【正文】 用的是44的矩陣式鍵盤(pán)，列線通過(guò)電阻接+5V。圖35 單片機(jī)與ADC0832連接圖當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可以任意，當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。ADC0832的接口電路正常情況下，ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI，但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO與DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 CLK：芯片時(shí)鐘輸入；178。 DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制；178。 CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/使用；178。 ：片選端，低電平芯片使能；178。 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC多種封裝；178。 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32uS；178。 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；178。 8位分辨率；178。ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。最小靜載荷%Fmax1最大安全載荷%Fmax150極限過(guò)載荷%Fmax200輸入電阻415～445輸出電阻349～355溫度補(bǔ)償范圍℃10～+50使用溫度范圍℃20～+60接線方式輸入（+）:紅,輸入（）:白，輸出（+）:綠輸出（）:藍(lán)，屏蔽:黃 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)各種A/D轉(zhuǎn)換器的介紹與分析，本設(shè)計(jì)選定ADC0832作為本設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換模塊。其主要技術(shù)指如表32所示：表32 LpsⅢ型稱(chēng)重傳感器技術(shù)指標(biāo)額定載荷Kg3,6,10,20,30,50靈敏度mV/V177。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(lái)搭建復(fù)位電路。復(fù)位電路基本功能是在系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。微處理器系統(tǒng)在開(kāi)始工作時(shí)必須對(duì)微處理器內(nèi)部的寄存器等進(jìn)行復(fù)位，使各個(gè)寄存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開(kāi)始工作。其最小系統(tǒng)電路圖見(jiàn)圖33所示：圖33 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖對(duì)于AT89S51單片機(jī)，其最小系統(tǒng)只需要電源、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路就能工作。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。要使AT89S51只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000HFFFFH)， 這時(shí)該引腳必須保持低電平。但訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；EA/Vpp：外部訪問(wèn)允許端。ALE/PROG：訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ALE脈沖；PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。復(fù)位后P0—P3口均置1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。P3引腳功能復(fù)用見(jiàn)表31所示：表31 P3口引腳功能復(fù)用串行通訊輸入(RXD)串行通訊輸出(TXD)外部中斷0( INT0)外部中斷1(INT1)定時(shí)器0輸入(T0)定時(shí)器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通RDRST：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2口在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高位地址輸出；內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息；P3口：P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)、校驗(yàn)程序、輸出指令字節(jié)時(shí)，要求外接上拉電阻；P1口：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。VCC/GND：電源/接地引腳；P0口：P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1(對(duì)端口寫(xiě)1)時(shí)作高阻抗輸入端；P0還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來(lái)操作外部存儲(chǔ)器。圖31 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)方框圖 單片機(jī)主控單元的設(shè)計(jì) 單片機(jī)引腳說(shuō)明AT89S51單片機(jī)芯片為40個(gè)引腳，圖32為單片機(jī)AT89S51引腳圖。3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖31為系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)方框圖，系統(tǒng)共分為三大部分：數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊以及鍵盤(pán)和顯示模塊。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開(kāi)發(fā)工具，性能優(yōu)良的開(kāi)發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開(kāi)發(fā)工具的性能價(jià)格比。（2）單片機(jī)性能應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)格比。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)燒壞芯片。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平，通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。（5）A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。（4）A/D轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。逐次逼近型屬于中速A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過(guò)程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。不同類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。A/D轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低，在系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。主要用于音頻和測(cè)量。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。這類(lèi)AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱(chēng)為 Half flash(半快速)型。（3）并行比較型/串并行比較型并行比較型ADC采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱(chēng)Flash(快速)型。其電路規(guī)模屬于中等。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。1．A/D轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)：（1）積分型積分型ADC工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。目前有多種類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器，其類(lèi)型有積分型、逐次逼近型、并行比較型、ΣΔ調(diào)制型、壓頻變換型等。如：初始不平衡值的補(bǔ)償、零載輸出溫度補(bǔ)償、輸出靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)?。由于彈性梁材料金相組織的不均勻性及熱處理工藝、應(yīng)變片性能及粘貼工藝、溫度變化等因素的影響，傳感器勢(shì)必產(chǎn)生一定的誤差。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對(duì)值相同，即 （26） （27）因此 （28）若考慮Rm，則電橋的輸出電壓變成： （29）令，則 （210）Su稱(chēng)為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。在電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中，4個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個(gè)敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。如果四個(gè)橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同，且=Kε，則上式又可寫(xiě)成： （25）式中K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，ε為應(yīng)變量。若不考慮Rm，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為： （22）由于橋臂的起始電阻全等，即R1=R2=R3=R4=R，所以V=0。圖22為電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器橋式測(cè)量電路。在電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中通過(guò)橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變片所感受的機(jī)械應(yīng)變量一般為106~102，隨之而產(chǎn)生的電阻變化率也大約在106~102數(shù)量級(jí)之間。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元件上，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(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重傳感器才能滿足必要的稱(chēng)重要求。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)于正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車(chē)衡等；柱式傳感器適用于汽車(chē)衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。（3）各種類(lèi)型傳感器的使用范圍稱(chēng)重傳感器形式的選擇主要取決于稱(chēng)重的類(lèi)型和安裝空間，保證安裝合適，稱(chēng)重安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議。稱(chēng)重傳感器已按準(zhǔn)確度等級(jí)劃分，非自動(dòng)衡器稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)要選擇與電子秤相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確度等級(jí)。公式21給出了傳感器量程選擇的計(jì)算公式。一般來(lái)講，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱(chēng)量的準(zhǔn)確度就越高。一般來(lái)說(shuō)，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，但是對(duì)于一些特殊的秤體，如電子吊秤，就只能采用一個(gè)傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。稱(chēng)重傳感器的選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮。電阻應(yīng)變式傳感器的稱(chēng)量范圍為300g至數(shù)千Kg，計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000～1/10000，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性較好，大部分電子衡器均使用此傳感器。測(cè)量電路測(cè)出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號(hào)輸出。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒)，無(wú)滯后現(xiàn)象，溫度特性好（3ppm），振動(dòng)影響小，頻率測(cè)量準(zhǔn)確精度高，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000～1/60000)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時(shí)，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)（進(jìn)動(dòng)）。外框架經(jīng)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接，并可繞垂直軸Z旋轉(zhuǎn)。陀螺儀式傳感器，轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中，以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出重物施加于音叉上的力，進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩，并可測(cè)出振蕩頻率。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高，可達(dá)1/1000～1/10000，稱(chēng)量范圍為100克至幾百千克，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，造價(jià)高。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力，進(jìn)而求出其質(zhì)量。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高，一般為1/100，稱(chēng)量范圍為幾十至幾萬(wàn)千克。磁極變形式傳感器：原理為鐵磁元件在被測(cè)物體重力下發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)力引起導(dǎo)磁率的變化，隨之，繞在鐵磁元件兩側(cè)的次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓也變化。只要測(cè)出頻率的變化便可求出被測(cè)物的質(zhì)量。極板有兩塊，一塊是固定不動(dòng)的，另一塊是可移動(dòng)的。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高，可達(dá)1/2000～1/60000，但稱(chēng)量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。當(dāng)承重臺(tái)上放有被測(cè)物時(shí)，杠桿的一端向上傾斜；光電件檢測(cè)出傾斜度信號(hào)，經(jīng)放大后流入線圈，產(chǎn)生電磁力，使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固，測(cè)量范圍大，但準(zhǔn)確度一般不超過(guò)1/100。液壓式傳感器：在受被測(cè)物重力P作用時(shí)，液壓油的壓力增大，增大的程度與P成正比。光電池將透過(guò)碼盤(pán)接受光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理，最后在顯示器上顯示出代表被測(cè)質(zhì)量的數(shù)字。碼盤(pán)式傳感器的碼盤(pán)是一塊裝在表盤(pán)軸上的透明玻璃，上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿系統(tǒng)使表盤(pán)軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)移動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，使莫爾條紋也隨之移動(dòng)。光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)。1．常用各種稱(chēng)重傳感器稱(chēng)重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類(lèi)，以電阻應(yīng)變式使用最廣。國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)規(guī)定，傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70％，稱(chēng)重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對(duì)靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過(guò)誤差帶δ?？紤]到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，稱(chēng)重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。%的正確性、合理性與必要性。這樣設(shè)置決定了電子秤的準(zhǔn)確度首檢為177。分度數(shù)再高其允差也是不變的。由表22可知，它的整個(gè)稱(chēng)量范圍允差規(guī)定是變化的，誤差是從大到小再變大，最高準(zhǔn)確度在中間。2000e m≤Max177。500e m≤2000e177。表22 Ⅲ級(jí)數(shù)字顯示商用衡器允差表允差e（檢定分度值）檢定要求使用中要求m 500e177?，F(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)完全與OIML規(guī)定接軌，衡器計(jì)量檢定規(guī)程完全按OIML規(guī)定而來(lái)。 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案論證 電子秤分度數(shù)的設(shè)定當(dāng)前，一些單位為了提高Ⅲ級(jí)商貿(mào)秤的準(zhǔn)確度，嘗試改小電子秤的分度值，擴(kuò)大電子秤的分度數(shù)，以便達(dá)到高精度稱(chēng)量的目的。單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S51和外圍的時(shí)鐘電路及復(fù)位電路組成。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)超重報(bào)警提示。該電子秤可以實(shí)現(xiàn)顯示商品的名稱(chēng)、單價(jià)、重量、總價(jià)等功能。其中，數(shù)據(jù)采集模塊包括稱(chēng)重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電