【正文】 LCD1602 與單片機(jī)通訊時(shí)采用 8 位并行傳輸?shù)姆绞?[18]。液晶顯示是一種極具有流動(dòng)性和光學(xué)特性的有機(jī)化合物，它可以根據(jù)外加電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)顏色的分辨，因此可 以作為字符顯示器。單片機(jī)通過(guò)它告知用戶的重量測(cè)量結(jié)果，并根據(jù)數(shù)字的顯示和重量的顯示來(lái)選擇功能命令。 顯示電路模塊的設(shè)計(jì) 此模塊是 方便用戶使用該系統(tǒng)的時(shí)候，顯示其當(dāng)前系統(tǒng)的功能狀態(tài)和物體重量的裝置，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換的重要設(shè)備。 鍵盤接口電路的設(shè)計(jì) 鍵盤模塊集成了 16 個(gè)按鍵，按鍵加入了 限流電阻和防止圖 313 4*4 矩陣鍵盤 圖 35 電阻應(yīng)變片全橋測(cè)量電路 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 20 反電勢(shì)的二極管 4148。 圖 34 傳感器的受力工作原理 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 19 將應(yīng)變片粘貼到受力的力敏型彈性元件上 , 當(dāng)彈性元件受力產(chǎn)生變形時(shí) ,應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變 ,轉(zhuǎn)化成電阻變化。 （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程圖 33 STC89C52 單片機(jī)引腳圖 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 18 器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 EEPROM 功能 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T可選。空閑模式下， CPU 停止工作 ,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè)16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。 STC89C52 使用經(jīng)典的MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具 有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在控制方面，采用 4*4 按鍵的形式進(jìn)行功能的調(diào)節(jié)以及去皮、清零、返回、累計(jì)等功能的選擇。 硬件設(shè)計(jì)概述 STC89C52 是一種低電壓、高性能 的 微處理器 。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 16 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，需要從系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性和軟件編程的可實(shí)現(xiàn)性出發(fā)，來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)各個(gè)模塊的相關(guān)功能。通過(guò)以上方案的分析和比較，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求選出了最適用，最經(jīng)濟(jì)，最簡(jiǎn)單的硬件模塊。 因?yàn)?LCD1602 是采用并口傳輸，速度快，且顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡(jiǎn)單，成本較低， 鑒于本設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，單片機(jī)完全能實(shí)現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用第二種設(shè)計(jì)方案， 這樣不僅可以動(dòng)態(tài)顯示，還可以一目了然的知道當(dāng)前功能選擇的狀態(tài)。 雖然以 FPGA 為核心的電子秤測(cè)量系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中其高集成度才能更好得以體現(xiàn)。 采用 FPGA 測(cè)頻測(cè)量精度高，測(cè)量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計(jì)要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。 方案三 采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)為控制核心，利用 EDA軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示出被測(cè)物體的重量。它可以顯示的字符有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。 方案二 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD1602 顯示器。由于數(shù)碼管重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 14 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)出的重量測(cè)量系統(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。 由于本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)基于 8051 的多功能電子秤，由電阻應(yīng)變式壓力傳感器傳出的信號(hào)基本相當(dāng)于直流信號(hào)，并且鑒于本次設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，采用方案一可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且能夠達(dá)到一目了然的效果。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式，因而可以通過(guò)選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。 LM331 的內(nèi)部電路組成如圖所示。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 電源電壓下都有極高的精度。 方案二 采用 V/F 轉(zhuǎn)換 VF 控制的原理是產(chǎn)生一個(gè)震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個(gè)壓敏電容，當(dāng)受到一個(gè)變化的電壓時(shí)候它的容量會(huì)變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。Ｖ i 越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時(shí)間也越長(zhǎng)。基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。逐次逼近的操作過(guò)程是在一個(gè) 控制電路的控制下進(jìn)行的。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。逐次逼 近法轉(zhuǎn)換過(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為Ｖ o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i 進(jìn)行比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除。采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)緩沖寄存器、比較器、D/A 轉(zhuǎn)換器以及邏輯控制電路組成。 故采用方案三中的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。 （ 4）商品化，使用起來(lái)方便，有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 11 （ 2） 擁有高靈敏度和高分辨力，精度也較高。 直流電橋的特點(diǎn)是產(chǎn)生的信號(hào)不會(huì)受到各元件 和導(dǎo)線所分布的電感及電容的影響，而且它的抗干擾能力強(qiáng)，不過(guò)由于機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)較小，這就需要要求配合用高增益和高穩(wěn)定性的放大器將輸出信號(hào)放大處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號(hào)變化。 導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。 方案三 采用電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。所以容易受到外界環(huán)境產(chǎn)生的干擾信號(hào)的影響，產(chǎn)生的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)放大處理，并且還要采取一系列抗干擾的措施。由于 受到幾何尺寸的約束限制，電容傳感器的電容量一般都很小，基本僅有幾皮法到幾十皮法。電容傳感器可以用來(lái)檢測(cè)力、位移、壓力以及振動(dòng)學(xué)非電參量。 方案二 采用電容式傳感器，電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。高內(nèi)阻、小功率是壓電傳感器件的弱點(diǎn)。 壓電傳感器由于其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。 方案一 采用壓電傳感器，壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容 易用實(shí)驗(yàn)方法求得，重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 9 并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。 傳感器動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來(lái)描述。其中敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換部分指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳 輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。 1) 壓力傳感器 傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。隨著社會(huì)的發(fā)展需求， 高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高的電子