單片機(jī)電子秤畢業(yè)設(shè)計

在我們生活中經(jīng)常都需要測量物體的重量，于是就用到秤，但是隨著社會的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展，我們對其要求操作方便、易于識別。隨著計量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設(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)代化水平和社會經(jīng)濟(jì)效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。電子秤是稱重技術(shù)中的一種新型儀表，廣泛應(yīng)用于各種場合。電子秤與機(jī)械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低、實用價值強(qiáng)、維護(hù)方便實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率。例如標(biāo)簽秤在超市中的應(yīng)用已經(jīng)是耳聞目睹的了。一張小小的標(biāo)簽包含著：品名、價格、重量等，一一列表在這小小的電子標(biāo)簽上。標(biāo)簽機(jī)的使用大大加快了銷售速度，也方便了顧客。頂尖條碼標(biāo)簽稱有著許多卓越的特點，以太網(wǎng)功能使管迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計算機(jī)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平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的電子計價秤。我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。現(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠(yuǎn)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(xué)實驗和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)繁榮，為了把稱重技術(shù)引入到生產(chǎn)工藝過程中去，對稱重技新式打印機(jī)的傾斜式秤，其輸出信號能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機(jī)構(gòu)與人工操作的按鍵其稱量工作是機(jī)械式的，但與稱量有關(guān)的顯示、記錄、遠(yuǎn)傳式控制器等功能是電子方式的。電子稱的發(fā)展過程與其他事物一樣，也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、又粗糙到精密、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出信號的電子衡器。這是由于電子衡器不僅給出質(zhì)量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔(dān)著控制和檢驗功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化。近年來電子稱已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)的處理和控制過程中?，F(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子稱的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國外如美國、西歐等一些國家在20世紀(jì)6子稱，并在70年代中期約對75%的機(jī)械稱進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式改造。收和技術(shù)改造。已由傳統(tǒng)的機(jī)械式衡器步入集傳感器、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與一體化的電子衡器發(fā)展階段。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣條件下工作、便于與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動化特點，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個部門、隨著稱重傳感器技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路和微處理器的進(jìn)一步發(fā)展，電子稱重技術(shù)及其應(yīng)用范圍將更進(jìn)一步的發(fā)展，并被人們越來越重視。電子衡器產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子稱到大型的電子稱重系統(tǒng)，從單純的稱重、計價到生產(chǎn)過程檢測系統(tǒng)的一個測量控制單元，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷地擴(kuò)大。根據(jù)近些年來電子稱重技術(shù)和電子衡器的發(fā)展情況及電子衡器市場的需求，電子稱的發(fā)展動向為：小型化、模塊化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、可靠性高；其應(yīng)用性趨向綜合性、組合性。1.4本論文的研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)V/F轉(zhuǎn)路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。按照設(shè)計的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號的前級處理和V/F轉(zhuǎn)換部分組成換后的數(shù)字信號送給控制器處理，由控制器完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。此部分對軟件的設(shè)計要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計增加了一個過載報警提示。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第2章系統(tǒng)方案設(shè)計，本章主要內(nèi)容是電子稱的方案設(shè)計，首先是對整體的方案進(jìn)行選擇與設(shè)計，再針對各個模塊（傳感器、放大模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、人機(jī)交界模塊）進(jìn)行具體的方案論證及設(shè)計。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計，在選定各個模塊的方案中，對各方案的用到的主要芯片進(jìn)行簡單功能介紹及應(yīng)用，并且給出了本次電路設(shè)計的具體電路圖。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計，本章主要是介紹電子稱的軟件設(shè)計，給出了本次設(shè)計的主程序流程圖及一些模塊的子程序圖。最后，對本次的研究課題的主要工作及結(jié)果做出了總結(jié)與討論，并且指出了本次研究工作中存在的不足和發(fā)現(xiàn)的一些問題。2.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案比較與論證在設(shè)計系統(tǒng)時，針對各個模塊實現(xiàn)的功能來設(shè)計電子秤的方案有以下幾種：方案一數(shù)碼管顯示：結(jié)構(gòu)簡圖如下：此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。缺點是：硬件部分簡單，雖然可以實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購物清單的要求。又因為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬方案二在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱實現(xiàn)稱重計價的功能。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：此方案設(shè)計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計價功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴(kuò)展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，機(jī)對測量信號進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示出被測物體的重量。單片機(jī)控制適合于功能比較簡單的控制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體積小算術(shù)運算功能強(qiáng),技術(shù)成熟等優(yōu)點。但其缺點是外圍電路比較復(fù)雜,編程復(fù)雜。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的難度。采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為控制核心，利用EDA軟件編程，下載燒制實現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片Xilinx公司的SpartanⅡ系列度高以及適用范圍廣等特點，可實現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。采用FPGA測頻測量精度高，測量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。和LCD驅(qū)動、時鐘芯片的I2C通訊、鍵盤控制等模塊。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：FPGA的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時還可以提高設(shè)計的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。雖然以FPGA為核心的電子稱系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模成度才能更好得以體現(xiàn)。其主要在PC機(jī)接口卡的總線接口、程控交換機(jī)的信號處理與接口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機(jī)床的測試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。鑒于本電子稱2.2硬件的方案設(shè)計與論證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)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(jìn)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)傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)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。傳感器的作用是人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)用實驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。壓電器件的這對外接電路要求很高。電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為度高、動態(tài)響應(yīng)好、可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點。電容傳感器可用來檢測壓力、力、位移以及振動學(xué)非電參量。電容傳感器的基本工作原理可用最普通的平行極板電容器來說明。兩塊相互平行板，當(dāng)不考慮其邊緣效應(yīng)（兩個極板邊緣處的電力線分布不均勻引起電容量的變化）時，其電（2.1）d——兩極板間的距離；A——兩平行極板相互覆蓋的有效面積；εr——介質(zhì)的相對介電常數(shù)；εo——真空中介電常數(shù)。若被測量的變化使式中d、A、εr三個參量中任一個發(fā)生變化，都會引起電容量的變化，雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡單和良好動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，但也有不利因素：（2）初始電容小，電纜電容、線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為ⅡR/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的ⅡR/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。直流電橋的特點是信號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。uE●（2.2）當(dāng)滿足條件R1R3=R2R4時，即RR1=4（2.3）R2（2.3）引起的電阻變化有關(guān)。若差動工作，即R1=R-ⅡR,R2=R+ⅡR,R3=R-ⅡR，R4=R+ⅡR,按式（2.2則電橋輸出為應(yīng)變片式傳感器有如下特點：（1）應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。境中使用，頻率響應(yīng)好。（4）商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動化測量[5通過以上對傳感器的比較分析，最終選擇了第三種方案。題目要求稱重范圍0～5Kg,滿量經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。為此，測量電路中常設(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算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內(nèi)阻高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對放大器有如下一些要求：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)足要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。極性自動變換等。我們考慮了以下幾種方案：方案一利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器。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。大器，如下圖所示：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。此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。以INA126為例,接口如下圖所示：放大器增益，通過改變RG的大小來改變放大器的增高輸入阻抗。INA126在外接電阻RG時，可基于以上分析，我決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126A/D轉(zhuǎn)換原理：逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi進(jìn)行比較，若Vo<Vi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/較，若Vo<Vi，該位1被保留，否則被清除。后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進(jìn)行的。采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。i采樣輸入到積分器，積分器從零開始進(jìn)行固定時間T的正向積分，時間T到后，開關(guān)再接通與Vi極性相反的基準(zhǔn)電壓VREF，將VREF輸入到積分器，進(jìn)行反向積分，轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則：應(yīng)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。模擬量可從不同引腳輸入。一啟動信號可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。一長就會燒壞芯片。為防止這種現(xiàn)象，可采取如下措施：（1）加強(qiáng)抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進(jìn)入電路；（2）加強(qiáng)電源穩(wěn)壓濾波措施，在A/D轉(zhuǎn)換器電源入口處加退波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容；（3）在A/D轉(zhuǎn)換器的電源端接一限流電阻，可在出現(xiàn)晶閘管現(xiàn)象時，有效地把電流限定在允許范圍內(nèi)，以防止燒壞器件。選擇A/D轉(zhuǎn)換器除考慮上述要點外，為防止對A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)的影響，還要注意以下幾個問題：（1）工作電源電壓是否穩(wěn)定；（2）外接時鐘信號的頻率是否合適；（3）工作環(huán)境溫度是否符合器件要求；（4）與其它器件是否匹配；（5）外接是否有強(qiáng)的電磁干擾；（6）印刷線路板布線是否合理。由上面對傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉(zhuǎn)換器誤差V-F控制的原理是產(chǎn)生一個震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個壓敏電容，當(dāng)受到一個變化的電壓時候它的容量會變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。數(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331的內(nèi)部電路組成如圖所示。由輸入比較器、定時比較器、R－S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏求速度不太高的場合是一種較好的選擇。。從傳感器來的毫伏級的電壓信號經(jīng)低溫漂運算放大號加到單片機(jī)的輸入端T1上。根據(jù)分辨率的要求利用軟件處理，最后得到A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。所以我決定采用LM331芯片V/F轉(zhuǎn)換作為信號轉(zhuǎn)換的方案。選擇單片機(jī)型號的出發(fā)點有以下幾個方面：批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號必須有穩(wěn)定、充足的貨源。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號，而且體積和封裝形式等方面。影響性能價格比的因素除單片機(jī)的性能價格外，還包括硬件和軟件設(shè)計的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價格比。在研制任務(wù)重、時間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。與研制周期有關(guān)的另一個重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為ATMELAT89xx做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的價比8031還低，市場供應(yīng)也很充足。8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。其主要由中央處理器中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線組成。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[7]。AT89C51單片機(jī)特點能與MCS-51兼容，有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命能夠達(dá)到1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時間長達(dá)10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz，三級程序存儲器鎖定，128×8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。所以AT89C51符合本次設(shè)計的主控芯片。導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED顯示器結(jié)構(gòu)：基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的?？蓪崿F(xiàn)0～9的顯示。其高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。在設(shè)計中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。N位LED顯示器有根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，號的驅(qū)動，74LS273用于段信號的鎖存，其鎖存地址為7FFFH。LCD液晶顯示器是LiquidCrystalDisplay的簡稱，LCD的構(gòu)造是在液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。比LED要好的多，但是價錢較其貴。件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷高且不會閃爍。（2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可加方便。的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。電量比其它顯示器要少得多。這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動多領(lǐng)域。（1）線段的顯示：點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)（3FFH）=F??（00EH）=00H00FH）本原理。開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM的代碼即可。（3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點機(jī)I/O口,使得電路變得更為復(fù)雜。所以選用液晶顯示，1602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。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。因此鍵盤模塊設(shè)計的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。鍵盤是由若干個按鍵開關(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，每一個鍵相當(dāng)于一個機(jī)械開關(guān)觸點，當(dāng)鍵按下時，觸點閉合，當(dāng)鍵松開時，觸點斷開。單片機(jī)接收到按鍵的觸點信號后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對于單片機(jī)系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)點很明顯，可靠性高，口簡單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。但在很多應(yīng)用場合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省I/O口線。相對于專用芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。缺點就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問題?？紤]到成本方面，我決定采用矩陣鍵盤。需要＋5V以上的線性電源。能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)此次設(shè)計的穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓為：Vo=1.25(1+RP/R)。LM337輸出為負(fù)的可調(diào)電壓，采用兩個獨立的變壓器分別和LM317及LM337組裝對稱輸出±12v,其電路圖如圖所示.方案一的電路由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器LM3續(xù)可調(diào),通過對滑動變阻器的調(diào)整可輸出+5V,±12,(3-9)V連續(xù)可調(diào).其電路組裝比較簡所需電壓時需要調(diào)整可變電阻,不能直接輸出,因此使用時不方便.方案二由三端可調(diào)三端固定式穩(wěn)壓器共同組成,所用器件比方案一多,但電路組裝簡單,不會增添麻煩,在直接得到+5v和±12的輸出電壓.使用時比較方便,綜上所述,方案二比方案一合理,因二。根據(jù)以上設(shè)計方案，硬件部分采用51系列單片機(jī)AT89C51為控制核心部件，實現(xiàn)的基本控制功能。AT89C51是一款8位的內(nèi)帶4K程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實現(xiàn)據(jù)采集、人機(jī)接口界面、系統(tǒng)電源部分。數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號放大處理和V/F轉(zhuǎn)換部分組成。在具體選擇傳感器時，考慮到在稱量物品時必要的精度、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一般選擇滿量程時候的誤差不能大于規(guī)定量。由于傳感器的輸出信號中含有一定的干擾噪聲，利用大的電解電容濾除低頻干擾。傳感器輸出的電信號比較微弱，一般為毫伏級，必須采用適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行信號放大處理，這樣才能保證整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性能。這時需要共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口簡單的專用儀表放大器INA126。在選誤差要求。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)計中我可以一次滿屏幕顯示多個個中文字符或英文字符，滿足電子秤在稱物時的購物清單顯示要求。本章主要是對本次設(shè)計的方案選擇與論證，按照設(shè)計的基本要求，通過分析與論證，最后確定系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模器處理，由單片機(jī)完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動液晶顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。根據(jù)設(shè)計要求以及系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能，在設(shè)計系統(tǒng)時可以分成以下幾個部分：單片機(jī)控制模塊，前端信號采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊，人機(jī)接口界面以及系統(tǒng)電源部分（為實現(xiàn)系統(tǒng)超（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中直到下一個硬件復(fù)位為止。AT89C51芯片圖如下：時P0外部必須被拉高。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FLASH16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存ALE/PROG：當(dāng)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注意的是：每當(dāng)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(jī)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(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH不管是否INA126是精密低噪聲差分信號采集儀表放大器，內(nèi)部采用兩個運放設(shè)計，使之具有非常低的靜態(tài)電流(175μA)和有很寬電源供電范圍平衡輸入電路提供低偏移電壓、低溫漂偏移電壓和良好的共模抑制比。（1）INA126器件特點：2腳：差分輸入負(fù)端一般應(yīng)用于人員不能進(jìn)入或不易進(jìn)入的場合，通過傳感器將被測量轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)運算放變換為電壓進(jìn)行測量，從而可避免直接導(dǎo)線連接到測量室而造成的線路衰減或干擾，提高測量精度。V/F變換和F/V變換采用集成塊LM331，LM331整個工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。同時它動態(tài)范圍寬，可達(dá)％，換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡單，或F/V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331內(nèi)部由輸入比較器、定時比較器、R－S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動、復(fù)零晶準(zhǔn)電路和電流開關(guān)等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電電平，輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，輸出端f0為邏輯低電平，同時電源Vcc也通充電。當(dāng)電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使R－S觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端f0為邏輯高電平，同時，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使R－S觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，本章主要是介紹硬件具體方面，首先通過需求的分析，根據(jù)電路的要求，構(gòu)想相關(guān)的功能模塊，確定此次設(shè)計主要的硬件模塊有放大模塊、電壓頻率轉(zhuǎn)化模塊、單片機(jī)控制模塊及人機(jī)交接模塊。本章針對這些模塊的主要芯片做了簡單介紹，了解的其芯片的