【正文】 .....30 附錄 C 電路圖 ...........................................33 附錄 D PCB設(shè)計(jì)圖 ........................................34 附錄 E 實(shí)物圖 ...........................................35 附錄 F 器件清單 .........................................37 附錄 G 設(shè)計(jì)程序 .........................................38 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁 共 47 頁 1 引言 隨著 電子 科技時(shí)代的 不斷進(jìn)步 ， 現(xiàn)代 微電子學(xué) [1]計(jì)算機(jī)等一些現(xiàn)代電子技術(shù)的成 果 給傳統(tǒng)電子測量帶來了巨大沖擊。 20 世紀(jì) 90 年代 以來 ， 電子科學(xué)技術(shù)和 工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平提高 了多個(gè)層次 ，各行 各業(yè)對稱重 計(jì)量 產(chǎn)品 的要求也逐漸提高。 目的及意義 稱重計(jì)量 在 人類生活中 已然至關(guān)重要 。 最 近幾年，稱重技術(shù)取得了日新月異的發(fā)展，電子稱在稱重計(jì)量領(lǐng)域的地位 十分 重要。目前，電子秤正逐步取代 傳統(tǒng)的 機(jī)械秤， 比如桿秤，磅秤，帶動(dòng)了 電子秤 的進(jìn)一步 深入的研究。 目前市場上使用的稱量工具，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或運(yùn)行不可靠，成本高且整體水平低， 部分小型企業(yè)質(zhì)量差且技術(shù)薄弱，設(shè)備不全，產(chǎn) 品的開發(fā)能力 欠缺， 產(chǎn)品質(zhì)量 在 低水平 線 。 本設(shè)計(jì)以智能電子測量為設(shè)計(jì)方向， 在原本的電子秤系統(tǒng)上加以改善和提高，增加基本功能和人性化功能，滿足市場的消費(fèi)需求， 使產(chǎn)品進(jìn)一步智能化 和人性化 ，更加接近本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念。作為一種計(jì)量方法， 一直 被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域， 并且發(fā)揮著巨大的不可缺少的作用， 與 人 們 的生活息息相關(guān)。自 60 年代初期 了 出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過多年 一步步 的改進(jìn)和完善，我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型 、 數(shù)字智能型 。 總結(jié) 分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況 和 國內(nèi)外市場 對電子秤的 需求，電子衡器的發(fā)展趨 向于 智能化、小型化、 集成化、模塊化 ；其技術(shù)性能朝速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高 等多 方面發(fā)展；其功能趨向 于 稱重計(jì)量控制信息與非控制信息并重的 “ 智能化 ” ；其應(yīng)用性能趨向 于 綜合性 、 組合性。作 為重量測量儀器，智能電子秤在各行各業(yè)顯現(xiàn)了其測量準(zhǔn)確，測量速度快，易于實(shí)時(shí)測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測量稱，成為測量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。上海友聲衡器有限公司 ,產(chǎn)品特點(diǎn)： (1)、電路集成度高，簡單可靠。產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊跟電子技術(shù)的發(fā)展潮流，從傳感器供電電路、主機(jī)電路的設(shè)計(jì)到器件選擇，均符合低功耗這個(gè)要求。特別是在準(zhǔn)確度和可靠性等方面有了很大的提高。其中，美國西 特 (Setra)品牌成立于 1967 年，以電容技術(shù)而聞名于世界，其革命性的高精度可變電容的原理，已取得了 30 多項(xiàng)專利，從 1982 年開始， Setra(西特 )將其高超的電容技術(shù)應(yīng)用到電子天平，設(shè)計(jì)出了極具競爭力的電子天平和各種稱重系統(tǒng)。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。 工作原理 在電子秤托盤放上物品 ，重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨即產(chǎn)生力－電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)變成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)部存儲(chǔ)器，需要顯示時(shí)， CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)部存儲(chǔ)器中讀出送到顯示器顯示。分度值 ～ ；精度等級(jí)Ⅲ級(jí) （ 2）測量物體質(zhì)量并顯示 （ 3）輸入物品單價(jià)后計(jì)算總價(jià)并顯示 （ 4）去皮功能 （ 5）計(jì)算多種物品的總價(jià)功能（累加） 按照本設(shè)計(jì)功能的要求，本設(shè)計(jì)大致可分為四個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、人機(jī)交換模塊。 89C52 是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 89C52 單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合 [7]。 方案二：采用 32 位的 ARM2138 作為系統(tǒng)控制器。但價(jià)格相對較高。 傳感器的選擇 在設(shè)計(jì)中 ,傳感器是一個(gè)十分重要的元件 ,因此對傳感器的選擇也顯的特別重要和謹(jǐn)慎 ,不僅要注意量程和參數(shù) ,還要考慮與其相配置的各種電路的 設(shè)計(jì)難易程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等。為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精確度，克服傳感器在低量程段線性度差這一缺點(diǎn)，在實(shí)際工作中，要保證稱重傳感器的有效量程得在 20%～ 80%之間，這樣才能確保電子秤的線性好，精度高。 。這樣可以滿足本系統(tǒng)的精度要求 . 傳感器是測量機(jī)構(gòu)里最重要的部件之一。 方案二：壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度高，壽命較長，但大量程的壓力傳感器有待進(jìn)一步去研究。 綜合考慮穩(wěn)定性、精度、靈敏度 、使用壽命時(shí)間長短和對環(huán)境的要求等方面 ,考慮到本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的是電子秤的絕對壓力值，同時(shí)為了簡化電路，要提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，最后選擇方案三，使用具有溫度補(bǔ)償能力的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。 AD7810 是美國模擬器件公司（ Analog Devices）生產(chǎn)的一種低功耗、 10位高速串行 AD 轉(zhuǎn)換器。在自動(dòng)低功耗模式下，該器件轉(zhuǎn)換吞吐率為 1kSPS時(shí) ， 僅 有 27μW 功耗 ，因此 特別 適合在便攜式儀表 和 各種電池供電的場合 應(yīng) 用。 hx711 是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的 24位 AD 轉(zhuǎn)換器芯片。芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 AD 轉(zhuǎn)換器提供電源。 綜合比較二者的優(yōu)缺點(diǎn) 和對設(shè)計(jì)產(chǎn)品精確度的考慮， 最終選擇 hx711芯片作為 AD轉(zhuǎn)換器 。 LED（數(shù)碼管）是 lightemitting diode 的縮寫，它根據(jù)設(shè)置可以完成顯示被測物體質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)、累加價(jià)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)的地方看清楚。 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，無電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)。 總體方案 綜合考慮本次設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)有元器件資源、元器件價(jià)格和對元器件的熟悉掌握程度，本次設(shè)計(jì)選用 89C52 作為 CPU 控制器， hx711 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器件， LCD1602 作為顯示器件，再配以其他相關(guān)元器件來實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)。 89C52 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合 [8]，靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本 [9]。 （ 2） GND 電源接地端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。 89C52 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， 89C52便能完 成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。 當(dāng) 訪問外部存 儲(chǔ) 器時(shí)， ALE 信號(hào)負(fù)跳變來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器 (如 74LS373)，將端口 P0 的地址總線 (A0A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。當(dāng)問外部存儲(chǔ)器期間， 將以 1/12 振 蕩頻率輸出。因此 在 8031 中， EA 引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器空間。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM、 89C51 內(nèi)部 FALSH 時(shí) ，可以利用此引 腳來輸入提供編程電壓（ 8751 為 2lV、 AT89C51 為 12V、 8051 是由生產(chǎn)廠方一次性加工好 )。訪問外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ) 器指令時(shí)，不產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)，在訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向 I／ O 口用。 （ 9） P1 口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O 口 )，其輸出可 以推動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 （ 10） P2 口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O 口 )，當(dāng)訪問外 部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高 8 位地址。 每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LSTL 負(fù)載。 單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) CPU控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路如圖 ： 圖 CPU 控制電路的設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 47 頁 圖 中， P0 口作為 LCD1602的數(shù)據(jù)端， P1 口接鍵盤控制電路， P2口作為 A/D 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸 入端， 接 報(bào)警電路 。傳感器首先要考慮 它的工作環(huán)境是否適合 ，這 是 正確使用傳感器 并且取得良好的精確度 至關(guān)重要 的一點(diǎn) ，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。 圖 應(yīng)變式傳感器安裝圖 電阻應(yīng)變式傳感器 的組成有三部分，即 電阻應(yīng)變 片 、彈性體和測量電路三部 分 。 檔托盤上放上物體后， 彈性體在外載荷作用下產(chǎn)生應(yīng)變， 然后 通過粘接劑 將變化 傳給電阻應(yīng)變 片 ，電阻值 會(huì)發(fā)生 改變，使電橋輸出不平衡 電壓信號(hào) ，此輸出與 托盤上物體得到 外載荷成正比。 本設(shè)計(jì)中采用的是電阻絲應(yīng)變 片 ， 如果要 獲得高電阻值， 可以將 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， 可 起 到 保護(hù)作用 [10]。 在測量時(shí)一定要特別注意，尤其以溫度的影響最 為 重要， 傳感 器工作的 環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要 有 ：① 應(yīng)變 片 敏感絲柵電阻溫度系數(shù)； ② 應(yīng)變 片 絲柵的線膨脹系數(shù)與彈性體的線膨脹系數(shù)不一致 [11]。 即使采用同一批應(yīng)變 片， 對于因溫度變化對橋路零點(diǎn)輸出及靈敏度的影響，也會(huì)因應(yīng)變 片 之間稍有 一定的 溫度特性之差而引起誤差，所以對精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償 。傳感器特性中最重要的一點(diǎn)是非線性誤差。 傳感器原理 原理圖如圖 ： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 47 頁 圖 傳感器原理圖 AD轉(zhuǎn)換模塊 hx711的簡介 本設(shè)計(jì)采用 hx711作為 A/D 轉(zhuǎn)換 器件 。該芯片與 單片機(jī)控制系統(tǒng) 的接口和編程非常簡單，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程 ， 所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)。通道 A 的可編程增益為 128dB 或 64dB，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為 177。40mV 。 SOP16管腳封裝 SOP16封裝如表 ： 表 16 個(gè)管腳的封裝 管腳號(hào) 名稱 性能 描述 1 VSUP 電源 穩(wěn)壓電路提供電壓 ~。10HZ， 1:80HZ 16 DVDD 電源 數(shù)字電源： ~ 模擬輸入 通道 A 模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。這些增益所對應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別 177。40mV 。40mV 。 供電電源 數(shù)字電源 (DVDD) 應(yīng)使用與 MCU 芯片相同的數(shù)字電源。穩(wěn)壓電源的供電電壓 (VSUP) 與數(shù)字電源 (DVDD)相同。應(yīng)選擇該輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓 (VSUP)低至少 100mV 。管腳 VBG 上不需要外接電容，管腳 VFB 應(yīng)接地，管腳 BASE 為無連接。這種情況下，典型輸出數(shù)據(jù)速率為 10Hz 或 80Hz 。這種情況下，芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器電路會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，晶振時(shí)鐘或外部輸入時(shí) 鐘電路被采用。輸出數(shù)據(jù)速率與晶振頻率以上述關(guān)系按比例 增加或減少?？蓪?MCU 芯片的晶振輸出管腳 上的時(shí)鐘信號(hào)通過 20pF 的隔直電容連接到 XI管腳上，作為外部時(shí)鐘輸入。 串口通訊 串口通訊線由管腳 PD_SCK和 DOUT 組成，用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng) DOUT 從高電平變低電平后， PD_SCK 應(yīng)輸入 25 至 27 個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。第 25至 27 個(gè)時(shí)鐘脈沖用來選擇下一次 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。液晶顯示器 的優(yōu)點(diǎn) 有厚度薄、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，目前在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。 第 2腳： VDD接 5V正電源。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W為低電平時(shí)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(jì) LCD1602 電路設(shè)計(jì)圖如 圖 所示 ：