基于單片機(jī)的電子秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356068077 第一章 緒論 PAGEREF _Toc356068077 h 1 HYPERLINK l _Toc356068078 1.1 研究目的和意義 PAGEREF _Toc356068078 h 1 HYPERLINK l _Toc356068079 1.2 電子稱重系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc356068079 h 1 HYPERLINK l _Toc356068080 主要工作以及論文結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc356068080 h 2 HYPERLINK l _Toc356068081 第二章

2、 系統(tǒng)方案論證與選型 PAGEREF _Toc356068081 h 3 HYPERLINK l _Toc356068082 2.1 控制器部分 PAGEREF _Toc356068082 h 3 HYPERLINK l _Toc356068083 2.2 數(shù)據(jù)采集部分 PAGEREF _Toc356068083 h 4 HYPERLINK l _Toc356068084 2.2.1 傳感器的選擇 PAGEREF _Toc356068084 h 4 HYPERLINK l _Toc356068085 放大電路選擇 PAGEREF _Toc356068085 h 6 HYPERLINK l _T

3、oc356068086 2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 PAGEREF _Toc356068086 h 7 HYPERLINK l _Toc356068087 鍵盤處理部分方案論證 PAGEREF _Toc356068087 h 8 HYPERLINK l _Toc356068088 顯示電路部分的選擇 PAGEREF _Toc356068088 h 9 HYPERLINK l _Toc356068089 超量程報(bào)警部分選擇 PAGEREF _Toc356068089 h 9 HYPERLINK l _Toc356068090 2.4.1 電源模塊方案選型 PAGEREF _Toc356068

4、090 h 9 HYPERLINK l _Toc356068092 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068092 h 10 HYPERLINK l _Toc356068093 3.1 AT89S52的最小系統(tǒng)電路 PAGEREF _Toc356068093 h 10 HYPERLINK l _Toc356068094 單片機(jī)芯片AT89S52介紹 PAGEREF _Toc356068094 h 10 HYPERLINK l _Toc356068095 3.1.3 AT89S52的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成 PAGEREF _Toc356068095 h 11 HYPERLINK l

5、_Toc356068096 電源電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068096 h 12 HYPERLINK l _Toc356068097 數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068097 h 12 HYPERLINK l _Toc356068098 3.6.1 LED 結(jié)構(gòu)與原理 PAGEREF _Toc356068098 h 14 HYPERLINK l _Toc356068099 3.6.2 動(dòng)態(tài)顯示 LED 顯示器接口 PAGEREF _Toc356068099 h 15 HYPERLINK l _Toc356068100 鍵盤電路與AT89S52單片機(jī)接口電路

6、設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068100 h 16 HYPERLINK l _Toc356068101 鍵盤電路與AT89C51的接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068101 h 16 HYPERLINK l _Toc356068102 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068102 h 17 HYPERLINK l _Toc356068103 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068103 h 18 HYPERLINK l _Toc356068104 4.1 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068104 h 18 HYPERLINK

7、 l _Toc356068105 4.2 子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068105 h 19 HYPERLINK l _Toc356068106 4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068106 h 19 HYPERLINK l _Toc356068107 顯示子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068107 h 20 HYPERLINK l _Toc356068108 4.2.3 鍵盤輸入控制程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc356068108 h 20 HYPERLINK l _Toc356068109 報(bào)警子程序的設(shè)計(jì) PAG

8、EREF _Toc356068109 h 21 HYPERLINK l _Toc356068110 第五章 總結(jié) PAGEREF _Toc356068110 h 23 HYPERLINK l _Toc356068111 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc356068111 h 23 HYPERLINK l _Toc356068112 附錄1 系統(tǒng)總圖 PAGEREF _Toc356068112 h 25第一章 緒論1.1 研究目的和意義傳統(tǒng)的機(jī)械秤有很多缺點(diǎn)，比如精度不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易老化，成本高等。隨著社會(huì)的發(fā)展，市場對(duì)秤的要求的越來越高，尤其是人體秤、廚房秤等各類便攜式小型秤。電子秤與傳統(tǒng)

9、的機(jī)械秤相比有許多優(yōu)越性，它用壓力傳感器取代機(jī)械秤的彈簧大大減小了秤的體積和制造難度，以LCD或LED顯示屏取代傳統(tǒng)的刻度盤使外形更加美觀，由于內(nèi)部集成了單片機(jī)以及軟件系統(tǒng)，電子秤還擁有傳統(tǒng)機(jī)械秤無法比擬的智能性。他可以完成過載報(bào)警，總價(jià)計(jì)算，數(shù)據(jù)通信等眾多功能。目前市場上使用的稱量工具，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運(yùn)行不可靠，且成本高，而且整體水平不高 ，部分小型企業(yè)質(zhì)量差且技術(shù)薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對(duì)性的開發(fā)出一套具有實(shí)用價(jià)值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點(diǎn)，改善電子秤應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實(shí)意義。 電子稱重系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 電子秤是電子衡器中的一

10、種，衡器是國家法定計(jì)量器具，是國計(jì)民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。電子秤的應(yīng)用領(lǐng)域主要分為工業(yè)計(jì)量和民用消費(fèi)類。在工業(yè)計(jì)量應(yīng)用領(lǐng)域有電子天平，珠寶秤，市場計(jì)價(jià)秤等；而民用秤主要有廚房秤，人體秤，便攜式口袋秤等。工業(yè)計(jì)量應(yīng)用對(duì)精度要求較高，而民用消費(fèi)類的應(yīng)用對(duì)精度的要求不高，但對(duì)秤的外觀，智能性，便攜性卻有很高的要求。1.3主要工作以及論文結(jié)構(gòu)本課題的主要設(shè)計(jì)思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后把數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)

11、經(jīng)過相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。此外，還可通過鍵盤設(shè)定所稱物品的價(jià)格。在設(shè)計(jì)期間，本人努力查閱相關(guān)資料，對(duì)稱重的基本原理以及各軟件、硬件模塊做了認(rèn)真的分析、研究。根據(jù)性能成本考慮，在以下幾方面做了仔細(xì)的分析研究，主要有：系統(tǒng)模塊的劃分、A/D精度的考慮、單片機(jī)與外圍模塊的接口電路以及電子秤應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)等。論文的結(jié)構(gòu)如下：第二章 敘述了系統(tǒng)的方案論證以及硬件設(shè)備的選型。第三章 詳細(xì)敘述了硬件電路的設(shè)計(jì)過程，主要是各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)過程，以及各部分性能指標(biāo)的要求和實(shí)現(xiàn)。第四章 敘述了該設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)思路，主要是主程序和各個(gè)子程序的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。第五章 敘述了該

12、設(shè)計(jì)仿真和調(diào)試結(jié)果。第六章 論文工作的總結(jié)。第二章 系統(tǒng)方案論證與選型按照本設(shè)計(jì)功能的要求，本設(shè)計(jì)大致可分為五個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、人機(jī)交換模塊。（其中人機(jī)交換模塊中包括:聲光報(bào)警、LCD顯示、鍵盤輸入）系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖2-1所示。圖2-1設(shè)計(jì)思路框圖測(cè)量部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。控制器部分接受來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。控制

13、器還可以通過對(duì)擴(kuò)展I/O的控制，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。2.1 控制器部分本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測(cè)量過程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。再則由于系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶EPROM的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)

14、展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡化。在這里選用ATMEL生產(chǎn)的AT89SXX系列單片機(jī)。第一，片內(nèi)存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，使程序?qū)懭敫臃奖?；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路體積更小。此外價(jià)格低廉、性能比較穩(wěn)定的MCPU，具有8K8ROM、2568RAM、3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位I/O接口。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測(cè)量和控制要求。最后我們最終選擇了AT89S52這個(gè)比較常用的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。AT89S52內(nèi)部帶有8KB的程序存儲(chǔ)器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。2.2 數(shù)據(jù)采集部分電子秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，因此對(duì)于這部分的論證

15、主要分三方面。 傳感器的選擇 在設(shè)計(jì)中,傳感器是一個(gè)十分重要的元件,因此對(duì)傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難易程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等.傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，

16、經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。在實(shí)際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在20%80%之間，線性好，精度高。重量誤差應(yīng)控制在，又考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以我們確定傳感器的額定載荷為5Kg，允許過載為150%F.S，精度為0.05%，最大量程時(shí)誤差 。可以滿足本系統(tǒng)的精度要求.傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。 使用特別注意：傳感器屬

17、于精密部件，劇烈振動(dòng)、自由落體、碰撞、過載、過壓等等，都非常容易造成傳感器永久損壞或者影響精度和線性。傳感器是測(cè)量機(jī)構(gòu)最重要的部件,本次設(shè)計(jì)采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、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(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。亩闺姌蚴テ胶猓a(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測(cè)量和處理。綜合考慮, 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的電子秤的是絕對(duì)壓力值，同時(shí)為了簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。本設(shè)計(jì)選用CZAF-600壓力傳感器，其最

18、大量程為50 Kg。CZAF-6000壓力傳感器的接線圖如下：圖2-1 壓力傳感器引出線接線圖接線方式：紅 E +, 黑 E -, 綠 S +，白 S -量程: 1，2，3，10，20, 30, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 350, 500KG適用于電子廚房秤，計(jì)價(jià)秤，平臺(tái)秤等小臺(tái)面電子秤。外型尺寸: 80 x12.5x12.7，130 x22x30，150 x40 x35(mm) 安裝螺紋孔: 8-M6深25mm技術(shù)參數(shù)參照表:絕緣電阻: 5000M(100VDC)靈敏度: 2激勵(lì)電壓: 9VDC12VDC溫度補(bǔ)償范圍: -10+50使用溫度范圍: -20+60蠕

19、變: 0.02%零點(diǎn)輸出: 安全過載范圍: 120%輸入阻抗: 1050，4001極限過載范圍: 150%輸出阻抗: 1000，3501防護(hù)等級(jí): IP67放大電路選擇稱重傳感器輸出電壓振幅范圍02mV。而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為02V，因此放大環(huán)節(jié)要有1000倍左右的增益。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（7001500倍），根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為1000倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。按照輸入電壓2mV，分辨率20000碼的情況，漂移要小于1V。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時(shí)漂（1V），從而保證了放大環(huán)節(jié)對(duì)零點(diǎn)漂移的要求。殘余的一點(diǎn)漂移依靠軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤來徹底解決。

20、穩(wěn)定的增益量可以保證其負(fù)反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。由中稱重傳感器的稱量原理可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成R/R，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值120，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000，應(yīng)變電阻相對(duì)變化量為：R/R = K= 21000106 =0.002 （2-1）由式2-1可以看出電阻變化只有0.24，其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既難以直接精確測(cè)量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計(jì)的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個(gè)電壓或電流信號(hào)很小，需要增加增益放大電路來把

21、這個(gè)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換芯片接收的信號(hào)。在前級(jí)處理電路部分，基于電子秤的要求精確度不是很高，選擇由普通放大器所組成的差動(dòng)放大器作為本設(shè)計(jì)的信號(hào)放大電路；差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如LM324)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。其設(shè)計(jì)電路如下圖：圖2-2利用普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器。2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無意義。目前，世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的-型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)用要求。 根據(jù)系

22、統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了12位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832的實(shí)物圖如下圖2-4所示：圖2-4 ADC0832實(shí)物2.2.4鍵盤處理部分方案論證由于電子秤需要設(shè)置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)小數(shù)點(diǎn)），

23、總共需設(shè)置15個(gè)鍵（包括一個(gè)清零鍵、去皮鍵、單價(jià)鍵和一個(gè)確認(rèn)鍵）。本設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤：矩陣式鍵盤的特點(diǎn)是把檢測(cè)線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點(diǎn)上。圖2-5給出了一個(gè)44的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個(gè)按鍵都通過不同的行線和列線與主機(jī)相連這。44矩陣式鍵盤共可以安裝16個(gè)鍵，但只需要8條測(cè)試線。當(dāng)鍵盤的數(shù)量大于8時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，采用44矩陣式鍵盤。圖2-5 矩陣式鍵盤數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項(xiàng)重要功能，是人機(jī)交換的主要組成部分，它可以將測(cè)量電路測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。本次設(shè)計(jì)選用LED數(shù)碼管顯示智能儀器一般都

24、具有報(bào)警功能，報(bào)警主要用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)、當(dāng)測(cè)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(shí)為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測(cè)量范圍以及總價(jià)不能正常顯示時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器。超限報(bào)警電路是由單片機(jī)的I/O口來控制的，當(dāng)稱重物體重量超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量，通過程序使單片機(jī)的I/O值為低電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使連接報(bào)警燈的I/O置為低電平，則發(fā)光二極管導(dǎo)通，二極管發(fā)光。在設(shè)計(jì)過程中一定得注意發(fā)光二極管的極性，否則，發(fā)光二級(jí)管是不會(huì)正常發(fā)光。2.4.1 電源模塊方案選型為了使稱重儀的供電方便，這里把電源設(shè)計(jì)成

25、用220V的交流電經(jīng)過變壓器后輸出9的電壓，經(jīng)整流濾波電路后， 通過LM7805和LM7905進(jìn)行DC/DC變換得到5V供壓力傳感器器和系統(tǒng)的其他芯片使用第三章 硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，此電路由一塊AT89S52單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、12864LCD顯示器、蜂鳴器及LED燈報(bào)警電路、CZAF-602壓力傳感電路。硬件設(shè)計(jì)框圖如下：圖3-1硬件電路設(shè)計(jì)框圖在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要對(duì)其進(jìn)行A

26、/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收，因此電路中需要用進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。又由于本設(shè)計(jì)采用的是CZAF-602電阻應(yīng)變式壓力傳感器，其輸出電壓為2mv左右不能夠使單片機(jī)和AD轉(zhuǎn)換器正常工作，因此需要設(shè)計(jì)放大電路來使ADC0832的輸入電壓達(dá)到2v左右，放大電路的增益應(yīng)為1000.單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)計(jì)算出物體的重量。在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： AT89S52的最小系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)據(jù)采集、人-機(jī)交換電路等。3.1 AT89S52的最小系統(tǒng)電路單片機(jī)芯片AT89S52介紹AT89S52是一種帶8K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Er

27、asable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。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。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)

28、，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。3.1.3 AT89S52的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)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。在引腳

29、XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(shí)鐘脈沖。當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)

30、數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。3.2電源電路設(shè)計(jì)本時(shí)鐘電源采用整流濾波電路和三端穩(wěn)壓電路LM7805和LM7905。LM7805CT芯片輸入端電壓約為9V,輸出端電壓為5V，LM7905芯片輸入端電壓約為-9V,輸出端電壓為-5V，輸入端和輸出端的壓差絕對(duì)值都應(yīng)大于2.5V ,否則會(huì)失去穩(wěn)壓能力。同時(shí)考慮到功耗問題,此壓差又不易太大,太大則增加7805與7905本身的功率消耗,增加芯片的升溫,不利于安全。根據(jù)變壓器副邊電壓與經(jīng)過濾波后輸出電壓關(guān)系可知,副邊電壓約為9V,據(jù)此確定變壓器原副邊匝數(shù)比這樣即可得到系統(tǒng)所需要的5V電源，電源設(shè)計(jì)圖如圖3-2所示。圖3-2

31、電源設(shè)計(jì)圖3.3數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號(hào)電路、A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路。我們采用CZAF-602壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊與單片機(jī)的接口連接如圖3-3所示。圖3-3數(shù)據(jù)采集模塊與單片機(jī)接口電路ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間、工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S、 一般功耗僅為15mW、 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC多種封裝、 商用級(jí)芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40C to +85C；。由

32、于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC0832的管腳如圖3-4所示：圖3-4 ADC0832管腳圖芯片接口說明： CS 片選使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 出 。3.6.1 LED 結(jié)構(gòu)與原理發(fā)光二極管顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成顯示的字

33、段。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)光，就能顯示出各種字符，常用的八段 LED顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 3-11 所示。圖3-11八段數(shù)碼顯示 圖3-12共陰極接法圖3-13 共陽極接法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，稱為共陽接法如圖3-13所示，公共端 comm 接高電平，當(dāng)某個(gè)字段的陰極接低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段就點(diǎn)亮；而將有發(fā)光二極管的陰極連在一起如圖3-12所示，稱為共陰接法，公共端 comm 接低電平，當(dāng)某個(gè)字段的陽極接高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段就點(diǎn)亮。每段所需電流一般為 515mA，實(shí)際電流視具體的 LED 數(shù)碼顯示器而定。3.6.2 動(dòng)態(tài)顯示 LED 顯示器接口

34、所謂的動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度跟導(dǎo)通的電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮的時(shí)間與間隔的比例有關(guān)。顯示部分采用4個(gè)八段共陰數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示，利用驅(qū)動(dòng)器74LS244驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，達(dá)到控制八段碼的目的?？梢杂脠D3-14來形象說明動(dòng)態(tài)顯示原理。段驅(qū)動(dòng)器和位驅(qū)動(dòng)器同時(shí)發(fā)出有效信號(hào)才能點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)段，否則就呈現(xiàn)不亮狀態(tài)。由單片機(jī)來控制點(diǎn)亮的時(shí)間，第一位點(diǎn)亮后依次點(diǎn)亮后面各位。圖3-15為設(shè)計(jì)選用的顯示部分電路圖驅(qū)動(dòng)器74LS244控制4位數(shù)碼管的段選，反向驅(qū)動(dòng)器74LS04控制位選，最后由單片機(jī)發(fā)出采集到的信號(hào)指令來決定各個(gè)數(shù)碼管的明滅狀態(tài)和

35、時(shí)間長短。DS1-DS4四位LED分別顯示的是稱重結(jié)果的千位、百位、十位、個(gè)位，單位為克，顯示精度為1/5000，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。圖3-14 多位LED動(dòng)態(tài)顯示電路圖3-15 系統(tǒng)顯示部分接線圖3.4鍵盤電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)鍵盤電路與AT89C51的接口電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制其運(yùn)行狀態(tài)，需要向系統(tǒng)輸入一些命令或數(shù)據(jù)，因此應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有鍵盤，這些鍵包括數(shù)字鍵，功能鍵和組合控制鍵等。這些按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。但是這些開關(guān)絕不僅僅是簡單的電平輸入。在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷掃描工作方式。鍵盤為4 X 4鍵盤，包括0、1、

36、2、3、4、5、6、7、8、9、十個(gè)數(shù)字及確認(rèn)，功能，清零，存儲(chǔ)和刪除鍵。采用中斷工作方式提高了CPU的利用效率，沒鍵按下時(shí)沒有中斷請(qǐng)求，有鍵按下時(shí)，向CPU提出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷程序中才對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理： 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。圖 單片機(jī)與鍵盤接口電路3.5報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)電路檢測(cè)到稱重的物體

37、超過儀器的測(cè)量限制時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)給報(bào)警電路。使報(bào)警電路報(bào)警從而提醒工作人員注意，超限報(bào)警電路如圖3-7示。圖3-7報(bào)警電路圖它是由AT89S52的P口來控制的，當(dāng)超過設(shè)置的重量時(shí)（時(shí)，通過程序使P口置為低電平，從而使三極管導(dǎo)通，報(bào)警電路接通，使蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使報(bào)警燈LED發(fā)光。由于持續(xù)的聲音不能夠引起人們的關(guān)注，所以本系統(tǒng)的報(bào)警電路采用間斷的聲音和頻閃的燈光來實(shí)現(xiàn)。這一任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要靠軟件來實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問題

38、進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。 根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。編寫程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?，?gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、顯示

39、子程序、數(shù)據(jù)采集子程序和延時(shí)程序等組成。4.1 主程序設(shè)計(jì)軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測(cè)；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個(gè)方面的操作分別在主程序中來進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。系統(tǒng)上電后，初始化程序?qū)?RAM 的30H5FH內(nèi)存單元清零，P3.0引腳置成高電平，防止誤報(bào)警。主程序模塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各模塊（子程序），程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)主程序流程圖4.2 子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)子程序主要包括A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)、鍵盤輸入控制程序設(shè)計(jì)以及報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)等。4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程圖如圖4-2所示。圖4-2 AD轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)流程圖4.2.2顯示子程序設(shè)計(jì)顯示子程序主要是來判斷是否需要