【正文】 時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位后 P0— P3 口均置 1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR全部清零。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振 蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率就為 6MHz。 ALE/PROG： 13 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE(地址鎖存允許 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào) (此頻率是振蕩器頻率的 1/6)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè) ALE 脈沖； PSEN： 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖 輸出； EA/Vpp： 外部訪問允許端。要使AT89S51 只訪問外部程序存儲(chǔ)器 (地址為 0000HFFFFH)， 這時(shí)該引腳必須保持低電平。 對(duì) 51 系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路 。 其最小系統(tǒng)電路圖見圖 32 所示： 存器等進(jìn)行復(fù)位，使各個(gè)寄存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開始工作。復(fù)位電路基本功能是在系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。復(fù)位電路可以使用專用復(fù)位芯片，也可以用電阻電容搭建。對(duì)于 51 內(nèi)核的單片機(jī)， RST 是復(fù)位信 號(hào)輸 入端，高 電平 有效。 R2， C4 為 上電復(fù)位 電 路。 數(shù)據(jù)處理部分電路設(shè)計(jì) 傳感器 14 表 32 YZC 的相關(guān)參數(shù) AD620 放大 電路設(shè)計(jì) 如圖 33所示， 為 AD620 放大電路圖， 其中 8管腳要跨接一個(gè)電阻來調(diào)整放大倍數(shù) ，可得到 1～ 1000 范圍內(nèi)的任意增益 。管腳5 則是參考基準(zhǔn)，如果接地則管腳 6的輸出即為與地之間的相對(duì)電壓。與 12/—8 端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸15 出格式。 AD574的接口電路 8051 單片機(jī)與 AD574A 的接口電路 見 圖 34 所示 ，其中還使用了三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號(hào)由 (CS、 R/C和 A0)由 8051 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2 上，用于控制 AD574A 的工作過程。當(dāng) 8051 的 查詢到 STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 A/D數(shù)據(jù)的高 8 位讀進(jìn) 8051，然后再將低 4 位讀進(jìn) 8051。 圖 34 單片機(jī)與 AD574 的 接 口電路 顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 顯示部分采用了當(dāng)今常用的 LED驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219。 其上包括一個(gè)片上的 B型 BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè) 8*8的靜態(tài) RAM用來存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。 圖 35 MAX7219 引腳圖 管腳描述 ： DIN： 串行數(shù)據(jù)輸入端口。關(guān)閉時(shí) 7219 此管腳輸出高電平； 16 GND： 地線（ 4 腳和 9 腳必須同時(shí)接地）； LOAD： 載入數(shù)據(jù)。最大速率為 ，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存 DIN 輸入的數(shù)據(jù)在 個(gè)時(shí)鐘周期后在此端有效。 在本系統(tǒng)中，將 MAX7219的 DIN、 LOAD、 CLK分別連接了單片機(jī)的 、 、 口，直接利用單片機(jī)的 I/O 口來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在 V+和 ISET 之間加一個(gè) 10kΩ 外部電阻來調(diào)節(jié) LED 亮度。 圖 36 MAX7219接線圖 鍵盤電路設(shè)計(jì) 本電子稱重器的核心部件是 51 單片機(jī)，所以我們的抗干擾措施主要是針對(duì)單片機(jī)。因此，應(yīng)變片傳感器的絕緣材料必須有很高的絕緣性能、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、高形狀穩(wěn)定性及良好的抗?jié)裥阅堋? 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的各種性能要求越來越高。 就單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)來講，其主要干擾是來自電源和信號(hào)傳輸通道的干擾。因此，在電源電路中必需采取有效地濾波措施，來抑制這些高頻干擾的侵入。此外在變壓器的初、次級(jí)之間 均采用屏蔽層隔離，其中初級(jí)屏蔽層接大地，次級(jí)屏蔽層接系統(tǒng)邏輯地，以17 減少其分布電容，提高抗共模干擾的能力 。對(duì)于這三類干擾，可以采用以下幾種措施加以排除。因此，采用光電耦合器可將單片機(jī)與前向通道、后向通道及其他部分從電氣上隔離開來，能有效地防止干擾信號(hào)的 侵入。 （ 3） 輸入輸出信號(hào)線采用屏蔽雙絞線 屏蔽雙絞線對(duì)于靜電干擾和電磁干擾有很好的抑制作用，有條件的話應(yīng)盡量采用。 18 本章小結(jié) 本章主要介紹電子稱重器的硬件設(shè)計(jì)?？垢蓴_技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，但又是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須考慮的環(huán)節(jié)，有效運(yùn)用硬件抗干擾技術(shù)，才能保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。先進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行各功能模塊設(shè)計(jì) 。根據(jù)這一要求，電子秤的信息測(cè)量與處理分三個(gè)階段：在微處理器的控制下，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)通過輸入電路送 入 A/D 轉(zhuǎn)換器處理，存入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中 ； 微處理器對(duì)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，把數(shù)據(jù)信號(hào)處理為顯示所要求的信號(hào)格式，通過輸出接口電路輸出并顯示。 MAX7219 的流程圖見圖 42 所示。在主程序中定義全局變量 char Print_c，鍵盤子程序改變其值，當(dāng)最低位為 1時(shí)顯示重量，當(dāng)?shù)诙粸?1時(shí)顯示總價(jià)，當(dāng)?shù)?三位為 1 時(shí)顯示單價(jià)。 19 A/D 轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的功能 ，采取了由單片機(jī)控制 AD574 連續(xù)采樣 5 次數(shù)據(jù)，每隔 200ms 采樣一次，并且將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)。 AD574A 的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) STS 與單片機(jī)的 相連，可作為中斷申請(qǐng)?zhí)枴?AD 轉(zhuǎn)換主 程序流程圖 見圖 43 所示 ： 圖 43 AD 轉(zhuǎn)換流程圖 T0 中斷服務(wù)子程序 見 圖 44 所示： 圖 44 T0 中斷服務(wù)程序流程圖 系統(tǒng)響應(yīng) T0 定時(shí)中斷后， CPU執(zhí)行了一條由中斷系統(tǒng)提供的硬件 LCALL指令，轉(zhuǎn)向 T0 中斷服務(wù)程序入口，中斷服務(wù)程序首先恢復(fù) T0 計(jì)數(shù)器初值，隨后保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換循環(huán)三次后，進(jìn)入數(shù)字濾波程序，將中值 作為采集到的數(shù)據(jù) 保存起來 。在鍵盤掃描程序中使用了延時(shí)去抖動(dòng)的辦法，其流程圖如 鍵盤兩次使用反轉(zhuǎn)法進(jìn)行掃描鍵盤，中間延時(shí) 50ms，結(jié)束后判斷兩次掃描所得到的鍵值是否一致，若 一致則返回鍵值，不一致則返回 0。所讀的鍵值應(yīng)為按圖 46所示 排列的值，在讀鍵值函數(shù)中使用 swich 語句，根據(jù)不同值選擇不同的操作。其函數(shù)流程圖如 48所示，函數(shù)先將使用 for 循環(huán)調(diào)用 Write_7219()將所有的 LED 關(guān)閉。 圖 46鍵值分部圖 當(dāng)按鍵是顯示模式設(shè)置時(shí)，調(diào)用 Set_Display_mode()函數(shù)，設(shè)定一個(gè)全局變量 mode_display 數(shù)計(jì)數(shù)，初始值為 1，按下一次加 1，當(dāng)加到 3 時(shí)重新值 1。 設(shè)置單價(jià)的流程圖見圖 47所示： 圖 47 Set_price()函數(shù)流程圖 LED 顯示的實(shí)現(xiàn) MAX7219 與單片機(jī)通信是串行通信， 在 CLK 的上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位移位寄存器中 。所以在單片機(jī)向 MAX7219 寫數(shù)據(jù)的函數(shù) void Write_7219( uchar address,uchar data)中，以 8位地址和8 位數(shù)據(jù)為兩個(gè)形參，按照通訊時(shí)序?qū)?16 位數(shù)據(jù)一一寫入 MAX7219。 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D15 地址 MSB 數(shù)據(jù) LSB 21 圖 48 寫 MAX 流程圖 顯示使用 switch 語句判斷全局變量 mode_display，當(dāng)值為 1 時(shí)調(diào)用Display_weight()顯示重量，當(dāng)值為 2時(shí)調(diào)用 Display_sum()顯示總價(jià)，當(dāng)值為3 時(shí)調(diào)用 Display_price()顯示單價(jià)。 Display_sum()將重量信號(hào)和單價(jià)信號(hào)相乘，并逐位發(fā)送到 MAX7219 顯示。其中，Display_sum()函數(shù)應(yīng)顯示的位數(shù)最多，最復(fù)雜，流程圖 見圖 49所示 ： 圖 49 Display_sum()函數(shù)流程圖 如圖 49所示，本系統(tǒng)的重量最大為 ，單價(jià)最大為 元，這樣相乘后總價(jià)最大為 ，考慮到實(shí)際情況，最后一位 0 不需要顯示，可以舍去。 顯示時(shí)，先將 LED 全部關(guān)閉，再將 Bit6 位置標(biāo)志 E，表示此時(shí)顯示的是總價(jià)信息。當(dāng)判斷到十位時(shí)，將該數(shù)與 0x80 相與，即將最高位置 1，表示顯示小數(shù)點(diǎn)位。 軟件抗干擾 單片機(jī)抗干擾除了有硬件抗干擾措施，還須有軟件抗干擾措施。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的軟件抗干擾方法。平均值法是對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)多次采樣，計(jì)算其平均值以作為點(diǎn)的采樣結(jié)果，這樣可以減少系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對(duì)采樣結(jié)果的影響； 利用中值法根據(jù)干擾造成采樣數(shù)據(jù)偏大或偏小的情況，對(duì)一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采集多個(gè)信號(hào)，對(duì)采樣值進(jìn)行比較，22 取中值作為該點(diǎn)的采集結(jié)果，也可以有效的減少干擾信號(hào)的影響；利用一階遞推數(shù)字濾波法還可完成 RC 低通濾波器的算法，實(shí)現(xiàn)用軟件方法代替硬件 RC 濾波器。 （ 3）采用指令用冗余技術(shù) 當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，可能因某種干擾使決定程序流向的轉(zhuǎn)移指令 (如 RETI、 RET、LCALL、 JNC等 )和對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)起重要作用的指令 (如 SETB、 EA等 )不能被正確執(zhí)行，造成程序流向的錯(cuò)誤。 本章小結(jié) 在前一章中，主要介紹的電子稱重器的硬件設(shè)計(jì) 。首先設(shè)計(jì)了主程序，然后進(jìn)行各功能模塊的設(shè)計(jì)，主要包括 A/D轉(zhuǎn)換 、數(shù)據(jù)處理、鍵盤掃描及顯示部分的實(shí)現(xiàn)。 5 儀表可靠性 及性能指標(biāo) 儀 表可靠性 設(shè)計(jì) 可靠性是電子稱重器設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)?？梢姡瑑x表的可靠性研究尤其重要。簡(jiǎn) 單化是在保證可靠性的基礎(chǔ)上的一個(gè)要求；在前面的 硬件和 軟件設(shè)計(jì)中 均提到相關(guān)的抗干擾措施，另外好的材料不僅能提高抗擾性能，也可以降低功耗；本系統(tǒng)所采用的應(yīng)變式傳感器是高阻抗器件，器絕緣性能、機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性相對(duì)較好，而且 應(yīng)變片傳感器材料的膨脹系數(shù)與金屬部件的膨脹系數(shù)相匹配，23 以獲得高的環(huán)境穩(wěn)定性。所采用的傳感器為 YZC1B 應(yīng)變式傳感器， 拱橋電壓為 10V， 其綜合精度為，靈敏度為 mV，工作溫度為－ 20℃ ～ +65℃，材質(zhì)為合金鋼或不銹鋼。轉(zhuǎn)換器為 AD574，其分辨率為 12 位，模擬電壓輸入范圍： 010V，電源電壓為5V，數(shù)據(jù)輸出格式有 8位和 12位。 本電子秤實(shí)現(xiàn)了體積小、操作簡(jiǎn)單，數(shù)字顯示直觀、維護(hù)簡(jiǎn)單且反應(yīng)快的特點(diǎn)，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。要保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在較惡劣的環(huán)境下能 抗干擾， 可靠地工作，穩(wěn)定的輸出所測(cè)得的結(jié)果。 本文先說明了稱重器的設(shè)計(jì)思路，并介紹了幾種設(shè)計(jì)方案，選擇了其中一種簡(jiǎn)單可行的方案。后面詳細(xì)介 紹了本電子秤的硬件以及軟件設(shè)計(jì)。 在硬件部分設(shè)計(jì)過程中選用了高精度放大芯片 AD620 和 LED 驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219， 并采用我們熟悉的 12 位 AD574 轉(zhuǎn)換器， 大大簡(jiǎn)化了硬件電路及軟件編程，并提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性 和穩(wěn)定性 。軟件設(shè)計(jì)中使用了數(shù)字濾波，減小了系統(tǒng)誤差，提高了準(zhǔn)確度，節(jié)約了硬件成本?？刹捎么罅砍痰姆Q重傳感器，單同時(shí)需要提高 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)，以保持精度。 通過 這 次電子稱重器的設(shè)計(jì) ,我對(duì)所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)有了更深的理解，尤其是單片機(jī)和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)方面 。另外本次設(shè)計(jì)提升了我分析問題解決問題的能力，增強(qiáng)了對(duì)學(xué)習(xí)的信心，相信這對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有重要的幫助