單片機在商用電子秤中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計

1、 本 科 畢 業(yè) 論 文題 目 單片機在商用電子秤中的應(yīng)用 學 院 工業(yè)制造學院 專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 學生姓名 李金漢 學 號 200810114103 年級 2008級 指導教師 趙悅 職稱 副教授 2012 年 06 月 1 日單片機在商用電子秤中的應(yīng)用專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 學 號：200810114106學 生：李 金 漢 指導老師：趙 悅摘要：近年來，電子稱重技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，電子稱在稱重計量領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。尤其是商用電子稱，由于其具有準確度高、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工商貿(mào)易、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。目前，機械秤正在逐步被電子秤取代，這就促使

2、電子秤的研究需要進一步的深入。本文設(shè)計的電子秤以單片機為主要部件，可大致分為：數(shù)據(jù)采集部分、信號放大部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、單片機控制部分、人機接口部分。通過重力傳感器取得重量信息，用信號放大電路實現(xiàn)將采集的信息放大，利用ad轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機中進行處理，單片機將送入的信息通過運算和處理進行相應(yīng)的控制。最后與led顯示器、鍵盤和蜂鳴器能實現(xiàn)調(diào)節(jié)單價、去皮處理、顯示總價格、超值警報等功能使他智能化，符合現(xiàn)代社會要求。關(guān)鍵字：單片機；電子秤；傳感器；秤重技術(shù)、single chip microcomputer application in commercial electr

3、onic scalespecialty : measurement and control student number : 200810114106technology and instruments student : li jinhan suprvisor : zhao yueabstarct: in recent years, electronic weighing technology has made make a spurt of progress and the electronic occupies an increasingly important position,esp

4、ecially for commercial electronics, due to its high accuracy, sensitive reaction, simple structure and other advantages,they are widely used in industrial and commercial trade, light food, medicine and other fields. at present, the mechanical scale is gradually being replaced by electronic scales, w

5、hich requires further study in this field. in this paper, the design of the electronic scale uses single chip microcomputer as main components, which can be roughly divided into six part as following: data acquisition, signal amplifying part, a/d conversion part, and a singlechip control part, part

6、of the man-machine interface. the gravity sensor gains weight information,then,the signal amplification circuit realizes information amplification, and the ad converter sends the digital that is converted from analog signal into the microcontroller for processing.by zhen, the microcontroller sends i

7、nformation through the operation and processing of the corresponding control. finally ,with the keyboard, led display and buzzer,it can to achieve price regulation, peeling process, displaying the total price, value alarm function and many other intelligent functions to meet the requirements of mode

8、rn society.keyword: single chip microcomputer; electronic scale; sensor; weighing technology目錄第一章 緒論11.1 引言11.2 研究背景11.3 研究的目的與意義11.4 課題的的研究任務(wù)2第二章 方案論證42.1數(shù)據(jù)采集部分42.2前級放大部分42.3 a/d轉(zhuǎn)換器42.4 控制器部分52.5鍵盤輸入52.6 顯示輸出5第三章 硬件組成631硬件結(jié)構(gòu)框圖632傳感器63.2.1傳感器的定義及應(yīng)用63.2.2稱重傳感器的工作原理73.2.3稱重傳感器的結(jié)構(gòu)73.3前端信號處理83.4 a/d轉(zhuǎn)換器9

9、3.4.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分類93.4.2 adc的分類103.4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器ad574a103.5 at89c51單片機133.6顯示電路部分153.6.1 led結(jié)構(gòu)原理153.6.2 動態(tài)顯示 led 顯示器接口153.6.3 按字段掃描的七段led驅(qū)動接口153.7報警電路部分163.8行列鍵盤的輸入17第四章 稱量誤差194.1傳感器和放大器誤差194.2傳感器和放大器誤差194.3 a/d轉(zhuǎn)換器的誤差194.3.1量化誤差194.3.2偏移誤差204.3.3滿刻度誤差204.3.4非線性誤差20第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計215.1軟件設(shè)計構(gòu)想215.1.1軟件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)215.1.2鍵

10、盤處理子程序流程22第六章 結(jié) 論25附錄126附錄227參考文獻28致謝29第一章 緒論1.1 引言隨著時代科技的迅猛發(fā)展，微電子學和計算機等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。20世紀90年代以來，隨著科學技術(shù)的進步，工業(yè)生產(chǎn)自動化、智能化水平的提高，各行業(yè)對稱重計量提出了許多新要求，歸納起來主要是：稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重方向發(fā)展；測

11、量方法從模擬測量向數(shù)字測量方向發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量方向發(fā)展；電子衡器產(chǎn)品的技術(shù)性能向高速率、高準確度、高穩(wěn)定性、高可靠性方向發(fā)展1.2 研究背景作為重量測量儀器，電子秤在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測量準確，測量速度快，易于實時測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量稱，成為測量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。隨著數(shù)字信息時代的到來，在工業(yè)過程檢測和稱重計量與控制系統(tǒng)中，數(shù)字化電子稱和數(shù)字稱重系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。1.3 研究的目的與意義單片機(scm)是微型計算機的一個分支，因其主要組成部分集成在一個芯片上而得名。在20世紀，單片機的應(yīng)用已極為廣泛，主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，用以實現(xiàn)各種測試

12、及控制系統(tǒng)，為了強調(diào)其控制屬性，也可以把單片機稱為微控制器mcu(micro controller unit)。單片機控制能提高經(jīng)濟效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量與減輕勞動強度，將會發(fā)揮越來越大的作用。單片機就是把中央處理器cpu(central processing unit)、隨機存儲器ram(random access memory)、只讀存儲器rom(read only memory)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及i/o(input/output)口電路等主要部件，集成在一塊芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它以具有了計算機系統(tǒng)的屬性，為此稱它為單片微型計算機scmc(singl

13、e chip micro computer ),簡稱單片機。由于單片機在應(yīng)用時通常是處于被控系統(tǒng)的核心地位并融于其中，即以嵌入的方式進行使用，為了強調(diào)其“嵌入”的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器emcu(embedded micro controller unit)。根據(jù)控制應(yīng)用的需要，可以將單片機分為通用型和專用型兩種類型。通用型單片機的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強，能覆蓋多種應(yīng)用需求。專用型單片機是專門針對某個特定產(chǎn)品的，例如電度表和ic卡讀寫器上的單片機等。單片機在控制系統(tǒng)中的在線應(yīng)用就是以計算機代替常規(guī)的模擬或數(shù)字控制電路，使計算機位于其中并成為控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)或信號處

14、理系統(tǒng)的一個組成部分。通常把這種帶計算機的控制系統(tǒng)稱為計算機控制系統(tǒng)。為了滿足對計算機的體積小、功耗低、價格廉及控制功能強等要求，應(yīng)當使用單片機。在我國，隨著改革開放的深入，零售業(yè)的引入，我國經(jīng)濟與國際經(jīng)濟的接軌，定量包裝也將成為公眾貿(mào)易的主要商品計量形式。因此，如何精確、快速進行物品的秤重就成為一個重要課題。目前，國內(nèi)的稱重式系統(tǒng)的控制部分主要是采用單片機或plc系統(tǒng)，單片機或plc具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、系統(tǒng)易擴展、配置典型，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)等優(yōu)點，并能提供更強的數(shù)據(jù)處理能力，可以實現(xiàn)復雜的控制算法。近年來，電子稱重技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，電子稱在稱重計量領(lǐng)域中占有越來越重

15、要的地位。尤其是商用電子稱，由于其具有準確度高、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工商貿(mào)易、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。目前，機械秤正在逐步被電子秤取代，這就促使電子秤的研究需要進一步的深入。稱重工具從機械到電子的智能化轉(zhuǎn)變，將給人們?nèi)粘Ｉ顜肀憬?，給全國乃至世界帶來效益的提高、經(jīng)濟的發(fā)展。1.4 課題的的研究任務(wù)技術(shù)要求：1. 重量 0-30kg，最小稱量8g。2. 顯示重量、單價和總價；有置零、去皮、累計和清零功能。任務(wù)的內(nèi)容：1. 控制系統(tǒng)的整體方案確定；2. 檢測重量電路設(shè)計；3. 顯示和鍵盤電路設(shè)計；4. a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計；5. 電源電路設(shè)計；第二章 方案論證2.1數(shù)據(jù)采集部分

16、由于考慮到稱重范圍為30kg，重量誤差不大于8g，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定的30kg。所以根據(jù)設(shè)計要求，選擇了l-psii-10型傳感器，為雙孔懸臂梁形式，是電子計價秤的專用產(chǎn)品，也可以用于制造傳感器構(gòu)成的電子案秤，臺秤及專用衡器等，其各項指標較為優(yōu)秀?？梢詽M足本設(shè)計的精度要求。稱重傳感器有彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷體產(chǎn)生形變時，輸出信號電壓10。2.2前級放大部分壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：方案一：利用普通低溫漂運算放大

17、器構(gòu)成多級放大器。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。由于a/d轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。方案二：由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放做成一個差動放大器。優(yōu)點：輸入級加入跟隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。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。故選擇此種方式作為前級放大部分7。2.3 a/d轉(zhuǎn)換器由任務(wù)要求可知：a/d轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在0.03

18、以下12位a/d精度：30kg/4096=7.32g14位a/d精度：30kg/16384=0.18g考慮到其他部分所帶來的干擾，12位a/d就能滿足系統(tǒng)精度要求。所以我們需要選擇12位或者精度更高的a/d。同時逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型a/d轉(zhuǎn)換器件。高精度逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準源和內(nèi)部時鐘，基于89c51構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計時僅需要外接幾個電阻、電容。但考慮到所轉(zhuǎn)換的信號為一慢變信號，逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器的快速的優(yōu)點不能很好的發(fā)揮，且根據(jù)系統(tǒng)的要求，12位a/d足以滿足精度要求，太高的精度就反而浪費了系統(tǒng)

19、資源。故選用12位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，如:ad574。2.4 控制器部分本系統(tǒng)基于51系列單片機來實現(xiàn)，因為系統(tǒng)需要大量的控制顯示和鍵盤。不宜采用大規(guī)模可編程邏輯器件：cpld、fpga來實現(xiàn)。(因為大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷话闶鞘褂脿顟B(tài)機方式來實現(xiàn)，即所解決的問題都是規(guī)則的有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換問題。本系統(tǒng)狀態(tài)較多，難度較大。)另外系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，我們最終選擇了at89c51通用的比較普通單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。其性能參數(shù)足以滿足系統(tǒng)要求。2.5鍵盤輸入 鍵盤輸入是人機交互界面中最重要的組成部分。本系統(tǒng)的鍵盤采用4×4鍵盤，用單片機的p1口來進行信號采集，判斷是否有鍵按下，然后根據(jù)按

20、鍵動作來進行下一步的操作。2.6 顯示輸出 采用led顯示器進行顯示，采用74ls154進行串/并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸。采用74ls154是因為本設(shè)計采用較多的led顯示器，芯片數(shù)量太多往往會導致led亮度不夠，但74ls154可以很好的解決這一問題，故選擇74ls154來完成本設(shè)計。第三章 硬件組成31硬件結(jié)構(gòu)框圖單片機at89c51鍵盤控制led顯示稱重傳感器前端信號處理a/d轉(zhuǎn)換器報警裝置 圖 3-1 系統(tǒng)框圖32傳感器3.2.1傳感器的定義及應(yīng)用能感受規(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。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)

21、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?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會進入了信息時代，在信息時代人們的社會活動將主要依靠對信息資源的開發(fā)和獲取、傳輸和處理，而傳感器處于自動檢測與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測信息的窗口；傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學研究和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號。因此，傳感器的地位與作用特別重要。載荷和力傳感器是試驗技術(shù)和工業(yè)測量中用得較多的一種傳感器。在本系統(tǒng)中，傳感器將被測物料的重量轉(zhuǎn)化為適于傳輸和測量的電信號，它處于整個稱重系統(tǒng)的最前端，其性能將會影響整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)和稱量結(jié)果的精度。在各種

22、測力傳感器中，電阻應(yīng)變式傳感器是應(yīng)用最為廣泛的傳感器之一，雖然新型傳感器不斷出現(xiàn)，為測控技術(shù)開拓了新的領(lǐng)域，但是由于電阻應(yīng)變測量技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能穩(wěn)定可靠、靈敏度高、易于實現(xiàn)測控過程自動化、測量速度快等獨特的優(yōu)點，可以預見在以后它仍將是一種主要的測試手段。3.2.2稱重傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈性敏感元件在感受被測量時將產(chǎn)生變形，起表面產(chǎn)生應(yīng)變。而粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定被測物料的重量。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬

23、的應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻值()與材料的電阻率()及其幾何尺寸(長度和面積)有關(guān)，在承受機械變形(拉伸或壓縮)的過程中，這三者都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。3.2.3稱重傳感器的結(jié)構(gòu)根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器彈性元件的不同，力傳感器可以分為柱式、梁式、環(huán)式、框式等幾種類型。本系統(tǒng)所使用的稱重傳感器是一種特殊梁式力傳感器，為了改變梁的特性(在提高其特性的同時也增加其靈敏度)，將梁做成特殊形狀，以改變其應(yīng)力分布并增加剛度。在板狀梁上有兩個孔，當梁的端部有集中力作用時，孔內(nèi)承受彎曲變形。將應(yīng)變片粘貼在孔的內(nèi)壁，應(yīng)變片處于相反的應(yīng)力區(qū)內(nèi)，當兩邊的變形為拉伸時，另兩邊為

24、壓縮變形，四個應(yīng)變片組成差動電橋，輸出特性的線形度好；另外，這種梁的剛度比單梁好，故動態(tài)特性好，滯后小。橋路內(nèi)自動補償，從而提高傳感器精度，使用時對力點位置的要求也降低了，這種梁在小量程工業(yè)電子秤和商業(yè)電子秤中得到了廣泛的應(yīng)用3。本設(shè)計選用稱重傳感器如圖3-2所示：圖3-2 傳感器實物圖相關(guān)參數(shù)如表3-1所示：表3-1 傳感器相關(guān)參數(shù)額定載荷：15，30，50，100，200kg絕緣電阻：5000m靈敏度：1.80.002 mv/v工作溫度范圍：-30+70綜合性誤差：0.02f.s安全過載：150f.s蠕變（30分鐘）：0.03f.s極限過載：250f.s零點平衡：1f.s推薦激勵電壓：10

25、12v dc零點溫度影響：0.02f.s/10最大激勵電壓：15v dc輸出溫度影響：0.02f.s/10密封等級：ip67輸入阻抗：42010（ohms）導線規(guī)格：5*1000 mm輸出阻抗：3522（ohms）最大臺面尺寸：600*800 mm*mm3.3前端信號處理被測量由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，在沒有干擾的情況下，信號源為單一有效信號直接加到放大器上將微弱信號放大。但在許多場合，傳感器輸出的微弱電信號還包含有工頻，靜電和電磁藕合等干擾信號(噪聲)，有時甚至是與有效信號相同頻率的干擾信號。稱上述噪聲為共模干擾。對這種含有共模干擾的信號的放大需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和

26、高輸入阻抗的特點。習慣上將這種放大器稱作測量放大器閉。測量放大器電路結(jié)構(gòu)的兩個差動輸入端是兩個輸入阻抗和電壓增益對稱的同相輸入端，由于性能對稱，其漂移將大大減小，加上高輸入阻抗和高共模抑制比，對微小差模電壓很敏感，因而適宜與傳感器配合使用15。在差分放大電路中，阻抗匹配問題是影響共模抑制比的主要因素。如果用分立運算放大器來做測量電路，難免有電阻值的差異，因而造成共模抑制比的降低和增益的非線性。采用厚膜工藝制作的集成測量放大器解決了上述匹配問題，此外集成芯片較分立放大器具有性能優(yōu)異、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點8。信號放大系統(tǒng)電路如圖3.4所示：圖3-3 前級信號放大電路 3.4 a/d轉(zhuǎn)換器

27、經(jīng)采樣/保持電路得到的模擬量必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能由計算機處理。能完成模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱作模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)。它是模擬量信號源與數(shù)字計算機之間的接口，因此，它的轉(zhuǎn)換速率和進度應(yīng)滿足整個系統(tǒng)對采樣頻率和精度的要求。3.4.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分類adc可以分為兩大類：直接型和間接型。直接型adc是將輸入的電壓信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼。間接型adc是將輸入的電信號先轉(zhuǎn)換成中間變量(如時間、頻率、脈沖寬度等)，再把中間變量轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼。adc的基本原理是基于時間間隔數(shù)字變換、頻率數(shù)字變換及電壓數(shù)字變換等，根據(jù)原理的不同，常用的adc又可分為雙積分型、跟蹤型、逐次逼近型、和(積分增量)調(diào)制型。3.4.

28、2 adc的分類超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使集成adc發(fā)展迅速、品種繁多、性能各異。各種adc的主要技術(shù)指標由芯片的器件手冊上給出，如何選擇adc應(yīng)考慮以下原則：1）adc的位數(shù)adc的位數(shù)決定了其分辨率的高低，8位以下為低分辨率；10位和12位為中分辨率；14位和16位為高分辨率。一個測控系統(tǒng)的精度受多個環(huán)節(jié)的影響，作為其中之一，adc的位數(shù)選擇，至少要比總精度要求的最低分辨率高一位，總精度對于adc的轉(zhuǎn)換精度要求不等于對分辨率(位數(shù))的要求，但轉(zhuǎn)換精度包括分辨率大小所決定的量化誤差及相關(guān)的偏移誤差。選擇位數(shù)過多沒有意義，且價格較高。2）adc的轉(zhuǎn)換速率adc的轉(zhuǎn)換速率應(yīng)滿足不失真地重現(xiàn)被

29、測信號的要求，具體地說應(yīng)滿足采樣定理(shannon定理)對采樣頻率的要求。采樣定理指出，實現(xiàn)采樣信號完全恢復被測模擬信號的最小頻率為(為采樣頻率，為被測模擬信號中最高諧波分量的頻率)，而實際應(yīng)用中由于被測信號并不完全具備上式在推導過程中被假設(shè)為“有限帶寬”的條件，通常至少取為4，將采樣頻率選取為理論值的10倍也是很平常的。不同類型的adc的轉(zhuǎn)換速率大不相同。積分和跟蹤比較型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時間從幾毫秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速的轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。逐次逼近型屬于中速adc，轉(zhuǎn)換時間為微秒級，用于多通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。并列型是高速adc，轉(zhuǎn)換時間僅

30、為20100ns，適用于實時瞬態(tài)記錄、數(shù)字通訊、視頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等6。此外，在選擇adc時還應(yīng)考慮是否需要使用采樣/保持器、adc的供電電壓、adc的量程、引腳、工作現(xiàn)場的環(huán)境條件等問題。3.4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器ad574a根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇了12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ad574a作為模數(shù)轉(zhuǎn)換部件。ad574a為逐次逼近型adc，它的突出特點是芯片內(nèi)部包含微機接口控制邏輯電路和三態(tài)輸出緩沖器，可以直接與8位、12位或16位微處理器的數(shù)據(jù)總線相連。讀寫及轉(zhuǎn)換命令由控制總線提供，輸出可以是12位一次讀出或分兩次讀出:先讀高8位，再讀低4位。輸入電壓可有單極性和雙極性兩種。對外可提供一個10伏基準電壓，最大

31、輸出電流1.5ma。有較寬的溫度范圍1。芯片引腳功能:ad574a采用28腳雙列直插式封裝，引腳圖及各引腳的功能如圖3.5所示：圖3-4 ad574引腳圖：12位數(shù)據(jù)輸出。：數(shù)據(jù)模式選擇，此線輸入信號為“1”時，12條輸出線均有效：此線輸入信號為“0”時，12位分成高8位和低4位兩次輸出。：字節(jié)地址/短周期。在讀數(shù)狀態(tài)，如果為低電平，當=0時，則輸出高8位數(shù)；當=1時，則輸出低4位數(shù)，禁止高8位輸出；如果為高電平，則的狀態(tài)不起作用。的另一功能是控制轉(zhuǎn)換周期，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當=0時，產(chǎn)生12位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換周期位25s；當=1時，產(chǎn)生8位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換周期位16us。：芯片選擇。當0時，芯片被選中。：讀/

32、轉(zhuǎn)換信號。當=1時，允許讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果；當=0時，允許啟動a/d轉(zhuǎn)換。ce：芯片允許。ce=7允許轉(zhuǎn)換或讀a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，從此端輸入啟動脈沖。sts：狀態(tài)信號。sts=1時，表示正在a/d轉(zhuǎn)換；sts=0時，表示a/d轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。refout:基準電壓輸出。芯片內(nèi)部基準電壓源為l0v。refin:基準電壓輸入。如果itijfout通過電阻接至refin，則可用來調(diào)量程。bipout：雙極性補償。若輸入模擬信號為雙極性(-5v+5v或-10v+10v)則要同時使用此腳；此腳還可用于調(diào)零點。10：l0v量程輸入端。20：20v量程輸入端。上述ce，和sts是ad574a與微機連接時的主要接口

33、信號線。ce，五個控制信號組合的作用如表所示。表3.6 ad574a控制信號組合的作用ce工作狀態(tài)0*不工作*不工作10*0啟動12位轉(zhuǎn)換10*1啟動8位轉(zhuǎn)換111接5v*并行輸出12位數(shù)字111接地0并行輸出高8位數(shù)字111接地1并行輸出低4位數(shù)字工作時序與工作方式ad574a工作于兩種不同的工作狀態(tài)：一是a/d轉(zhuǎn)換過程：另一是數(shù)據(jù)讀出過程。轉(zhuǎn)換過程的控制主要是轉(zhuǎn)換的啟動過程，啟動過程完成后，控制信號在轉(zhuǎn)換過程中無效。而控制過程分為轉(zhuǎn)換啟動過程和數(shù)據(jù)讀出過程。ad574a可在兩種方式下工作：一種是0v+10v的單極性工作方式，另一種是+5v-5v的雙極性工作方式。 單極性工作方式時，ad57

34、4a輸出的數(shù)字量是二進制碼；雙極性工作方式時，ad574a輸出的是偏移二進制碼。3.5 at89c51單片機at89c51芯片圖如下：圖3.8 at89c51 的引腳圖vcc：供電電壓。     gnd：接地。     p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 

35、0;   p1口：p1口是一個內(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。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。      p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或

36、16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。  p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸

37、出口） p3.2 /int0（外部中斷0） p3.3 /int1（外部中斷1） p3.4 t0（記時器0外部輸入） p3.5 t1（記時器1外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信

38、號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。  /ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），

39、不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。   xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出2。3.6顯示電路部分在實際使用時,特別是有微處理器的系統(tǒng)中，如果用多位的led顯示,一般采取動態(tài)掃描方式、分時循環(huán)顯示，即多個發(fā)光管輪流交替點亮。這種方式的依據(jù)是利用人眼的滯留現(xiàn)象，只要在1秒內(nèi)一個發(fā)光管亮24次以上，每次點亮時間維持1ms以上，則人眼感覺不到閃爍，宏觀上仍可看到多位led同時顯示的效果。動

40、態(tài)顯示可以簡化硬件、降低成本、減小功耗。3.6.1 led結(jié)構(gòu)原理發(fā)光二極管顯示器是單片機應(yīng)用產(chǎn)品中常用的廉價輸出設(shè)備。它是由若干個發(fā)光二極管組成顯示的字段。當二極管導通時相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)光，就能顯示出各種字符。led 數(shù)碼顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：將所有發(fā)光二極管的陽極連在一起，稱為共陽接法，公共端 com 接高電平，當某個字段的陰極接低電平時，對應(yīng)的字段就點亮；而將有發(fā)光二極管的陰極連在一起，稱為共陰接法，公共端 com 接低電平，當某個字段的陽極接高電平時，對應(yīng)的字段就點亮。每段所需電流一般為 515ma，實際電流視具體的 led 數(shù)碼顯示器而定。3.6.2 動態(tài)顯示 led 顯示器接口

41、所謂的動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度跟導通的電流有關(guān)，也和點亮的時間與間隔的比例有關(guān)。為了保護各段led不被損壞，需外加限流電阻。3.6.3 按字段掃描的七段led驅(qū)動接口常見的掃描顯示驅(qū)動接口都是按顯示位掃描的，這種顯示方式的優(yōu)點是硬件和顯示程序都較簡單。但在顯示位數(shù)較多時，字符的顯示亮度就明顯下降，甚至到了不能實際使用的程度。一般顯示位數(shù)超過12位，顯示亮度就明顯下降。因為這時七段led顯示器每一位顯示時間很少，只有超過顯示時間的十二分之一。如果顯示位再增加，那么按顯示位掃描的驅(qū)動方式就很難勝任了。按字段掃描的驅(qū)動方式則可以

42、解決這個問題。適用于較多顯示位的led顯示器的驅(qū)動。由于時按字段掃描，即使加上小數(shù)點字段也只有8段，所以無論有多少位的led顯示器，掃描顯示的時間和間隔的時間都是不變的。每一段的led工作電流都是平均電流的8倍。七段led的公共端電流等于每一段的工作電流，比按顯示位掃描時小，總的字段電流由每一字段的工作電流和顯示位數(shù)的多少決定。最大電流等于每一字段工作電流與顯示位的乘積11。所以我們采用74ls164來解決這一問題，接線如圖3-6所示：圖3-6 74ls164接線圖3.7報警電路部分一個完美的電路設(shè)計,不但只是能夠保證系統(tǒng)能夠在正常條件下穩(wěn)定運行,還要能夠使系統(tǒng)在非正常情況下向用戶發(fā)出警告,以

43、便使用戶發(fā)現(xiàn)問題。為此，在設(shè)計系統(tǒng)后，又添加了報警部分，把報警電路引線接到單片機pc3口，當傳感器檢測到的信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和單片機處理后大于系統(tǒng)的稱重范圍時，發(fā)出報警信號12。圖3-73.8行列鍵盤的輸入計算機控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和控制信號的輸入豐要使用鍵盤。的軟件處理方法是影響系統(tǒng)使用和操作性能的重要因素。鍵盤接口及其軟件的任務(wù)主要包括以下幾個方面：l 檢測并判斷是否有鍵按下。l 按鍵開關(guān)的延時消抖功能。l 計算并確定按鍵的鍵值。l 程序根據(jù)計算出的鍵值進行一系列的動作處理和執(zhí)行。(1)行列式鍵盤的基本結(jié)構(gòu)行列式鍵盤中的鍵實際上就是一個機械開關(guān)，位下行線和列線的交點處，當鍵被按下時，其交點的行線

44、和列線接通，使相應(yīng)行線或列線上的電平發(fā)生變化，根據(jù)電平變化情況確定被按下的鍵。(2)鍵盤接口方式選擇常用的鍵識別方法有：行掃描法、線翻轉(zhuǎn)法和利用8279鍵盤接口的中斷法。前兩種方法相當于查詢法，需要反復查詢按鍵的狀態(tài)，會占用大量的cpu時間：后種方法在響鍵按下時向cpu申請中斷，平時并不需要占用cpu時間。在本系統(tǒng)中，完全可以不使用中斷法完成鍵盤接口，這是小系統(tǒng)的特殊性決定的。首先，在本系統(tǒng)而言，以實現(xiàn)便攜式的設(shè)計，硬件電路使用的器件越少越好。其次，被測信號由外中斷引腳輸入，未占用單片機4個并行i/o口中的任何一個，系統(tǒng)有足夠的資源利用自身i/o口完成接口。最后，只有傳感器輸出信號頻率為空載頻

45、率，系統(tǒng)處與空閑的狀態(tài)下，才允許鍵盤輸入，因此鍵盤識別占用的cpu時間不會對系統(tǒng)正常工作造成影響。因此直接利用單片機并行接口完成鍵盤的接口，采用線翻轉(zhuǎn)法進行鍵盤識別。通常的線翻轉(zhuǎn)法是將行線和列線分別接到兩個不向的并行口，通過設(shè)置各并行口的狀態(tài)改變行線和列線的輸入輸出工作方式，但這樣過多地占用了系統(tǒng)的硬件資源，必須進行相應(yīng)調(diào)整。高4位用于列控制，低4位用于行控制，通過軟件中的邏輯運算控制使同一個并行口的不同管腳工作在不向的輸入輸出方式下，來實現(xiàn)線翻轉(zhuǎn)法的鍵盤識別工作4。鍵盤接口電路如圖3-8所示：圖3-8 鍵盤接口電路第四章 稱量誤差在本系統(tǒng)中，稱重部分由機械傳力系統(tǒng)、傳感器、放大器和數(shù)據(jù)采集卡

46、組成，它們本身的固有誤差構(gòu)成了系統(tǒng)固有的稱量誤差。其中，機械秤體傳力系統(tǒng)誤差較難消除，只有通過提高設(shè)計與制造工藝水平來減小這一部分的誤差，而傳感器、放大器和ad轉(zhuǎn)換部分的誤差取決于本身的精度。4.1傳感器和放大器誤差在本稱重測量系統(tǒng)中用采用的是電阻應(yīng)變式傳感器，其誤差的來源和補償方法在前文中以有詳細敘述。需要指出的是，雖然全橋差動電路補償了由溫度引起的漂移和非線性誤差，但由于傳感器中使用的每個應(yīng)變片的性能參數(shù)并不完全相同，應(yīng)變片還有橫向效應(yīng)、機械滯后性和蠕變等特性，傳感器的誤差不可能全部消除。測量放大器ad522是一種高共模抑制的精密放大器，但也存在一定的電壓漂移、非線性誤差及增益誤差，仍會對

47、測量的精度造成一定的影響。4.2傳感器和放大器誤差在本稱重測量系統(tǒng)中用采用的是電阻應(yīng)變式傳感器，其誤差的來源和補償方法在前文中以有詳細敘述。需要指出的是，雖然全橋差動電路補償了由溫度引起的漂移和非線性誤差，但由于傳感器中使用的每個應(yīng)變片的性能參數(shù)并不完全相同，應(yīng)變片還有橫向效應(yīng)、機械滯后性和蠕變等特性，傳感器的誤差不可能全部消除。測量放大器ad522是一種高共模抑制的精密放大器，但也存在一定的電壓漂移、非線性誤差及增益誤差，仍會對測量的精度造成一定的影響。4.3 a/d轉(zhuǎn)換器的誤差4.3.1量化誤差放大電路輸出的模擬信號由a/d轉(zhuǎn)換器對其進行數(shù)字化處理，這個過程即是量化。量化過程產(chǎn)生的誤差就稱

48、為量化誤差。量化誤差是由a/d轉(zhuǎn)換時，有限的分辨率引起的。它和分辨率是統(tǒng)一的。這種由于有限數(shù)字對模擬量進行離散取值(量化)起的量化誤差，理論上為一個單位分辨率，(最低有效位)，對12位轉(zhuǎn)換器ad574a而言，量化誤差(相對值)為10.012%滿刻度，這是在不考慮其他誤差條件下得出的。4.3.2偏移誤差a/d轉(zhuǎn)換器同時涉及模擬量和數(shù)字量兩個部分，所以整個a/d轉(zhuǎn)換的精度也必須同時考慮兩個部分的誤差。數(shù)字量誤差由系統(tǒng)的分辨率決定，即量化誤差。模擬量誤差為偏移誤差或零值誤差，即指輸入電壓為零時，輸出信號不為零的值，它是由adc中的比較器輸入的偏移電壓或偏移電流引起的。假定a/d轉(zhuǎn)換沒有非線性誤差，則

49、其轉(zhuǎn)換曲線各階梯中點的連線必定是直線，該直線與橫軸的交點所對應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。一般講，adc的模擬量誤差和數(shù)字量的大小為同一數(shù)量級，adc的總誤差應(yīng)該包括這兩項的累加。偏移誤差可用滿刻度的百分數(shù)表示。如i2位adc的量化誤差約為0.025%滿刻度，相應(yīng)的模擬量部分也可控制為0.025%滿刻度，則由這兩項組成的總誤差為0.05%滿刻度14。4.3.3滿刻度誤差adc的滿刻度誤差是滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。一般來說，滿刻度誤差的調(diào)節(jié)在偏移誤差的調(diào)整之后進行。滿刻度誤差又稱做增益誤差。4.3.4非線性誤差任何一個理想的a/d轉(zhuǎn)換器，當模擬輸入電壓線性增加時，它所

50、輸出的離散量亦線性增加，也就是說，其轉(zhuǎn)換特性是一條直線。而實際的a/d轉(zhuǎn)換器在滿量程標定后，任何一位轉(zhuǎn)換碼上的實際模擬輸入電壓偏離上述理想轉(zhuǎn)換器的程度即非線性誤差，也叫作線性誤差，用滿刻度的百分數(shù)或lsb的個數(shù)表示。ad574a的非線性誤差約為6。第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1軟件設(shè)計構(gòu)想系統(tǒng)控制軟件系統(tǒng)的軟件功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)處理及控制電磁閥開關(guān)等。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)按功能分為兩部分，即預處理程序和測控程序。預處理程序完成測控程序之前的準備工作，包括初始化。測控程序直接完成系統(tǒng)的主要測量、處理和控制，包括數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理等功能。5.1.1軟件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件由采樣濾波子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、控制執(zhí)行子程序和鍵盤/顯示子程序組成。首先初始化鍵盤顯示，然后有鍵盤鍵入物品單價，秤重傳感器信號有前級放大后傳給a/d轉(zhuǎn)換，a/d轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，然后進行物品的重量與總價顯示，完成后進行清零，繼續(xù)下一次稱重。主程序流程如圖5-1所示：初始化鍵盤顯示開始鍵入物品價格啟動8255讀a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)超重y報警結(jié)束計算金額和總價n清零yn顯示單價重量等信息圖5-1 主程序流程圖5.1.2鍵盤處理子程序流程鍵盤上有很