【正文】 一個(gè)電平 1 翻被轉(zhuǎn)為 0，高四位則不會(huì)改變電平狀態(tài)，然后即可確定矩陣鍵盤上被按下的按鍵的所在列的具體位置。若矩陣鍵盤上有按鍵被按下，則高四位中會(huì)有一個(gè)電平從 1 被翻轉(zhuǎn)到 0，低四位則不會(huì)改變電平狀態(tài)，然后即可確定矩陣鍵盤上被按下的按鍵的所在行的具體位置。圖 38 按鍵輸入電路圖在這種行列式無編碼鍵盤中，對(duì)按鍵的識(shí)別由軟件完成，通常有兩種方法：一是速度較快的線反轉(zhuǎn)法；二是傳統(tǒng)的行掃描法。若每一個(gè)按鍵都占用一條 I/O 口線，當(dāng)按鍵數(shù)目較多時(shí)，就要使用大量的 I/O 口線，為了減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用 I/O 口線的數(shù)目，通常設(shè)置兩組互不連接的行線和列線，在行線與列線的交叉處設(shè)置一個(gè)按鍵，本次設(shè)計(jì)即是利用單片機(jī)技術(shù)，采用中斷查詢的方法，設(shè)計(jì)了一個(gè) 4*4 的鍵盤模塊，無按鍵按下時(shí)，行線與列線不連接，有鍵按下時(shí)，行線與列線接通，并利用數(shù)液晶顯示器顯示相應(yīng)的按鍵值。編碼鍵盤本身除了按鍵以外，還包括產(chǎn)生編碼的硬件電路，使用雖然方便，但價(jià)格較高，在一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中很少采用。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)需要單獨(dú)設(shè)計(jì)專用的小鍵盤。超重報(bào)警指示電路如圖 37 所示。由于單片機(jī) P0 口內(nèi)部沒有上拉電阻，要想液晶顯示器正常穩(wěn)定工作，必須給 P0 加一個(gè)上拉電阻，用 8 位排阻加入電路。EN 為使能端，當(dāng) EN 由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。4 腳、5 腳、6 腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機(jī)的 、 、 端口。圖 36 顯示電路圖P1 的引腳 1 和引腳 2 為液晶 1602 地和電源引腳。 顯示電路顯示部分采用 LCD1602 液晶顯示，液晶板上排列著若干 5*7 或 5*10 點(diǎn)陣的字符顯示位，每個(gè)顯示位可顯示 1 個(gè)字符，從規(guī)格上分為每行 12340 位，有一行、兩行及四行三類。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳 XTAL1 和 XTAL2 靠近。AT89S52 內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘脈沖，外部還需附加電路，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和XTAL2 兩端跨接晶體振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。單片機(jī)的時(shí)序就是 CPU 在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或者進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可使其復(fù)位后重新運(yùn)行。復(fù)位后，P0P3 口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將 07H 寫入堆棧指針 SP，同時(shí)將PC 和其余特殊功能寄存器清零。初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)，復(fù)位后單片機(jī)片內(nèi)各特殊功能寄存器的狀態(tài)見表 32，表中“x”為不定數(shù)。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。圖 35 主控電路圖復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。該系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 24 所示。 電源電路由于該系統(tǒng)中 51 單片機(jī)及 AD 轉(zhuǎn)換芯片及液晶顯示器所需供電電壓均為 5V 電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)。因此，用 LCD1602 能很好的滿足設(shè)計(jì)要求。表 31 LCD1602 液晶顯示器引腳說明編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端 12 D5 Data I/O5 R/W 讀/寫選擇端 13 D6 Data I/O6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、日文假名等。LCD1602 可以顯示 2 行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7 和 RS、R/W、EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光調(diào)節(jié)。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡化了開機(jī)的初始化過程。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。40mV。通道 A 的可編程增益為 128 或 64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為177。圖 33 HX711 管腳定義該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 無線數(shù)據(jù) HX711 是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。Rd RaRc RbEinEout圖 32 電阻應(yīng)變式傳感器原理圖 設(shè)各橋臂的初始電阻為 Ra=Rb=Rc=Rd=R，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，4 個(gè)橋臂電阻分別產(chǎn)生微小變化，輸出信號(hào)電壓可由下式給出： ????Rcb2Rad2Einout ?????上式說明電橋的輸出電壓 Eout 和四個(gè)橋臂的應(yīng)變片感受應(yīng)變量的關(guān)系。 直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對(duì)外接電路要求很高。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。AT89S52 單片機(jī)引腳圖如圖 31 所示。AT89S52 芯片具有以下特性： （1）指令集和芯片引腳與 Intel 公司的 8051 兼容； （2）8KB 片內(nèi)在系統(tǒng)可編程 Flash 程序存儲(chǔ)器； （3）時(shí)鐘頻率為 0～33MHz； （4）128 字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM） ； （5）32 個(gè)可編程輸入/輸出引腳； （6）2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； （7）2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； （8）全雙工串行通信接口； （9）監(jiān)視定時(shí)器； （10）2 個(gè)數(shù)據(jù)指針。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價(jià)格便宜等要求，鑒于以上考慮本課題選擇 AT89S52 作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片。表 21 不同準(zhǔn)確度的電子秤和分?jǐn)?shù)度標(biāo)志及等級(jí) 電子秤分類 分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度 基準(zhǔn)衡器 n 100000高準(zhǔn)確度 精密衡器 10000 n≤100000中準(zhǔn)確度 商業(yè)衡器 1000 n≤10000普通準(zhǔn)確度 粗衡器 100n≤10003 元件選擇及硬件電路的設(shè)計(jì) 以下主要介紹內(nèi)容是電子秤的元件以及硬件電路模塊。 （3）分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示。 （1）量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)(A/D )器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的 CPU 處理，CPU 不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括放大、濾波、變換、運(yùn)算、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)。其中液晶顯示又包含很多種，如 16012864 等等許多。 （3）鍵盤輸入、顯示和輸出模塊 鍵盤輸入主要是通過鍵盤輸入的數(shù)值改變不同物體價(jià)格的具體參數(shù)，使不通的物體對(duì)應(yīng)不同的價(jià)格，通過數(shù)據(jù)處理中心的處理，做出最終的結(jié)果，顯示到顯示器上，其主要有各種按鍵組成。當(dāng)然由于專用芯片的技術(shù)性和專一性強(qiáng)，本設(shè)計(jì)不考慮用電子秤的專用芯片。其具體來說主要是把電子秤從外圍傳來的各種信號(hào)，通過相應(yīng)的邏輯關(guān)系，計(jì)算處理數(shù)據(jù)，再把處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的模塊進(jìn)行顯示和控制。 對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻率特性；穩(wěn)定可靠。不管依據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成： （1）稱重傳感部分 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是直接與物體接觸把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 電子秤的主要組成 通過以下部分的介紹，可以對(duì)電子秤的主要模塊以及工作原理有一個(gè)大概的了解。數(shù)據(jù)采集AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LCD 顯示按鍵處理信號(hào)放大圖 23 帶有鍵盤輸入及液晶顯示的結(jié)構(gòu)簡圖 鑒于上述三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性及成本的可行性的前提下，不僅能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且使硬件電路設(shè)計(jì)模塊達(dá)到最簡優(yōu)化。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)需要增加擴(kuò)展功能時(shí)可以通過切換液晶顯示界面的方式來實(shí)現(xiàn)。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，對(duì)大部分字符不能很好的顯示，不僅稱量物體重量的精度必受到限制，而且動(dòng)態(tài)掃描時(shí)處理不好易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)簡圖如圖 22 所示。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是：硬件部分簡單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。數(shù)據(jù)采集 AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LED 顯示圖 21 數(shù)碼管顯示方案簡圖 此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。 設(shè)計(jì)方案的確定 過查找資料和論證，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，可通過以下方案來實(shí)現(xiàn)課題要求實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)，各方案介紹如下所述。 （3）主要設(shè)計(jì)功能如下： ① 可實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能（稱重范圍為 0～10Kg ，重量誤差不大于177。外圍電路主要有電源模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)放大積分模塊、數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、電壓報(bào)警模塊六部分組成。 設(shè)計(jì)要求 （1）基本要求設(shè)計(jì)并制作一款基于單片機(jī)的數(shù)字電子秤。2 設(shè)計(jì)思路 新事物的產(chǎn)生必然會(huì)有新科技的推動(dòng)，電子秤及其各種技術(shù)發(fā)展到今天有了特別巨大的進(jìn)步。電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，電子秤產(chǎn)品處在低層次。 （6）組合性 在工業(yè)稱重計(jì)量過程中，不少稱重計(jì)量系統(tǒng)還要求具有可組合性，就是指測(cè)量范圍等可以任意的設(shè)定；硬件能夠依據(jù)一定的條件作某些相應(yīng)的調(diào)整，硬件功能向軟件方向發(fā)展；軟件能按一定的程序進(jìn)行修改。對(duì)某些商用電子計(jì)價(jià)秤來說，只單單具備稱重、計(jì)價(jià)、顯示、打印這些功能還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動(dòng)化緊密結(jié)合在一起，使稱重、計(jì)價(jià)、進(jìn)庫、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。使電子衡器在原有功能的基礎(chǔ)上，增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等一些智能功能，這就是當(dāng)今市場(chǎng)上采用微機(jī)化稱重顯示控制器的電子衡器與采用智能化稱重顯示控制器的電子衡器的根本區(qū)別。同時(shí)還降低了成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競爭能力。 （3）模塊化 對(duì)于大型的承載器結(jié)構(gòu)，比如大型的靜動(dòng)態(tài)電子汽車衡，已經(jīng)開始采用幾種長度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模塊，經(jīng)過分體組合，而產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動(dòng)態(tài)電子輪軸秤，大多是用硬鋁合金厚板制成。對(duì)于低量程的電子平臺(tái)秤，可采用將薄型的圓形傳感器，直接嵌入鋼板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形的秤體結(jié)構(gòu)，鋼板就是秤體的臺(tái)面，稱重傳感器既是傳感元件，又是承力的支點(diǎn)，這就極大地減化了秤體結(jié)構(gòu)，減少了活動(dòng)連接等環(huán)節(jié)，不但降低了成本，而且還提高了穩(wěn)定性和可靠性。 隨著市場(chǎng)的需求以及技術(shù)性能的要求，電子秤的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面： （1）小型化 裝載體積小、重量輕、高度低。輸出的電壓信號(hào)通常會(huì)很小，需要相應(yīng)的放大電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。與傳統(tǒng)的稱量衡器相比較，數(shù)顯電子秤具有應(yīng)用范圍廣、稱量精度高、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在工作原理、材料和結(jié)構(gòu)上都是全新的計(jì)量衡器。 數(shù)顯電子秤是現(xiàn)今生活中常用的電子秤重衡器，在各大超市、物流配送中心、大中型商場(chǎng)都可以見到。從 20 世紀(jì) 70 年代開始，在世界范圍內(nèi)掀起了一股“電子秤熱” ，各先進(jìn)工業(yè)國都很重視傳感器技術(shù)和電子秤的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。在日常生活中，到處必須用到稱，尤其是現(xiàn)代超市和一些其他交易市場(chǎng)上，稱是必不可少的測(cè)重工具。sensors。在軟件方面，采用更為簡潔、方便、高級(jí)的 C 語言程序設(shè)計(jì)，修改方便且不易出現(xiàn)故障。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳感器、放大器、A/D