數(shù)字式電子秤.doc

西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1前言稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)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(guó)家法定計(jì)量器具，是國(guó)計(jì)民生、國(guó)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。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(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國(guó)都非常重視。50年代中期電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的不斷改進(jìn)與完善，我國(guó)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(dòng)態(tài)稱重發(fā)展：計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。通過(guò)分析近年來(lái)電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)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(jì)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。2整體方案設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)整體思路：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)。然后通過(guò)系列轉(zhuǎn)換，輸出顯示結(jié)果方案一：利用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)稱重、顯示、報(bào)警等功能。傳感器 放大電路A/D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī)顯 示鍵盤報(bào)警圖2.1方案一框圖方案二：直接使用放大系統(tǒng)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器顯示。傳感器放大系統(tǒng)A/D顯示切換量程 圖2.2方案二框圖 2.2 方案比較方案一中利用電阻應(yīng)變片式傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大電路放大，濾波，然后再經(jīng)過(guò)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)經(jīng)過(guò)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(lái)。方案二中較為簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)功能較差，不容易達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。2.3 方案選擇綜上所述,本課題的主要設(shè)計(jì)思路是：利用電阻應(yīng)變片式傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大電路放大，濾波，然后再經(jīng)過(guò)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)經(jīng)過(guò)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(lái)。此外，還可通過(guò)鍵盤設(shè)定所稱物品的價(jià)格。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便,集重量稱量功能與價(jià)格計(jì)算功能于一體,能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求，因此選用方案一作為本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案。3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1傳感器的選擇在本設(shè)計(jì)中，傳感器是個(gè)十分重要的元件，因此對(duì)傳感器的選擇也顯得十分重要。不僅要注意其量程和參數(shù)，還要考慮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。3.1.1 稱重傳感器的主要性能指標(biāo)（1）傳感器的輸出靈敏度 傳感器在額定載荷作用下，供橋電壓為1V時(shí)的輸出電壓，單位為（mV/V）。在任一載荷下，傳感器的輸出電壓 =所加載荷 * 供橋電壓 * 輸出靈敏度/額定載荷。（2）非線性傳感器承受載荷與其相應(yīng)輸出電壓之間并非成完全的線性關(guān)系，由此而造成的誤差稱為傳感器的非線性誤差。（3）不重復(fù)性在同一環(huán)境條件下，對(duì)傳感器反復(fù)施加某載荷時(shí)，其每次輸出的電壓值不盡相同，這種現(xiàn)象稱為傳感器的不重復(fù)性。（4）零點(diǎn)不平衡輸出在傳感器不受任何載荷條件下，傳感器輸入端以額定的供橋電壓時(shí)的輸出電壓，稱為零點(diǎn)不平衡輸出。3.1.2 稱重傳感器的選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮（1）要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境情況傳感器所處的工作環(huán)境情況對(duì)如何選用傳感器是至關(guān)重要的，它關(guān)系到傳感器能否正常的工作，關(guān)系到傳感器的安全和使用壽命，乃至關(guān)系到整個(gè)電子秤的可靠性和安全性。（2）對(duì)傳感器數(shù)量和量程的選擇傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)（支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)使秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定）而定。一般來(lái)說(shuō)，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器。 （3）傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)概括了傳感器的非線性、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。稱重傳感器已按準(zhǔn)確度等級(jí)劃分，且已考慮了0.7倍誤差因子，非自動(dòng)衡器稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)要選擇與電子秤相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確度等級(jí)。稱重傳感器按綜合性能分為A、B、C、D四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)于衡器、四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)。 綜合考慮,本設(shè)計(jì)采用電阻應(yīng)變式傳感器,其最大量程為5 Kg.稱重傳感器由組合式S型懸梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，具有過(guò)載保護(hù)裝置。由于惠斯登電橋具諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補(bǔ)償方便等優(yōu)點(diǎn)，所以該傳感器測(cè)量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)測(cè)量。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成。電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，把電阻應(yīng)變片粘貼在彈性敏感元件上，以適當(dāng)方式組成的將力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲在受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻隨著所發(fā)生機(jī)械變形(拉伸或壓縮)的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變效應(yīng)的理論公式如下: R=L/S （式3.1.1）式中：為電阻率，L為金屬絲的長(zhǎng)度，S金屬絲的截面積由上式可知，金屬絲在承受應(yīng)力而發(fā)生機(jī)械變形的過(guò)程中，、L、S三者都要發(fā)生變化，從而必然會(huì)引起金屬絲電阻值的變化。當(dāng)受外力伸張時(shí)，長(zhǎng)度增加，截面積減小，電阻值增加；當(dāng)受壓力縮短時(shí)，長(zhǎng)度減小，截面積增大，電阻值減小。因此，只要能測(cè)出電阻值的變化，便可知金屬絲的應(yīng)變情況。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系為：R/R=K （式3.1.2）式中: R/R為金屬絲電阻值的變化量，K為金屬材料的應(yīng)變靈敏系數(shù),它主要由試驗(yàn)方法確定,且在彈性極限內(nèi)基本為常數(shù)值，為金屬材料的軸向應(yīng)變值,即=L/L,因此又稱為長(zhǎng)度應(yīng)變值,對(duì)金屬絲而言。在實(shí)際應(yīng)用中，將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在傳感器彈性元件或被測(cè)機(jī)械零件的表面。當(dāng)傳感器中的彈性元件或被測(cè)機(jī)械零件受作用力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，粘貼在其上的應(yīng)變片也隨之發(fā)生相同的機(jī)械變形，引起應(yīng)變片電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片式傳感器主要有兩部分組成：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)變片，它作為傳感器元件將彈性體應(yīng)變同步的轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。電阻應(yīng)變片是電阻應(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(dú)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。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小，約為2，機(jī)械應(yīng)變度約為0.0000010.001，所以，電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為0.00050.1歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中做常用的是橋式測(cè)量電路。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓e，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓V。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。圖 3.1 電阻應(yīng)變式傳感器圖3.2 電阻式應(yīng)變稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖圖 3.3 橋式測(cè)量電路如圖3.3 R3、R5、R6、R7為4個(gè)應(yīng)變片電阻，組成了橋式測(cè)量電路，R3,R4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R3,R4，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為：V=R1/(R1+R2)-R4/(R3+R4)e （式3.1.3）由于橋臂的起始電阻全等，即R3=R5=R6=R7=R,所以V=0。當(dāng)應(yīng)變片的電阻變成R+R3、R+R5、R+R6、R+R7時(shí)，電橋的輸出電壓為:V=(R+R3)/(R+R3+R+R6)-(R+R5)/(R+R5+R+R7)e（式3.1.4）也就是說(shuō)，電橋的輸出電壓與每個(gè)橋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R/R=K，則上式又可寫為：V=eK/4（3 5 +6 7） （式3.1.5）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，R3、R6被拉伸，阻值增大，R3、R6正值，R5、R7被壓縮，阻值減小，R5、R7為負(fù)值。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對(duì)值相同。因此，V=（Ek/4）*4=eK。若考慮R3，則電橋的輸出電壓為：V=（R+R）/2R-(R-R)/2R R/(R+2R3) e =R/（R+2R3）（R/R）e =R/(R+2R3)( R/R )e =R/(R+2R3)Ke令Su=V/e，則Su=R/(R+2R3)K （式3.1.6）Su稱為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。電阻應(yīng)變片也會(huì)有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測(cè)量時(shí)我們一定要注意，其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是：A. 電阻絲溫度系數(shù)引起的。B. 電阻絲與被測(cè)元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償電阻，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線性補(bǔ)償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。3.2放大電路的選擇經(jīng)由傳感器轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)一般電平較低；經(jīng)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)行信號(hào)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。3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的選擇 在實(shí)際的測(cè)量和控制系統(tǒng)中檢測(cè)到的常是時(shí)間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對(duì)應(yīng)的電信號(hào)是模擬電信號(hào)。模擬量要輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)才能接收、處理。實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的部件稱A/D轉(zhuǎn)換器。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為滿足各種不同的檢測(cè)及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換電路不斷產(chǎn)生。目前世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的積分型、并行、逐次逼近型ADC，壓頻變換型ADC，也有近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的型和流水線型。多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體要求。3.3.1 ADC集成電路幾種類型 （1）并行比較A/D轉(zhuǎn)換器：如ADC0808、 ADC0809等 。并行比較ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在1GSPS以上，通常稱為“閃爍式”ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的ADC所有位的轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，其轉(zhuǎn)換時(shí)間主取決于比較器的開(kāi)關(guān)速度、編碼器的傳輸時(shí)間延遲等。缺點(diǎn)是：并行比較式A/D轉(zhuǎn)換的抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比較式A/D只適合于數(shù)字示波器等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，不適合本系統(tǒng)。(2） 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ADS7805、ADS7804、ADC0832等。逐次逼近型ADC是應(yīng)用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型ADC的優(yōu)點(diǎn)：高速，采樣速率可達(dá) 1MSPS；與其它ADC相比，功耗相當(dāng)?shù)?；在分辨率低?2位時(shí)，價(jià)格較低。缺點(diǎn)：在高于14位分辨率情況下，價(jià)格較高；傳感器產(chǎn)生的信號(hào)在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進(jìn)行調(diào)理，包括增益級(jí)和濾波，這樣會(huì)明顯增加成本。(3）積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433等。積分型ADC又稱為雙斜率或多斜率ADC，是應(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過(guò)兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔。與此同時(shí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。積分型ADC兩次積分的時(shí)間都是利用同一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來(lái)確定，因此所得到的表達(dá)式與時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓VR。此外，由于輸入端采用了積分器，所以對(duì)交流噪聲的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。若把積分器定時(shí)積分的時(shí)間取為工頻信號(hào)的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類ADC主要應(yīng)用于低速、精密測(cè)量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點(diǎn)是：分辨率高，可達(dá)22位；功耗低、成本低。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在12位時(shí)為100300SPS。 （4）壓頻變換型ADC：其優(yōu)點(diǎn)是：精度高、價(jià)格較低、功耗較低。缺點(diǎn)是：類似于積分型ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12位時(shí)為100300SPS。3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)性能指標(biāo)是選用ADC芯片型號(hào)的依據(jù)，也是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)，ADC的主要性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)：（1）分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。定義為滿刻度電壓與2 （n ）之比值，其中n為ADC的位數(shù)。例如，A/D轉(zhuǎn)換器AD574的分辨率為12位，即該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可以用2 （12） 個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化，其分辨率為1LSB。用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示分辨率為：1/2 （12） 100 % = （1/4096）100 % 0.024414 % 0.0244 %。當(dāng)轉(zhuǎn)換位數(shù)相同、而輸入電壓的滿量程值VFS不同時(shí)，可分辯的最小電壓值不同。例如，分辨率為12位，VFS = 5V時(shí)，可分辨的最小電壓是1.22 mV；而VFS = 10V時(shí) ，可分辨的最小電壓是2.44 mV，當(dāng)輸入電壓的變化低于此值時(shí)，轉(zhuǎn)換器不能分辨。例如，4.999 5V所轉(zhuǎn)換的數(shù)字量均為4095。輸出為BCD碼的A/D轉(zhuǎn)換器一般用位數(shù)表示分辨率，例如MC14433雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為3（1/2）位。滿度字位為1999，用百分?jǐn)?shù)表示分辨率為：（1/1999）100 % =0.05 %（2）量化誤差在不計(jì)其它誤差的情況下，一個(gè)分辨率有限的ADC的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與具有無(wú)限分辨率的ADC轉(zhuǎn)移特性曲線之間的最大偏差，稱為量化誤差。（3）偏移誤差輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零的值。（4）滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。（5）線性度有時(shí)又稱為非線性度，是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。（6）絕對(duì)精度在一個(gè)變換器中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬電壓與其理想的電壓值之差并非是一個(gè)常數(shù)，把這個(gè)差的最大值定義為絕對(duì)精度。（7）相對(duì)精度把絕對(duì)精度中的最大偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分?jǐn)?shù)。3.3.3 電子秤A/D轉(zhuǎn)換器的選用電子秤作為法定的計(jì)量器具，其技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、可靠性都有嚴(yán)格的要求，必須符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于器件的選擇不僅要考慮成本，更要的還要考慮電路的穩(wěn)定性、實(shí)用性。考慮到本系統(tǒng)中對(duì)物體重量的測(cè)量和使用的場(chǎng)合，精度要求不是很苛刻，轉(zhuǎn)換速率要求也不高，根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析，本設(shè)計(jì)采用了ADC0832。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辯可達(dá)256級(jí)，可適應(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32us，具有雙數(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(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。芯片接口說(shuō)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。 CHI 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）。 圖 3.4 ADC0832 引腳圖3.4 單片機(jī)的選擇在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見(jiàn)，這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了我們的勞動(dòng)成果。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)特點(diǎn)能與MCS-51 兼容，有 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命能夠達(dá)到1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定，128*8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)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(shí)鐘電路。所以AT89C51符合本次設(shè)計(jì)的主控芯片。AT89C51單片機(jī)引腳功能：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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： P3.0RXD（串行輸入口） P3.1TXD（串行輸出口） P3.2/INT0（外部中斷0） P3.3/INT1（外部中斷1） P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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(wú)效。 圖 3.5 AT89C51 引腳圖 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.5 鍵盤的選擇鍵盤輸入是人機(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(guò)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。鍵盤是由若干個(gè)按鍵開(kāi)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(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)斷開(kāi)。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)。 矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。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(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口就可以構(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，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤是合理的。因此，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，可以節(jié)省I/O口線。相對(duì)于專用芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。 3.6 顯示器的選擇LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(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(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫面。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(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)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(jiǎn)單可靠，操作更加方便。3、體積小、重量輕、功耗低：液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。由于本次設(shè)計(jì)的顯示模塊需要顯示多位數(shù)字，如果采用數(shù)碼管顯示的話將會(huì)占用多個(gè)單片機(jī)I/O口,使得電路變得更為復(fù)雜。所以選用液晶顯示。圖3.6 LCD顯示3.7 報(bào)警系統(tǒng)的選擇智能儀器一般都具有報(bào)警和通訊功能，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(guò)儀表量程或者是超過(guò)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(lái)控制的，當(dāng)稱重物體重量超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量時(shí)，通過(guò)程序使單片機(jī)的I/O值為高電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)使報(bào)警燈D1發(fā)光。 4硬件電路的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是電阻應(yīng)變片式傳感器，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時(shí)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。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為020mV，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來(lái)說(shuō)不能使A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。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/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)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： AT89C51的最小系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)據(jù)采集、人-機(jī)交換電路等。單 片 機(jī)復(fù)位電路時(shí)鐘電路按鍵接口電路A/D轉(zhuǎn)換接口電路LCD顯示電路報(bào)警電路橋式電路放大電路圖4.1 電子秤硬件電路構(gòu)成圖AT89C51的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成：AT89C51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(lái)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(kāi)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XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)，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)單片機(jī)的復(fù)位引腳RST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)。上電或開(kāi)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(kāi)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)數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò)24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。4.1 橋式電路與放大電路接口設(shè)計(jì)圖4.2 橋式電路與放大電路的接口電路當(dāng)放物品時(shí)，RV3，RV6同時(shí)增加，RV5，RV7同時(shí)減小，R3，R4為溫度補(bǔ)償電阻，R9接信號(hào)的負(fù)輸入端，形成負(fù)反饋電路，RV4調(diào)節(jié)反饋系數(shù)，VOLTS為電壓檢測(cè)表，可用于檢測(cè)電路的調(diào)零。4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路與AT89C51單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)根據(jù)芯片管腳的原理，無(wú)論啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換還是結(jié)果輸出，都要保證D0，D1端為高電平，所以可以將單片機(jī)的/RD引腳和/WR端通過(guò)與非門與ADC0832的D0，D1端連接起來(lái)。轉(zhuǎn)換結(jié)果分高8位、低4位與P0口相連，分兩次讀入，所以12/-8端接地。同時(shí)，為了使CS、A0、R/-C在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)保持相應(yīng)的電平，可以將來(lái)自單片機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)鎖存后再接入。CPU可采用中斷、查詢或者程序延時(shí)等方式讀取AD0832的轉(zhuǎn)換結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用中斷方式，則將轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)STS端接到P3.2（外部中斷/INT0）。其工作過(guò)程如下：A.當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫指令，并使CE=1，/CS=0，R/-C=0，A0時(shí)，進(jìn)行12位A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。B.CPU等待STS狀態(tài)信號(hào)送P3.2口，當(dāng)STS由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，就表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)通過(guò)分兩次讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作，讀取12位的轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。C.當(dāng)CE=1，/CS=0，R/-C=1，A0=0時(shí)，讀取高8位；當(dāng)CE=1，/CS=0，R/-C=1，A0=1時(shí)，讀取低4位。圖4.3 A/D 轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口電路4.3 顯示電路與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)圖3.4 顯示電路與單片機(jī)的接口電路在LCD驅(qū)動(dòng)時(shí)，需在段電極和公共電極上施加交流電壓。若只在電極上施加DC電壓時(shí)，液晶本身發(fā)生劣化。液晶驅(qū)動(dòng)方式包括靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式。LCD復(fù)位信號(hào)通過(guò)反相器接到單片機(jī)的RESET上，上電復(fù)位時(shí)將隨單片機(jī)同時(shí)復(fù)位。由于復(fù)位后并行口輸出高電平，LCD處于選中狀態(tài)，此時(shí)LCD將輸出內(nèi)部狀態(tài)字，將會(huì)影響數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸。4.4 鍵盤電路與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)矩陣式鍵盤的按鍵識(shí)別方法 ：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，如下圖所示鍵盤，介紹過(guò)程如下。判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無(wú)鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。圖4.5 鍵盤與單片機(jī)的接口電路在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。鍵盤為4 X 4鍵盤，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十個(gè)數(shù)字及清除鍵。采用中斷工作方式提高了CPU的利用效率，沒(méi)鍵按下時(shí)沒(méi)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。A、B、C、D接高4位，1、2、3、4接低4位。4.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖4.6 報(bào)警電路與單片機(jī)的接口電路當(dāng)電路檢測(cè)到稱重的物體超過(guò)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，它是由AT89C51的P3.1口來(lái)控制的，當(dāng)超過(guò)設(shè)置的重量時(shí)（5Kg），通過(guò)程序使P3.1口值為高電平，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。這一任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要靠程序來(lái)完成。5軟件部分程序設(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(wèn)題進(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?lái)，構(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(yǔ)句的使用，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、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序和延時(shí)程序等組成。這里采用C語(yǔ)言編輯。5.1 主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電后，初始化程序?qū)?RAM內(nèi)存單元清零，P3.1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），在系統(tǒng)初始化過(guò)程中，將系統(tǒng)設(shè)置成5Kg量程。設(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示。5.2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)、鍵盤輸入控制程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)、以及中斷程序設(shè)計(jì)等。5.2.1 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(kāi)始運(yùn)行時(shí)，把稱重傳感器傳遞過(guò)來(lái)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5-2所示。5.2.2顯示子程序設(shè)計(jì) 顯示子程序主要是來(lái)判斷是否需要顯示,以及如何去顯示,也是十分重要的程序之一。而顯示子程序是其他程序所需要調(diào)用的程序之一，因此，顯示子程序的設(shè)計(jì)就顯得舉足輕重，設(shè)計(jì)的時(shí)候也要十的小心。設(shè)計(jì)顯示子程序的流程圖4.3所示：開(kāi)始標(biāo)志寄存器R0，R1,R2及顯示計(jì)算RAM清零T0，T1，INT0看門狗初始化T1定時(shí)，INT0中段報(bào)警檢測(cè)調(diào)用雙字節(jié)乘法程序（單價(jià)*重量）LCD顯示初始化T0開(kāi)始計(jì)數(shù)調(diào)用正常顯示W(wǎng)hileYN送總價(jià)顯示RAM中圖5.1 主程序流程圖開(kāi) 始A/D0832初始化啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)圖5.2 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序流程圖5.2.3鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì)鍵盤電路設(shè)計(jì)成4*4矩陣式，由鍵盤編碼方式可以得出0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，+，-，*，/，.，ON/C。在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。這種方法是每隔一個(gè)時(shí)間周期檢測(cè)一次按鍵，要連續(xù)兩次都掃描到同一按鍵才能確認(rèn)這個(gè)按鍵被按下。如圖5.4所示。鍵盤輸入LCD初始化字符顯示界面字符顯示調(diào)用LCD顯示原地跳轉(zhuǎn)原地跳轉(zhuǎn)有功能鍵按下輸入完畢有ON/C鍵按下NYNNY圖5.4 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)流程圖顯示總價(jià)信息開(kāi) 始返 回顯示功能按鍵顯示歡迎界面檢測(cè)重物有無(wú)按鍵NN圖5.3 顯示子程序流程圖5.2.4報(bào)警子程序設(shè)計(jì)由于要求要鍵盤設(shè)定閾值，所以要求有報(bào)警電路，報(bào)警電路可以有聲報(bào)警也可有光報(bào)警，將設(shè)定的閾值與實(shí)時(shí)顯示的值進(jìn)行比較，如果設(shè)定值小于實(shí)時(shí)顯示的值，則將P3.1置為1，將發(fā)光二極管點(diǎn)亮，或使蜂鳴器發(fā)出聲音。這就需要一段比較程序以及一小段置1清0程序。如圖5.5所示。報(bào) 警返 回開(kāi) 始閾值相等？A/D低位大？與閾值相等？A/D高位大？NNNNNYYY圖5.5 報(bào)警子程序流程圖6 仿真與調(diào)試調(diào)節(jié)電橋中應(yīng)變片的阻值大小，顯示器中顯示重量為2.508Kg，鍵盤設(shè)置單價(jià)為5元/Kg，按下確認(rèn)鍵，顯示價(jià)格為12.54元。按下ON/C鍵，單價(jià)和價(jià)格均清零。如圖6.1所示。圖6.1 測(cè)量范圍內(nèi)顯示情況當(dāng)單價(jià)為5元不變時(shí)，調(diào)節(jié)應(yīng)變片大小，使重量過(guò)大，按下確認(rèn)鍵時(shí)，蜂鳴器發(fā)生持續(xù)報(bào)警，同時(shí)D1變亮。按下ON/C鍵時(shí)，報(bào)警結(jié)束，D1變暗。如圖6.2所示圖6.2 超重報(bào)警7設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力，我基本完成了本次的課程的設(shè)計(jì)。通過(guò)這次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們收獲很大并且認(rèn)識(shí)了單片機(jī)的重要性，是將來(lái)搞設(shè)計(jì)工作者的容易忽略但是確實(shí)很重要的必備技能。所以我們要好好學(xué)習(xí)它，并能掌握它。課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試;熟悉了常用儀器、儀表;了解了電路的連線方法;以及如何提高電路的性能等等。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我更加認(rèn)識(shí)到了學(xué)科基礎(chǔ)的重要性。參考文獻(xiàn)【1】 程德福：智能儀器，機(jī)械工業(yè)出版社，2009.08【2】 黃正瑾：電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題解析，東南大學(xué)出版社，2003.05【3】 西華大學(xué)：電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，電工電子實(shí)驗(yàn)中心，2007【4】 康華光：電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分） 高等教育出版社，2005【5】 康華光：電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分） 高等教育出版社，2005【6】 謝自美：電子線路設(shè)計(jì) 華中科技大學(xué)出版社，2006 【7】 陳賾 ：CPLD/FPGA與ASIC設(shè)計(jì)實(shí)踐教程 科學(xué)出版社，2009附錄 1 程序清單#include#include#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define BUSY 0x80 /常量定義#define DATAPORT P0/ADC0832的引腳sbit ADCS =P35; /ADC0832 chip seclectsbit ADDI =P37; /ADC0832 k insbit ADDO =P37; /ADC0832 k outsbit ADCLK =P36; /ADC0832 clock signalsbit LCM_RS=P20;sbit LCM_RW=P21;sbit LCM_EN=P22;uchar ad_data,key;uchar rrr=0xff;uchar alldata12=0;uchar love14;uchar exit=0,yes=0,kind=0,fu=0,pfu=0,position1=0,position2=0;unsigned long data1=0,data2=0,data3=0,ddata=0; /采樣值存儲(chǔ)sbit Alarm_led_red =P30; /超過(guò)重量表量程最大值紅色led報(bào)警定義sbit Alarm_led_green=P31; /低于零表量程最小值綠色led報(bào)警定義/adc采樣值存儲(chǔ)單元char press_data; /標(biāo)度變換存儲(chǔ)單元unsigned char ad_alarm; /報(bào)警值存儲(chǔ)單元unsigned char press_ge=0; /顯示值百位unsigned char press_shifen=0; /顯示值十位unsigned char press_baifen=0; /顯示值個(gè)位unsigned char press_qianfen=0; /顯示值十分位uchar code str0=Weight: . 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