[電子設(shè)計(jì)精品] 利用AT89S52型單片機(jī)智能電子稱系統(tǒng) 畢業(yè)論文.doc

1 綜合畢業(yè)實(shí)踐說(shuō)明書（論 文） 標(biāo)題： 利用 at89s52 型單片機(jī)智能電子稱系統(tǒng) 系 別： 電電子工程系子工程系 專 業(yè)： 電電子信息工程技子信息工程技術(shù)術(shù) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2011 年 5 月 11 日 智能電子秤設(shè)計(jì) 2 摘摘 要要 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)at89s52為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。在 設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，為了更好地采用模塊化設(shè)計(jì)法，分步設(shè)計(jì)了各個(gè)單元功能模塊。 系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)部分、數(shù)據(jù)采集部分、人機(jī)交互界面和系統(tǒng) 電源四大部分。最小系統(tǒng)部分主要包括at89s52和擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；數(shù)據(jù) 采集部分由稱重傳感器，信號(hào)的前期處理和a/d轉(zhuǎn)換部分組成，包括運(yùn)算放大器 ad620和a/d轉(zhuǎn)換器icl7135；人機(jī)界面部分為鍵盤輸入，四位led數(shù)碼顯示器， 可以直觀的顯示重量的具體數(shù)字以及方便的輸入數(shù)據(jù)，使用方便；系統(tǒng)電源以l m317和lm337為核心設(shè)計(jì)電路以提供系統(tǒng)正常工作電源。 系統(tǒng)的軟件部分應(yīng)用單片機(jī)c語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了該設(shè)計(jì)的全部控制功能 。該電子秤可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能（稱重范圍為09.999kg，重量誤差不大 于0.005kg）,并發(fā)揮部分的顯示購(gòu)物清單的功能，可以設(shè)置日期和設(shè)定十種 商品的單價(jià)， 還具有超量程和欠量程的報(bào)警功能。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能齊全，精度高，具有一定的開發(fā)價(jià) 值。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 電阻應(yīng)變式傳感器 a/d 單片機(jī) 液晶顯示 智能電子稱設(shè)計(jì) 3 abstract the design of the system with the monolithic integrated circuit at89s52 as the core to realize the basic electronic control functions. in the design of the system, in order to better the modularized design method, the unit step function module design. the system includes hardware, data acquisition system minimum, man- machine interface and the system of power. the minimum system parts including at89s52 and the expansion of external data storage, data collected by weighing transducer, signal processing and the a/d conversion parts, including the amplifier ad620 and a/d converter icl7135, for the man-machine interface partial keyboard input, four led digital display, can show the specific weight and figure of input data, use convenient, in lm317 lm337 and power system as the core circuit design to provide normal work of the system. the application of scm system software part c language program, the design of all control function. it can realize the basic electronic weighing function (weighing the range of 0-9.999 kg, weight error is not more than 0.005 kg), and play a part of the show shopping list of function, can set the date and set the price of goods, and ten has super range and less range alarm function. the system design is simple in structure, easy to use, complete function, high precision, has certain value. 【keyword】resistance strain sensor a / d single-chip liquid crystal display 智能電子秤設(shè)計(jì) 4 目錄目錄 摘 要2 abstract.3 【keyword】.3 目錄4 引言1 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1 2.1 電子秤的組成結(jié)構(gòu).1 2.1.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu)1 2.1.2 電子秤的工作原理2 2.2 電子秤設(shè)計(jì)的要求及基本思路.2 2.2.1 電子秤設(shè)計(jì)的要求2 2.2.2 電子秤設(shè)計(jì)的基本思路3 2.3 單片機(jī)的選型.3 2.4 數(shù)據(jù)采集模塊.3 2.4.1 傳感器3 2.4.2 前級(jí)放大器6 2.4.3 a/d 轉(zhuǎn)換器8 2.5 人機(jī)交互界面模塊.9 2.5.1 鍵盤輸入9 2.5.2 輸出顯示10 3 電子秤硬件的設(shè)計(jì)與制作10 3.1 at89s52 的主控電路10 3.1.1 at89s52 芯片.10 3.1.2 主控電路的設(shè)計(jì)12 3.2 電子秤的信號(hào)處理流程.12 3.2.1 稱重?cái)?shù)據(jù)處理12 3.2.2 信號(hào)處理電路15 3.3 人機(jī)交互界面模塊設(shè)計(jì).17 3.3.1 鍵盤輸入控制電路17 3.3.2 lcd 顯示電路.20 3.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì).23 4 電子秤的軟件設(shè)計(jì)24 4.1 軟件流程圖及程序設(shè)計(jì).24 4.1.1 初始化程序設(shè)計(jì)流程圖24 4.1.2 主程序設(shè)計(jì)流程圖25 4.2 主程序設(shè)計(jì)及其相關(guān)程序設(shè)計(jì).26 4.2.1 主程序設(shè)計(jì)26 4.2.2 信號(hào)采樣與 a/d 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì).31 4.2.3 鍵盤/顯示子程序設(shè)計(jì).33 智能電子稱設(shè)計(jì) 5 致 謝37 參 考 文 獻(xiàn)38 智能電子稱設(shè)計(jì) 1 引言引言 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技 術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官” 、 “神經(jīng)”和“大腦” 。信息 采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于系統(tǒng)的最前端。在一個(gè)現(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中， 如果沒(méi)有傳感器就無(wú)法監(jiān)測(cè)與控制表征生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的各種參量，也就無(wú)法 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在現(xiàn)代技術(shù)中，傳感器實(shí)際上是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ) 科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè), 實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng) 化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置，從以前不能 稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制，到混合分配多種原 料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器， 目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。 為了提高我們對(duì)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理方面知識(shí)的處理能力，并且考慮到作品的實(shí) 用性和個(gè)人興趣等因數(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)基于 51 單片機(jī)的智能電子秤。本系統(tǒng)通過(guò)稱 重傳感器采樣，a/d 轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，通過(guò)按鍵設(shè)置單價(jià)后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)主控制器件 的處理后，液晶上就會(huì)顯示：商品的名稱、數(shù)量、重量，單價(jià)、本次購(gòu)物總金額，同 時(shí)語(yǔ)音播報(bào)以上內(nèi)容，達(dá)到了數(shù)字化、智能化的要求。 2 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1 電子秤的組成結(jié)構(gòu) 2.1.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來(lái)確定物體質(zhì)量（重量）的測(cè)量?jī)x器，也可用來(lái)確 定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以 下三部分組成： （1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般 包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。 (2)稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或 其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電 位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或 是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。 智能電子秤設(shè)計(jì) 2 對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線 性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工 作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 (3)測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置 即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、 調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件 等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括 前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。 2.1.2 電子秤的工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)秤體傳遞到稱重傳感器，傳感 器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成 正比關(guān)系)的電信號(hào)(電壓或電流等)。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模/ 數(shù)（a/d）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的cpu處理，cpu不斷掃描鍵盤和各種功 能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的 軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，cpu發(fā)出指令，從內(nèi)存貯 器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、濾波、a/d轉(zhuǎn)換以及 信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。 2.2 電子秤設(shè)計(jì)的要求及基本思路 2.2.1 電子秤設(shè)計(jì)的要求 1) 稱重范圍：不超過(guò)9.999kg 2) 測(cè)量精度： 0.005kg 3) 顯示方式：lcd顯示所稱量的物品重量，同時(shí)還可顯示物品的名稱，數(shù)量，單 價(jià)，金額和所有物品的總金額。 4) 使用操作：鍵盤輸入數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)單方便。 5) 特殊功能：具有去皮功能以及能將金額累加計(jì)算；當(dāng)物品重量超過(guò)電子秤量程 ，即過(guò)載情況或者是物品重量小于a/d轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換的最小精度，即欠量程的時(shí)候， 具有超重報(bào)警功能。 2.2.2 電子秤設(shè)計(jì)的基本思路 將電子秤大致能劃分為三大部分，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊和人機(jī)交互界 智能電子稱設(shè)計(jì) 3 面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和a/d轉(zhuǎn)換部分組成。轉(zhuǎn)換 后的數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成對(duì)該數(shù)字量的處理，驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成 人機(jī)間的信息交換。此外添加了一個(gè)過(guò)載、欠量報(bào)警提示的特殊功能。 圖圖 2-1 2.3 單片機(jī)的選型 at89s52單片機(jī)是at89s系列中的增強(qiáng)型高檔機(jī)產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲(chǔ)器容量是at89s51 的一倍，即片內(nèi)8kb的flash程序存儲(chǔ)器和256b的ram。另外，它還增加了一個(gè)功能極強(qiáng) 的、具有獨(dú)特應(yīng)用的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器2等多種功能。在工程應(yīng)用中at89s52有一顯著 的優(yōu)勢(shì)：不需要燒寫器，只借助pc 機(jī)的并口輸出和極為簡(jiǎn)單的下載電路，便可將程序 通過(guò)串行方式寫入單片機(jī)。并且下載電路可設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，可以隨時(shí)修改單片機(jī)的軟 件而不對(duì)硬件做任何改動(dòng)。 由此，通過(guò)對(duì)目前主流型號(hào)的比較，我們最終選擇了at89s52通用的普通單片機(jī)來(lái) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。at89s52是一種兼容mcs51微控制器，工作電壓4.0v到5.5v，全靜態(tài)時(shí) 鐘0 hz 到33 mhz，三級(jí)程序加密，32個(gè)可編程i/o口，2/3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6/8個(gè) 中斷源，全雙工串行通訊口，低功耗支持idle和power-down模式，power down模式支 持中斷喚醒, 看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。另外在外擴(kuò)展了32k數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器，以滿足系統(tǒng)要求。 2.4 數(shù)據(jù)采集模塊 2.4.1 傳感器 傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的 器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。其中敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈?受被測(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的 智能電子秤設(shè)計(jì) 4 電信號(hào)部分。此外傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受 到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳 輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán) 節(jié)。 稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性 能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占 電子秤整機(jī)誤差的50%70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占 的誤差比例就更大，因此，在人們?cè)O(shè)計(jì)電子秤時(shí)，正確地選用稱重傳感器非常重要。 稱重傳感器的種類很多，根據(jù)工作原理來(lái)分常用的有以下幾種： 電阻應(yīng)變式、電 容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。（本設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變式） 電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件：利用它將被測(cè) 的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是電阻應(yīng)變計(jì)：它作為傳感元件將彈性體的應(yīng) 變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電阻應(yīng)變片所感受的機(jī)械應(yīng)變量一般為10 - 610 - 2，隨之而產(chǎn)生的電阻變化率也大約在10 - 610 - 2數(shù)量級(jí)之間。這樣小的電阻變化 用一般測(cè)量電阻的儀表很難測(cè)出，必須采用一定形式的測(cè)量電路將微小的電阻變化率 轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來(lái)。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中通 過(guò)橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖如圖2 -1所示： 載荷p 應(yīng)變 電阻變化r 輸出電 壓 圖圖 2-2 當(dāng)傳感器不受載荷時(shí)，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變 形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時(shí)，即彈性敏感元件受載荷p 敏感元件應(yīng)變片測(cè)量電橋 智能電子稱設(shè)計(jì) 5 時(shí)，應(yīng)變片就會(huì)發(fā)生變形，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。 圖圖 2-3 r1、r2、r3、r4為4個(gè)應(yīng)變片電阻，組成了橋式測(cè)量電路，rm為溫度補(bǔ)償電阻，e 為激勵(lì)電壓，v為輸出電壓。 若不考慮rm，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為： v= e rr r rr r 43 4 21 1 由于橋臂的起始電阻全等，即r1 = r2 = r3 = r4 = r，所以v=0 。 當(dāng)應(yīng)變片的電阻r1、r2、r3、r4變成r+r1、r+r2、r+r3、r+r4時(shí)，電橋 的輸出電壓變?yōu)椋?v=e rrrr rr rrrr rr 43 4 21 1 通過(guò)化簡(jiǎn)，上式則變?yōu)椋?v= 4 e r r r r r r r r4321 也就是說(shuō)，電橋輸出電壓的變化與各臂電阻變化率的代數(shù)和成正比。 如果四個(gè)橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同，且 = k，則上式又可寫成： r r v=1 - 2 + 3 - 4 ）( 4 ek 式中k為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，為應(yīng)變量。 上式表明，電橋的輸出電壓和四個(gè)轎臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比 。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個(gè)敏感部位，傳感器受 力作用后發(fā)生變形。在力的作用下，r1、r3被拉伸，阻值增大，r1、r3正值，r2 、r4被壓縮，阻值減小，r2、r4為負(fù)值。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對(duì)值相同， 即 r1 = r3 = + r或1 = 3 = + r2 = r4= - r或2 = 4 = - 因此，v=4 = e k。若考慮 4 ekrm，則電橋的輸出電壓變成： 智能電子秤設(shè)計(jì) 6 v=e rmr r r rr r rr 222 = = k ee r r rmr r 2rmr r 2 令su = ，則su = k e v rmr r 2 su稱為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。 對(duì)于一個(gè)高精度的應(yīng)變傳感器來(lái)說(shuō)，僅僅靠4個(gè)應(yīng)變片組成橋式測(cè)量電路還是遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不夠的。由于彈性梁材料金相組織的不均勻性及熱處理工藝、應(yīng)變片性能及粘貼工藝 、溫度變化等因素的影響，傳感器勢(shì)必產(chǎn)生一定的誤差。為了減少傳感器隨溫度變化 產(chǎn)生的誤差，提高其精度和穩(wěn)定性，需要在橋路兩端和橋臂中串入一些補(bǔ)償元件。如 ：初始不平衡值的補(bǔ)償、零載輸出溫度補(bǔ)償、輸出靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)取?2.4.2 前級(jí)放大器 由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)一般電平較低而由電橋等電路變換后的信 號(hào)亦難以直接用來(lái)顯示、記錄、控制或進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。為此，測(cè)量電路中常設(shè)有模擬放 大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運(yùn)算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放 大器來(lái)完成。 放大器的輸入信號(hào)一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號(hào)不僅電平低，內(nèi)阻 高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對(duì)放大器有如下一些要求： 1) 輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會(huì)使所測(cè)電壓造成偏 差。 2) 抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。 3) 在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠 小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 4) 能附加一些適應(yīng)特定要求的電路。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的 量程切換、極性自動(dòng)變換等。 基于以上分析，我們最終決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器ad620 。 ad620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(diǎn)。其最大輸 入偏置電流為20na，這一參數(shù)反映了它的高輸入阻抗。ad620在外接電阻rg時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 智能電子稱設(shè)計(jì) 7 rg vv i inin g ) 2 1)( rg r vv inin 11000范圍內(nèi)的任意增益；工作電源范圍為2.318v；最大電源電流為1.3ma；最 大輸入失調(diào)電壓為125 v；頻帶寬度為120khz（在g=100時(shí)）。： ： 圖圖 2-4 圖圖 2-5 電路的工作原理：a1、a2工作在負(fù)反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與同相輸入端 的電壓相等。即rg兩端的電壓分別為vin+、vin-。因此 設(shè)圖（2-4）中電阻r1=r2=r，則a1、a2兩輸出端的電壓差u12為 )( 2112 rgrriu g 智能電子秤設(shè)計(jì) 8 )( 2 1 ( 12 inino vv rg r uv )( inin o v vv u a ) 2 1 ( rg r 將上式代入第一個(gè)式子得 放大器的增益av為 可見(jiàn)，僅需調(diào)整一個(gè)電阻rg，就能方便的調(diào)整放大器的增益。由于整個(gè)電路對(duì)稱 ，調(diào)整時(shí)不會(huì)造成共模抑制比的降低。 在接口圖（2-5）中，通過(guò)改變可變電阻r3的阻值大小來(lái)改變放大器的增益，放大 器增益計(jì)算公式如下： 49.4 1 3 k g r 2.4.3 a/d 轉(zhuǎn)換器 a/d轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流-成與它成正比的數(shù)字量，也就是說(shuō)能 把被控對(duì)象的各種模擬信息變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。a/d轉(zhuǎn)換器種類較多，從 原理上可分為四種：雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器、并行a/d轉(zhuǎn)換器、計(jì) 數(shù)器式a/d轉(zhuǎn)換器及型a/d轉(zhuǎn)換器。在電子秤的設(shè)計(jì)中用的比較多的是雙積分式a /d轉(zhuǎn)換器和型a/d轉(zhuǎn)換器。 雙積分adc的基本原理是對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電 壓平均值變成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔， 進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。如圖2-6所示是電子秤中常用的雙積分式a/d轉(zhuǎn)換電路， 它由積分器、比較器、模擬電子開關(guān)，積分電阻、積分電容、自動(dòng)回零電阻、電容組 成。其中vg是模擬地，vfr是基準(zhǔn)電壓（相對(duì)于vg為負(fù)值），vx是檢測(cè)電壓。 智能電子稱設(shè)計(jì) 9 圖圖 2-6 其次雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)正負(fù)對(duì)稱的工頻干擾信號(hào)積分 為零，所以對(duì)50hz的工頻干擾抑制能力特強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）也具 有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本系 統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。故而采用雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器 可大大降低對(duì)濾波電路的要求。 作為電子秤，系統(tǒng)對(duì)ad的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上14位的ad足以滿足要求。 另外雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器較強(qiáng)的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價(jià)格。最終選 擇了精度為10kg/ 20000= 0.5g的icl7135。 2.5 人機(jī)交互界面模塊 2.5.1 鍵盤輸入 鍵盤輸入是人機(jī)交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑 。鍵盤是由若干個(gè)按鍵開關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由 許多鍵組成，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開 時(shí)，觸點(diǎn)斷開。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對(duì)于單 片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤接口信號(hào)是輸入信號(hào)。 zlg7289是周立功單片機(jī)公司設(shè)計(jì)的串行輸入輸出可編程鍵盤顯示芯片，有強(qiáng)大的 鍵盤顯示功能，支持64鍵控制，可以比較方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)。另外zlg7289內(nèi)部有譯碼電 智能電子秤設(shè)計(jì) 10 路，大大簡(jiǎn)化了程序。最終選擇zlg7289作為鍵盤掃描顯示芯片。 2.5.2 輸出顯示 采用可以設(shè)置顯示單價(jià)，金額，中文，購(gòu)物日期等的lcd，它具有低功耗、可視面 大、畫面友好及抗干擾能力強(qiáng)等功能，其顯示技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。 lcd 顯示器的工作原理：液晶顯示器的主要材料是液態(tài)晶體。它在特定的溫度范 圍內(nèi)，既具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的某些光學(xué)特性，其透明度和顏色隨電場(chǎng)、 磁場(chǎng)、光照度等外界條件變化而變化。因此，用液晶做成顯示器件，就可以把上訴外 界條件的變化反映出來(lái)從而形成現(xiàn)實(shí)的效果。 雖然zlg7289具有控制數(shù)碼管顯示的功能，但考慮到本題目要求中文顯示，數(shù)碼管 無(wú)法滿足，只能考慮用帶有中文字庫(kù)的液晶顯示器。由于可以分頁(yè)顯示，無(wú)需太大屏 幕，最終選擇點(diǎn)陣式12864型lcdocm4x8c。 3 3 電子秤硬件的設(shè)計(jì)與制作電子秤硬件的設(shè)計(jì)與制作 3.1 at89s52 的主控電路 3.1.1 at89s52 芯片 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是一個(gè)低功耗,高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器。器件采用atmel公司的高 密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)。芯片內(nèi)集 成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s52可為 許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 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 byte s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。 此外，at89s52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz，并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空 智能電子稱設(shè)計(jì) 11 閑模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電 模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同 時(shí)該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性見(jiàn)下表： 兼容mcs-51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）isp flas h rom 32個(gè)雙向i/o口 4.5-5.5v工作電壓 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率0-33mhz 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 表表 3-1： 圖圖 3-1 智能電子秤設(shè)計(jì) 12 3.1.2 主控電路的設(shè)計(jì) p1口和p2.0p2.6口作為地址總線，其中p1口作為低地址線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，p2. 0p2.6口做高地址線。p2.7作為62256的片選控制總線，ale接鎖存器74ls373的使能 端。p3.6和p3.7作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫/讀選通信號(hào)輸出端分別接62256的/we和/oe端 。 主控電路圖如下： 圖圖 3-2 3.2 電子秤的信號(hào)處理流程 3.2.1 稱重?cái)?shù)據(jù)處理 測(cè)量精度和可靠性是電子秤設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，引入軟件數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以克服或彌 補(bǔ)包括傳感器在內(nèi)的各測(cè)量環(huán)節(jié)硬件本身的缺陷或弱點(diǎn)，使原來(lái)靠硬件電路難以實(shí)現(xiàn) 的信號(hào)處理可以得到解決，提高電子秤的綜合性能。在電子稱重系統(tǒng)中，主要的數(shù)據(jù) 處理技術(shù)有：無(wú)效物理量的消除、零漂處理、標(biāo)度變換技術(shù)、非線性補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字 濾波技術(shù)等。 智能電子稱設(shè)計(jì) 13 （1）無(wú)效物理量的消除 在稱重系統(tǒng)中，稱重傳感器輸出的信號(hào)是秤臺(tái)、支架和被測(cè)物之和的轉(zhuǎn)換信號(hào)， 實(shí)際所要測(cè)的是被測(cè)物的重量，因此，秤臺(tái)、支架等是無(wú)效的物理量，在信號(hào)處理過(guò) 程中要用軟件方法來(lái)消除。 （2）零漂處理 零位穩(wěn)定是影響電子秤精度非常重要的因素，因受溫度或其它因素影響將引起零 位不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為零漂。由于零漂的影響，零輸入信號(hào)時(shí)，輸出可能不為零， 為消除這個(gè)零位漂移值，采用零位補(bǔ)償技術(shù)，零位補(bǔ)償就是把這個(gè)零位漂移值儲(chǔ)存起 來(lái)，每一數(shù)據(jù)采集時(shí)減去這個(gè)數(shù)值，得到的數(shù)值就是消除零漂的有效信號(hào)。 （3）標(biāo)度變換 在實(shí)際測(cè)量中，被測(cè)模擬信號(hào)被檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，需要轉(zhuǎn)換成操作人 員所熟悉的工程量。因?yàn)?，被測(cè)對(duì)象經(jīng)傳感器、a/d轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量是一系列的數(shù) 碼，這些數(shù)碼值并不等于原來(lái)帶有量綱的參數(shù)值，它僅僅對(duì)應(yīng)于參數(shù)的大小，因此， 必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換就是工程量變換， 又稱標(biāo)度變換。 對(duì)一般的線性系統(tǒng)，其標(biāo)度變換公式如下： ax = a0 +（am a0）（nx n0）/（nm n0 ） a0 ：測(cè)量范圍最小值 a m：測(cè)量范圍最大值 n0：a0所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 nm：am所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 nx：ax所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 其中，a0 、am 、n0 和nm對(duì)于某一固定的被測(cè)參數(shù)來(lái)說(shuō)它們是常數(shù)，不同的參數(shù) 有著不同的值。 對(duì)于測(cè)重系統(tǒng)而言，標(biāo)度變換實(shí)質(zhì)是建立重量w與a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)n關(guān)系的數(shù)學(xué)模型 。 假設(shè)秤臺(tái)和支架重量為w0 相應(yīng)的a/d為n0 ，稱量物體時(shí)，物體、秤臺(tái)和支架總 重為w，相應(yīng)的a/d為n，最大量程范圍為wm，相應(yīng)的a/d為nm，物體凈重為wc = w- w0 ，它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下： 智能電子秤設(shè)計(jì) 14 wc = w- w0 =（n - n0）（wm - w0 ）/（nm - n0 ） 上式標(biāo)度變換中，只考慮了凈重與a/d轉(zhuǎn)換之間的數(shù)學(xué)量的關(guān)系，還沒(méi)考慮儀器儀 表的精確度等級(jí)和分辨率問(wèn)題。在實(shí)際的稱重系統(tǒng)中，根據(jù)國(guó)家計(jì)量法規(guī)要求，系統(tǒng) 的分辨率、精確度等級(jí)都有明確要求，在硬件配置條件滿足的情況下，分辨率、精確 度等級(jí)通常通過(guò)軟件設(shè)置分度值d、分度數(shù)n來(lái)解決。它們與上式的關(guān)系為： wm - w0 = n d =（nm - n0 ）k d n=（nm - n0 ）k k = n /（nm - n0 ） k稱為標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)（倍率），在軟件設(shè)計(jì)中通常通過(guò)一個(gè)調(diào)校子程序來(lái)確定，然后存 放在一個(gè)能長(zhǎng)期保存的存儲(chǔ)器中。 測(cè)量時(shí)物體的凈重 wc = w- w0 =（n - n0）k d （4）非線性補(bǔ)償 在檢測(cè)中，由于檢測(cè)傳感器的輸入輸出特性往往只在一定范圍內(nèi)近似呈線性，而 在某些范圍內(nèi)則明顯呈非線性，同時(shí)，傳感器具有離散性，還可能有溫漂、滯后等。 在信號(hào)處理過(guò)程中也常用軟件處理方法來(lái)補(bǔ)償和校正以上誤差。常用的非線性補(bǔ)償處 理的方法有三種：分段線性插值法、曲線擬合法、查表法。對(duì)于不太彎曲的輸入輸出 曲線，可采用線性插值法，對(duì)于很彎曲的輸入輸出曲線，可采用二次拋物線插值法， 對(duì)于不規(guī)則的輸入輸出曲線，可采用分段曲線擬合法。對(duì)于用應(yīng)變稱重傳感器的稱重 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其非線性度不是很大，所以常采用分段線性插值法。 （5）數(shù)字濾波技術(shù) 實(shí)際測(cè)量中，由于被測(cè)對(duì)象的環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，各種電子秤在稱量 過(guò)程中，來(lái)自傳感器的有用信號(hào)往往混雜有各種頻率的干擾信號(hào)。為了抑制某些干擾 信號(hào)，通常在稱重儀表的信號(hào)入口處采用rc低通濾波器，該種濾波器能抵制高頻干擾 信號(hào)，但對(duì)低頻干擾信號(hào)的濾波效果差，而數(shù)字濾波卻可以對(duì)極低頻率的干擾信號(hào)進(jìn) 行濾波。數(shù)字濾波就是在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用一定的計(jì)算方法對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理 ，減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，提高信號(hào)的真實(shí)性，它不需要增加硬件，只需 根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序，即可達(dá)到信號(hào)濾波的目的。數(shù)字濾波可以對(duì)各 種干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，其穩(wěn)定性高，濾波參數(shù)修改方便，一種濾波程序可供多個(gè)通道 共用。在稱重系統(tǒng)中常用的數(shù)濾波技術(shù)有：程序判斷濾波法、平滑濾波法、中位值濾 智能電子稱設(shè)計(jì) 15 波法等。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況選擇其中一種或幾種濾波方法的組合，對(duì)采集信號(hào)實(shí) 現(xiàn)數(shù)字濾波。 3.2.2 信號(hào)處理電路 以下為濾波放大電路圖： 圖圖 3-3 上圖中電容c5、c6用來(lái)濾除采樣信號(hào)電壓中的高頻噪聲，選用0.1uf的普通獨(dú)石電 容；電容c7、c84用來(lái)濾除采樣信號(hào)電壓中的低頻噪聲，選用22uf的普通獨(dú)石電容。電 阻r3、r4選用較小的阻值，因?yàn)椴蓸有盘?hào)電壓值只有毫伏級(jí)，所以其阻值不宜太大， 否則導(dǎo)致放大器由于輸入電流太小而放大效果不明顯。 微弱信號(hào)vi1和vi2被分別放大后從ad620的第6腳輸出。a/d轉(zhuǎn)換器icl7135的輸入 電壓變化范圍是-2v+2v，傳感器的輸出電壓信號(hào)在020mv左右，因此放大器的放大 倍數(shù)在200300左右，可將r9接成1k的滑動(dòng)變阻器。由于icl7135對(duì)高頻干擾不敏感， 所以濾波電路主要針對(duì)工頻及其低次諧波引入的干擾。因?yàn)閴毫π盘?hào)變化十分緩慢， 所以濾波電路可以把頻率做得很低。 圖中的lm741的輸出端與ad620的地端相連，lm741的2腳與6腳相連構(gòu)成電壓跟隨器 ，r15與正負(fù)電源相接，通過(guò)改變r(jià)15的阻值可使vo與 ret之間的壓差變化，從而實(shí)現(xiàn) 調(diào)零、去皮的功能。 icl7135與單片機(jī)的接口 在讀取a/d轉(zhuǎn)換后的結(jié)果時(shí)，選用數(shù)據(jù)選擇器作為數(shù)據(jù)讀取的控制器，這樣簡(jiǎn)化了 icl7135與單片機(jī)的接口電路，便于硬件設(shè)計(jì)與軟件編程的實(shí)現(xiàn)。 在icl7135進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束后輸出的/strb負(fù)脈沖引起at89s52中斷。同時(shí)在第一 智能電子秤設(shè)計(jì) 16 個(gè)/stb負(fù)脈沖時(shí)由軟件將p1.7口置0，因而使s=0，使74ls157的y （1y，2y，3y，4y）=a（4a，3a，2a，1a）。at89s52讀p1.0p1.3口便讀得bcd 碼，此時(shí)d5=1。此后， d4，d3，d2，d1輪流為“1”，即可讀得千位、百位、十位和 個(gè)位的bcd碼。 前端信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)如下圖： 圖圖 3-4 圖圖 3-5 icl7135的輸出時(shí)序圖： 在a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束后立即更新輸出鎖存器并不斷地掃描輸出bcd碼。在a/d轉(zhuǎn)換期間bu sy為低電平，轉(zhuǎn)換完畢后busy變?yōu)楦唠娖?。a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束后立刻順序并連續(xù)不斷地輸出 位驅(qū)動(dòng)信號(hào)d5、d4、d3、d2、d1（均為正脈沖）。當(dāng)d5為高電平時(shí)，b8、b4、b2、b1 智能電子稱設(shè)計(jì) 17 是萬(wàn)位bcd碼。同樣當(dāng)d4為高電平時(shí)，b8、b4、b2、b1是千位bcd碼。同理d3、d2、d1 為正脈沖時(shí)各對(duì)應(yīng)百、十、個(gè)位的bcd碼。在a/d轉(zhuǎn)換完畢后，還連續(xù)輸出5個(gè)/stb 負(fù)脈沖，它們分別位于d5、d4、d3、d2、d1正脈沖的中間，脈沖寬度為t/2。 在設(shè)計(jì)時(shí)，還考慮過(guò)使用另一種接口電路，它巧妙地運(yùn)用了icl7135 地“busy” 端功能，只要一個(gè)i/o口和單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器就可把icl7135的數(shù)據(jù)送人單片機(jī) ，可以節(jié)省大量的單片機(jī)資源，減小系統(tǒng)的體積。原理如下： “busy”輸出端（icl7135的21腳）高電平的寬度等于積分和反積分時(shí)間之和。ic l7135內(nèi)部規(guī)定積分時(shí)間固定為10001個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間，反積分時(shí)間長(zhǎng)度與被測(cè)電壓的 大小成比例。如果利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)icl7135的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，利用“busy“作 為計(jì)數(shù)器門控信號(hào)，控制計(jì)數(shù)器只要在busy為高電平時(shí)計(jì)數(shù)，將這段busy高電平時(shí)間 內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)的內(nèi)容減去10001，其余數(shù)等于被測(cè)電壓的數(shù)值。 3.3 人機(jī)交互界面模塊設(shè)計(jì) 3.3.1 鍵盤輸入控制電路 表表 3-2 zlg7289 引腳說(shuō)明引腳說(shuō)明 引 腳 號(hào) 名 稱說(shuō) 明 1，2 vdd 正電源 3，5 nc 懸空 4vss 接地 6/cs 片選輸入端此引腳為低電平時(shí)可向芯片發(fā)送 指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù) 7clk 同步時(shí)鐘輸入端向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤 數(shù)據(jù)時(shí)此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效 8data 串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端當(dāng)芯片接收指令時(shí)此引 腳為輸入端當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)此引腳在讀指令最 后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?9/key 按鍵有效輸出端平時(shí)為高電平當(dāng)檢測(cè)到有效 按鍵時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖?智能電子秤設(shè)計(jì) 18 101 6 sgsa 段g段a 驅(qū)動(dòng)輸出 17dp 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出 182 5 dig0di g7 數(shù)字0 數(shù)字7 驅(qū)動(dòng)輸出 26osc2 振蕩器輸出端 27osc1 振蕩器輸入端 28/reset 復(fù)位端低電平有效 spi串行接口工作方式介紹： zlg7289 采用串行方式與微處理器通訊,串行數(shù)據(jù)從data 引腳送入芯片，并由clk 端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?，data 引腳上的數(shù)據(jù)在clk 引腳的上升沿被寫入zl g7289 的緩沖寄存器。 zlg7289 的指令結(jié)構(gòu)有三種類型： 1、不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為8 個(gè)bit 即微處理器需發(fā)送8個(gè)clk 脈沖； 圖圖 3-6 2、帶有數(shù)據(jù)的指令寬度為16 個(gè)bit 即微處理器需發(fā)送16 個(gè)clk 脈沖； 智能電子稱設(shè)計(jì) 19 圖圖 3-7 3、讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令寬度為16個(gè)bit，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到zlg7289的指令， 后8 個(gè)bit為zlg7289返回的鍵盤代碼，執(zhí)行此指令時(shí)zlg7289的data端在第9個(gè)clk 脈 沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接收下一個(gè) 指令。 圖圖 3-8 下圖為電路圖： 圖圖 3-9 圖中p1.5口接/cs；p1.6口接clk；p1.0口接dio；p3.2口接/key，利用中斷0通知a 智能電子秤設(shè)計(jì) 20 t89s52讀數(shù)。 鍵盤控制芯片zlg7289 控制鍵盤的掃描，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有鍵按下后zlg7289 的9腳便產(chǎn) 生一個(gè)低電平通知單片機(jī)，單片機(jī)可以采用查詢或者中斷方式將數(shù)據(jù)通過(guò)p3.0口以串 行方式讀入。因?yàn)椴樵兎绞綍?huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，所以本系統(tǒng)采用的是中斷方式。 2、 參數(shù)選擇參考如下 8只下拉電阻和8 只鍵盤連接位選線dig0dig7 的8 只位選電阻應(yīng)遵從一定的比 例關(guān)系，下拉電阻應(yīng)大于位選電阻的5 倍而小于其50 倍，典型值為10 倍，下拉電阻 的取值范圍是10k100k， 位選電阻的取值范圍是1k10k。所以取上拉電阻為10k， 下拉電阻為100k。 zlg7289需要一外接晶體振蕩電路供系統(tǒng)工作,其典型值分別為f=16mhz c=15pf。 實(shí)際使用時(shí)取f=12mhz，c=15pf。 3.3.2 lcd 顯示電路 ocm4x8c是具有串/并接口，其內(nèi)部含有中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。該模 塊的控制/驅(qū)動(dòng)器采用臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司的st7920，因而具有較強(qiáng)的控制顯示功能。oc m4x8c的液晶顯示屏為12864點(diǎn)陣，可顯示4行、每行8個(gè)漢字。為了便于簡(jiǎn)單、方便 地顯示漢字，該模塊具2mb的中文字型cgrom，該字型rom中含有8192個(gè)1616點(diǎn)陣中文 字庫(kù)；同時(shí)，為了便于英文和其它常用字符的顯示，具有16kb的168點(diǎn)陣的ascii字 符庫(kù)；為便于構(gòu)造用戶圖形，提供了一個(gè)64256點(diǎn)陣的gdram繪圖區(qū)域，且為了便于 構(gòu)造用戶所需字型，提供了4組1616點(diǎn)陣的造字空間。利用上述功能，ocm4x8c可實(shí) 現(xiàn)漢字、ascii碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示。為便于和多種微處理器、單片機(jī) 接口，模塊提供了4位并行、8位并行、2線串行、3線串行多種接口方式。 該模塊具有2.7v5.5v的寬工作電壓范圍，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式 ，可滿足系統(tǒng)各種工作電壓及便攜式儀器低功耗的要求。液晶模塊顯示負(fù)電壓，也由 模塊提供，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。模塊同時(shí)還提供led背光顯示功能。除此之外， 模塊還提供了畫面清除、游標(biāo)顯示/隱藏、游標(biāo)歸位、顯示打開/關(guān)閉、顯示字符閃爍 、游標(biāo)移位、顯示移位、垂直畫面旋轉(zhuǎn)、反白顯示、液晶睡眠/喚醒、關(guān)閉顯示等操作 指令。 智能電子稱設(shè)計(jì) 21 表表 3-3 引腳功能說(shuō)明引腳功能說(shuō)明 引 腳 號(hào)名 稱說(shuō) 明 1vss gnd（0v） 2vdd 邏輯電源（+5v） 3v0 lcd電源（懸空） 4 rs（cs）h：數(shù)據(jù)，l：指令 5 r/w（sid）h：讀，l：寫 6 e（sclk）使能 7db0 數(shù)據(jù)0 8db1 數(shù)據(jù)1 9db2 數(shù)據(jù)2 10db3 數(shù)據(jù)3 11db4 數(shù)據(jù)4 12db5 數(shù)據(jù)5 13db6 數(shù)據(jù)6 14db7 數(shù)據(jù)7 15psb h：并行，l：串行 16nc 空腳 17rst 復(fù)位（低電平有效） 智能電子秤設(shè)計(jì) 22 電路圖中psb接低電平，進(jìn)入串行接口模式；串行數(shù)據(jù)線sid接p3.1口；串行時(shí)鐘 線sclk接p1.6；rs固定接高電平。此為典型二線串行模式。 字符顯示ram地址與字符顯示位置關(guān)系： 表表 3-4 ram 地址與字符顯示位置關(guān)系地址與字符顯示位置關(guān)系 8 0h 8 1h 8 2h 8 3h 8 4h 8 5h 8 6h 8 7h 9 0h 9 1h 9 2h 9 3h 9 4h 9 5h 9 6h 9 7h 8 8h 8 9h 8 ah 8 bh 8 ch 8 dh 8 eh 8 fh 9 8h 9 9h 9 ah 9 bh 9 ch 9 dh 9 eh 9 fh 2/3線串行接口方式： 當(dāng)模塊的psb腳接低電平時(shí)，模塊即進(jìn)入串行接口模式。串行模式使用串行數(shù)據(jù)線 sid與串行時(shí)鐘線sclk來(lái)傳送數(shù)據(jù)，即構(gòu)成2線串行模式。 ocm4x8c還允許同時(shí)接入多個(gè)液晶顯示模塊以完成多路信息顯示功能。此時(shí)，要利 用片選端“cs”構(gòu)成3線串行接口方式，當(dāng)“cs”接高電位時(shí)，模塊可正常接收并顯示 數(shù)據(jù)，否則模塊顯示將被禁止。通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)僅使用一個(gè)液晶顯示模塊時(shí)，“c 18nc 空腳 19leda 背光源正極（led+5v） 20ledk 背光源負(fù)極（led-0v） 智能電子稱設(shè)計(jì) 23 s”可連接固定的高電平。 模塊2線串行工作操作時(shí)序如下圖所示： 圖圖 3-10 2 線串行時(shí)序圖線串行時(shí)序圖 由圖3.12可以看出，單片機(jī)與液晶模塊之間傳送1字節(jié)的數(shù)據(jù)共需24個(gè)時(shí)鐘脈沖。 首先，單片機(jī)要給出數(shù)據(jù)傳輸起始位，這里是以5個(gè)連續(xù)的“1”作數(shù)據(jù)起始位，如模 塊接收到連續(xù)的5個(gè)“1”，則內(nèi)部傳輸被重置并且串行傳輸將被同步。緊接著，“rw ”位用于選擇數(shù)據(jù)的傳輸方向（讀或?qū)懀?，“rs”位用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器或指令 寄存器，最后的第8位固定為“0”。在接收到起始位及“rw”和“rw”的第1個(gè)字節(jié)后 ，下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令將被分為2個(gè)字節(jié)來(lái)串行傳送或接收。數(shù)據(jù)或指令的高4位 ，被放在第2個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)的高4位，其低4位則置為“0”；數(shù)據(jù)或指令的低4位被放 在第3個(gè)字節(jié)的高4位，其低4位也置為“0”，如此完成一個(gè)字節(jié)指令或數(shù)據(jù)的傳送。 需要注意的是，當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)或指令要傳送時(shí)，必須要等到一個(gè)指令完成執(zhí)行完畢后 再傳送下一個(gè)指令或數(shù)據(jù)，否則，會(huì)造成指令或數(shù)據(jù)的丟失。這是因?yàn)橐壕K內(nèi)部 沒(méi)有發(fā)送/接收緩沖區(qū)。 3.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 下圖為系統(tǒng)報(bào)警電路原理圖，用于超載和欠量程提示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)發(fā)光二極 管作為超載和欠量程指示燈，使系統(tǒng)更加完善。當(dāng)系統(tǒng)判斷為超載或欠量程時(shí)，icl71 35給輸出一個(gè)高電平信號(hào)or（超載）或ur（欠量程），經(jīng)非門后形成低電平從而驅(qū)動(dòng) 發(fā)光二極管發(fā)光提示。 智能電子秤設(shè)計(jì) 24 圖圖3-11 4 4 電子秤的軟件電子秤的軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 4.1 軟件流程圖及程序設(shè)計(jì) 為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，程序設(shè)計(jì)采用自上而下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程 序設(shè)計(jì)方法，把總的編程過(guò)程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊相互 獨(dú)立，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。本設(shè)計(jì)按任務(wù)模塊 劃分的程序主要有初始化程序、主程序， a/d轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序、鍵盤處理子 程序。 4.1.1 初始化程序設(shè)計(jì)流程圖 單片機(jī)系統(tǒng)上電后，進(jìn)入初始化程序，完成單片機(jī)片內(nèi)各模塊的設(shè)置和a/d轉(zhuǎn)換器 的功能設(shè)置初始化，然后進(jìn)入主程序。 智能電子稱設(shè)計(jì) 25 圖圖 4-1 4.1.2 主程序設(shè)計(jì)流程圖 單片機(jī)完成初始化程序