【正文】 圖 27電源接口電路 C1， C2 實(shí)現(xiàn)對(duì)電源濾波，以濾除可能存在的高頻雜波對(duì)電源的影響， C4 實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓的平滑穩(wěn)定作用 [10]，當(dāng) USB 接口輸出電壓高時(shí) C4 用來(lái)儲(chǔ)能，當(dāng)后續(xù)電路負(fù)載過(guò)高 USB 供電不足時(shí)電解電容 C4 通過(guò)釋放儲(chǔ)存的電能來(lái)保證電源電壓不跌落。電源輸出接口加上 LED 電源指示燈，用來(lái)判定電源是否正常工作。 11 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 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)。該引腳有兩個(gè)功能：第一， CE開(kāi)始控制字訪問(wèn)移位寄存器的控制邏輯；其次， CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字 節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā．?dāng) VCC2VCC1+，由 VCC2向 DS1302供電，當(dāng) VCC2 VCC1時(shí)，由 VCC1向 DS1302 供電。 DS1302 實(shí)物和管腳圖分別如圖 2圖 26所示。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。 最后綜合了多方面因素的考慮采用了方案二，選擇 LCD1602 顯示器 作為系統(tǒng)的顯示界面 。 具體引腳說(shuō)明如 表 21所示。 方案二 LCD字符液晶顯示 采 用點(diǎn)陣字符型 LCD 液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用 的信息顯示器件 ，但采用 LCD 液晶顯示會(huì)造成設(shè)計(jì)成本增加 。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為 1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 圖 23 HX711 管腳定義 9 HX711 典型應(yīng)用電路如圖 24 所示。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的 初始化過(guò)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(wú)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。該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。與同類(lèi)型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器，量程為 5Kg，精度為 % ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。 通過(guò)對(duì)壓力傳感器與 電阻應(yīng)變式傳感器 比較分析 ，最終選擇了第 二 種方案。（ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。 若差動(dòng)工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式（ ），則電橋輸出為 Ek?? () 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：（ 1）應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。式（ ）稱(chēng)平衡條件。 圖 22 為一直流供電的 平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 圖 22 傳感器內(nèi)部連接圖 當(dāng)電橋輸出端接無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開(kāi)路，此時(shí)直流電橋稱(chēng)為電壓橋，即只有電壓輸出。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。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)變片式電阻應(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)的 40 個(gè)引腳中有 2 個(gè)專(zhuān)用于主電源引腳， 2 個(gè)外接晶振的引腳， 4 個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳 ?5?。 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。電子衡器的最大稱(chēng)量 Max 可以用總分度數(shù) n 與分度值 d 的乘積來(lái)表示，即 Max=n用 e 或 d 來(lái)表示。（ 1）量程：電子衡器的最大稱(chēng)量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱(chēng)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(pán)和各功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。（ 3）測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置：即處理稱(chēng)重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。按照稱(chēng)重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。不管根據(jù)什么原理制成的電了秤均由以下三部分組成：（ 1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) :：它是被稱(chēng)物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱(chēng)電子秤的秤體，一般包括接受被稱(chēng)物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu) 、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 3所示： 數(shù)據(jù)采集 AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LED 顯示 按鍵處理 數(shù)據(jù)采集 AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LED 顯示 5 圖 3 帶有鍵盤(pán)輸入及液晶顯示的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，設(shè)計(jì)完成了最終的電子稱(chēng)方案，最終的硬件設(shè)計(jì)方案圖如圖 4 所示，該方案增加了電子日歷功能，從而使本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能得到了很好的擴(kuò)展與應(yīng)用。 方案三 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施 來(lái)增加信號(hào)采集強(qiáng)度但會(huì)增加相應(yīng)的設(shè)計(jì)成本； 顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒(méi)有足夠的位數(shù)，那么稱(chēng)量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。 方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤(pán)輸入裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱(chēng)實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重計(jì)價(jià)的功能。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購(gòu)物清單的要求。由此設(shè)計(jì)出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡(jiǎn)單，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡(jiǎn)單的輸出輸入關(guān)系。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 結(jié)合所學(xué)知識(shí)，通過(guò)查找資料和論證，可通過(guò)以下方案來(lái)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。 ）； (2)系統(tǒng)應(yīng)具備輸入單價(jià)，計(jì)算總價(jià)及語(yǔ)音報(bào)價(jià)的功能； (3)系統(tǒng)超出最大測(cè)量范圍 5Kg 時(shí)應(yīng)有報(bào)警指示功能（蜂鳴器報(bào)警提示）； (4)該電子稱(chēng)設(shè)計(jì)需完成電子日歷及時(shí)鐘顯示功能的擴(kuò)展。單片機(jī)最小系統(tǒng)部分主要包括 STC89C52RC 和經(jīng)典復(fù)位電路； 數(shù)據(jù)采集部分由稱(chēng)重傳感器、信號(hào)放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成，信號(hào)放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分主要由專(zhuān)用型高精度 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤(pán)輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用 4*4 矩陣鍵盤(pán)和 1602 液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)；時(shí)鐘模塊主要由時(shí)鐘芯片 DS1302 和時(shí)鐘電路組成；語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊可語(yǔ)音 4 報(bào)讀電子秤系統(tǒng)的重量、單價(jià)、金額等語(yǔ)音內(nèi)容，主要由 SC1010B 電子稱(chēng)專(zhuān)用語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)。本課題在電子稱(chēng)的基本功能基礎(chǔ)上擴(kuò)展了電子日歷及時(shí)鐘功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 一 、 基本要求 設(shè)計(jì) 并制作一款基于單片機(jī)的電子秤重系統(tǒng) 。此部分對(duì)軟件的設(shè)計(jì)要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都 需要軟件來(lái)控制。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測(cè)物體的重量。 電子稱(chēng)重的實(shí)現(xiàn) 首先是通過(guò)壓力傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn) 換成電壓信號(hào)。現(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱(chēng)重技術(shù)從靜態(tài)稱(chēng)重向動(dòng)態(tài)稱(chēng)重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。 從世界水平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱(chēng)到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再?gòu)募呻娐肥降侥壳暗膯纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤。 電子秤是稱(chēng)重技術(shù)中的一種新型儀表，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。稱(chēng)重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量 以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)管理等多方面的作用。 1. 概述 課題背景與研究意義 電子秤作 為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。本文在給出智能電子稱(chēng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電子稱(chēng)的軟件控制方法。 本系統(tǒng)針對(duì)電子稱(chēng)的自動(dòng)稱(chēng)重、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制作。 電子稱(chēng)主要以單 片機(jī)作為中心控制單元，通過(guò)稱(chēng)重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，在配以鍵盤(pán)、顯示電路及強(qiáng)大軟件來(lái)組成。 [關(guān)鍵詞 ] AT89S52 單片機(jī)；電子秤；壓力傳感器； HX711 2 目 錄 引言 .............................................................................. 3 1概述 ............................................................................ 3 課題背景