【正文】 件資源，也優(yōu)化了電路的設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機(jī) AT89S52 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括 串口通信 、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源 、時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)數(shù)等 部分 。 串口通信主要用于單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信，主要由 MAX232 實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)采集部分由 HL8 型稱重 傳感器、 高精度稱重傳感器 專業(yè) 的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 部分組成。在具體選擇傳感器時(shí)，考慮到在稱量物品時(shí)必要的精度、準(zhǔn)確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在一定的范圍之內(nèi) 。另外由于 秤臺(tái)的自身重量、振動(dòng)和沖擊分量， 以及 還要避免物體超重時(shí)對(duì)傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時(shí)要保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的要大 ，且需要滿足精度要求，滿量程時(shí)候的誤差不能大于規(guī)定量 。 人 機(jī)交互部分的鍵盤在系統(tǒng)中，可以輸入數(shù)字和已經(jīng)固定的控制命令等。在這次設(shè)計(jì)中我們采用 常用的 4*4 矩陣 鍵盤 。顯示用的 LCD 我們根據(jù)要求選用了點(diǎn)陣式液晶顯示器 1602。 語(yǔ)音報(bào)數(shù)采用了 SC1010B 芯片， SC1010B 是深圳 億矽特 公司最新開(kāi)發(fā)應(yīng)用于語(yǔ)音 電子秤 的新型語(yǔ)音芯片，外圍元件少 ,電路簡(jiǎn)單 ,控制方便 ,成本低 。擴(kuò)展的時(shí)鐘部分主要由時(shí)鐘芯片 DS1302 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，溫度檢測(cè)部分主要由溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)。 多功能電子秤 16 系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 稱重傳感器 HL8 型 AT89S52 單片機(jī) 單片機(jī) 控制模塊 數(shù)據(jù)采集 部分 點(diǎn)陣式 1602型的 LCD O 4*4 矩陣鍵盤 人機(jī)交互界面 電子稱專用高精度高增益 24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片 HX711 時(shí)鐘模塊 DS1302 芯片 溫度檢測(cè)模塊 DS18B20 擴(kuò)展的溫度檢測(cè)模塊 擴(kuò)展的時(shí)鐘模塊 多功能電子秤 17 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 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，人機(jī)接口界面、 系統(tǒng)電源 、語(yǔ)音報(bào)數(shù)（語(yǔ)音報(bào)數(shù)主要報(bào)讀 所稱物體重量、 輸入物品單價(jià)、金額，另擴(kuò)展報(bào)時(shí)功能）以及擴(kuò)展 部分 （主要擴(kuò)展了時(shí)鐘與溫度檢測(cè)模塊。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)超量程報(bào)警和鬧鐘響鬧功能，還擴(kuò)展了蜂鳴器電路） 。 基于 AT89S52 的主控電路 AT89S52單片機(jī)是 ATMEL公司新近推出的高檔型 AT89S系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品 。 ATMEL 公司是美國(guó) 20 世紀(jì) 80 年代中期成立并發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體公司。該公司的 技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于推出 Flash 存儲(chǔ)器技術(shù)和高質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)，它率先將獨(dú)特的 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)注入于單片機(jī)產(chǎn)品中。其推出的 AT89 系列單片機(jī)，在世界電子技術(shù)行業(yè)中引起了極大的反響，在國(guó)內(nèi)也受到廣大用戶歡迎。 AT89S52 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳 ， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ， 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口 ， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷 ， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口 ， 看門狗（ WDT）電路 ， 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩 器 。 主要功能特性 見(jiàn)下表 所示 ： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(xiě) (1000次） ISP Flash ROM 多功能電子秤 18 32個(gè)雙向 I/O口 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033MHz 全雙工 UART串行中斷口線 256x8bit內(nèi)部 RAM 2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級(jí)加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP字 節(jié)和分頁(yè)編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 表 AT89S52功能 引腳封裝如下圖 所示： 圖 AT89S52的引腳圖 引腳功能說(shuō)明 ： VCC/GND： 電源 /接地引腳； Port 0： P0 是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 端口，端口置 1(對(duì)端口寫(xiě) 1)時(shí)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(lái)操作外部存儲(chǔ)器。在這種工作模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉作用。對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)、校驗(yàn)程序、輸出指令字節(jié)時(shí)，要求外接上拉電阻； Port 1： P1 是一個(gè)帶 有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； 另外， 、 多功能電子秤 19 可以分別被用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 ()和觸發(fā)輸入()；對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低 8 位地址信息； Port 2： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口；輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，可作為高位地址輸出；內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí) ，接收高 8 位地址和控制信息； Port 3： P3 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 P3 引腳功能復(fù)用見(jiàn)下表 所示 ： 串行通訊輸入 (RXD) 串行通訊輸出 (TXD) 外部中斷 0( INT0) 外部中斷 1(INT1) 定時(shí)器 0輸入 (T0) 定時(shí)器 1輸入 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 RD 表 P3引腳功能復(fù)用 RST： 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。只要這個(gè)管腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)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。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開(kāi)始運(yùn)行程序； XTAL XTAL2 ： XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)多功能電子秤 20 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。晶振的頻率可以在 1MHz 至 24MHz 內(nèi)選擇，電容取 30PF 左右。 ALE/PROG： 訪問(wèn)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(wèn)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(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè) ALE 脈沖； PSEN： 該引腳是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。當(dāng) AT89S52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出 2 個(gè)脈沖， 即兩次有效。但訪問(wèn)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(wèn)允許端。當(dāng)該引腳訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。要使AT89S52 只訪問(wèn)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； 主控電路 P0 接 1602 液晶的 8 數(shù)據(jù)口； P3 接 4*4 矩陣鍵盤； 、 分別接高精度高增益 24 位 A/D 芯片的 HX711 的數(shù)據(jù)端口 DOUT 與時(shí)鐘端口 SCK； 、 、 分別接語(yǔ)音芯片 SC1010B 的 RST、 CNT 與 BUSY 端口； 、 、 分別接 1602 液晶的控制端 RS、 RW 與 EN 端口； 接蜂鳴器； 接溫度檢測(cè)模塊 DS18B20 的 DS 端； 、 、 分別接時(shí)鐘模塊 DS1302 的串行時(shí)鐘端SCL、 I/O 數(shù)據(jù)端 SDA 與復(fù)位端 RST； 與 接兩個(gè)獨(dú)立按鍵； 接繼電器。 多功能電子秤 21 主控電路圖如下： 圖 主控電路圖 數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理轉(zhuǎn)換電路 數(shù)據(jù)采集采用 HL8 型稱重傳感器 HL8 型稱重傳感器的安裝方法 HL8 型稱重傳感器的內(nèi)部原理以及與 HX711 實(shí)驗(yàn)板的連線 圖 HL8型稱重傳感器的安裝圖 圖 HL8稱重傳感器 內(nèi)部原理 圖 信號(hào)處理轉(zhuǎn)換采用 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 HX711 HX711 是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 。 多功能電子秤 22 HX711 管腳說(shuō)明 ： 圖 HX711管腳 圖 HX711 管腳 描述： 表 HX711管腳描述表 1. 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。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范 圍，該通道的可編程增益較大，為 128 或 64。這些增益所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別177。 20mV 多功能電子秤 23 或177。 40mV 。通道 B 為固定的 64 增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓為177。40mV 。通道 B 應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。 2. 供電電源 數(shù)字電源 (DVDD) 應(yīng)使用與 MCU 芯片相同的的數(shù)字供電電源。 HX711 芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路可同時(shí)向 A/D 轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。穩(wěn)壓電源的供電電壓 (VSUP) 可與數(shù)字電源 (DVDD) 相同。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（ VAVDD）由外部分壓電阻 R R2 和芯片的輸出參 考電壓 VBG 決定（圖1）， VAVDD=VBG(R1+R2)/R2。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 。如果不使用芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路，管腳 VSUP 和管腳 AVDD 應(yīng)相連，并接到電壓為 ～ 的低噪聲模擬電源。管腳 VBG 上不需要外接電容，管腳 VFB 應(yīng)接地，管腳 BASE 為無(wú)連接。 3. 時(shí)鐘選擇 如果將管腳 XI 接地， HX711 將自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振的相關(guān)電路。這種情況下，典型輸出數(shù)據(jù)速率為 10Hz 或80Hz 。如果需要準(zhǔn)確的輸出數(shù) 據(jù)速率，可將外部輸入時(shí)鐘通過(guò)一個(gè) 20pF 的隔直電容連接到 XI 管腳上，或?qū)⒕д襁B接到 XI 和 XO 管腳上。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。此時(shí)，若晶振頻率為 , 輸出數(shù)據(jù)速率為準(zhǔn)確的 10Hz 或 80Hz 。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。使用外部輸入時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)不一定需要為方波?？蓪?MCU 芯片的晶振輸出管腳上的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò) 20pF 的隔直電容連接到 XI 管腳上，作為外部時(shí)鐘輸入。外部時(shí)鐘輸入信號(hào)的幅值可低至 150mV 。 4. 串口通訊 串口通訊線由管腳 PD_SCK 和 DOUT 組成，用來(lái)輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳 DOUT 為高電平時(shí)，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號(hào) PD_SCK 應(yīng)為低電平。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（圖二）。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出 24 位數(shù)據(jù)的最高位（ MSB），直至第 24 個(gè)時(shí)鐘脈沖完成， 24 位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。第 25 至 27 個(gè)時(shí)鐘脈沖多功能電子秤 24 用來(lái)選擇下一次 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入通道 和增益，參見(jiàn) 下 表 。 PD_SCL 脈沖數(shù)輸入通道 增益 25 A 128 26 B 64 27 A 64 表 輸入通道和增益選擇表 PD_SCK 的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于 25 或多于 27，否則會(huì)造成串口通訊錯(cuò)誤。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器需要 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。 DOUT 在 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。 圖 數(shù)據(jù)輸出，輸入通道 和增益選擇時(shí)序圖 表 5. 復(fù)位和斷電 當(dāng)芯片上電時(shí)，芯片內(nèi)的上電自動(dòng)復(fù)位電路 會(huì)使芯片自動(dòng)復(fù)位。管腳PD_SCK 輸入用來(lái)控制 HX711 的斷電。當(dāng) PD_SCK 為低電平時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。 多功能電子秤 25 圖 斷電控制 圖 如果 PD_SCK 從低電平變高電平并保持在高電平超過(guò) 60μs， HX711 即進(jìn)入斷電狀態(tài)（圖三）。如使用片內(nèi)穩(wěn)壓電源電路，斷電時(shí)，外部傳感器和片內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換