【正文】 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 4 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計要求 設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下： 1) 要求電子秤可稱體重范圍 。 3) 價格計算功能 。設(shè)計滿足市場需求的 實用數(shù)顯電子稱 。 前端信號處理時，選用放大、 A/D 轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用液晶顯示器?？梢燥@示所稱量的物體信息相關(guān)內(nèi)容。由于系統(tǒng)需要的按鍵較多，因此要采用 4*4 矩陣鍵盤。 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 5 圖 1系統(tǒng)原理框圖 設(shè)計要完成的任務(wù) 根據(jù)單片機(jī)最小系統(tǒng)、外圍電路的要求和整體設(shè)計思路，本設(shè)計要做的具體的工作主要有一下幾個方面： 1)按照初步方案畫出硬件框圖、電路圖及制板。 3)焊接電路以及功能電路的軟硬件調(diào)試。 放大電路 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 報警電路 主控制器 LCD 顯示 鍵盤輸入 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 6 第 3 章 .系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 數(shù)據(jù)采集模塊電路的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集模塊電路包括：（ 1）、壓力傳感器輸出信號的放大電路部分，壓力傳感器將接收到的壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號輸出，放大電路的作用就是將其電信號進(jìn)行放大處理。此外還包括 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路部分。 這種應(yīng)變片式傳感器是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，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。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。如圖 22 所示為常見的直流供電的平衡差動測量電橋： R 1 ▲ R 1R 2 + ▲ R 2R 4 + ▲ R 4R 3 ▲ R 3E i nE o u t 圖 22 直流供電的平衡差動測量電橋 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 12 圖中， 錯誤 !未找到引用源。 時，則電橋輸出電壓或電流為零，這時電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)彈性體受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。 本設(shè)計中選用最終方案我們選擇的是 NSTH1系列壓力傳感器，額定載荷10Kg，該壓力傳感器均采用全橋式等臂電橋。壓力傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置 [4]。而傳感器檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥? 單片機(jī)性能 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 13 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號，而且能達(dá)到較高的性能價格比。影響性能價格比的因素除單片機(jī)的性能價格外，還包括硬件和軟件設(shè)計的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工 具的性能價格比。與研制周期有關(guān)的另一個重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 AT89S 系列與 AT89C 系列相比，運算速度有了較大的提高，它的靜態(tài)工作頻率為 0~33MHz，片內(nèi)集成有雙數(shù)據(jù)指針 DPTR、定時監(jiān)視器 (看門狗 )、低功耗休閑狀態(tài)及關(guān)電方式、關(guān)電方式下的中斷恢復(fù)等諸多功能，極大地滿足了各種不同的應(yīng)用要 求。另外，它還增加了一個功能極強的、具有獨特應(yīng)用的 16 位定時／計數(shù)器等多種功能。并且下載電路可設(shè)計在系統(tǒng)中，可以隨時修改單片機(jī)的軟件而不對硬件做任何改動。 AT89S52 單片機(jī)芯片的學(xué)習(xí) ? 功能特征描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 14 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 ? 引腳功能 VCC： 電源 GND: 接地 P0口 ： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0 端口寫 “1” 時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗時，需要外部上拉電阻。對 P1 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 表 1： 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 15 P2口： P2 口 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在 flash編 程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 表 2： 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出 ） INT0 (外部中斷 0) INT1 (外部中斷 1) T0（定時器 0外部輸入） T1定時器 1外部輸入） WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RST： 復(fù)位輸入。看門狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在 flash編程時，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。 然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。這一位置 “1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指令時有效。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當(dāng)AT89S52從外部 程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。在 flash編程期間， EA 也接收 12伏 VPP電壓。 XTAL2： 振蕩 器反相放大器的輸出端。單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運行。 AT89S52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入和輸出端。如圖 2所示，外接石英晶體或者陶瓷諧振器以及電容 C1， C2接在放大器的反饋電路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。晶振的振蕩頻率是— 12MHZ之間，本設(shè)計選擇 12MHZ，因為晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運行速度也就越快。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕 復(fù)位兩種方式，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，除進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動，也可以通過監(jiān)視定時器來強迫復(fù)位。 本設(shè)計采用的上電復(fù)位電路如圖 3所示，上電復(fù)位電路是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 18 圖 3 上電復(fù)位電路 在本設(shè)計中，當(dāng)電源接通后，單片機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。 系統(tǒng)復(fù)位對于本系統(tǒng)是執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0832與 AT89S52單片機(jī)的接口電路 ADC0832 的介紹 ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。 ADC0832具有以下特點： ● 8 位分辨率； ● 雙通道 A/D轉(zhuǎn)換； ● 輸入輸出電平與 TTL/CMOS相兼容； 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 19 ● 5V 電源 供電時輸入電壓在 0~5V之間； ● 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS ； ● 一般功耗僅為 15mW； ● 8P 、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC多種封裝； ● 商用級芯片溫寬為 0176。C? ，工業(yè)級芯片溫寬為 40℃ to +85℃ 下面 介紹 0832的引腳功能： ? CS 片選使能，低電平芯片使能 ? CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用 ? CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 ? GND 芯片參考 0電位（接地） ? DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 ? DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制 ? CLK 芯片時鐘輸入 ? Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（ 復(fù)用） 圖 5 ADC0832芯片 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS ，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能 的選擇。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 20 ADC0832 與單片機(jī)接口電路設(shè)計 ADC0832 的 CS 作為選通信號，在時序圖中可以看到，以 CS 置為低電平開始，一直到置為高電平結(jié)束。 DI、 DO作為數(shù)據(jù)端口。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為 “1” 、“1” 時，只對 CH1 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “0” 、 “1”時，將 CH0 作為負(fù)輸入端 IN， CH1 作為正 輸入端 IN+進(jìn)行輸入。在 程序讀取二個數(shù)據(jù)后，我們可以加上檢驗來看看數(shù)據(jù)是否被正確讀取。但由于 DO 端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以 電路設(shè)計 時可以將DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 。的組成有以下兩種方案可供選擇：一是 LED 數(shù)碼管顯示 ,二是采用可以設(shè)置顯示重量，單價，金額等的 LCD，它具有低功耗、可視面大及抗干擾能力強等功能，其顯示技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。其引腳圖如圖 6 所示。它在特定的溫度范圍內(nèi)，既具有液體的流動性，又具有晶體的某些光學(xué)特性，其透明度和顏色隨電場、磁場、光照度等外界條件變化而變化。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 22 是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件。通過編程實現(xiàn)自動關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，通過內(nèi)部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制，并且還能利用空余的空間自定義字符。本設(shè)計中 AT89S52 的 ~ 口分別與 LCD1602 的DB0~ DB7 口相接作為數(shù)據(jù)線，每個口接上拉電阻后接 +5V 電源，要求從電源高電平引出的電阻接到輸出。系統(tǒng)中的 VSS 和 E1 接地電源， VDD 和 E2接 +5V 電源， E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令， RS 為寄存器選擇， RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 LCD1602 與 AT89S52 的接線圖如圖 7所示。編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和一個選通脈沖。這種鍵盤使用方便，所需程序簡單，但硬件電路復(fù)雜，常不被單片機(jī)采用。獨立式鍵盤的工作過程與 矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計都比較簡單 。適用于所需按鍵較少的場合。在本設(shè)計的電子秤系統(tǒng)中，帶有 16 個按鍵矩陣組設(shè)置，其中 0— 9 數(shù)字鍵用于輸入單價，還有確認(rèn)，點，刪除和清零的功能，確認(rèn)用于確認(rèn)出入的單價 ，點是用來輸入小數(shù)點，刪除S4 S3 S2 89S52 +5v 圖 9 獨立式鍵盤接口 S1 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 24 用于刪除錯誤的輸入，當(dāng)計算完一種物品的價格后清除所有的結(jié)果，這是用到清零鍵，此外還設(shè)有 2 個備用鍵。 74C922為 CMOS 工藝技術(shù)制造，工作電壓為 3— 15V， “ 二鍵鎖定 ” 功能，編碼輸出為三芯輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)線相連，內(nèi)部振蕩器完成 44 矩形鍵盤掃描。 圖 10 矩陣 鍵盤電路模塊與 AT89S52 單片機(jī)接口電路圖 矩陣鍵盤的特點：電路連接復(fù)雜，但提高了 I/O