【正文】 期的水平，少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。 在國際上，一些發(fā)達(dá)國家在電子稱重力一面，從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方到了較高的水平。其中梅特勒一托利多公司生產(chǎn)的 BBK4 系列高精度電子秤精度達(dá)到了 1mg，速度大約為 1 次/秒。在稱重傳感器方面，國外產(chǎn)品的品種和結(jié)構(gòu)又有創(chuàng)新，技術(shù)功能和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 隨著數(shù)字信息時代的到來，在工業(yè)過程檢測和稱重計量與控制系統(tǒng)中，數(shù)字化電子稱和數(shù)字稱重系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。在此基礎(chǔ)上還增加了鍵盤控制及閾值報警功能，隨時可改變稱重上限閾值，調(diào)節(jié)單價，顯示總價格，去皮處理等功能，使本產(chǎn)品進(jìn)一步智能化，更接近本次設(shè)計的設(shè)計理念。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 21 所示。 LED（數(shù)碼管）是 lightemitting diode的縮寫，它經(jīng)過合理的設(shè)置可以完成顯示被測物質(zhì)量、單價、總價以及可測上限值的任務(wù)，并且經(jīng)濟(jì)耐用。的視角，可以在較遠(yuǎn)的距離上 看清楚。 方案二 ： 采用 LCD（液晶屏）顯示。另外，液晶顯示有功耗低，體積小，質(zhì)量輕，壽命長，不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點。 芯片的選擇方案 方案一：采用 AD7810 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器件。該產(chǎn)品有 8 腳DIP 和 SOIC 兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時鐘。在自動低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為 1kSPS 時的功耗僅為 27μW，因此特點適合于便攜式儀表及各種電池供電的應(yīng)用場合使用。 ADC0809 是采樣分辨率 為8 位的、 微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。 它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 的選擇方案 方案一：采用傳統(tǒng)的 8 位的 51 系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。而且我們做的很多產(chǎn)品都是在 51 的基礎(chǔ)上完成，對 51 系列的單片機(jī)相對來說較為熟悉。 ARM2138 具有強(qiáng)大的存儲空間，內(nèi)嵌 32K 片內(nèi)靜態(tài) RAM 和 512K 的 flash 存儲器，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)可編程（ ISP）、在應(yīng)用可編程 (IAP)， 2 個 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 1 個 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換迅速準(zhǔn)確，引腳資源豐富，多達(dá) 47 個可承受 5V電壓的通用 I/O 口，多個串行接口，包括 2 個 16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、 2 個高速 I2C 接 口（ 400Kb/s）、 SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的 SSP。 綜上分析，由于考慮到器件的價格 、現(xiàn)有資源 和對器件的掌握程度，控制器模塊選擇方案一。 A D C 0 8 0 9放 大 電 路電 阻 應(yīng) 變 式傳 感 器L C D 顯 示鍵 盤 報 警 電 路C P U 單 片 機(jī)被 測 質(zhì) 量 圖 21 基于單片機(jī)控制的電子秤的基本組成框圖 傳感器的測量電路選用全橋電路，由四個電阻應(yīng)變計組成。但是由于此電壓信號過于微弱，難以被ADC0809 采集，則需經(jīng)過放大電路放大才能經(jīng) ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。本設(shè)計還增加了鍵盤和報警電路，鍵盤的功能是調(diào)節(jié)滿量程的上限值和當(dāng)前的單價，如果被測量的物質(zhì)重量超出所設(shè)定的滿量程上限值，則蜂鳴器報警，否則顯示當(dāng)前的重量、單價和相對應(yīng)的總價。本次設(shè)計所采用的傳感器如圖 31 所示。常用的電阻應(yīng)變計有兩種：電阻絲應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計，本設(shè)計中采用的是電阻絲應(yīng)變計，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用 。因此當(dāng)溫度變化時，在被測體受力狀態(tài)及大小不變時，輸出電壓會有一定的變化。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。 電阻應(yīng)變式傳感器測量電路的設(shè)計 全橋測量電路（全橋電路如圖 32 所示）中，將受力狀態(tài)相同的兩片應(yīng)變計接入電橋?qū)?，不同的接入鄰?[8]。其中 K 為應(yīng)變靈敏系數(shù)， ε為電阻絲長度相對變化， E 為電橋供電電壓。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能精確測量出很小的電阻變化，電阻應(yīng)變傳感器中常用的是橋式測量電路 [8]。其特點是：當(dāng) R1R3＝ R2R4時，電橋輸出 Uo 為零，電橋處于平衡狀態(tài)，否則電橋不平衡，就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 測量電路是電子秤設(shè)計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)整好測量的范圍的精確度，以減小測量數(shù)據(jù)的誤差。 其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。 芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 33 ADC0809 芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)示意圖 由圖 33 可知， ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖 34 ADC0809 芯片的引腳結(jié) 構(gòu)示意圖 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端； D0～ D7： 8 位數(shù)字量輸出端； A、 B、 C： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路； ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效； START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換）； EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）； OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。要求時鐘頻率不高于 640KHZ； REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓； Vcc：電源，＋ 5V； GND：地。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng) OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上 [12]。由于 ADC0809 芯片的 時鐘頻率的要求，則需將 單片機(jī)的ALE 信號分頻再傳給 ADC0809，本設(shè)計選用兩個 D 觸發(fā)器對 ALE 信號進(jìn)行分頻。 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路原理圖 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 芯片簡介 AT89C52 是 51 系列 單片機(jī) 的一個型號，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 AT89C52 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程 )。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89C52P 為40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微 處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。 芯片的引腳說明 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器 或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 圖 36 AT89C52 芯片引腳圖 P1 口： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。對端口 P2 寫 ―1‖，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問 8 位地 址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對 P3 口寫入 ―1‖時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。 RST： 復(fù)位輸入。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。 PSEN 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 PSEN 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 EA/VPP： 外部訪問允許。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 顯示系統(tǒng)電路的設(shè)計 液晶顯示簡介 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。 液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（ Static）、單純矩陣驅(qū)動（ Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（ Active Matrix）三種。 用 LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 ―1‖，其它的為 ―0‖，為 ―1‖的點亮，為 ―0‖的不亮。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可 [13]。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 16 腳：背光源負(fù)極 顯示電路的硬件設(shè)計 LCD1602 的電路設(shè)計如下圖所示： 圖 38 LCD1602 的結(jié)構(gòu)圖 其中數(shù)據(jù)口接單片機(jī)的 P0 口， E 接 ， RS 接 ， RW 接 。其設(shè)計電路如圖39所示，將蜂鳴器的正極接 VCC，負(fù)極接三極管 8550的集電極， 8550的基極串聯(lián)一個 2K 的電阻再接到 CPU的 口，當(dāng) 為高電平時， 8550 無法導(dǎo)通，蜂鳴器不叫，當(dāng) 為低電平時， 8550 導(dǎo)通，蜂鳴器 報警 。 開 始LCD1602初 始 化顯 示 初 始 化AD數(shù) 據(jù) 采 集及 處 理鍵 盤 掃 描 及 處 理 圖 41 主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集及處理子程序的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集由 ADC0809 芯片來完成，主要分為啟動、讀取數(shù)據(jù)、等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、采集的數(shù) 據(jù)求和、取平均（退出）幾個步驟。其轉(zhuǎn)換方式可以采用程序查詢方式，延時等待方式和中斷方式三種。 A D 采 集 子 程 序啟 動 A D C 0 8 0 9將 所 采 集 的 數(shù) 據(jù)相 加是 否 已 采 集 1 0 次 ？采 集 數(shù) 據(jù)返 回 主 程 序采 集 數(shù) 據(jù) 取 平 均YN等 待 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 圖 42 AD 數(shù)據(jù)采集及處理子程序流程圖 數(shù) 據(jù)處理子程序