【正文】 設(shè)計 ...................................................................................................... 18 A/D 轉(zhuǎn)換的實現(xiàn) ............................................................................................... 19 數(shù)據(jù)信號處理 .................................................................................................. 19 鍵盤掃描實現(xiàn) ................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 25 附錄 原理圖 ................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。現(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè) 務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。 我國的衡器在能在惡劣環(huán)境下工作、便于與計算機技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動化等特點，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個部門。 現(xiàn)狀及其發(fā)展 動態(tài) 電子衡器的現(xiàn)狀 電子衡器一般是指裝有電子裝置的衡器。 電子衡器的發(fā)展動態(tài) 電子衡器產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子秤到大型的電子稱重系統(tǒng)， 薄型或超薄型的圓形稱重傳感器，直接嵌入鋼板或鋁板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形 的秤體結(jié)構(gòu) ，稱重傳感器的數(shù)量和位置由秤的額定載荷和力學(xué)要求計算決定。 綜合性：電子稱重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品的應(yīng)用范圍不斷擴大，它已滲透到一些學(xué)科和工業(yè)自動控制領(lǐng) 破口，解決電子衡器中的工程化產(chǎn)品的定型設(shè)計。 2 系統(tǒng)方案的設(shè)計 稱重器的 工作原理 名詞 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 (一般成正比關(guān)系 )的電信號。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時， CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示 器顯示，或送打印機打印。 電子秤原理圖 見圖 21 所示。 （ 2） 稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。 荷測量裝置或二次儀表。 電子 稱 軟件部 還是穩(wěn)定性都是令人滿意的，它具有較好的標(biāo)定校準(zhǔn)方法，性能穩(wěn)3 定，操作簡單，價格低廉，滿足各行各業(yè)對現(xiàn)代電子衡器的需求。 優(yōu)點 。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的難度。 圖 25 單片機實現(xiàn)方案原理框圖 鑒于本電子秤的設(shè)計并不太復(fù)雜，單片機完全能實現(xiàn)所需功能， 所以在具體設(shè)計時，采用 了第三種 設(shè)計方案。 方案二 電容式傳感器 電容式傳感器是 以各種類型的電容器作為敏感元件，將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化 的傳感器 ， 它 具 有結(jié) 構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、可等優(yōu)點。 電 邊緣影響的條件下，平板電容器的電容量 C 為 dAC or??? (21) 4 一個參數(shù)，則電容量就將產(chǎn)生變化。受幾何尺寸限制，電容傳感器的電容量都很小，一般僅幾皮法至幾十皮法。故易受外界干擾，信號需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。其轉(zhuǎn)換電路 需要有專用的 測量電橋。 直流電橋的特點是信號不會受各元 件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 （ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對 試件影響小， 對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強，可在高溫、高壓、 額定稱重 —— 10Kg 。由于在量程范圍內(nèi)傳感器的線性較好，可以在不影響精確度的情況下近似認(rèn)為重物質(zhì)量與傳感器輸出信號線性對應(yīng)。當(dāng)采樣間隔終止時， D 變?yōu)楦唠娖?,模擬開關(guān)斷開 ,UB 則保持在斷開瞬間的值不變。對理想的采樣保持電路，要求開關(guān)沒有偏移并能隨控制信號 集成運算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。傳感器的輸出信號不僅電平低，內(nèi)阻高，還常伴有較高的共模電壓。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會使所測電壓造成偏差。 （ 3） 在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠小以保證 要求的信噪比。 我們考慮 了 以下幾種方案： 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。 方案三 采用專用儀表放大器，如： AD620， INA126 等。 以 AD620 為例，內(nèi)部結(jié)構(gòu) 見 圖 29所示 ： 圖 29 AD620的內(nèi)部等效圖 引腳圖 見圖 210 所示： 圖 210 AD620的接口圖 電路的工作原理： A A2 工作在負(fù)反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等。因此 RgVVi ininG ?? ?? （ 25） 設(shè)圖上圖中電阻 R1=R2=R，則 A A2 兩輸出端的電壓差 U12 為 )( 2112 RgRRiU G ??? )21)((RgRVV inin ??? ?? （ 26） 將式 公式 （ 26）代入 公 式（ 25）得 ))(21(12 VVUV ininO RgR ?? ????? （ 27） 放大器的增益 Av 為 7 VV UA inin OV ???? )21(RgR??? （ 28） 可見，僅需調(diào)整一個電阻 Rg，就能方便的調(diào)整放大器的增益。在接口圖（ 29）中， 通過改變可變電阻 R3 的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下： 13KG R ??? （ 29） AD620 具有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點。 AD620 在外接電阻 Rg時，可實現(xiàn) 1~1000 范圍內(nèi)的任意增益；工作電源范圍為177。 18V；最大電源電流為 ；最大輸入失調(diào)電壓為 125? V； 在 G=100 時 頻帶寬度為 120kHz。 A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成 正比的數(shù)字量 的裝置 ，也就是說能把被控對象的各種模擬信息變成計算機可以識別的數(shù)字信息。因此常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器有計數(shù)器式、雙積分式和逐次逼近式三種類型。常用的逐次逼近式傳感器有 ADC0809 和 AD574。操作員可以通過鍵盤向計算機輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)簡單的人 機對話。每一8 個鍵相當(dāng)于一個機械開關(guān)觸點， 按鍵未按下時，鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按鍵按下時，兩個觸點閉合。因此，相對于單片 機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。獨立式鍵盤接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵接口必須占用一根I/O 口線，在按鍵較多時， I/O 口線浪費較大?？?采用了 4 4矩陣式 輸出顯示 本模塊實現(xiàn)了人與電子秤的交互功能 ，由 4 4 位鍵盤和 6 位共陰極 LED七段碼二極管組成。使用者可以按動鍵盤鍵 09 以及小數(shù)點位來設(shè)定重物單價，以 kg 為單位。 顯示部分采用了當(dāng)今常用的 LED驅(qū)動芯片 MAX7219。 故本電子秤最終采用了該芯片作為 LED 驅(qū)動 。先簡單介紹了稱重器的工作原理及結(jié)構(gòu)組成 ，它主要分 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 、 稱重傳感器 、鍵盤輸入和顯示輸出三大塊。包括壓力傳感器、信號處理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機、 鍵盤和顯示電路幾種模塊。經(jīng)過論證，稱重傳感器采用電阻應(yīng)變式傳感器；信號處理部分采用 專 用儀表放大器 AD620， 此芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單 ； A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用我們熟悉的 AD574 轉(zhuǎn)換器 ， 利用不同的控制信號可以實現(xiàn)高精度的 12 位轉(zhuǎn)換和 8 位轉(zhuǎn)換 ；鍵盤采用矩陣式鍵盤， 顯示部分采9 用了當(dāng)今常用的 LED 驅(qū)動芯片 MAX7219。 系統(tǒng)主控 電路的設(shè)計 單片機芯片 AT89S51 介紹 芯片 AT89S51 主控制器采用 AT89S51 單片機作為微處理器， AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機 。 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 AT89S51 的主要特性 ? 片內(nèi) 程序存儲器 4KB 的 Flash 存儲器，允許在線編程； ? 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； ? I\O具有 32 給可編程 I\O線； ? 中斷系統(tǒng) 由 6個中斷源、五個中斷矢量 和 2級中斷優(yōu)先級 構(gòu)成 ； ? 串行口是一個全雙工的串行通信口； ? 具有兩個數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和 DPTR1； 11 ? 低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式； ? AT89S51 的電源電壓為 ； ? 具有片內(nèi)看門狗指令； ? 靈活在線編程方式； ? 具有掉電標(biāo)志 POF； 與 89C51 單片機相比， AT89S51 具有更突出的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在： ? 新增加了在線可編程功能 ISP（ IN— System Program） ,在現(xiàn)場程序調(diào)試和修改更加方便靈活； ? 數(shù)據(jù)指針增加到兩個，方便了對片外 RAM 的訪問過程； ? 新增加了片內(nèi)看門狗定時器 WDT，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力； ? 增加了掉電標(biāo)志； ? 增加了掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式。 VCC/GND： 電源 /接地 引腳； P0 口： P0 是一個 8 位漏極開路型 雙向 I/O 端口，端口置 1(對端口寫 1)時作高阻抗輸入端； P0 還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來操作外部存儲器。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收指令字節(jié)、校驗程序、輸出指令字節(jié)時，要求外接上拉電阻； P1 口： P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口，輸出時可驅(qū)動 4個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2 口在存取外部存儲器時，可作為高位地址輸出；內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8位地址和控制信息； P3 口： P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口，輸出時可驅(qū)動 4個 TTL。 P3 引腳功能復(fù)用 見表 31所示 ： 表 31 P3引腳功能復(fù)用 RST： 在振蕩器運行時，有兩個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上的高電平出現(xiàn)在此管腳