【正文】 定的 MCPU，具有 8K 8ROM、 256 8RAM、2 個 16 位定時計數(shù)器、 4 個 8 位 I/O 接口。 最后我們最終選擇了 AT89S52 這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能 要求。 傳感器的選擇 傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。 稱重傳感器是力傳感器當(dāng)中一個重要的品種 ,實際應(yīng)用及其廣泛 .稱重傳感器中最多的是電阻應(yīng)變式稱重 ,應(yīng)變片是稱重傳感器的核心單元 ,彈性體是基礎(chǔ)組成部分 .稱重傳感器按結(jié)構(gòu)類型分主要有 S 行雙連孔式傳感器 ,柱式傳感器 ,輪輻式與橋式傳感 ,柱環(huán)式傳感器 ,剪切梁式傳感器和單 S 梁式傳感器 .S 行雙連孔式傳感器量程范圍一般在 2Kg 到500Kg,這種類型稱重傳感器抗偏，抗側(cè)能力較強。輪輻式傳感器由于結(jié)構(gòu)的對稱性，所以能夠承受大的側(cè)向力，由于它有較大的滯后誤差，很多場合都被橋式傳感器所取代。橋式傳感器精度高，標(biāo)定方便，普遍應(yīng)用于汽車秤跟平臺秤等多個場合。剪切梁式傳感器運用剪切原理制作而成，精度跟穩(wěn)定性都很高，一般都不需要要線性補償都能達到要求。測量范圍在幾十 千克 的場合一般選用單 S 梁式傳感器，它不適合在振動大的時候使用。 (2)使用環(huán)境條件，如需密封、防爆等。精度等級通常由彈性體結(jié)構(gòu)決定，以及處理過程中是否有線性補償。估算被測物體的最大重量在多少，要想獲得較準(zhǔn)備的測量數(shù)值一般選擇的量程是被測體最大重量的 2 到 倍。 在稱重 0～ 2Kg 的物體時，選用 LPSIII 型傳感器組成點稱重電路，由于 LPSIII 型傳感器精度高，具有過載保護裝置?？紤]到惠斯登電橋具有諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補償方便等優(yōu)點， 兩種電路中的傳感器電路均采用 惠斯登電橋 設(shè)計，所以兩種 傳感器 在測量不同重量的物體時，均使得 測量 達到 精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等 優(yōu)勢 ，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。當(dāng)彈性體受力變形時，應(yīng)變 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 片的的敏感柵也隨之變形，其阻值發(fā)生相應(yīng) 的變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。 普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。所以，此種方案不宜采用。 差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 (如 OP07)做成一個差動放大器，如下圖所示： 圖 利用普通運放構(gòu)成的放大器 電阻 R R2 和電容 C C C C4 用于濾除前級的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是 很大，比較符合應(yīng)用要求。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲，對精度影響較大。 此類芯片內(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。 INA126 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。 INA126 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；頻帶寬度為 120kHz（在 G=100 時）。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個設(shè)計的關(guān)鍵，這一部分處理不好 ，會使得整個設(shè)計毫無意義。目前， ADC 集成電路主要有以下幾種類型： （ 1）并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器：如 ADC080 ADC0809 等 。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。缺點是：并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于 8 位，因此并行比較式 A/D 只適合于數(shù)字示波器等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，不適合本系統(tǒng)。逐次逼近型 ADC 是應(yīng)用非常廣泛的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型 ADC 的優(yōu)點：高速，采樣速率可達 1MSPS；與其它 ADC相比，功耗相當(dāng)?shù)?；在分辨率低?12 位時，價格較低。 (3）積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如： ICL713 ICL710 ICL154 MC14433 等。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時間間隔。積分型 ADC 兩次積分的時間都是利用同一個時鐘發(fā)生器和計數(shù)器來確定，因此所得到的表達式與時鐘頻率無關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓 VR。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。其優(yōu)點是：分辨率高，可達 22 位；功耗低、成本低。 （ 4）壓頻變換型 ADC：其優(yōu)點是：精度高、價格較低、功耗較低。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 A/D 轉(zhuǎn)換器選用的原則： ① A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。在系統(tǒng)中， A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為納秒級，用于個通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 ④ A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。 ⑤ A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束后 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。 ⑥ A/D 轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。為防止這種現(xiàn)象，可采取 的 措施：加強抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進入電路；加強電源穩(wěn)壓濾波措施， 在 A/D 轉(zhuǎn)換器 電源入口處加退耦濾波電路，為防止窄脈沖波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容；在 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源端接一限流電阻，可在出現(xiàn)晶閘管現(xiàn)象時，有效地把電流限定在允許范圍內(nèi)，以防止燒壞器件。 由上面對傳感器量程和精度的分析可知： 12 位 A/D 精度：稱重 0～ 2Kg 范圍2Kg/4096=；而 8 位 A/D 精度： 稱重 2Kg～ 10Kg 范圍， 8Kg/256=； 考慮到其他部分所帶來的干擾， 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 可以 滿足系統(tǒng)精度要求。其性能指標(biāo)為：其精度為 5/2048=，遠遠小于誤差 177。 考慮到本系統(tǒng)中對物體重量的測量和使用的場合，精度要求 不是太 苛刻，轉(zhuǎn)換速率要求 不 高，根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析，本設(shè)計采用了 8 位串行 ADC0832 轉(zhuǎn)換器及 12 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574 雙精度 稱重系統(tǒng)。其具有雙通道差分模擬輸入、 24 位無失碼、 21 位有效分辨率、 177。由于采用 ?? Δ 轉(zhuǎn)換技術(shù)，量化噪聲被移至 A/D 轉(zhuǎn)換的頻帶以外，因此 AD7730 特別適合用于寬動態(tài)范圍內(nèi)的低頻信號 A/D 轉(zhuǎn)換，具有優(yōu)良的抗噪聲性能。無極性輸入時，輸入信號 0mV～ 20mV、 0mV～ 40mV、 0mV～ 60mV、0mV～ 80mV 可選；有極性輸入時，輸入信號 0mV～ 177。 20mV、 0mV～ 177。 40mV 可選。C；增益溫漂 2 ppm/186。 傳感器輸出的差分信號經(jīng)過前端放大器處理后，送到 AD7730,待轉(zhuǎn)換結(jié)束后 RDY 端將輸出持續(xù)低電平信號，此端與單片機 I/O 口相連，以便檢測其狀態(tài)。 當(dāng) 使用場合要求精度嚴(yán)格時， 采用高精度的 AD7730 用于擴展 稱重系統(tǒng) 。在編寫單片機程序時，鍵 盤作為一種人機接口的方式實現(xiàn)，是很常用的。最后單片機響應(yīng)中斷并讀取鍵值，有時也可以采用輪訓(xùn)的方式。如 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 果單片機的中斷向量比較少（列如 AVR 系列單片機，每個 I/O 口都可以作為中斷），也可以直接把各個鍵盤接到每個具有中斷功能的 I/O 上 面。 上述兩種方法都存在比較明顯的缺陷：第一種方法需要專門的外圍芯片，增加成本，且一般不容易檢測按鍵的按下、釋放及長按鍵等事件。且采用軟件延時的方式，浪費 CPU資源，很不可取。掃描方法即 CPU在一定的節(jié)奏下，去掃描按鍵數(shù)據(jù)線上的信號，然后分析并確定按鍵事件。 采用 鍵盤的擴展 使用 方案： 即采用矩陣式鍵盤。圖 給出了一個 4 4 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。當(dāng)鍵盤的數(shù)量大于 8 時，一般都采用矩陣式鍵盤。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 圖 44 矩陣鍵盤 顯示器部分的選擇 顯示器是人機交換的主要部分， 它 可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過 CPU 處理后直觀的顯示出來。 LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍儀表到便攜式微型計算機以及一些文字處理機都用到了液晶顯示器。 因此，本 次設(shè) 計選擇了 LCD 液晶顯示器。 超量程報警部分的選擇 智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當(dāng)測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設(shè)置的上下限時為提醒用戶而設(shè)置。 超限報警電路是由單片機的 I/O 口來控制的，當(dāng) 稱重物體重量超過系統(tǒng)設(shè)計所允許的重量時，通過程序使單片機的 I/O 值為高電平，報警燈 D2 發(fā)光。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，而且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng)。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術(shù)發(fā)展史上一個重要里程碑 [5]。后來 Intel 公司把 MCS51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它的公司，所以有很多公司在做以8051 為核心的單片機，當(dāng)然，功能或多或少有些改變以滿足不同的需求，其中的 89S52就是這幾年在我國非常流行的單片機，這是由美國 ATMEL 公司開發(fā)生產(chǎn)的。使用 Atmel 公司高密度 非 易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 復(fù)位為止。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mV，對 A/D 轉(zhuǎn)換或單片機的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機 正常工作，所以需要對輸出的信號進行放大。單片機根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號和速度傳感器輸出的速度信號計算出物體的重量。 圖 單片機外接電路 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成 AT89S52 單片機的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、 電源電路及單片機構(gòu)成。 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片 機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器 PC＝ 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。51 單片機的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個振蕩 周期后， 51 單片機即進入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。它采用逐次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時間為 25us，轉(zhuǎn)換精度為 %，所以適合于高精度的快速 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。 AD574 采用 28 腳雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。 CE：片啟動信號。當(dāng) /CS=0， CE=1 同時滿足時， AD574 才處于工作狀態(tài)，否則工作被禁止。 12/8：數(shù)據(jù)輸出格式選擇控 制信號。 當(dāng) R/C=0，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換：當(dāng) A0=0，啟動 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換方式；當(dāng) A0=1，啟動 8位轉(zhuǎn)換方式。 輸出信號有： STS：工作狀態(tài)信號線。則可以利用此線驅(qū)動一信號二極管的亮滅，從而表示是否處于 A/D 轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計采用單極性接法。轉(zhuǎn)換結(jié)果分高 8 位、低 4 位與 P0 口相連，分兩次讀入，所以 12/8 端接地。 CPU 可采用中斷、查詢或者程序延時等方式讀取 AD574 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，本設(shè)計采用 查詢 方式 ?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 48 個 (1616 點陣 ) 漢字。對于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要 8 位（一字節(jié)）即可。而剩下的低 128 位則留給英文字符使 用，即英文的內(nèi)碼。A