【正文】 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 13所示： 圖 13 帶有鍵盤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方案，最終的硬件設(shè)計(jì)方案圖如圖 14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 應(yīng)用。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) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。 按照稱重傳感器的結(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。 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 ）。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)。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不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開 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。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。 (1) 量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。用 e或 d 來(lái)表示。 電子衡器的最大稱量 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 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 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。 AT89S52 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳中有 2 個(gè)專用于主電源引腳， 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。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)。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。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。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。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。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。 圖 22為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 12 圖 22 傳感器內(nèi)部連接圖 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。 （ 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。 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。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。與同類型其它芯片相比，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)。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 13 寄 存器編程。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。40mV 。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。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過(guò)程。 圖 23 HX711 管腳定義 HX711 典型應(yīng)用電路如圖 24 所示 。 LCD1602可以顯 示 2 行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7，和 RS、 R/W、 EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光 [10]。 表 25 LCD1602液晶顯示器引腳說(shuō) 明 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同 的點(diǎn)陣字符圖形，如表 1 所示，這些字符有：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，它的讀寫操作、 屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)時(shí)鐘芯片選擇 DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM數(shù)據(jù)。工作電壓 15 寬達(dá) ～ 。 DS1302 用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。 圖 26 DS1302管腳定義 DS1302 各引腳的功能為： VCC1：備用電源； VCC2：主電源。 SCLK：串行時(shí)鐘，輸入； I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號(hào)，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。 DS1302 有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器共有 12 個(gè)，其中有 7個(gè) 寄存器（讀時(shí) 81h～8Dh，寫時(shí) 80h～ 8Ch），存放的數(shù)據(jù)格式為 BCD 碼形式 。本設(shè)計(jì)采用雙電源接口供電方式， USB 接口供電方便程序調(diào)試，也可采用外置電源作為系統(tǒng)的供電電源，但是需另加三端穩(wěn)壓器件 LM7805 作為系統(tǒng)電源的穩(wěn)壓器件以保證系統(tǒng)電壓為穩(wěn)定的直流 5V 電壓，同時(shí)外置電源的 輸出電壓要高于 5V 輸出，系統(tǒng)電源輸入接口要加濾波電容以確保工作電壓穩(wěn)定。該系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 27所示。 LED0 用作電源指示，其亮滅代表電源工作與否， R0 用來(lái)限流，以保證 LED不被燒壞 [13]。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。根據(jù)石英晶體 17 的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高 Q值的電磁諧振回路。 復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位加上電復(fù)位來(lái)實(shí)現(xiàn)， S1為復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過(guò) 1K 的小電阻與電源接通 ,迅速放電 ,使 RST 引腳為高電平 ,復(fù)位按鍵彈起后 ,電源通過(guò) 10KΩ的電阻對(duì) 10μ F 的電容 C1 重新充電 ,RST 引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。 單片機(jī)的 31腳（ EA）接 +5V 電源，表示允許使用片內(nèi) ROM。其與單片機(jī)的連接電路如圖 28所示 圖 28 液晶顯示接口電路 1腳和 2 腳為液晶 1602 地和電源引腳， 3 腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通過(guò) 10K 電位器接地，背光可通過(guò)電位器來(lái)調(diào) 節(jié)亮度； 4 腳、 5腳、 6 腳為液晶片選控制引腳， 18 分別連接到單片機(jī)的 、 、 P2,2 端口， 7~14 腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸， 1 1腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地[9]。報(bào)警指示電路由 PNP 三極管 9012 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)IO 口控制三極管的基極，當(dāng)單片機(jī)的 IO 口輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)單片 機(jī) IO 口輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警。 圖 29 報(bào)警指示電路 系統(tǒng)按鍵輸入電路設(shè)計(jì) 按鍵輸入電路用來(lái)在電子稱測(cè)量過(guò)程中輸入單價(jià)值，按鍵輸入電路采用 4*4矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)，矩陣鍵盤電路如圖 210所示。 計(jì)算功能：在正確輸入了單價(jià)之后，按下計(jì)算按鍵，將會(huì)計(jì)算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價(jià)、總價(jià)。 系統(tǒng)硬件電路的繪制與 PCB 線路板制作 Protell 99 SE 軟件介紹 本文在 硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，原理圖和 PCB的繪制采用 Protel99SE 軟件，Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/2021/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件 ，該軟件以其簡(jiǎn)單易操作的優(yōu)勢(shì)一直以來(lái)備受電子工程師的喜愛，因而也成了很多高校電子相關(guān)專業(yè) EDA工具的必選課程。 設(shè)置 ＋ — S1 S2 S3 21 按照如上步驟最終完成繪制的電路圖與 PCB 圖分別如圖 21 212所示。設(shè)計(jì)流程圖如圖 32所示。設(shè)計(jì)流程圖如圖 33所示。這是理論指導(dǎo)實(shí)踐最重要的一步。所以在調(diào)試過(guò)程中必須保持冷靜的頭腦，較強(qiáng)的電路分析能力。 在軟硬件結(jié)合調(diào)試的過(guò)程中所遇到的問(wèn)題： 電子電路的設(shè)計(jì)中對(duì)各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對(duì)過(guò)電壓情況的處理中未作防范措施。比如系統(tǒng)的超量程信號(hào)直接由單片機(jī)送入報(bào)警電路，沒(méi)有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報(bào)警電路。 對(duì)各種實(shí)用芯片價(jià)格了解不夠，選擇上任有欠缺，如所選的稱重傳感器價(jià)格較貴。 實(shí)物效果顯示 26 參考文獻(xiàn) [1] 薛均義 ,張彥斌 .《 MCS516 系列單片微型計(jì)算機(jī)及應(yīng)用》 [M].西安交通大學(xué)出版社 ,1999 [2] 中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì) 組編 .《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2021 [3] 黃繼昌． 《 傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例 》 [A]， 人民郵電出版社， 1998 [4] 郭永貞， 《數(shù)字電子技術(shù)》 [M] 西安電子科技大學(xué)出版社 2021 [5] 楊金巖等 .《 8051 單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸接口擴(kuò)展技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例》 [M]人民郵電出版社， 2021． [6] 張齊，杜群貴 .《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)》 [M].電子工業(yè)出版社， 2021 [7] 李廣弟 《單片機(jī)基礎(chǔ)》 [M],北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021 [8] 于京 《 51系列單片機(jī) C程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用方案》 [M] 中國(guó)電力出版社 2021. 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