【正文】 微小須經(jīng)電路放大，然后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再送入單片機(jī)主控制器。其技術(shù)指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)荷載稱重 、輸 入 單價(jià) 、 總 價(jià)格 計(jì)算 、顯示、 超過(guò)量程 報(bào)警 等功能。 儔楝庵 電子秤主題包括壓力傳感器、放大 數(shù)模 轉(zhuǎn)換部分、 89C52 單片機(jī)、 4 4 矩陣式鍵盤、顯示屏等五部分組成。期間可以人為的輸入物體單價(jià)，單片機(jī)主控制器可以確 定鍵盤輸入的單價(jià)值，并在內(nèi)部運(yùn)算得出出總的金額。電子秤整體框圖如 11 所示。傳感器 主要參數(shù)是 自身的靈敏值大小、產(chǎn)生的總的誤差和漂移現(xiàn)象。 儔楝庵 2． 總誤差 ：稱量時(shí) 輸出 的 誤差 大小 和 規(guī)定的 額定誤差比值。 儔楝庵 通常使用有壓電、電容壓力、電阻應(yīng)變等一些傳感器。常用傳感器各自的主要特點(diǎn)如下： 儔楝庵 1．壓電式特點(diǎn)：是一種有源傳感器 。 原理是 一些材料 在受到力的作用 后 會(huì)在 特定表面產(chǎn)生電荷 。弱點(diǎn) 是 ：分布電容及噪聲 會(huì)影響輸出特性 ，且輸出能量和功率較小，內(nèi)阻較大。 優(yōu)點(diǎn)為 簡(jiǎn)單、靈敏、響應(yīng) 動(dòng)態(tài) 。 儔楝庵 3． 電阻應(yīng)變 式特點(diǎn)： 利用電阻應(yīng)變 原理 ，將力學(xué) 信號(hào)變化 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 儔楝庵 通過(guò) 對(duì)各類傳感器綜合分析 ， 該設(shè)計(jì)的壓力傳感器選擇電阻應(yīng)變式十分合適。 儔楝庵 儔楝庵 圖 21 應(yīng)變傳感器測(cè)量原理 儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 7 儔楝庵 )( 43 421 1 RR RRR RE ????))(( 4321 4231 RRRR RRRRE ?? ??3421 RRRR ?當(dāng)荷載 P 正 作用于彈性材料的橫梁，產(chǎn)生了形變，材料上的 R R3 應(yīng)變片拉伸 阻值增加； R R4 形變壓縮阻值減?。浑姌蚴Ш?。 電阻應(yīng)變片組成 惠更斯電橋，電橋抗干擾能力很強(qiáng)但輸出信號(hào)較小，不易測(cè)量 ，所以需要較高增益的放大器放大。 儔楝庵 儔楝庵 圖 22 惠更斯電橋 原理圖 儔楝庵 當(dāng)輸出 端口 0U 接 一個(gè)近似 無(wú)窮大電阻 時(shí) ， 可認(rèn)為此時(shí) 輸出 端口開(kāi)放斷路。當(dāng) 不考慮 電源的內(nèi)阻 時(shí) ， 根據(jù)串聯(lián) 分壓 則 有 ：儔楝庵 ADABBDo UUUU ??? 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 （ ）儔楝庵 = 儔楝庵 儔楝庵 當(dāng) 電阻應(yīng)變片 滿足 4231 RRRR ? 時(shí)， 則有： 儔楝庵 儔楝庵 （ ）儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 8 儔楝庵 ? ?? ?? ?)()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRU o ?????????? ??????ERR???當(dāng)輸出端口電壓為 0，電橋平衡。 若 測(cè)量 之前 電橋平衡， 測(cè)量中輸出的 oU 就只與電阻應(yīng)變片的變化有關(guān)系。常用類型主要 有逐次逼近、并行比較、積分、壓頻變換等方法研制的轉(zhuǎn)換器。運(yùn)用主次比較邏輯，按順序把每位電壓與轉(zhuǎn)換器的輸出比較， 多次 比較后輸出數(shù)字值。缺點(diǎn)： 14 位分辨率以上，價(jià)格較高不經(jīng)濟(jì)實(shí)用；還需要將輸入在之前處理。又稱為快速型轉(zhuǎn)換器。具有超高 的轉(zhuǎn)換速率，顯而易見(jiàn)得缺點(diǎn)是有 n 位就需要 2n1 個(gè)比較器。 儔楝庵 3． 積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 儔楝庵 是將輸入轉(zhuǎn)換成脈沖寬度信號(hào)等，最后通過(guò)計(jì)時(shí)等工作獲得數(shù)字信號(hào)。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率比較低。 儔楝庵 4． 壓頻變換轉(zhuǎn)換器 儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 9 儔楝庵 通過(guò)間接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，首先將信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后可以通過(guò)計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 儔楝庵 因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中對(duì)物體重量的測(cè)量和應(yīng)用的場(chǎng)合的限制，轉(zhuǎn)換速率要求較高，精度要求比較嚴(yán)格，根據(jù)系統(tǒng)綜合性能和總的技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)來(lái)分析，設(shè)計(jì)采用了 24 位積分型轉(zhuǎn)換器 HX711。由單片機(jī)與計(jì)算機(jī)技術(shù)組成的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”非常適合時(shí)代的需求，系統(tǒng)的更新只需改變單片機(jī)的內(nèi)部程序。 儔楝庵 單片機(jī) 選擇規(guī)范主要 是 ：市場(chǎng) 的供應(yīng) 貨源 、 單片機(jī) 自身 性能 和設(shè)計(jì) 研制周期 。 而且 選擇最容易實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)指標(biāo)的 單片機(jī) 型號(hào)， 并且 能達(dá)到較高的 性價(jià) 比。 AT89 系列與 MCS51 相比有兩大優(yōu)勢(shì)：存儲(chǔ)器為片內(nèi)閃存，寫入程序非?？旖?。所以該設(shè)計(jì)選用了 52 單片機(jī)作為單片主控制器。通過(guò)鍵盤可以直接輸入其指令，鍵盤輸入可以直接影響到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的穩(wěn)定性。每個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，當(dāng)鍵被按下，開(kāi)關(guān)閉合，當(dāng)鍵被釋放，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。所以系統(tǒng)接收到的鍵盤接口信號(hào)就是系統(tǒng)輸入信號(hào) 儔楝庵 電子秤設(shè)計(jì)需要設(shè)置數(shù)字按鍵、確認(rèn)、刪除、取消鍵等功能鍵，所以經(jīng)過(guò)綜電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 10 儔楝庵 合考慮，設(shè)計(jì)選擇了 4 4 矩陣鍵盤。這樣單片微控制器的一個(gè)端口就可以形成矩陣式鍵盤，比之直接用端口線用于鍵盤要多出許多按鍵。 儔楝庵 顯示器部分的選擇 儔楝庵 顯示器通常也被稱作監(jiān)視器它是人機(jī)交互系統(tǒng)中重要的組成部分，顯示屏將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò) CPU 內(nèi) 部處理處理后直觀的顯示出來(lái)方便人們讀取。 儔楝庵 LED 實(shí)際為發(fā)光二極管。LED 主要特點(diǎn)如下：能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光、響應(yīng)時(shí)間極短 ()，高頻特性好，單色高亮，有小輕薄的特點(diǎn)，抗沖擊壽命長(zhǎng)。液晶是介于固體與液體之間的一種有機(jī) 物質(zhì)，它是一種分子具有方向性的液體我們稱之為“液態(tài)晶體”。液晶顯示器具有小輕薄的特點(diǎn)、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，并且無(wú)電磁輻射安全可靠，被動(dòng)顯示無(wú)眩光不刺激人眼。 儔楝庵 綜合考慮價(jià)格和性能的良好，液晶顯示器更適合設(shè)計(jì)中的電子秤。 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 11 儔楝庵 3 硬件電路的設(shè) 計(jì) 儔楝庵 傳感器電路設(shè)計(jì) 儔楝庵 傳感器的定義 儔楝庵 是一種感受所規(guī)定測(cè)量量的裝置，傳感器將感受信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)或其他形式的信號(hào)。其構(gòu)造通常由彈性敏感材料、電阻應(yīng)變片以及電路組成。傳感器輸出信號(hào)幅度變化較小，不方便被后級(jí)電路系統(tǒng)測(cè)量，而且信號(hào)還混有干擾等。隨后數(shù)字信息被送到內(nèi)部單片主 控制器進(jìn)行處理。傳感器把信息轉(zhuǎn)換為易傳輸和處理的信號(hào)，以供我們?nèi)祟愖R(shí)別。因此，傳感器在生產(chǎn)生活有著十分重要的作用，未來(lái)傳感器將達(dá)到一個(gè)嶄新 水平。實(shí)物圖如圖 32 所示。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高度優(yōu)勢(shì)，很適合該設(shè)計(jì)的要求。 儔楝庵 儔楝庵 圖 32 10kg 的壓力傳感器 儔楝庵 儔楝庵 放大和 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 儔楝庵 HX711 的介紹和引腳 儔楝庵 HX711 是 一種 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ，內(nèi)部自帶 128dB 增益放大。它的 集成度高、響應(yīng)快、抗干擾強(qiáng) 可以提高電子秤的可靠性?？扇我膺x取通道 A 或通道 B 作為輸入選擇開(kāi)關(guān)， A 為 128dB 或 64dB 增益值 ，滿額度輸入幅值分別為 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)開(kāi)機(jī)初始化的過(guò)程芯片自動(dòng)上電復(fù)位，簡(jiǎn)化操作步驟。 儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 13 儔楝庵 儔楝庵 圖 33 HX711 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 儔楝庵 儔楝庵 圖 34 HX711 芯片 外部管腳圖 儔楝庵 使用芯片內(nèi)部的時(shí)鐘振蕩器用到 14 管腳 15 管腳，當(dāng) 15 管腳等于 0 時(shí)的輸出速率為 10Hz。傳感器連接通道 A，通道 B 通過(guò)外部分壓電阻與電池連接，用于檢測(cè)電池電壓。由于是自帶放大電路簡(jiǎn)化所以系統(tǒng)的精度得到提高，降低了系統(tǒng)的干擾。芯片主要參數(shù)如表 32 所示。(AVDD/GAIN) 儔楝庵 V 儔楝庵 輸入共模電壓范圍 儔楝庵 儔楝庵 AGND+ 或 儔楝庵 V 儔楝庵 輸出數(shù)據(jù)速率 儔楝庵 使用片內(nèi)振蕩器， 15 管腳 0 儔楝庵 10 儔楝庵 儔 楝庵 Hz 儔楝庵 使用片內(nèi)振蕩器， 15 腳 =16 腳 儔楝庵 80 儔楝庵 外部時(shí)鐘或晶振， 15 腳 =0 儔楝庵 fclk/1,105,920 儔楝庵 外部時(shí)鐘或晶振， 15 腳 =16 腳 儔楝庵 fclk/138， 240 儔楝庵 輸出數(shù)據(jù)編碼 儔楝庵 二進(jìn)制補(bǔ)碼 儔楝庵 800000～ 7FFFFF(HEX)儔楝庵 儔楝庵 輸入零點(diǎn)漂移 儔楝庵 增益 =128 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 增益 =64 儔楝庵 儔楝庵 儔楝庵 輸入的噪聲 儔楝庵 增益 =128， 15 管腳 0 儔楝庵 50 儔楝庵 nV(ms)儔楝庵 增益 =128， 15 腳 =16 腳儔楝庵 90 儔楝庵 溫度系數(shù)值 儔楝庵 輸入零點(diǎn)漂移（增益 =128） 儔楝庵 177。 儔楝庵 儔楝庵 圖 35 HX711 電路 儔楝庵 儔楝庵 單片機(jī)控制電路 儔楝庵 該設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為主控制器。單片機(jī)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是系統(tǒng)必不可少的部分。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 37 所示。單片機(jī) 內(nèi)部集成了 包括運(yùn)算存儲(chǔ)、控制、輸入輸出 等 設(shè)備。 STC89C52RC/RD 系列單片機(jī)是新一代高速、低功耗的單片機(jī)。單片機(jī)的實(shí)物如圖 37 所示。 P0 作為 普通端口 ，需加上拉電阻 ；當(dāng) 總線擴(kuò)展用，不加 ； 儔 楝庵 ? 在系統(tǒng)、應(yīng)用均可編程，不需要專用編程器 /仿真器； 儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 17 儔楝庵 ? 任意輸入輸出口驅(qū)動(dòng)能力都可達(dá)到 20mA，但整個(gè)單片機(jī)最大不超過(guò)120mA； 儔楝庵 ? 有 EEPROM 功能；具有看門狗；外部晶體 20M 以下可省外部復(fù)位電路；儔楝庵 ? 可選擇外晶體 /時(shí)鐘或 R/C 振蕩器在下載程序時(shí)； 儔楝庵 ? 常溫下振蕩器頻率： 單片機(jī)為： 11MHz～ 17MHz； 儔楝庵 ? 16 位定時(shí)器有三個(gè)，其中一個(gè) 還可以當(dāng)做兩個(gè) 8 位定時(shí)器使用； 儔楝庵 ? 外部中斷 P0～ 3 共四個(gè) ,下降沿或低電平觸發(fā)； 儔楝庵 ? 工作溫度范圍值： 0～ 75℃ /40～ +85℃ ； 儔楝庵 ? PDIP 封裝 、 PLCC 封裝； 儔楝庵 STC89C52 單片機(jī)管腳及封裝 :儔楝庵 STC89C52 自身的封裝形式有多種，設(shè)計(jì)中選用的是 DIP40 封裝，其管腳定義如圖 38 所示。 儔楝庵 儔楝庵 圖 38 STC89C52 管腳圖 儔楝庵 表 33 89C52 引腳功能表 儔楝庵 引腳 儔楝庵 名稱 儔楝庵 功能 儔楝庵 40 儔楝庵 Vcc 儔楝庵 電源輸入 儔楝庵 20 儔楝庵 GND 儔楝庵 接地線 儔楝庵 18 儔楝庵 XTAL2 儔楝庵 振蕩器輸入口，外部連接晶振 儔楝庵 19 儔楝庵 XTAL1 儔楝庵 振蕩器反向輸出口，外部連接晶振 儔楝庵 32～ 39儔楝庵 ～ 儔楝庵 雙向 I/O 時(shí)，需上拉電阻，做總線擴(kuò)展時(shí)地址低 8 位 /數(shù)據(jù)復(fù)用口 儔楝庵 1～ 8儔楝庵 ～ 儔楝庵 8 位雙向 I/O 端口 儔楝庵 21～ 28儔楝庵 ～ 儔楝庵 8 位雙向 I/O，在總線方式時(shí)作為地址（高 8 位） 儔楝庵 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 儔楝庵 18 儔楝庵 10～ 17儔楝庵 ～ 儔楝庵 8 位雙向 I/O，具有第二功能 儔楝庵 9 儔楝庵 RST 儔楝庵 復(fù)位輸入端 儔楝庵 31 儔楝庵 ?EA 儔楝庵 外部訪問(wèn)使能端，高電平訪問(wèn)內(nèi)部程序，低訪問(wèn)外部存儲(chǔ) 儔楝庵 29 儔楝庵 ?PSEN 儔楝庵 訪問(wèn)程序儲(chǔ)存，低電平有效并讀外部存儲(chǔ)器 儔楝庵 30 儔楝庵 ALE/?PROG 儔楝庵 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 的輸出用于鎖存地址低位字節(jié) 儔楝庵 單片機(jī)最小系統(tǒng) 儔楝庵 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱最小系統(tǒng)。對(duì)于內(nèi)部資源已滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要時(shí)， 可以直接采用單片機(jī)最小系統(tǒng)。初始狀態(tài) 電源接通或復(fù)位后單片機(jī)復(fù)位。控制系統(tǒng)的第一步系統(tǒng)復(fù)位，隨后 控制 系統(tǒng) 回到 初始默認(rèn) 狀態(tài)下。液晶屏電路圖如圖 310 所示。 3 和 4 端口為內(nèi)部字庫(kù)和單片機(jī)接口的控制線。此顯示模塊可以顯示普通圖像型，也可以用內(nèi)部字庫(kù) IC，從字庫(kù) IC 中讀出內(nèi)置點(diǎn)陣數(shù)據(jù)寫入 LCD驅(qū)動(dòng) IC 中，最終顯示圖像。 儔楝庵 表 34 顯示屏引腳功能表 儔楝庵 引腳 儔楝庵 符號(hào) 儔楝庵 名稱 儔楝庵 功能 儔楝庵 1 儔楝庵 ROMIN 儔楝庵 內(nèi)部字庫(kù)接口 儔楝 庵 串行數(shù)據(jù)輸出端口 儔楝庵 2 儔楝庵 ROMOUT 儔楝庵 內(nèi)部字庫(kù)接口 儔楝庵 串行數(shù)據(jù)輸入端口 儔楝庵 3 儔楝庵 ROMSCK 儔楝庵 內(nèi)部字庫(kù)接口 儔楝庵 串行時(shí)鐘輸入端口 儔楝庵 4 儔楝庵 ROMCS 儔楝庵 內(nèi)部字庫(kù)接口 儔楝庵 為片選輸入端口 儔楝庵 5 儔楝庵 LEDA 儔楝庵 背地光源 儔楝庵 為正極，同 VDD 電壓（ 5V 或 ） 儔楝