【正文】 并顯示。 本次課設(shè)完成的電子秤的主要優(yōu)點是： (1) 實時測量與監(jiān)控。 (3) 超值報警功能。 (5) 顯示速度快、準確。 物體重量是實際應(yīng)用中非常重要的物理量，所以它的測量工具在工作和生活中經(jīng)常被使用。物品稱量是市場交易中很基本的活動，是商業(yè)領(lǐng)域最基本的衡具。傳統(tǒng)的量具是桿秤或盤秤，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 20 世紀 70年代開始出現(xiàn)了電子秤。與普通器具相比，數(shù)字電子秤具有 數(shù)字直接顯示被稱物體的重量、精度高、性能穩(wěn)定、測量準確、使用方便等優(yōu)點。 隨著大規(guī)模集成電路、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在測試技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的電子測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測試儀器 —— 智 4 能儀器。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何用簡單便宜，性能良好的元器 件制造出對人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢 數(shù)字電子秤在各種生產(chǎn)領(lǐng)域和人民日常生活中得到廣泛應(yīng)用，按原理分為電子秤、機械秤和機電結(jié)合秤，按功能分為計數(shù)秤、計價秤、計重秤，按用途分為工業(yè)秤、商業(yè)秤、特種秤。 用電子秤稱重的過程是把被測物體的重量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。放大后的模擬信號經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。 秤的工作原理 當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，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（一般呈正比關(guān)系）的電信號（電壓或電流等），此信號由放大電路進行放大濾波等后再由模數(shù)（ A/D）器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處理器的 CPU 進行處理， CPU不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進行必要的判斷，分析，由儀表的軟件來控制各種運算。 由于在實際的工作當中稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此我們還需要設(shè)計過載提示和聲光報警等功能。單片機經(jīng)過相應(yīng)的處理后，得出當前所稱物品的重量及金額，然后再顯示出來。 這種高精度的電子秤體積小，計量準確，攜帶方便，集質(zhì)量稱量功能與價格計算功能于一體，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用要求。 測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路等）處理后，送 A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鬟€可以通過對擴展 I/O 的控制，對鍵盤進行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進行控制，數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能 。不宜采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?CPLD、 FPGA 來實現(xiàn)。本系統(tǒng)狀態(tài)較多，難度較大。內(nèi)部帶有 8KB 的程序存儲器，在外面擴展了 32K數(shù)據(jù)存儲器，以滿足系統(tǒng)要求。 A/D 轉(zhuǎn)換器 壓力傳感器 ＡＴ８９Ｓ５２單片機 鍵 盤 LED 顯示 放大電路 圖 總體方案框圖 6 數(shù)據(jù)采集部分 傳感器 傳感器 工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。 在設(shè)計中，傳感器是一個十分重要的元件，因此，對傳感器的選擇，也顯得特別的重要，不僅要注意其量程和參數(shù)，還要考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計的難易程度和設(shè)計的性價比等。在實際工作中要求傳感器的有效量程在 20%～ 80%之間，線性好，精度高。又因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以在本設(shè)計中我們選用的是全橋差動式傳感器。 所以 我們 最終選擇的 是 上海開沐自動化有限公司生產(chǎn)的 NSTHI 系列稱重傳感器，額定載荷 20kg，該傳感器均采用全橋式等臂 電橋。可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。 非線性 Nonlinearity %. 177。 蠕變恢復(fù) Creep recovery 零點輸出 Zero balance %. 177。 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） 溫度補償范圍 Temperature Compensation range ℃ － 10～＋ 50 允 許 溫 度 范 圍 Safe Temperature Range ℃ － 20～＋ 60 允許過負荷 Safe overload %. 120 極限過負荷 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 數(shù)據(jù)采樣保持器 進行模數(shù)變換時，從啟動變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時間， 8 即 A/D 轉(zhuǎn)換的孔徑時間。 采樣 /保持器通常由保持電容器、模擬開關(guān)和運算放大器組成。 采樣保持器的原理：如圖，當開關(guān)閉合時， V1 通過限電流電阻向電容 C 充電，在電容值合理的情況下， V0 隨 Vi 的變化而變化；當 K斷開時，由于電容 C有一定的容量，此時輸出 V0 保持輸入信號再開斷開瞬間的電平值。 但如果輸入模擬量是直流量或者被測信號模擬量隨時間變化非常緩慢，采樣 /保持（ S/H）電路可以省去。 我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用： 方案 一 、利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器。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就會直接影響最后的測量精度。 方案 二 、由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。 圖 差動放大器 電阻 R1 、 R2 電容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于濾除前級的噪聲， C1 、 C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C3 、 C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲。 方案 三 、 采用專用儀表放大器，如： INA126， INA121 等。 以 INA126 為例 ,接口如下圖 所示： 10 圖 INA126構(gòu)成的放大器及慮波電路 放大器的增益取決于外部電阻 RG，其增益 G為 5+80kΩ /RG。 A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種能把數(shù)入模擬電壓或電流變成與它成 正比的數(shù)字量。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，從原理上通?？煞譃橐韵滤姆N：計數(shù)器式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，并行 A/D 轉(zhuǎn)換器 。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 的抗干擾能力很強，轉(zhuǎn)換精度也很高，但速度不夠理想，常用于數(shù)字式測量儀表中。計算機中廣泛采用逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換 器 作為接口電路，它的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度也高。采樣頻率高， 功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型 A/D 轉(zhuǎn)換器件 ， 因而具有較寬的應(yīng)用范圍，如便攜式／電池供電儀表、筆輸入量化器、工業(yè)控制和數(shù)據(jù)／信號采集器等。 ADC0809 是一個 8 通道 8位 逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器 ,帶有 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它的輸入模擬電壓是 0~5V，是單極性的。故我們最終選擇 逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器 ADC0809。圖 給出了一個 3X8 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連。當鍵盤的數(shù)量大于 8 時，一般都采用矩陣式鍵盤?？梢圆捎么袀鬏敚?LCD 的全中文界面顯示，使得顯示內(nèi)容豐富 。容易產(chǎn)生 影像拖尾現(xiàn)象 ， 足夠快的響應(yīng)時間才能保證畫面的連貫。 方案 二 、 采用 LED 數(shù)碼管顯示。 但發(fā)光效率高，生產(chǎn)成本低，性能穩(wěn)定，高效，節(jié)能壽命長， 顏色鮮艷，易于觀察，經(jīng)濟實惠， 性價比高。 對于該題而言，因為顯示的內(nèi)容并不多，所以選用 LED 顯示會更好。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。 13 3 硬件電路設(shè)計 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 根據(jù)設(shè)計要求與設(shè)計思路，此電路由單片機 AT89S52，壓力傳感器，前端信號處理， A/D轉(zhuǎn)換器，鍵盤控制，報警電路和 LED 顯示等部分組成。 由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mv,對 A/D 轉(zhuǎn)換或單片機的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機正常工作，所以需要對輸出的信號進行放大。單片機根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號計算出物體的重量。它在一塊芯片上集成了中央處理單元 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種輸入 /輸出（ I/O），如并行I/O、串行 I/O 和 A/D 轉(zhuǎn)換器等。典型的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 MCS51系列單片機，是 Intel 公司繼 MCS48系列單片機之后，在 1980 年推出的高檔 8 位單片機。這個系列單片機的最大特點就是在片內(nèi)含有 Flash存儲器，AT89S52 單片機是 ATMEL 公司新近推出的高檔型 AT89S 系列單片機中的增強型產(chǎn)品 。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的 80C51 指令集兼容。通過把通用的8位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個芯片上， AT89S52 便成為一個高效的微型計算機。 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 空閑模式下 ,CPU暫停工作 , 而 RAM定時計數(shù)器 ,串行口 ,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù) ,停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 在本設(shè)計中我們使用的是 PDIP 封裝形式 。圖 AT89S52 的 PDIP 封裝結(jié)構(gòu)圖。每根線可以單獨用作輸入或輸出。在作為輸出口時，每根引腳可以帶動 8個 TTL 輸入負載。當對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P0 可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)總線，在該模式， P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。 （ 2） P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P1 口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個 TTL 輸入。 P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉 低的引腳會輸出一個電流。 另外， 與 可以配置成定時 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入端（ ）與定時 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入端（ ），如表 31所示。對端口寫 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。 在訪問外部程序存儲器或 16 位的外部數(shù)據(jù)存儲器（ 如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令 ）時， P2口送出高 8 位地址，在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（ 如執(zhí)行MOVX RI 指令 ）時， P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。 （ 4） P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口， P3 口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個 TTL 輸入。 P3口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那 些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對 Flash編程和程序校驗期間， P3口還接收一些控制信號。 在振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使其單片機復(fù)位。在SFR AUXR（地址 8EH）寄存器中的 DISRTO 位可以用于屏蔽這種功能。 3． ALE/PROG 地址鎖存允許信號。在對 Flash 存儲器編程時，這條引腳用于輸入編程脈沖 PROG。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中，會跳過一個 ALE 脈沖。在單片機處于外部執(zhí)行方式時，對 ALE 屏蔽位置 “1” 并不起作用。 它用于讀外部程序存儲器。在對外部數(shù)據(jù)存儲器的每次存取中， PSEN 的 2次激活會被跳 過。 為了確保單片機從地址為 0000H～ FFFFH 的外部程序存儲器中讀取代碼，故要把 EA 接到 GND 端，即地端。當執(zhí)行內(nèi)部程序時， EA 應(yīng)接到 Vcc。 6． XTAL1 振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。單片機的時鐘信