【正文】 功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 單 片 機(jī) 16 個(gè)按鍵輸入電路 LCD 顯示器位碼驅(qū)動(dòng)電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 LCD 顯示器段碼驅(qū)動(dòng)電路 10位 LCD顯示器電路 蜂鳴器電路 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 17 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)芯片 AT89S52 介紹 單片機(jī)采用 MCS51系列單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出物體的重量。 由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mV，對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 16 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，此電路由一塊 AT89S5按鍵輸入電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 LCD 顯示段碼驅(qū)動(dòng)電路 、 LCD 顯示位碼驅(qū)動(dòng)電路 、 12 位 LCD 顯示器電路 、蜂鳴器電路。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器。的組成有以下兩種方案可供選擇： 一是 LED 數(shù)碼管顯示 ,二是 LCD 液晶顯示兩種選擇 . LCD 液晶顯示器是一種極低功 耗顯示器，從電子表到計(jì)算器，從袖珍時(shí)儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)以及一些文字處理機(jī)都廣泛利用了液晶顯示器。 顯示電路部分的選擇 數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項(xiàng)重要功能，是人機(jī)交換的主要組成部分，它可以將測(cè)量電路測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。當(dāng)鍵盤的數(shù)量大于 8 時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。圖 4 4的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個(gè)按鍵都通過不同的行線和列線與主機(jī)相連這。 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及 綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) ，本設(shè)計(jì)采用了 12位 A/D轉(zhuǎn)換器AD574 鍵盤處理部分方案論證 由于電子秤需要設(shè)置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵），還具有確認(rèn)、刪除等功能，總共需設(shè)置17個(gè)鍵（包括一個(gè)復(fù)位鍵）。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。且雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。缺點(diǎn)是：類似于積分型 ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制， 12 位時(shí)為 100～ 300SPS。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在 12 位時(shí)為 100～ 300SPS。這類 ADC 主要應(yīng)用于低速、精密測(cè)量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。 此外，由于輸入端采用了積分器，所以對(duì)交流 噪聲的基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 14 干擾有很強(qiáng)的抑制能力。與此同時(shí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。 積分型ADC又稱為雙斜率或多斜率 ADC， 是應(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。缺點(diǎn)：在高于 14位分辨率情況下，價(jià)格較高；傳感器產(chǎn)生的信號(hào)在進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進(jìn)行調(diào)理，包括增益級(jí)和濾 波，這樣會(huì)明顯增加成本。 (2） 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如： ADS780 ADS7804 等。這種結(jié)構(gòu)的 ADC 所有位的轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，其轉(zhuǎn)換時(shí)間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸 時(shí)間延遲等。 并行比較 ADC 是現(xiàn)今速度最快的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在 1GSPS 以上，通常稱為 “ 閃爍式 ” ADC。目前，世 界上有多種類型的 ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型 ADC，也有近年來新發(fā)展起來的 ∑ Δ 型和流水線型 ADC， 多種類型的 ADC 各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)用要求。 有以上分析以及基于電子秤的要求精確度不是很高，所以選擇由普通放大器所組成的差動(dòng)放大器作為本設(shè)計(jì)的信號(hào)放大電路。 從理論上計(jì)算整個(gè)電路的共模抑制比為： (24) 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 13 式中： CMRTotal或 CMRRTotal－放 大器的總共模抑制比； CMR1－第一級(jí)放大器的共模抑制比； CMR2 或 CMRR2－第二級(jí)放大器的共模抑制比； A1d、 A1c、 A2d 和 A2c－分別為第一級(jí)放大器和第二級(jí)放大器的差模增益和共模增益。 3. 后級(jí)電路采用廉價(jià)的儀器放大器，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)輸出。 2． 阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動(dòng)放大器構(gòu)成的前級(jí)放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級(jí)放大器之間，這樣可為后級(jí)儀器放大器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比提供了條件。理論上不難證明，在運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。 有學(xué)者試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由于信號(hào)源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴(yán)重地?fù)p害了放大器的性能。然而，絕大多數(shù)的集成化儀器放大器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關(guān)：增益越高，共模抑制比越大。下基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 11 面舉例 用 INA128 儀用儀表放大器來實(shí)現(xiàn)。 方案二、主要由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，而構(gòu)成的前級(jí)處理電路；差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放 (如 OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。由于 A/D 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計(jì)的 ΔR/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化 ，但是這個(gè)電壓或電流信號(hào)很小，需要增加增益放大電路來把這個(gè)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被 A/D轉(zhuǎn)換芯片 接收的信號(hào)。 由 中稱重傳感器的稱量原理可知， 電阻應(yīng)變 片組成的傳感器是 把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成 ΔR/R ，而 應(yīng)變電阻 的 變化一般都很微 小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值 120Ω ，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?1000ε ，應(yīng)變電阻相對(duì)變化量為： ΔR/R = Kε= 2100010 － 6 = （ 23） 由式 23可以看出電阻變化只有 ，其電阻變化率只有 %。殘余的一點(diǎn)漂移依靠軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤來徹底解決。 1181。V。對(duì)放大環(huán)節(jié)的 要求是增益可調(diào)的（ 70～ 150 倍），根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為 100 倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。 由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈 性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出 ： 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 10 E i nR4 R4R3 R3R2 R2R1 R1)42( 42E ??????? ??????? △△△△RR RRout （ 22） 放大電路選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 0～ 20mV。 額 定 輸 出 溫 度 系 數(shù) Rated output temperature coefficient 輸入電阻 Input resistance Ω 415～ 445 輸出電阻 Output resistance Ω 349～ 355 絕緣電阻 Insulation resistance MΩ ≥ 5000 供橋電壓 Supply voltage V 12（ DC/AC） 溫度補(bǔ)償范圍 Temperature pensation range ℃ 10～ +50 允許溫度范圍 Safe temperature range ℃ 20～ +60 允許過負(fù)荷 Safe overload %. 120 極限過負(fù)荷 Ultimate overload %. 200 四角誤差 Four corner error %. 連接電纜 Connect cable mm Φ 300 接線方式 Method of connecting wire 輸入 Input（ +） : Red 輸入 Input（ ） :White 輸出 Output（ +） :Green 輸出 Output（ ） :Blue 屏 蔽 Shield : Yellow 其 測(cè)量原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。 蠕變恢復(fù) creep recovery 零點(diǎn)輸出 Zero balance %. 177。 非線性 Nonlinearity %. 177。由于 惠斯登電橋具 諸如 抑制溫度變化的影響，抑制干擾 ，補(bǔ)償方便等 優(yōu)點(diǎn)，所以該傳感器測(cè)量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)測(cè)量及各種電子秤的一次儀表。 重量誤差應(yīng)控制在 177。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。其公式如下： C＝ K0K 1K 2K 3(W max＋ W)/N （ ） C— 單個(gè)傳感器的額定量程； W— 秤體自重； Wmax— 被稱物體凈重 的最大值； N— 秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量 ； K0— 保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在 ～ 之間； K1— 沖擊系數(shù)； K2— 秤體的重心偏移系數(shù)； K3— 風(fēng)壓系數(shù)。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。 數(shù)據(jù)采集部分 電子秤的 數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路，因此對(duì)于這部分的論證主要分三方面 傳感器的選擇 在設(shè)計(jì)中 ,傳感器是一個(gè)十分重要的元件 ,因此對(duì)傳感器的選擇也顯的特別的重要 ,不僅要注意其量程和參數(shù) ,還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等 . 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 8 產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載 等因素綜合評(píng)價(jià)來確定。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測(cè)量和控制要求 最后我們最終選擇了 AT89S52 這個(gè)比較常用的單 片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。AT89SXX 系列與 MCS51 相比有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，片內(nèi)存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，使程序?qū)懭敫臃奖悖坏诙?，提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路體積更小。 再則由于系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大， 根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的的系統(tǒng)，可以選用帶 EPROM 的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存 儲(chǔ)在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡(jiǎn)化。 控制器部分 本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器 ,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。控制器還可以壓力傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 放大電路 AT89S52單片機(jī) 鍵盤 LCD顯示 語音顯示 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 7 通過對(duì)擴(kuò)展 I/O 的控制，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 圖 21設(shè)計(jì)思路框圖 測(cè)量部分是 利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。 這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便 ,集質(zhì)量稱量功能與價(jià)格計(jì)算功能于一體 ,能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。精度等級(jí) Ⅲ 級(jí) 。 主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍 0～ 5kg。單片機(jī)經(jīng)過 相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 6 另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此我們還設(shè)計(jì)了過載提示和聲光報(bào)警功能。 微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤 ,居民用戶使用的基本是桿秤。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 5 （ 3）分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n表示。 （ 2）分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。 電子秤的計(jì)量性能 電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)， CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。 電子秤的工 作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力－電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系 (一般成正比關(guān)系 )的電信號(hào) (電壓或電流等 )。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。 對(duì)稱重傳感 器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 4 (2)稱重傳