便攜式電子稱設(shè)計(jì).doc

摘 要隨著計(jì)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(tái)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(diǎn)而受到人們的青睞。而且隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，市場(chǎng)上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一種新型便攜式電子秤，論述了儀器的工作原理，介紹了儀器的電路設(shè)計(jì)與軟件流程，探討了儀器的工程設(shè)計(jì)技術(shù)。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控芯片，外圍附以稱重電路、顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤電路等構(gòu)成智能稱重系統(tǒng)電路板，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重系統(tǒng)的各種控制功能。提出了便攜式電子秤的硬件設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)分析了各單元的硬件電路，給出了儀器電路設(shè)計(jì)與軟件流程，及相關(guān)電路原理圖、流程圖，可以說,此設(shè)計(jì)所完成的電子秤很大程度上滿足了應(yīng)用需求。本系統(tǒng)主要由單片機(jī)來控制，測(cè)量物體重量部分由稱重傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器組成，加上顯示單元，此電子秤俱備了功能多、體積小、操作簡(jiǎn)單、性能價(jià)格比高、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、速度快、測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞： SP20C-G501，AT89S52，稱重傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，LCD顯示器AbstractWith the measuring technique and the development of electronic technology, the traditional pure mechanical steelyard, scales, scales and other weighing device being eliminated gradually, electronic weighing device of electronic scales, electronic scales, with its accurate, fast, convenient, intuitive display and many other advantages which favored by people. But with the application of micro-electronics technology, on the market using the traditional weighing tool already could not satisfy peoples request.In order to change the traditional weighing tool in use on the existing problems, this paper designs a new type portable electronic scales, discusses the working principle of the instrument, introduces the circuit design of the instrument and the software flow, discusses the instrument engineering design technology.The system is based on the AT89S52microcontroller as the master chip, accompanied by weighing the external circuit, display circuit, alarm circuit, keyboard circuit, constitute the intelligent weighing system circuit board, thereby realizing the automatic weighing system of the various control functions. This paper puts forward a portable electronic scale the hardware design, a detailed analysis of the units hardware circuit, gives the instrument circuit design and software flow, and the related circuit diagram, flow chart, can say, this design completes the electronic scale a large extent to meet the application requirements. The system consists of the single-chip microcomputer to control the weight of the measuring object, in part by the weighing sensor and the A/D converter component, coupled with the display unit, the electronic scale has the multiple functions, Small volume, simple operation, high price performance ratio, low power consumption, the system design is simple, fast, accurate measurement, high degree of automation.Key words: SP20C-G501, AT89S52, weighing sensor, A/D converter, LCD display57 / 62目 錄前 言11.1 電子秤的組成21.1.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu)21.1.2 電子秤的工作原理31.1.3 電子秤的計(jì)量性能31.2設(shè)計(jì)思路4第二章 系統(tǒng)方案論證與選型62.1 控制器部分72.2 數(shù)據(jù)采集部分72.2.1 傳感器的選擇82.2.2放大電路選擇102.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇142.2.4 鍵盤處理部分方案論證162.3顯示電路部分的選擇172.4超量程報(bào)警部分選擇17第三章 硬件電路設(shè)計(jì)183.1 AT89S52的最小系統(tǒng)電路193.1.1單片機(jī)芯片AT89S52介紹193.1.2.單片機(jī)管腳說明203.1.3 AT89S52的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成223.2 電源電路設(shè)計(jì)233.3 數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)243.3.1 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計(jì)243.3.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)273.3.3 測(cè)量算法313.4顯示電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)323.5鍵盤電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)333.6報(bào)警電路的設(shè)計(jì)35第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)374.1主程序設(shè)計(jì)384.2 子程序設(shè)計(jì)394.2.1 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取394.2.2數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)404.2.3顯示子程序設(shè)計(jì)414.2.4 鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì)434.2.5報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)44設(shè)計(jì)總結(jié)46致 謝47參考文獻(xiàn)48附 錄49電源電路：49 前 言稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通、內(nèi)外貿(mào)易、生活等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活密切相連。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、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)重要組成部分，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，經(jīng)過近50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?，F(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。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。1.1 電子秤的組成1.1.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測(cè)量?jī)x器，也可用來確定與質(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。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??；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)。 1.1.2 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。1.1.3 電子秤的計(jì)量性能電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。（1）量程：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。（2）分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。（3）分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max = nd（4）準(zhǔn)確度等級(jí)國(guó)際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成、四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如表1-1所示：表1-1電子秤等級(jí)分類標(biāo)志及等級(jí)電子秤種類分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度基準(zhǔn)衡器n 100 000高準(zhǔn)確度精密衡器10 000 n 100 000中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器1 000 n 10 000普通準(zhǔn)確度粗衡器100 n 1 0001.2設(shè)計(jì)思路目前,臺(tái)式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍,但存在較大的局限性：體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場(chǎng)所受到制約?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤,居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高,彈簧的疲勞問題無法徹底解決,一旦超過彈簧彈性限度,彈簧秤就會(huì)產(chǎn)生很大誤差,以至損壞,影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠性,只是一種暫時(shí)的代用品,也被列入逐漸取消的行列。 微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，除了能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，還增加了打印和通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)和其他機(jī)器或設(shè)備（包括上位PC機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備）交換數(shù)據(jù).除此之外，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的AT89系列單片機(jī)，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時(shí)候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此我們還設(shè)計(jì)了過載提示和聲光報(bào)警功能。綜上所述,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)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。主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍05kg;分度值0.01kg;精度等級(jí)級(jí);電源DC1.5V（一節(jié)5號(hào)電池供電）。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便,集質(zhì)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。 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，系統(tǒng)由6個(gè)部分組成：控制器部分、測(cè)量部分、報(bào)警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖2-1所示。壓力傳感器A/D轉(zhuǎn)換器放大電路AT89S52單片機(jī)鍵盤LCD顯示語音顯示圖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，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)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)展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡(jiǎn)化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在這里選用ATMENL生產(chǎn)的AT89SXX系列單片機(jī)。AT89SXX系列與MCS-51相比有兩大優(yōu)勢(shì)：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、2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。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、處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，因此對(duì)于這部分的論證主要分三方面。2.2.1 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)的難以程度和設(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，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。其公式如下公式2-1：CK0K1K2K3(WmaxW)/N (2-1)C單個(gè)傳感器的額定量程；W秤體自重；Wmax被稱物體凈重的最大值；N秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.21.3之間；K1沖擊系數(shù)；K2秤體的重心偏移系數(shù)；K3風(fēng)壓系數(shù)。本設(shè)計(jì)要求稱重范圍05kg，重量誤差不大于0.01kg，根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式（2.1）可知： C1.2511.031（201.9）1 (2-2)9.01205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)。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。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0.01Kg，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，根據(jù)式2-1的計(jì)算結(jié)果，所以我們確定傳感器的額定載荷為7.5Kg，允許過載為150%F.S，精度為0.05%，最大量程時(shí)誤差0.01kg，表2-1即為壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo)。綜合考慮,本設(shè)計(jì)采用SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器,其最大量程為7.5 Kg.稱重傳感器由組合式S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，具有過載保護(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)量及各種電子秤的一次儀表。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，其工作原理如圖2-2所示： 圖2-2稱重傳感器原理圖表2-1 壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確度等級(jí) Accuracy class C3 0.02 0.03 額定載荷Rated load kg 1、2.5、5、7.5、10、15 靈敏度 Sensitivity mV/V 1.80.08 非線性 Nonlinearity %F.S. 0.02 滯后 Hysteresis 0.02 重復(fù)性 Repeatability 0.02 蠕變 Creep %F.S./30min 0.02 蠕變恢復(fù) creep recovery 零點(diǎn)輸出 Zero balance %F.S. 1 零點(diǎn)溫度系數(shù) Zero temperature coefficient %F.S./10 0.02 額定輸出溫度系數(shù)Rated output temperature coefficient 輸入電阻 Input resistance 415445 輸出電阻 Output resistance 349355 絕緣電阻 Insulation resistance M 5000 供橋電壓 Supply voltage V 12（DC/AC） 溫度補(bǔ)償范圍 Temperature compensation range -10+50 允許溫度范圍 Safe temperature range -20+60 允許過負(fù)荷 Safe overload %F.S. 120 極限過負(fù)荷 Ultimate overload %F.S. 200 四角誤差 Four corner error %F.S. 0.03 連接電纜Connect cable mm 3.8300 接線方式 Method of connecting wire 輸入 Input（+）: Red 輸入 Input（-）:White 輸出Output（+）:Green 輸出Output（-）:Blue 屏蔽 Shield : Yellow 其測(cè)量原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(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)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出： （2-2）2.2.2放大電路選擇稱重傳感器輸出電壓振幅范圍020mV。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100倍左右的增益。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（70150倍），根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為100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20mV，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。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2.2.1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 （2-3）由式2-3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，我們考慮可以采用以下幾種方案：方案一、利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成前級(jí)處理電路；普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)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(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。所以，此種方案不宜采用。方案二、主要由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，而構(gòu)成的前級(jí)處理電路；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OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。其設(shè)計(jì)電路如圖2-3所示：方案三：采用專用儀表放大器，如：INA126，INA121等構(gòu)成前級(jí)處理電路。下面舉例用INA128儀用儀表放大器來實(shí)現(xiàn)。圖2-3利用普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器一般說來，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中都是把集成化儀器放大器作為前置放大器。然而，絕大多數(shù)的集成化儀器放大器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關(guān)：增益越高，共模抑制比越大。而集成化儀器放大器作為心電前置放大器時(shí)，由于極化電壓的存在，前置放大器的增益只能在幾十倍以內(nèi)，這就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時(shí)的共模抑制比不可能很高。有學(xué)者試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由于信號(hào)源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴(yán)重地?fù)p害了放大器的性能。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，設(shè)計(jì)電路圖如圖2-4所示：圖2-4采用INA128設(shè)計(jì)的放大電路（1）前級(jí)采用運(yùn)放A1和A2組成并聯(lián)型差動(dòng)放大器。理論上不難證明，在運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動(dòng)放大器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關(guān)。 （2）阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動(dòng)放大器構(gòu)成的前級(jí)放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級(jí)放大器之間，這樣可為后級(jí)儀器放大器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比提供了條件。同時(shí)，由于前置放大器的輸出阻抗很低，同時(shí)又采用共模驅(qū)動(dòng)技術(shù)，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對(duì)稱（匹配）導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。 （3）后級(jí)電路采用廉價(jià)的儀器放大器，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級(jí)的儀器放大器可以做到很高的增益，進(jìn)而得到很高的共模抑制比。從理論上計(jì)算整個(gè)電路的共模抑制比為： (2-4)式中：CMRTotal或CMRRTotal放大器的總共模抑制比；CMR1第一級(jí)放大器的共模抑制比；CMR2或CMRR2第二級(jí)放大器的共模抑制比；A1d、A1c、A2d和A2c分別為第一級(jí)放大器和第二級(jí)放大器的差模增益和共模增益。 經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，圖2-4所示的電路采用圖中所給出的參數(shù)時(shí)，電路的共模抑制比在120dB以上。有以上分析以及基于電子秤的要求精確度不是很高，所以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。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。目前， ADC集成電路主要有以下幾種類型：（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)器來確定，因此所得到的表達(dá)式與時(shí)鐘頻率無關(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。 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，而雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高，具有精確的差分輸入，重要的是輸入阻抗高（大于），可自動(dòng)調(diào)零，有超量程信號(hào)輸出，全部輸出于TTL電平兼容。且雙積分型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較強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。 根據(jù)系統(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AD5742.2.4 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），還具有確認(rèn)、刪除等功能，總共需設(shè)置17個(gè)鍵（包括一個(gè)復(fù)位鍵）。鍵盤的擴(kuò)展有使用以下方案：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。圖2-5 矩陣式鍵盤結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，16個(gè)按鍵使用44矩陣式鍵盤，另外一個(gè)復(fù)位鍵使用獨(dú)立式按鍵實(shí)現(xiàn)。2.3顯示電路部分的選擇數(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。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇。的組成有以下兩種方案可供選擇：一是 LED數(shù)碼管顯示,二是LCD液晶顯示兩種選擇. LCD液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計(jì)算器，從袖珍時(shí)儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)以及一些文字處理機(jī)都廣泛利用了液晶顯示器。2.4超量程報(bào)警部分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)所允許的重量時(shí)，通過程序使單片機(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。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、按鍵輸入電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、LCD顯示段碼驅(qū)動(dòng)電路、LCD顯示位碼驅(qū)動(dòng)電路、12位LCD顯示器電路、蜂鳴器電路。如圖3-1：?jiǎn)纹瑱C(jī)16個(gè)按鍵輸入電路LCD顯示器位碼驅(qū)動(dòng)電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路LCD顯示器段碼驅(qū)動(dòng)電路10位LCD顯示器電路蜂鳴器電路圖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)來說不能使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)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(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： AT89C52的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、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3.1.1單片機(jī)芯片AT89S52介紹單片機(jī)采用MCS-51系列單片機(jī)。由ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。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。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(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、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)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？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。而且，它還具有一個(gè)看門狗（WDT）定時(shí)/計(jì)數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。AT89S52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2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，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。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 AT89S52引腳圖3.1.2.單片機(jī)管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。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AT89S52的一些特殊功能口，如表3-1所示：表3-1 P3.0口引腳功能表P3口引腳第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時(shí)器0外部脈沖輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部脈沖輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖輸出）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出）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，置位無效。/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：來自反向振蕩器的輸出。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XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)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)數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(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引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過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。3.2 電源電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)兩種不同級(jí)別的電源，即傳感器需要+12V的電源，而系統(tǒng)其他芯片使用的是5V電源?？紤]本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，提高產(chǎn)品的性價(jià)比，電源電路的設(shè)計(jì)決定采用如圖3-3方案：圖3-3 電源電路圖220V的交流電經(jīng)過變壓器后輸出15V的電壓，經(jīng)整流濾波電路后， 通過LM7812和LM7905進(jìn)行DC/DC變換得到12V和+5V、-5V供器和系統(tǒng)的其他芯片使用。在變壓器的原邊加入熔斷保護(hù)裝置和MFC網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)獲得的電源更穩(wěn)定，效果更好，且電路短路時(shí)，熔斷裝置會(huì)迅速切斷電源，保護(hù)其他電路元件不被損壞，供電電路如圖3-3所示。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)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路。3.3.1 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計(jì)傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確使用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。因此傳感器外圍電路的抗干擾能力是數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳感器檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觯捎诨菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，又因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以在本設(shè)計(jì)中選用最終方案我們選擇的是上海開沐自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的NS-TH1系列稱重傳感器，額定載荷20Kg，該稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。由于傳感器輸出的電壓信號(hào)很小，是mv級(jí)的電壓信號(hào)，因此為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在傳感器外圍電路的設(shè)計(jì)過程中，增加了由普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器增益調(diào)節(jié)電阻Rg選用10K 電阻，是為了滿足系統(tǒng)抗干擾的要求而設(shè)計(jì)。其電路圖如3-4所示。 圖3-4傳感器和其外圍電路圖這是一個(gè)電阻應(yīng)變片式稱重傳感器，將電阻應(yīng)變片貼在金屬的彈性體（即力敏感器）上，并連接成一差動(dòng)全橋電路。電阻應(yīng)變片實(shí)心軸沿軸向線應(yīng)變?yōu)椋?（3-1）實(shí)心軸沿圓周向線應(yīng)變?yōu)椋?（3-2）金屬材料的電阻相對(duì)變化公式為： (3-3)把3-1、3-1代入3-3可以得到其輸出電壓為： (3-4)其中F為壓力（即重物重量）A為受力面積E為彈性材料的彈性模量。如果在電阻的兩側(cè)都加入應(yīng)變片，則其輸出為 (3-5)SP20C-G501的輸出電壓為1-5V相應(yīng)壓力為1-50KPa。供電電流變動(dòng)會(huì)直接影響傳感器的輸出電壓，因此希望電流變動(dòng)要小。此外，增大或減小驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)整輸出電壓，但電流過小，輸出電壓降低同時(shí)抗噪聲能力減弱；電流過大，會(huì)使傳感器發(fā)熱等，將對(duì)傳感器特性影響加大。因此在電路中使用1mA的驅(qū)動(dòng)電流。即使用的電流為1mA左右。電路中，采用通用運(yùn)算放大器LM324，由穩(wěn)態(tài)二極管VS提供2.5V的輸出電壓經(jīng)電阻R2和R3分壓得到基準(zhǔn)