【正文】 號送給單片機，等待下一次的置零鍵按下，開始下一輪的信號處理。 信號處理模塊流程圖本設計中，信號處理模塊的程序包括的功能包括初始化模塊、接收傳感器的信號、選擇放大增益、啟動模/數轉換等，其中也要加入必要的延時程序。 系統(tǒng)顯示部分流程圖本設計中，顯示部分程序要執(zhí)行的功能模塊包括初始化界面、接收單片機輸出的指令、調用顯示函數顯示出內容等，其中也要加入延時程序。因此，可以得到主程序的流程圖41：開始置零鍵按下顯示數據處理信號放大、轉換初始化調零程序啟動報警超重判斷功能鍵按下按鍵掃描程序超重不超重圖41 主程序流程圖如圖41，程序開始執(zhí)行以后，首先對各個端口，功能鍵進行初始化；接著當置零鍵按下后，一邊進行調零使輸出排除環(huán)境的干擾，另一邊啟動HX711轉換器，對信號進行放大并進行模/數轉換；轉換后在單片機內進行數據判斷，若超重則啟動報警電路，并置零，若沒有超重，則可以按下功能鍵，并用LCD1602顯示程序，使重量、總價的顯示出來。 主程序設計流程圖本設計中，主程序的功能應該包括初始化整個系統(tǒng)，檢測輸入信號，調用函數來執(zhí)行數據處理、數據顯示、數據判斷，控制信號的輸出等。程序編寫采用模塊化的結構，這樣編寫的程序不僅結構清楚，可讀性高，而且也便于調試和修改。開發(fā)人員可以使用自己的編輯軟件或使用Keil，編輯出C程序或匯編程序，這樣就可以執(zhí)行功能了。不僅如此，Keil C51 在生成目標代碼方面的效率非常高，并且多數語句生成的目標代碼十分容易理解。編譯環(huán)境為keil UV4，是一個兼容單片機C語言的開發(fā)系統(tǒng)。只有將各個方面都考慮周全，電子秤的精度和可靠性才能夠得到保證。本設計中超出量程時，單片機輸出高電平，此時三極管導通，蜂鳴器發(fā)出警報，反之，不發(fā)出警報。另外為了更好的保護電路，一般還加入NPN型三極管。根據設計的要求，報警電路應該串聯接到單片機的一個端口。 按鍵電路設計根據上面的介紹，按鍵電路有8個端口，依次連接單片機的P1口，通過按不同的鍵，輸入不同的指令，實現輸入單價、清除、計算總價等功能，實現人機交互功能。圖310 矩陣式鍵盤內部電路圖電子秤鍵盤功能分配如表34所示：表34 按鍵功能分配表123去皮456清零789撤銷*0總價如表35，本設計中19是數字鍵，用來輸入單價；去皮鍵用來去除由于環(huán)境因素導致的重量；清零鍵用來進行二次測量，即當一次測量完成后可用其清零，并再次測量；撤銷鍵是用來當輸入單價有誤時，刪去錯誤的數據，重新輸入的；總價鍵即用來控制計算總價的；*、鍵是預留功能鍵。當有按鍵被按下時，輸入線上電壓就會被拉低。如圖310，將垂直線接電源正極，并將其與單片機的I/O接口作為輸入，水平線所接的單片機I/O口作為輸出。因此，當需要的按鍵較多時，使用矩陣法來做鍵盤是十分合理的。在矩陣式鍵盤中，每條垂直線和水平線在交叉處都用一個按鍵來連接,不能直接連通。這樣，通過單片機給出指令0或1，來控制顯示器的輸出。 LCD1602引腳圖圖38 LCD1602引腳圖LCD1602管腳說明如表33所示：表33 管腳定義 顯示模塊電路設計根據設計的要求，以及上面關于LCD1602的介紹。具體的電路圖如圖37所示：傳感器輸出+傳感器輸出圖37 HX711內部結構圖及電路連接圖 顯示模塊 LCD1602簡介LCD1602是一種點陣型液晶模塊，可以用來顯示字母、數字或符號。又因為傳感器的輸出電壓為幾毫伏，所以需要信號放大模塊，且放大倍數盡可能大，所以將傳感器的輸出接在HX711的A口，即保證放大增益為128。 信號處理模塊電路設計由于本設計中采用的HX711模塊內部功能強大，已經集成了信號放大與處理模塊，因此只需要對其外部電路進行正確的連接，即可實現信號處理功能。第25~27個時鐘脈沖用來選擇下一次數據轉換的輸入通道和增益，參見表32。當DOUT由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，表明已經準備好輸出數?此時向PD_SCK輸入25~27個時鐘脈沖。串口通訊HX711的管腳 DOUT 和 PD_SCK 主要用來輸出數據，選擇輸入通道和增益。 供電電源數字電源(DVDD)使用的供電電源與單片機的電源應該一致。為簡化開機的初始化過程，HX711采用的是上電自動復位。通道B 的可編程增益為32。芯片有兩個通道A、B，由輸入開關與內部的可編程放大器相連接來進行選擇。 HX711簡介HX711是一款專為電子秤設計A/D轉換器，是一個24位的A/D轉換器。傳感器兩個輸出端接在HX711上的INA、INA+端。量程為05kg，電路中的激勵電壓為5v，所以可以得到傳感器的輸出電壓范圍為010mv，還可以得到也就是說，當壓力改變1g時。在測量之前，為了保證電橋的輸出電壓只跟電阻的變化有關，都要先使電橋保持平衡。由電路的分壓原理可以得到（不計電源內阻）：Eout=UBC=UBDUCD （31）當滿足條件R1R3=R2R4時，即（32）Eout =0，即電橋平衡。圖35為一個由直流供電的電阻電橋。因此，一般使用特定的轉換電路將電阻的變化轉化為電壓或者電流的變化。電阻應變效應是指當導體受力的作用，外部形狀發(fā)生機械形變時，內部電阻也發(fā)生相應變化的現象。因此，本設計的單片機模塊端口連接圖如下圖34所示：圖34 STC89C52單片機端口連接圖 數據采集模塊數據處理模塊的主要器件為變阻式壓力傳感器。P1端口被定義為按鍵功能控制端，當某一個功能將鍵被按下時，相應的P1口將工作。具體電路圖如圖33：圖33 復位電路圖端口的連接用于與其他模塊進行數據交換。具體電路圖如圖32：圖32 振蕩電路圖本設計中復位電路采用的是上電復位的方式，通過電容充放電來實現，使用起來簡單方便，只要接通電源就可以完成系統(tǒng)的復位初始化。一般較常使用的電容值為15pf30pf，本設計中采用的是30pf。由電容和石英晶體構成的振蕩回路，構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器，為單片機內部的放大器提供振蕩以及正反饋所需的相移條件。 STC89C52引腳說明STC89C52引腳圖如下圖31：圖31 STC89C52引腳圖STC89C52 引腳功能說明，如表31：表31 STC89C52引腳說明圖 STC89C52具體電路設計在本設計中，STC89C52作為主控芯片，它應該包括振蕩電路、復位電路、端口連接。9南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計(論文)第三章 系統(tǒng)硬件設計根據設計的要求和指標，本設計應該包括以下模塊（如圖24）：中心控制模塊、數據采集模塊、信號處理模塊、顯示模塊、按鍵模塊以及報警模塊。顯示電路部分，本設計選擇使用字符點陣式液晶顯示器LCD1602，不僅人機交換界面較美觀，而且可以一次滿屏幕顯示2行16個字符，可以實現購物清單的要求。在人機交互方面，主要通過鍵盤來實現，可以手動輸入數字和已經設置好的控制命令等，來實現一些特定的功能。不僅如此，由于單片接收到的信號必須是數字信號，因此還需要對數據進行模/數轉換。為了盡量滿足高精度的要求，選擇的傳感器必須要滿足測得重量的誤差在一定的范圍之內。除了單片機的最小系統(tǒng)，硬件部分還應該包括數據采集電路、信號處理電路以及數據顯示電路。 具體實施方案簡介根據上述各個模塊方案的對比介紹，以及考慮到本次設計的要求，本次設計的硬件部分的中心控制芯片采用STC89C52。它是一種近來非常流行的集功能性與裝飾性于一體操作系統(tǒng)，不僅外形美觀、體積小，而且密封性強，具有防塵、防潮等優(yōu)點。因此，對于提高準確度和可靠性很有幫助，而且接口電路簡單，使用起來十分方便，但是成本一般比較高。 按鍵電路按鍵電路模塊主要用來手動輸入物品的單價，實現人機交互的功能。它的工作電壓為5V，擁有8 位數據總線和三個控制端口，并且還可以調節(jié)顯示器的亮度，可以顯示2行 16 個字符，并且具備液晶顯示模塊的所有優(yōu)點。LCD1602不僅功耗低、驅動電壓小、顯示信息量大，而且使用周期長，不會產生輻射與污染。方案二 采用LCD液晶顯示液晶顯示模塊可以顯示出字符，因此經常用來作為字符顯示模塊，在單片機應用中使用較多。LED內部的發(fā)光二極管已經都連接了導線，只需要引出它們的公共電極就可以使用。 顯示模塊本系統(tǒng)中顯示模塊應該主要用于顯示物體的重量、單價、總價，設計主要是力求使人機交換界面美觀，因此選用合適的顯示模塊非常重要。對比分析以上兩種方案的優(yōu)缺點，可以發(fā)現第二種方案更有優(yōu)勢，所以選擇使用HX711作為信號處理模塊的主要芯片。它的優(yōu)點是精確度高，成本低,抗干擾能力強卓越且響應迅速。方案二 采用集成的高精度A/D轉換器HX711HX711內部不僅集成了信號放大模塊，而且包含了一款高精度的24位A/D轉換器。將這兩個模塊連接形成電路，可以完成設計的指標，但是由于需要電路間的連接，所以會產生一些不可避免的誤差和干擾，因此不是特別完美。ADC0832是一款雙通道，8位分辨率的A/D轉換器，采用的是逐次逼近式的轉換方法。AD620是通過外接電阻來達到放大的效果，增益范圍可調，且精度高，成本低。方案一 信號放大器采用AD620,A/D轉換器芯片采用ADC0832信號處理的兩個部分可以分別由兩個模塊單獨來完成。因此，為了提高設計準確性、精確度以及可靠性，本次設計選用的是第三種方案，即采用電阻式壓力傳感器。使用比較靈敏，測量精度高，穩(wěn)定性較好，分辨力高；應用領域比較廣泛，許多機械量傳感器都可以使用應變片制作而成；體積小，結構簡單；操作簡單方便，用戶體驗較好，便于遠距離測量和商品化發(fā)展；對環(huán)境要求不高，可以在惡劣情況下正常工作，適應能力出色，在頻率響應方面性能優(yōu)越。電阻式壓力傳感器以電阻應變片為主要部件，這種電阻應變片不僅可以單獨用來充當傳感器，而且能作為敏感元件構成力學量傳感器。因此，電容式傳感器外界干擾的抵抗能力較弱，需要采取必要的抗干擾措施。(2) 功率小、阻抗高。當被測量物體的重量發(fā)生改變，并進而改變等式中、A、d的大小時，電容量都會改變，從而將變化量轉化為電量的輸出。它的優(yōu)點是靈敏度高、簡單、動態(tài)響應良好、測量可以不用接觸等。但是該傳感器的弱點也比較明顯：內阻較大、功率偏小，防噪聲性能不是很突出，輸出特性被嚴重影響，因此由它輸出的能量比較薄弱，需要設計復雜的外接電路進行矯正。因此，可以通過測得改變的電荷量的大小，來得到施加的外力的大小。方案一 采用壓電式壓力傳感器晶體的正壓電效應是壓電式壓力傳感器的主要工作原理。因此，本次設計的中心控制芯片選用的是STC89C52。在對比市場上眾多的單片機芯片后發(fā)現，STC89C52相對于其他芯片可以很好的完成上面的功能，并且擁有許多自身的優(yōu)點。顯然，作為整個系統(tǒng)的中心控制芯片，單片機扮演著一個中心樞紐的角色，不僅有信號的輸入，也有信號的輸出，具有十分重要的地位。本次設計中的鍵盤輸入信號、信號處理模塊的輸入信號，都將被輸入到中心模塊中進行數據的進一步處理。通過對比上述三種方案的優(yōu)缺點，在考慮到設計的成本以及可行性前提下，本次設計選擇使用第三種方案設計完成了最終的電子秤方案、最終的硬件設計方案圖。但是也有很多的局限，這種方案的電子秤只能實現基本的秤重功能，而不能實現外部數據的輸入，因此無法實現手動輸入一些參數；而且得出物體重量非常麻煩，不能直接看出重量是多少，所以人機交換界面不理想，達不到購物清單的要求。正文部分第一章為緒論，第二章為系統(tǒng)方案設計，第三章為系統(tǒng)硬件設計，第四