【正文】 F()接地。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(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí)，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。對(duì)于 8通道的輸入信號(hào)，其分辨率為 ％。%，因此符合此次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要求要求。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ) 器可以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8 位CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)特點(diǎn)能 與 MCS51 兼容，有 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命能夠達(dá)到 1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時(shí)間長達(dá) 10 年，全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ) 器鎖定， 1288 位內(nèi)部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89C51 芯片圖如下： 圖 AT89C51 的引腳圖 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收 。并因此作為 輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)， 要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高 電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該 引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入 及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 . 顯示模塊 顯示器是最常用的輸出設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格廉價(jià)和接口容易，而得到廣泛的應(yīng)用。 本 設(shè)計(jì)只需要顯示出所稱實(shí)物的實(shí)際重量，由于 LED 耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，再加上驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，容易利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制和編程等特點(diǎn) 選用 LED顯示。 圖 四位數(shù)碼管的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 38 頁 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)可以分成以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊，前端信號(hào)采集、處理、轉(zhuǎn)換模 塊 以及 人機(jī)接口界面（為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)超量程的報(bào)警功能，還擴(kuò)展了報(bào)警電路）。基于 AT89C51 的主控電路的最小系統(tǒng)電路一般由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。通常在引腳XTALl和 XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，可以根據(jù)情況選擇 6MHz、8MHz 或 12MHz 等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇 2030pF 左右 的瓷片電容。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容 C3充電來實(shí)現(xiàn)。但是在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用簡(jiǎn)單等截面梁來進(jìn)行 應(yīng)變式壓力傳感器 的設(shè)計(jì)。 同時(shí) , 為了提高測(cè)力傳感器測(cè)力的靈敏度 , 還應(yīng)使貼片部位達(dá)到較高的應(yīng)力 (應(yīng)變 )水平。 此次依據(jù)現(xiàn)有材料，選擇彈性體材料為鋼材，其已知材料力學(xué)量為：長約 ，寬約 ，厚 ，彈性模量 E=2*1011Pa，截面慣矩 I=hb3/12。圖 分析模型。 圖 載荷 F=2N， 3N時(shí)的應(yīng)力分布 圖 載荷 F=5N， 10N時(shí)的應(yīng)力分布 針對(duì)以上有限元分析結(jié)果，將彈性體的已知量帶入式 （ ） 中，得出載荷為 2N,3N,5N,10N時(shí)，自由端最大位移 理論計(jì)算結(jié)果分別為 W1=*104m,W2=*104m,W3=*103m,W4=*103m。 由以上的分析可以確定越靠近梁的固定端，應(yīng)力（應(yīng)變）水平越高，同時(shí)根據(jù)應(yīng)變片的粘貼要求，因此選擇其靠近根部的貼片位置更為合理。因此可以選擇其作為稱重傳感器的 彈性體進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 如若采用全橋連接，在貼片時(shí)，應(yīng)變方向相同的兩個(gè)電阻應(yīng)變片安裝在相對(duì)臂上，以保證電橋靈敏度最大 。由于現(xiàn)實(shí)材料的限制，并且出于本次設(shè)計(jì)的低精度要求。因此在本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，將應(yīng)變片 R1貼在懸臂梁上表面，與電阻組成電橋，完成此次的電橋電路設(shè)計(jì)。 圖 稱重傳感器 實(shí)物圖 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 38 頁 直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)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(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 圖 0P07 放大電路連接圖 根據(jù) 需要 應(yīng)對(duì)電橋輸出信息 進(jìn)行高精度信息放大，可以 在 高精度低漂移運(yùn)算放大器(如 OP07)外圍增加一個(gè)反饋通路，該電路 具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)。 圖 利用 0P07 構(gòu)成的 差動(dòng) 放大器 設(shè)計(jì) 中 也可采用專用儀表放大器，如： AD620， INA126 等。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 38 頁 . A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 主要由 AD 轉(zhuǎn)換器 AD0809，頻率發(fā)生器 SUN7474，單片機(jī) AT89S51及顯示用數(shù)碼管組成。這要求查詢程序待 EOC 無效后再開始查詢，轉(zhuǎn)換完成后， EOC 輸出高電平，再由 OE變?yōu)楦唠娖絹磔敵鲛D(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 AT89S51 的輸出頻為晶振頻的 1/6（ 2MHZ）， AT89C51 與 SUN7474 連接經(jīng)與 7474的 ST 腳提供 AD0809 的工作時(shí)鐘。 . ADC0809 CLK 信號(hào)產(chǎn)生電路 ADC0809 的 CLK(10 號(hào)引腳 )所需的時(shí)鐘輸入信號(hào)的典型值為 500kHz，鑒于 500kHz頻率的獲取比較復(fù)雜，采用在 89C51 的 ALE 信號(hào)的基礎(chǔ)上分頻的方法。所以采用兩個(gè) D 觸發(fā)器就能實(shí)現(xiàn) 4 分頻。圖中， 、 、 輸出的低 3位地址加到通道選擇端 A、 B、 C，可作為通道編碼。輸出數(shù)據(jù)與 P1口連接， START、 ALE 一起與 ， CLOCK 連接 74LS74分頻電路 Q2端， EOC 與 ， OE和 。 ADC0809的 VREF 接＋ 5V 電壓。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。四位LED 分別顯示的是稱重結(jié)果的 各個(gè)位數(shù) ，單位為 千 克，顯示精度為 1/1000，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)電路如下圖 所示。為此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)后， 一般都會(huì) 添加 一個(gè) 報(bào) 警部分電路 。當(dāng)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理后大于系統(tǒng)的稱重范圍時(shí)，發(fā)光二極管開始點(diǎn)亮，發(fā)出報(bào)警信號(hào) 。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 共 38 頁 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。 本次稱重儀軟件設(shè)計(jì)均采用模塊化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、 A/D 轉(zhuǎn)換子程序和延時(shí)程序等組成。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件程序，均采用匯編語言進(jìn)行編寫?？梢杂每驁D 表示。設(shè)計(jì)流程圖如下圖 所示。 從 LED 顯示器的顯示原理可知，為了顯示數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)段選碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進(jìn)行譯碼。顯示程序流程圖 如下所示。 在系統(tǒng)調(diào)試中，此次設(shè)計(jì)先后進(jìn)行了軟件程序的調(diào)試， protues 模擬仿真，硬件模塊調(diào)試等幾部分內(nèi)容，各部分調(diào)試成功之后，進(jìn)行最終的組裝連接，使其實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制下的稱重顯示功能。這是保證計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)正確性的必不可少的步驟。 程序調(diào)試主要有兩種方法，即靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試。實(shí)踐表明，有很大一部分錯(cuò)誤可以通過靜態(tài)檢查來發(fā)現(xiàn)。 程序的動(dòng)態(tài)調(diào)試就是實(shí)際上機(jī)調(diào)試，它貫穿在編譯、連接和運(yùn)行的整個(gè)過程中。在此基礎(chǔ)上，通過“分段隔離”、“設(shè)置斷點(diǎn)”、“跟蹤打印”進(jìn)行程序的調(diào)試。因此靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試是互相補(bǔ)充、相輔相成的，缺少其中任何一種方法都會(huì)使查找錯(cuò)誤的效率降低。 . protues 模擬仿真 在硬件組裝前，首先要進(jìn)行模擬仿真，確認(rèn)電路設(shè)計(jì)的正確性以及確認(rèn)編譯程序在電路中是否正常運(yùn)行，是否實(shí)現(xiàn)所需功能，此次設(shè)計(jì)采用 protues 模擬仿真。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 27 頁 共 38 頁 圖 protues 模擬仿真圖 . 硬件模塊調(diào)試 . A/D 轉(zhuǎn)換與顯示電路調(diào)試 在電路調(diào)試成功以后，根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行電路板的制作與焊接，將實(shí)際電路連接上，從而進(jìn)行硬件電路的調(diào)試，如圖 所示，將實(shí)際電信號(hào)作為電路的輸入信號(hào)，測(cè)試電路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與顯示功能，當(dāng)輸入電壓為 時(shí)，制作電路顯示為 ，當(dāng)輸入電壓為 時(shí)，制作電路顯示為 ，由此可得出，在一定的誤差允許范圍內(nèi)，實(shí)際設(shè)計(jì)出的 A/D 轉(zhuǎn)換與顯示電路硬件調(diào)試成功，各部分元器件運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換與顯示功 能。在電橋調(diào)零之后， 通過不斷增大施加在自由端載荷的大小，觀察2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 28 頁 共 38 頁 萬用表的示數(shù)變化。 圖 電橋調(diào)零 圖 加載荷后電壓顯示 調(diào)試過程中，采用向瓶中注水的方式對(duì)自由端施加 載荷，分別注入 200mL、 400mL、500mL、 600mL、 1L的水，分別對(duì) 應(yīng)的重量為 、 、 、 、 1kg。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 51 所示。 圖 重量與輸出電壓關(guān)系圖 由以上分析， 可 以得出， 重量與電橋的輸出電壓呈線性關(guān)系，且物體重量每增加 電橋輸出電壓變化 。但是， 由于現(xiàn)實(shí)條件的限制，硬件制作相對(duì)粗糙，不可避免的出現(xiàn)誤差 ，其靈敏度與精度相對(duì)較低，輸出的重量數(shù)據(jù)可以作為參考大致范圍。 基于以上構(gòu)建的重量與輸出電壓之間的關(guān)系，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)信號(hào)放大系統(tǒng) 的放大倍數(shù)為 2020 倍，可得出重量與顯示輸入之間的關(guān)系，即物體重量每增加 ，顯示系統(tǒng)輸入電壓變化 。 . 硬件系統(tǒng)安裝 與調(diào)試 在各個(gè)硬件模塊調(diào)試完成以后，進(jìn)行最后的系統(tǒng)安裝，將稱重傳感器通過信號(hào)放大器將信息放大后作為 A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸入，將兩主要硬件模塊組裝， 進(jìn)行最后的系統(tǒng)調(diào)試工作。但在一定誤差允許范圍內(nèi)，可以得出稱重儀設(shè)計(jì)基本成功。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設(shè)計(jì)中將智能化，人性化，自動(dòng)化用在了稱重儀的控制系統(tǒng)中。在設(shè)計(jì)過程中： 熟悉了 AT89C51 單片機(jī)功能及工作特性，掌握其接口擴(kuò)展方法。 運(yùn)用 protues 軟件進(jìn)行模擬仿真，成功實(shí)現(xiàn)了模擬信息的轉(zhuǎn)換與顯示。 同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，也存在許多問題，由于現(xiàn)實(shí)條件的限制，在電子器件的選擇與硬件制作方面有些欠缺，使得設(shè)計(jì)出的稱重儀系統(tǒng)精度較差，系統(tǒng)不穩(wěn)定 等問題，都有待進(jìn)行 改善。ADC0808 的 OE 端 EOC BIT 。ADC0808 的 START 和 ALE 端 ADD0 BIT 。顯示緩沖區(qū) LED_1 DATA 31H LED_2 DATA 32H LED_3 DATA 33H ADC DATA 34H 。初始化 START: MOV SP,60H 。清空顯示緩沖區(qū) MOV LED_1,00H MOV LED_2,00H MOV LED_3,00H MOV DPTR,TABLE 。選擇 ADC0808 的通道 3