【正文】 1 . 7R S TR X DT X DI N T 0I N T 1T 0T 1W RR DX T A L 2X T A L 1G N DP 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P S E NA L E / P R O GE A / V P PP 0 . 7P 0 . 6P 0 . 5P 0 . 4P 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1P . 0V C CA T 8 9 S 5 2 圖 47 AT89S52 引腳圖 主要性能： 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程 I/O 口線 三個(gè) 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源全雙工 UART 串行通道 低功耗空 閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 VCC：電源 GND：地 （ a） P0 口： P0口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。所以將低 4 位數(shù)據(jù)線 DB3DB0 接到高 4 位 DB11DB8 上。 A/D 轉(zhuǎn)換及其接口電路 AD574 圖 45 AD574 的引腳圖 AD574 引腳簡(jiǎn)介： 表 41 AD574 控制引腳與功能 CE CS R/C 12/8 A0 操作 0 禁止 VL12 / 8A 0CSR / CCL V CCRE F O U TACRE F INV EED IP OFF10 V20 VGNDV CCDCDB 0DB 1DB 2DB 3DB 4DB 5DB 6DB 7DB 8DB 9DB 10DB 11STSAD 574西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 9 1 禁止 1 0 0 0 啟動(dòng) 12 位轉(zhuǎn)換 1 0 0 1 啟動(dòng) 8 位轉(zhuǎn)換 1 0 1 接 1 腳＋ 5V 輸出數(shù)據(jù)格式為并行 12 位 1 0 1 接地 0 輸出數(shù)據(jù)格式為并行高 8 位 1 0 1 接地 1 低 4 位加上尾隨 4 個(gè) 0 有效 AD574 與 AT89S52 單片機(jī)的接口 由于 AD574 內(nèi)部含三態(tài)鎖存器，故可以直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。傳感器的輸出電壓信號(hào)在 0～ 20mv 左右，因此放大器的放大倍數(shù)在 200~300 左右。 INA126 的輸入電壓范圍 ：－ ~＋ ，輸入電流大小為 10 mA 。 如下圖所示： 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 8 圖 44 INA126 組成的放大濾波電路 通過調(diào)節(jié) Rg 的阻值來改變放大倍數(shù)。 以 INA126 為例 ， 接口如下圖所示： 圖 43 INA126的外部接口 RgKG 805?? （ 42） 如上所示，放大器的增益，可以通過改變 Rg 的大小來改變放大器的增益。實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引入較大噪聲，對(duì)精度影響較大。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 7 圖 42 OP07 組成的高精度運(yùn)算放大器 電阻 R R2 電容 C C C C4 用于濾除前級(jí)的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。所以，此中方案不宜采用 。 方案一：利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器 普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲。 壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很高。 3 絕緣電阻 MΩ ≥ 5000 供橋電壓 V 10（ DC/AC） MAX:15（ DC/AC） 溫度補(bǔ)償范圍℃ 10— +50 允許過負(fù)荷 %FS 150 連接電纜 mm φ 3%*300 靈敏度 mv/v 177。 1 零點(diǎn)溫度系數(shù) %FS/10℃ 177。 本系統(tǒng)所用傳感器應(yīng)用的是惠更斯電橋， LPSIII 其原理如下： 壓力傳感 器 前端信號(hào)處理 A/D 轉(zhuǎn)換器 總體方案的設(shè)計(jì) MCU AT 89S52 鍵盤控制 LCD 顯示 打印機(jī) 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 6 圖 41 LPSIII 傳感器原理 稱重 傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出： E i nRRRRRRRRRR RRE out ???????????? )4 43 32 21 1(42 42 （ 41） LPSIII 其參數(shù)如下： 綜合誤差 %FS 蠕變 %FS/30min 177。這種把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置叫做傳感器。 稱重傳感器相關(guān)電路 智能電子秤在信號(hào)處理中要主要靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，然而單片機(jī)只能接收數(shù)字信息，對(duì)非電量信號(hào)是無能為力的。此系統(tǒng)包括以下電路：稱重傳感器電路、前端信號(hào)處理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換采樣電路、單片機(jī)控制電路、 LCD 顯示及蜂鳴器報(bào)警電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、鍵盤電路、打印機(jī)接口電路。 總體結(jié)構(gòu) 框圖 要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)電路部分主要包括稱重傳感器及前端信號(hào)放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換采樣電路、 LCD 顯示及峰鳴器報(bào)警電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、鍵盤電路、打印機(jī)接口電路。本系統(tǒng)狀態(tài)較多，難度較大。所有器件都有內(nèi)置的 FLASH 程序存儲(chǔ)器和 256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，有些器件內(nèi)部還有位于 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的 RAM，即 XRAM. 綜上所述： 本系統(tǒng)基于單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)需要大量控制液晶顯示和鍵盤，西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 故不宜采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?CPLD、 FPGA 來實(shí)現(xiàn)。除了具有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件 和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。 ATMEL 公司通過技術(shù)交換取得了 8031 內(nèi)核的使用權(quán)生產(chǎn)出 AT89C 系列單片機(jī)。 PHILIPS 公司首先購(gòu)買了 8051 內(nèi)核的使用權(quán)，并在此基礎(chǔ)上增加具有自身特點(diǎn)的 I178。隨著時(shí)間的推移，世界各生產(chǎn)單片機(jī)的公司看好 MCS51 系列八位單片機(jī)的強(qiáng)勁趨勢(shì)。 [3] （ b）微控制器方面，由于基于半導(dǎo)體集成技術(shù)的突飛猛進(jìn)地發(fā)展，各種類型的單片機(jī)正日新月異地涌向市場(chǎng)為單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用人員提供了極大的方便。因此我們選擇了 LPSIII 型稱重傳感器。方案選擇上最主要的是對(duì)傳感器與微控制器的比較與選擇。單片機(jī)處理完信號(hào)后可以輸出到 LCD 顯示，或直接送入打印機(jī)打印 。 第 3 章 總體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電子秤的指導(dǎo)思想 基于單片機(jī)的智能電子秤，是利用稱重傳感器將采集的壓力信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸出 0~20mv 的電壓信號(hào)。結(jié)果也可以轉(zhuǎn) 為 4~20mA 的 DC標(biāo)準(zhǔn)電流和 0~5VDC 標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出。 （ d）數(shù)字濾波后的信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處 理，但是此信號(hào)由于其與輸入量不是線性關(guān)系，給軟件編程帶來極 困難，因此本系統(tǒng)先對(duì)其進(jìn)行線性 處理，然后根據(jù)系統(tǒng)要求確定算法進(jìn)行數(shù)字處理軟件編 程。因?yàn)閭鞲衅鬓D(zhuǎn)換的電壓信號(hào)微弱并且是模擬信號(hào)，因此，就要對(duì)信號(hào)進(jìn)行前端放大和模－數(shù)轉(zhuǎn)化，因此在送入單片機(jī)前要經(jīng)過放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)化電路。 （ a）首先要有傳感器把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，本裝置使用由應(yīng)變電阻組成的稱重傳感器把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。 （ d）可設(shè)置物品單價(jià)，直接計(jì)算出總價(jià)，并打印顯示結(jié)果，運(yùn)行中通過鍵盤進(jìn)行設(shè)定和修改、查看等操作。 （ b）采用電阻應(yīng)變傳感器，保證較高的精確度。單片機(jī)處理完信號(hào)后可以輸出到 LCD 顯示，或直接送入打印機(jī)打印。 第 2 章 系統(tǒng)的主要功能與分析 系統(tǒng)的主要功能 基于單片機(jī)的智能電 子秤，是利用稱重傳感器將采集的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸出 0~20mv 的電壓信號(hào)。 （ d）各數(shù)字式智能稱重傳感器的地址可調(diào)，便于應(yīng)用與互換。 （ b） 通過數(shù)字補(bǔ)償電路和數(shù)字補(bǔ)償工藝，可進(jìn)行線性、滯后、蠕變等補(bǔ)償，改善了性能。將普通模擬式稱重傳感器接入數(shù)字模盒，就可變模擬輸出為數(shù)字輸出，通常將其稱為分離型數(shù)字稱重傳感器系統(tǒng)。一是整體型：在稱重傳感器內(nèi)部增加放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換器、微處理器、溫度傳感器等數(shù)字處理電路，利用數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與工藝實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)補(bǔ)償。 （ 4）智能化：是由于模擬式稱重傳感器輸出信號(hào)小，抗干擾能力差，傳輸距離短，稱重顯 示控制儀復(fù)雜，組秤調(diào)試周期長(zhǎng)，根本不適應(yīng)數(shù)字式智能電子衡器的發(fā)展。 [2] （ 3）多功能化：是指稱重傳感器本身除具有檢測(cè)重量信息的功能外，還能同時(shí)檢測(cè)其它信息。結(jié)構(gòu)集成是指彈性體與秤體合二為一的新型結(jié)構(gòu)，例如：稱重板、稱重軌、稱重鉤、稱重環(huán)等。例如：30t、 60t 彎曲環(huán)式結(jié)構(gòu)，其外形尺寸分別為外徑 120mm 和 150mm，高度只有 50mm 和 60mm。 分 析近年來電子衡器對(duì)稱重傳感器的新要求，不難得出小型化，集成化，多功能化和智能化將是稱重傳感器的重要特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。 （ e） 偏心載荷測(cè)量及車載秤用稱重傳感器。 （ c） 微小和超大量程稱重傳感器。 電子衡器發(fā)展趨勢(shì) 為適應(yīng)電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(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，以及電子衡器對(duì)稱重傳感器的新要求，以下課題將是今后一個(gè)時(shí)期的研發(fā)重點(diǎn)： （ a） 快速、低速動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)稱重傳感器及其阻尼技術(shù)。 （ 4）企業(yè)管理信息化：是指按計(jì)算機(jī)處理的要求，依據(jù)結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法，建立企業(yè)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理全面現(xiàn)代化。 （ 3）生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化：是指在生產(chǎn)工藝全過程中，通過通訊線路和設(shè)備把各生產(chǎn)工序具有獨(dú)立操作和控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下，實(shí)現(xiàn)信息的收集、存儲(chǔ)和處理。 （ 2）制造技術(shù)柔性化：是指在多品種、大批量生產(chǎn)的彈性體加工中，納入先進(jìn)的制造技術(shù)：柔性制造單元（ FMC）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬化的核心是有限單元計(jì)算和計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真。 （ 1）設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬化：包括彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的擬實(shí)技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)的虛擬技術(shù)。 （ 4）與穩(wěn)定性和可靠 性有關(guān)的穩(wěn)定處理工藝在高溫處理，低溫深冷，脈動(dòng)疲勞，超載靜壓等方法的基礎(chǔ)上，又研究出振動(dòng)時(shí)效、共振時(shí)效新工藝，共振 10 分鐘，可消除絕大部西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 2 分殘余應(yīng)力。為適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)，保證產(chǎn)品技術(shù)性能的均一性，生產(chǎn)工藝必須向盡量減少手工操作、人為