【正文】 ............................................. 15 附錄一： ................................................................... 16 附錄二： ................................................................... 19 致 謝 ..................................................................... 20 1 前 言 電子稱重技術(shù)是現(xiàn)代稱重計(jì)量和控制系統(tǒng)工程的重要基礎(chǔ)之一，電子衡器經(jīng)過(guò) 40年的不斷改進(jìn)和完善，從 60年代的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字化智能型。首先用傳感器把重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再將電壓信號(hào)放大輸入 A/D 轉(zhuǎn)換，利用 A/D 轉(zhuǎn)換工具將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，得到的數(shù)字信號(hào)傳送至單片機(jī)，通過(guò)程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)稱重功能，然后將重量與鍵盤(pán)輸入單價(jià)相乘計(jì)算出總價(jià)，并將重量和價(jià)格用 LED 顯示出來(lái)?；?AT89C52 單片機(jī) 的 數(shù)字電子秤設(shè)計(jì) 摘 要 本文主要介紹了數(shù)字電子秤的硬件電路結(jié)構(gòu)及其中的原理 ， 所設(shè)計(jì)的電子秤具有基本稱重、鍵盤(pán)輸入、計(jì)算價(jià)格、顯示、超重報(bào)警功能。電子秤的測(cè)量范圍為 010Kg，測(cè)量精度達(dá)到 1g，有高精度，低成本的特征。 關(guān)鍵詞 電 子秤；稱重傳感器；單片機(jī) 目 錄 中文摘 要 .................................................................... I 英文摘要 .................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。由于它具有稱量準(zhǔn)確、快速，讀取方便，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，便于與電子計(jì)算機(jī)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)量與過(guò)程控制自動(dòng)化等特 點(diǎn)，在工商貿(mào)易、能源交通、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、航空航天等部門得到了廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)特別適用于測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合 , 具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。 2 1. 緒論 研究本文的意義 物料計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和商品流通的擴(kuò)大，衡器的需求也日益增多，過(guò)去沿用的機(jī)械杠桿秤己不能適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的要求。尤其是七十年代初期，微處理機(jī)的出現(xiàn)使電子稱重技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。稱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。同時(shí)對(duì)稱重儀表的要求也越來(lái)越高，要求儀表有更高抗干擾能力、更高的精度。這種高精度數(shù)字電子秤計(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。另一方面，商品單價(jià)通過(guò)鍵盤(pán)掃描電路送入 89C52 單片機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，送至顯示電路顯示 ,物重與單價(jià)經(jīng)過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生總價(jià)，也在顯示電路上同時(shí)顯示出來(lái)。電阻應(yīng)變傳感器是將被測(cè)量的力通過(guò)它所產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的敏感元件。我們選擇的是 LPSIII 型傳感器，量程 20Kg ，精度為%，滿量程時(shí)誤差 ,可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測(cè)量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化。即輸出電壓的變化反映出重 力的變化。其中串行接口包括寄存器組，它由通訊寄存器、設(shè)置寄存器、時(shí)鐘寄存器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、零點(diǎn)校正寄存器和滿程校正寄存器等組成。 圖 22 AD7705的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 器件功能 AD7705 可編程增益放大器（ PGA）可通過(guò)指令設(shè)定，對(duì)不同幅度的輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn) 1 3 6 128 倍的放大，因此 AD7705 即可接受從傳感器送來(lái)的低電平輸入信號(hào) ，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。選定的輸入信號(hào)被送到一個(gè)基于模擬調(diào)制器的增益可編程專用前端。通過(guò)片內(nèi)控制寄存器可調(diào)節(jié)濾波器的截止點(diǎn)和輸出更新速率，從而對(duì)數(shù)字波器的第一個(gè)陷波進(jìn)行編程。增益值、信號(hào)極性以及更新速率的選擇可 緩沖器 電荷平衡型A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字濾波器 ∑ △調(diào)制器 PGA MUX 時(shí)鐘發(fā)生器 Vcc REF IN() REF IN(+) AIN1(+) AIN1() AIN2(+) AIN2() MCLK IN MCLK OUT GND DRDY RESET SCLK CS DIN DOUT A=1128 串行接口 寄存器組 5 用串行輸入口由軟件來(lái)配置。 CMOS 結(jié)構(gòu)確保器件具有極低功耗，掉電模式減少等待時(shí)的功耗至 20μW （典型值）。20mV ～ 177。 MCLK IN：芯片工作時(shí)輸入端。 MCLK OUT：時(shí)鐘信號(hào)輸出端。如果采用外部時(shí)鐘，則 MCLK OUT 可用于輸出反相時(shí)鐘信號(hào)，以作為 其 他芯片的時(shí)鐘源。 CS :片選端 ，低電平有效。當(dāng)該端為低電平時(shí)， AD7705 芯片內(nèi)的接口邏輯、自校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)濾波器等均為上電狀態(tài)。 AIN2(+),AIN2()：分別為第 2 個(gè)差分模擬輸入通道的正端與負(fù)端。 DIN： 串行數(shù)據(jù)輸入端。根據(jù)通訊寄存器中的寄存器選擇位，輸入移位寄存器中的數(shù)據(jù) 被傳送到設(shè)置寄存器、時(shí)鐘寄存器或通訊寄存器 。從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。 DRDY :A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 標(biāo)志。 以單片機(jī) 89C52 為控制中心，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)和外接設(shè)備的信號(hào)，再處理數(shù)據(jù)，發(fā)出控制信號(hào)，以達(dá)到所需的要求。 （ 3） 定時(shí)中斷 T0 用于 A/D 轉(zhuǎn)換中斷延時(shí) 電子秤作為一種稱重儀器，對(duì)所稱精確度要求頗高，所以必須通過(guò)數(shù)值濾波求的有效采樣值，通過(guò)定時(shí)來(lái)完成這一系列的操作。 （ 4） 定時(shí)中斷 T2 用于鍵盤(pán)中斷延時(shí) T2 設(shè)為定時(shí)器狀態(tài)，定時(shí)時(shí)間為 13ms。若有，則執(zhí)行鍵識(shí)別程序。 單片機(jī)總電路圖件附錄二 [7] 鍵盤(pán)顯示模塊 鍵盤(pán)鍵的功能 鍵盤(pán)輸入是實(shí)現(xiàn)電子秤人機(jī)交互部門。 圖 26 4 4矩陣鍵盤(pán) (1) 稱重前， 若顯示的值不 為 ， 則按“ 去皮” 鍵清除為 ； 若被稱物品需用盛器裝載， 先將盛器放在 秤盤(pán) 板上， 按“ 去皮” 鍵， 屏幕顯示為 ， 然后裝入被稱物品進(jìn)行稱量。將被稱物品放在 秤盤(pán) 上， 穩(wěn)定后， 被稱物品重量稱好， 按“ 保持” 鍵儲(chǔ)存； 取下被稱物品， 顯示屏顯示物品凈重量數(shù)值并自動(dòng)保持（ 一旦進(jìn)入重量保持狀態(tài)后， 只有按“ 去皮” 鍵才能退回到正常稱重狀態(tài)） 。 當(dāng)重量顯示超過(guò)最大秤量值 10kg 時(shí)，報(bào)警器響，表示儀器處于超載狀態(tài)。 (2) 單價(jià)輸入及清除。單價(jià)清除按“ 清除” 鍵。當(dāng)單價(jià)置入后， 按“ 轉(zhuǎn)換” 鍵， 則顯示本次稱量的金額； 若顯示“ E” 表示超出計(jì)價(jià)范圍。 (4) 金額累計(jì)。在每次稱完物品顯示金額狀態(tài)下， 按“ 累計(jì)” 鍵， 就把該次金 額累加到總額中去。 （ 5）校正。 鍵盤(pán)和顯示電路 本系統(tǒng)中有 16位 LED顯示器， 4 4鍵盤(pán)和 8279的接口電路。 因顯示位數(shù)比較多，所以要用到 4 線 16 線譯碼器 74LS154， SL0～ SL3 又由 74LS154 譯碼輸出，經(jīng) 7407 驅(qū)動(dòng)后到顯示器 LED 的各個(gè)位的公共陰極。此時(shí)，在 8位段數(shù)據(jù)輸出端口輸出下一個(gè) LED 顯示位的顯示內(nèi)容。在連接 32 鍵以內(nèi)的簡(jiǎn)單鍵盤(pán)時(shí)， CNTL、 SHIFT 輸入端可接地。 9 A01A12A23E14E25E36Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015GND8V C C16S N 74 L S 13 8NU6C L K3R L 78R L 67R L 56R L 45D B 012D B 113D B 214D B 315D B 416D B 517D B 618D B 719I R Q4CS22RD10WR11R E S E T9C N T L37S H I F T36R L 02R L 11R L 239R L 338S L 032S L 133S L 234S L 335BD23O U T A 324O U T A 225O U T A 126O U T A 027O U T B 328O U T B 229O U T B 130O U T B 031A021GND20VCC408279U8L1S0S1S2S3S4S5S6S72K20 0U F+ 5V中斷 1片選寫(xiě)讀1212S N 74 L S 07 DU 1AY01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78Y89Y910Y 1011GND12Y 1113Y 1214Y 1315Y 1416Y 1517O E 118O E 219D20C21B22A23V C C24D M 54 L S 15 4JU712345678910111213141516M H D R 1X 16LE D位 選1234M H D R 1X 4鍵盤(pán)列線1234M H D R 1X 4鍵盤(pán)行線12345678M H D R 1X 8LE D段 選碼LE D段 選碼 圖 27 鍵盤(pán)顯示電路 過(guò)量程報(bào)警模塊 由于壓力傳感器 LPSIII 型 的最大承受壓力為 20KG，本文的稱重范圍是 10KG，若重物的重量超過(guò)了限定值，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。 圖 28過(guò)量程報(bào)警模塊 10 3. 數(shù)字電子秤軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件主程序包括顯示程序、鍵盤(pán)處理程序、 A/D 轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理程序。 A/D 中斷服務(wù)程序完成采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序完成掃描，判斷數(shù)字鍵或功能鍵，若為數(shù)字將其數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和顯示緩沖區(qū)。 主程序流程圖如圖 31 所示 圖 31 主程序流程 鍵盤(pán)軟件設(shè)計(jì) 我們知道鍵盤(pán)和顯示是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。 利用 8279 可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán) /顯示器的自動(dòng)掃描，以減輕 CPU負(fù)擔(dān)，并具有顯示穩(wěn)定、程序簡(jiǎn)單、不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作等特點(diǎn)。當(dāng) RL0～ RL3 四位全為 0時(shí)，便可判斷無(wú)鍵按下， 2. 當(dāng)判斷有鍵按下后，就轉(zhuǎn)向取鍵值子程序。然后與數(shù) OAH 相比較，從而判斷出是功能鍵還是數(shù)字鍵。 3. 顯示子程序。 系統(tǒng)初始化 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)處理 顯示 鍵盤(pán)中斷 11 鍵盤(pán)掃描 本系統(tǒng)中鍵盤(pán)控制采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，利用外部中斷 1 端口來(lái)實(shí)現(xiàn)。若是數(shù)字鍵，則把按鍵讀數(shù)存入存儲(chǔ)器，并顯示；若是命令鍵，則根據(jù)按鍵讀數(shù)查閱轉(zhuǎn)移表；以獲得處理子程序的入口，子程序執(zhí)行完后繼 續(xù)掃描鍵盤(pán)。如要換位顯示則單片機(jī)檢測(cè) BD 是否輸出低電平，若是 74LS1547 譯碼輸出高電平， 74LS138 譯碼循環(huán)產(chǎn)生低電平， 8 位段數(shù)據(jù)輸出端口也依次把公共陰極為低電平位的顯示位中的內(nèi)容顯示出來(lái)，當(dāng)這一過(guò)程很快顯 示時(shí)，人們就會(huì)在幾個(gè) LED 中看到了顯示出來(lái)的不同內(nèi)容。在反饋環(huán)節(jié)中，最重要的就是對(duì)數(shù)據(jù)的采集。 圖 33 AD7705 A/D流程框圖 啟動(dòng) A/D 設(shè)采樣次數(shù) 建立采樣標(biāo)志 讀 A/D 數(shù)字量 存入片內(nèi) RAM 采樣次數(shù)是否到？ 采樣 F0 是否建立？ 結(jié)束 采樣值濾波取平均值 Y N N Y 中斷 13 數(shù)據(jù)處理程序 重量轉(zhuǎn)化 本課題中， A/D 轉(zhuǎn)換采用 AD7705 芯片，它是 16 位輸出，重量計(jì)算要求精確到克，其輸出值范圍為 0000000000000000B ～ 1111111111111111