與過載保護裝置一體化 ,保證稱量時速度快 ,工作壽命長。 (4)德國塞特內爾公司研制出以被青銅為彈性體材料 ,快速稱重用 200 型稱重傳感器。 (3)美國斯凱梅公司研制出新一代高準確度不銹鋼 F6Ox系列 55000kg稱重傳感器 ,準確度 6000d。 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 38 頁 在上述設計與制造技術支持下，稱重傳感器的品種和結構又有創(chuàng)新，技術功能和應用范圍不斷擴大，主要成果有 [1517]： (l)美國 Revere公司研制出 PUS型具有大氣 壓力補償功能的拉壓兩用的稱重傳感器 ,用于高準確度檢驗平臺 ,稱重平臺 ,準確度可達 5000d。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子稱的發(fā)展奠定了基礎，國外如美國、西歐等一些國家在 20 世紀 60年代就出現(xiàn)了 %稱 量準確度的電子稱，并在 70 年代中期約對 75%的機械稱進行了機電結合式改造 [13]。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。特別是近 30 年以來 ，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出信號的電子衡器。本課題在電子秤硬件設計的基礎上完善和加強軟件設計，最終達到單片機智能控制稱重儀的稱重目標。而且目前市場上電 子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質量差且技術力量薄弱，設備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質量在低水平徘徊 [12]。相比傳統(tǒng)的機械式稱量工具，電子秤具有 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 [911]。并且廣 泛應用于超市、大中型商場、物流配送中心等各種場合 [8]。 電子秤作為稱重技術中的一種新型儀表，廣泛應用于各種場合。應用微電子技術控制的電子式定量秤進行測量已給化工、食品等諸多行業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益 [7]。計量設備隨著電子技術和傳感器技術的進步得到了迅速的發(fā)展。稱重裝置的應用已遍及到國民經(jīng)濟各領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益 [45]。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 [3]。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況 及國內外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨