基于單片機(jī)的數(shù)顯電子秤設(shè)計

1、前 言隨著社會的發(fā)展，物價不斷的上漲，人們?yōu)榇艘Ц兜纳畛杀疽苍絹碓礁?，因此人們在對計量稱重商品也特別注意其重量了，稱重工具也經(jīng)歷了翻天覆地的變化。從最原始的砣秤、天平秤、傳統(tǒng)意義上的電子秤、現(xiàn)代數(shù)字電子秤等。選取電子秤這個題目做設(shè)計，更加貼近生活實際，更加需要創(chuàng)新，才能超越前人的設(shè)計理念。在單片機(jī)出現(xiàn)以前，要做一個電子秤，往往需要很復(fù)雜的模擬電路，這樣做出來的產(chǎn)品體積大、能耗大、成本高，而且長期使用，元件不斷老化，精度自然會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。隨著單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展，現(xiàn)在只需要在單片機(jī)外圍接一點簡單的電路，核心部分由程序控制完成。這樣，體積變小了，成本也降低了，長期使用對精度的影響也不大。隨著集成

2、電路的發(fā)展，各種功能的芯片層出不窮，于是電子秤的硬件部分得到了很大的簡化，由以前的需要及其復(fù)雜的電路到現(xiàn)在一塊芯片就可以實現(xiàn)，電路的簡化，對產(chǎn)品的壽命和精度都是很好的實現(xiàn)。作為一個稱重工具，更加豐富的功能（實用功能）無疑是用戶的首要選擇，而本設(shè)計，以計算器作為拓展功能。添加計算器可以方便人們比較容易計算出稱重商品的價格。同時通過液晶顯示器顯示，給人以更直觀的視覺感受，讓操作電子秤更加簡單。本課題是基于應(yīng)用型的研究工作，涉及了硬件實體。所以硬件電路圖的分析和研究是非常重要的，對課題的最終實現(xiàn)意義重大，它的核心單片機(jī)控制、壓力傳感器、電壓信號放大器、ad轉(zhuǎn)換、鍵盤輸入、液晶顯示幾個部分。這幾個部分

3、的實現(xiàn)，就完成了整個電子秤設(shè)計。本課題的主要工作有:1)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和分析單片機(jī)相關(guān)芯片的知識。2）比較不同的方案并最終確定實現(xiàn)的方案。2)分析并繪制硬件電路圖。3)系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)試。4)測試程序以及驅(qū)動程序的設(shè)計與開發(fā)。對于鍵盤輸入模塊，本文主要介紹的是使用獨立式鍵盤，實現(xiàn)商品單價的輸入調(diào)整。對于壓力傳感器，本設(shè)計是用的電阻式應(yīng)變片，它的價格便宜，外圍電路設(shè)計容易，精度適合日常生活使用。對于ad轉(zhuǎn)換模塊，本文主要介紹的是adc0832(8腳)，它為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以

4、減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。對于核心控制模塊，本文主要介紹的at89c51,為8位的cpu，且內(nèi)含有一個1位cpu（位處理器），不僅處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量操作。同時具有計時，中斷，設(shè)置優(yōu)先級等功能，簡單實用。對于液晶顯示器模塊，本文主要介紹的lcd1602，它一般只用來顯示字符和數(shù)字，由于像素的原因它一般不用來顯示漢字，從成本方面考慮，所以最終選擇了它。本課題所設(shè)計的電子秤可直接實用于學(xué)習(xí)生活，簡單實用，讓人們精確掌握重量。目 錄中文摘要i英文摘要ii第1章緒論11.1設(shè)計的背景11.1.1電子秤的研究意義11.1.2目前國

5、內(nèi)外對電子秤的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.2設(shè)計的內(nèi)容和意義41.3論文的整體安排4第2章基礎(chǔ)知識62.1單片機(jī)基礎(chǔ)知識62.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域62.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢72.4單片機(jī)89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)82.5單片機(jī)89c51的引腳功能9第3章電子秤設(shè)計的總體分析183.1電子秤設(shè)計的總體功能描述183.2電子秤的分析與設(shè)計18第4章電子秤的具體實現(xiàn)204.1信號采集及其放大204.1.1應(yīng)變計的分類204.1.2金屬電阻應(yīng)變計工作原理204.1.3bf應(yīng)變計的規(guī)格說明224.1.4信號放大器電路的組態(tài)分析224.2a/d轉(zhuǎn)化的具體實現(xiàn)254.2.1a/d轉(zhuǎn)換器的選取254.2.2adc0832內(nèi)

6、部功能與引腳介紹264.2.3adc0832與mcs-51系列單片機(jī)的接口方法及程序設(shè)計284.3鍵盤輸入的實現(xiàn)294.4液晶顯示的實現(xiàn)324.4.1液晶簡介324.4.2點陣圖形式液晶顯示器lcd1602334.4.3lcd1602與mcs-51系列單片機(jī)的接口方法及程序設(shè)計35第5章電子秤的仿真385.1仿真軟件介紹385.2仿真原理圖及原理說明385.2.1仿真原理圖385.2.2原理說明40第6章電子秤的調(diào)試426.1調(diào)試目的426.1.1調(diào)試方法426.2本設(shè)計電路板調(diào)試過程436.3調(diào)試結(jié)果分析44第7章結(jié)論與展望457.1論文完成的工作457.2設(shè)計的不足及改進(jìn)457.3 結(jié)束語

7、46致 謝47參考文獻(xiàn)48附錄492010屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要在智能化測量儀表中，測力與稱重控制器工礦企業(yè)、交通運(yùn)輸、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個領(lǐng)域，甚至每個家庭，對電子秤的要求越來越高的應(yīng)用極為普遍，而電子秤是該研究領(lǐng)域的重要分支。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，但由于稱重控制器成本及功能的限制，一直制約了電子秤在各種領(lǐng)域的進(jìn)一步普及應(yīng)用。因此，產(chǎn)品的更新?lián)Q代是生產(chǎn)發(fā)展的要求，是社會發(fā)展的必然。近年來，新型單片機(jī)的出現(xiàn)和傳感技術(shù)的發(fā)展，為更新產(chǎn)品設(shè)計、研制高性能價格比稱重控制器提供了條件。本次設(shè)計的電子秤主要是以單片機(jī)為核心控制，通過壓力傳感器將物品的重量轉(zhuǎn)化為模擬

8、信號，之后利用a/d轉(zhuǎn)換器件將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將得到的模擬信號傳送至單片機(jī)，通過程序?qū)π盘栠M(jìn)行處理，之后就是將秤得的重量顯示出來，我用的是用lcd液晶顯示，同時要以鍵盤輸入單價，液晶屏幕上會有相應(yīng)的指示，讓后再計算出商品總價錢。關(guān)鍵詞: 電子稱，單片機(jī)，壓力傳感器，a/d轉(zhuǎn)換，lcd液晶abstract force-meter&weighting controllers are widely applied to the intelligent gauges. the research on digital weighting instrument is one of the impo

9、rtant branches developed in that field. with the development of the economy and increment of peoples life standard, the digital weighting instrument is subjet- ed to higher criteria, which has been used in industry communication, commercial trade and scientific research even the household. but the f

10、urther application of the digital weighting instrument has been constrained from the costs and functions of the weighting controllers. it is in great need for the innova- tion in the product design with respect to the development of the productive force and the society. in recent years, with the app

11、earance of very large scale ic and microprocessor and the improvement of techniques on weighting sensors, it is possible for the development of new type weighting controllers with high quality-cost ratio. the design of electronic scales mainly base on mcus controling, using pressure transducer to co

12、nvert the weigh to analog signals，then use a/d converter to transform analog signals into digital signals，then transform the analog signals to the mcu, and process the signal through the code,the last is to show the weight.i use lcd to display the weight, and at the same time to capture keyboard sig

13、nal to get the price and the lcd screen also display a prompt, so then calculate the total price of goods .keywords: electronic scales, mcu,pressure transducer,a/d converter,lcdi第1章緒論1.1設(shè)計的背景1.1.1電子秤的研究意義 隨著社會的發(fā)展，物價不斷的上漲，人們?yōu)榇艘Ц兜纳畛杀疽苍絹碓礁摺３?，作為一種重量計量工具，在秤重方面起著重要的作用。生活中的油，鹽，醬，米，水果，蔬菜等食物的計量離不開它，工商業(yè)領(lǐng)域中昂

14、貴的產(chǎn)品秤量更是離不開它。隨著時間的遷移，秤也發(fā)生了翻天覆地的變化，從最初的砣秤，到天平秤，經(jīng)歷傳統(tǒng)意義上的電子秤，再到現(xiàn)代的數(shù)字電子秤，秤的種類越來越多，秤的精度越來越高，秤計量的可靠性越來越高，秤所能實現(xiàn)的功能也越來越多。選取數(shù)字電子秤的設(shè)計這個題目，更加貼近生活實際，更加需要創(chuàng)新，才能超越前人的設(shè)計理念。而做數(shù)字電子秤的設(shè)計這個課題，能讓我們更加熟悉掌握單片機(jī)原理及應(yīng)用，能夠讓我們了解到先進(jìn)傳感器的原理及應(yīng)用，能接觸較為先進(jìn)的lcd器件，模數(shù)轉(zhuǎn)換，從中了解原理熟悉功能，從而能應(yīng)用拓展。 作為一個在日常生活和工商領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的計量工具，更加豐富的功能（實用功能）無疑是用戶的首要選擇，就像超

15、市里的電子秤不僅能夠計量，而且還能夠連接網(wǎng)絡(luò)。而本設(shè)計，以計算器作為拓展功能，在稱量的同時能夠輕松地計算出商品的價格。 就外表而言，采用了lcd1602液晶做顯示器，在顯示數(shù)字的同時，能夠顯示字符串，這些可以讓電子秤在計算商品價錢是能夠顯示的更直觀，從而讓操作更加簡單，能充分體現(xiàn)其實用性。同時使用了壓力傳感器，提高了它精度，讓其稱量更加可靠。1.1.2目前國內(nèi)外對電子秤的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢50年代期電子技術(shù)的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡中器。70年代單片機(jī)的誕生，只有短短的三十幾年，但單片機(jī)的應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。由單片機(jī)衍生的產(chǎn)品存在于生活的各個領(lǐng)域：從導(dǎo)彈的

16、導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計算機(jī)的網(wǎng) 絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù) 處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能ic 卡、電子萬年歷、電子寵物，電子秤等，這些都離不開單片機(jī)。經(jīng)過40多年的不斷改進(jìn)與完善，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。我國電子衡器的技術(shù)裝備和檢測試驗手段基本達(dá)到國際90年代中期的水平。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，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。但就總體而言，我國電子衡器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)

17、國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不夠先進(jìn)、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。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。 1、小型化 體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕。近幾年新研制的電子平臺秤結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了小薄輕的發(fā)展方向。對于低容量的電子平臺秤和電子輪軸秤，可采用將薄型或超薄型的圓形稱重傳感器，直接嵌入鋼板或

18、鋁板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形的秤體結(jié)構(gòu)，稱重傳感器的數(shù)量和位置由秤的額定載荷和力學(xué)要求計算決定。鋼板或鋁板就是秤體的臺面，稱重傳感器既是傳感元件，又是承力支點，極大地減化了秤體結(jié)構(gòu)，減少了活動連接環(huán)節(jié)，不但降低了成本，而且提高了穩(wěn)定性和可靠性。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地上衡，已經(jīng)出現(xiàn)了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯(lián)排隊列焊接成一個整體的竹排式結(jié)構(gòu)的秤體，4個稱重傳感器分別安裝在最外邊兩根薄壁型鋼兩端的切口內(nèi)，安裝在稱重傳感器承力點上的固定支承就是秤體的承力支點，既減化了承力傳力機(jī)構(gòu)，又節(jié)省了秤體高度，這是一種很有發(fā)展前途的秤體結(jié)構(gòu)。對于大型電子平臺秤，可

19、利用有限單元法進(jìn)行等強(qiáng)度和剛度計算，采用抗彎剛度大的型材和輕型波紋夾心鋼板等。 2、模塊化 對于大型或超大型的承載器結(jié)構(gòu)，如大型靜動態(tài)電子汽車衡等，已開始采用幾種長度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模塊，經(jīng)過分體組合，而產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。以（5、6、7）m長的同寬度3種標(biāo)準(zhǔn)模塊為例，由單塊、二塊、三塊到四塊分體組合，可以組合成長度為（528）m的22種規(guī)格的分體式秤體結(jié)構(gòu)。當(dāng)然在實際應(yīng)用中，根據(jù)各行業(yè)用戶的需要，選擇其中10余種常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格即可。這種模塊化的分體式秤體結(jié)構(gòu)，不僅提高了產(chǎn)品的通用性、互換性和可靠性，而且也大大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時還降低了成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭能力。3、 集成化 對

20、于某些品種和結(jié)構(gòu)的電子衡器，例如小型電子平臺秤、專用秤、便攜式靜動態(tài)電子輪軸秤、靜動態(tài)電子軌道衡等，都可以實現(xiàn)秤體與稱重傳感器，鋼軌與稱重傳感器，軌道衡秤體與鐵路線路一體化。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動態(tài)電子輪軸秤，多用硬鋁合金厚板制成。其結(jié)構(gòu)原理是經(jīng)過固溶熱處理強(qiáng)化的鋁合金板，或通過在4個角上鉆孔和銑槽分別形成4個懸臂梁型稱重傳感器；或在鋁合金板的底面銑出多個對稱的盲孔和盲槽形成整體剪切梁型稱重傳感器。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一，即鋁合金板既是秤體臺面又是一個大板式稱重傳感器。以后者結(jié)構(gòu)的10t便攜式動態(tài)電子輪軸秤為例，其尺寸為720mm550mm32mm，重量約為23kg。

21、4、智能化 電子衡器的稱重顯示控制器與電子計算機(jī)組合，利用電子計算機(jī)的智能來增加稱重顯示控制器的功能。使電子衡器在原有功能的基礎(chǔ)上，增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等功能，這就是當(dāng)今市場上采用微機(jī)化稱重顯示控制器的電子衡器與采用智能化稱重顯示控制器的電子衡器的根本區(qū)別。 5、綜合性 電子稱重技術(shù)的發(fā)展規(guī)律就是不斷的加強(qiáng)基礎(chǔ)研究并擴(kuò)大應(yīng)用，擴(kuò)展新技術(shù)領(lǐng)域，向相鄰學(xué)科和行業(yè)滲透，綜合各種技術(shù)去解決稱重計量、自動控制、信息處理等問題。例如在流量計量專業(yè)，如果按照傳統(tǒng)的理論和方法建造一套標(biāo)準(zhǔn)大流量測量系統(tǒng)，價格相當(dāng)昂貴。如果采用稱重法即質(zhì)量流量法，只要將重量和時間測量準(zhǔn)確，大流量的測量問題就迎刃

22、而解了。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結(jié)合，使稱重、計價、進(jìn)庫、銷售管理一體化，實現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。6、組合性 在工業(yè)稱重計量過程或工藝流程中，不少稱重計量系統(tǒng)還要求具有可組合性，即測量范圍等可以任意設(shè)定；硬件能夠依據(jù)一定的工作條件和環(huán)境作某些調(diào)整，硬件功能向軟件方向發(fā)展；軟件能按一定的程序進(jìn)行修改和擴(kuò)展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可以使用不同的語言和條形碼，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行通信。1.2設(shè)計的內(nèi)容和意

23、義 隨著社會的發(fā)展，物價不斷的上漲，人們?yōu)榇艘Ц兜纳畛杀疽苍絹碓礁?，因此人們在對計量稱重商品也特別注意其重量了，稱重工具也經(jīng)歷了翻天覆地的變化。從最原始的砣秤、天平秤、傳統(tǒng)意義上的電子秤、現(xiàn)代數(shù)字電子秤等。然而在單片機(jī)出現(xiàn)以前，要做一個電子秤，往往需要很復(fù)雜的模擬電路，這樣做出來的產(chǎn)品體積大、能耗大、成本高，而且長期使用，元件不斷老化，精度自然會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，功能也不齊全。針對以上問題，所以我選擇了這個題目（電子秤的設(shè)計）。隨著集成電路的發(fā)展，各種功能的芯片層出不窮，于是電子秤的硬件部分得到了很大的簡化，由以前的需要及其復(fù)雜的電路到現(xiàn)在一塊芯片就可以實現(xiàn)，電路的簡化，對產(chǎn)品的壽命和精度都是很

24、好的實現(xiàn)。作為一個稱重工具，更加豐富的功能（實用功能）無疑是用戶的首要選擇，而本設(shè)計，以計算器作為拓展功能。添加計算器可以方便人們比較容易計算出稱重商品的價格。同時通過液晶顯示器顯示，給人以更直觀的視覺感受，讓操作電子秤更加簡單。選取電子秤這個題目做設(shè)計，更加貼近生活實際，更加需要創(chuàng)新，才能超越前人的設(shè)計理念。隨著單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展，現(xiàn)在只需要在單片機(jī)外圍接一點簡單的電路，核心部分由程序控制完成。這樣，體積變小了，成本也降低了，長期使用對精度的影響也不大。1.3論文的整體安排第1章 介紹了課題的設(shè)計的背景、國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r以及課題研究的主要內(nèi)容。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和貿(mào)易稱重要求的提高，電子秤

25、的設(shè)計成為研究的熱點問題。因此，對電子秤的研究有著重要的意義。第2章 主要介紹了一些基本的理論知識。介紹了設(shè)計過程中使用到的核心控制器件單片機(jī)，重點介紹了單片機(jī)各引腳的功能和常見的硬件連接方法。第3章 主要介紹了電子秤的整體設(shè)計方案，將設(shè)計分解模塊化，同時介紹了電子秤的功能。第4章 介紹了電子秤各個主要模塊的具體實現(xiàn)。包括壓力傳感器、放大電路、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換、液晶顯示器，鍵盤輸入五個子模塊的硬件和軟件設(shè)計。第5章 主要介紹了設(shè)計中要用到的仿真軟件，同時簡單講解了設(shè)計好的電子秤原理圖。第6章 主要介紹了對電子秤軟硬件的調(diào)試。包括調(diào)試應(yīng)的方法、調(diào)試過程中遇到的困難，以及調(diào)試的結(jié)果。第7章 說明了設(shè)

26、計所取得的成果，以及設(shè)計的不足和改進(jìn)。第2章基礎(chǔ)知識2.1單片機(jī)基礎(chǔ)知識 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。 mcs-51單片機(jī)是美國intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，與mcs- 48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條，mcs-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，mcs-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與msc-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。 mcs-51系列單片機(jī)主要包括803

27、1、89c51和8751等通用產(chǎn)品。 dp-51s單片機(jī)仿真實驗儀是由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計的dp系列單片機(jī)仿真實驗儀之一，是一種功能強(qiáng)大的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)、調(diào)試。 2.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為如下幾個范疇： 一、在智能儀器儀表的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、

28、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 二、在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。三、在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。四、在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備

29、基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 五、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 2.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢 單片機(jī)現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流c51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)

30、，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有： 一、微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（cpu）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲（ram）、只讀程序存儲器（rom）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如a/d轉(zhuǎn)換器、pmw（脈寬調(diào)制電路）、wdt（看門狗）、有些單片機(jī)將lcd（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功

31、能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中smd（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。二、低功耗cmos化 mcs-51系列的8031推出時的功耗達(dá)630mw，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mw左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了cmos（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。像89c51就采用了hmos（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和chmos（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。cmos雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而chmos則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于要求低功耗像電

32、池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 三、主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以89c51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有philips公司的產(chǎn)品，atmel公司的產(chǎn)品和中國臺灣的winbond系列單片機(jī)。所以89c51占據(jù)了半壁江山。而microchip公司的pic精簡指令集合（risc）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的holtex公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其底價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有motorola公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的

33、壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。 九十年代以后，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用雙cpu或內(nèi)部流水線，cpu位數(shù)有8位、16位、32位，時鐘頻率高達(dá)20mhz，片內(nèi)帶有pwm輸出、監(jiān)視定時器wdt、可編程計數(shù)器陣列pca、dma傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)的實時處理、高級通信系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、復(fù)雜工業(yè)過程控制、高級機(jī)器人以及局域網(wǎng)等方面得到大量應(yīng)用。這類單片機(jī)有nec公司的mpd7800，mitsubishi公司的m337700，revkwell公司的r6500。2.4單片機(jī)89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)89c51芯片內(nèi)部集成了 cpu、ram、r

34、om、定時/計數(shù)器和i/o口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些不見連接在一起。89c51單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件：(1)一個8位cpu；(2)一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；(3)4kb rom（89c51有4kb掩膜rom，87c51有4kb eprom，80c31片內(nèi)有無rom）；(4)128b內(nèi)ram；(5)可尋址64kb的外rom和外ram控制電路；(6)兩個16位定時/計數(shù)器；(7)21個特許功能寄存器；(8)4個8位并行i/o口，共32條可編程i/o端線；(9)一個可編程全雙工串行口；(10)5個中斷源，可設(shè)置成2個優(yōu)先級。89c51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)如下圖2-1：振蕩器及時序 osc8

35、9c51cpu程序存儲器4kb rom數(shù)據(jù)存儲器256b2個16位定時器/計數(shù)器64k總線擴(kuò)展控制器可編程i/o可編程全雙工串行口外時鐘源 外部事件計數(shù) 中斷 控制 并 行 口 串行通信圖2-1 89c51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)框圖 2.5單片機(jī)89c51的引腳功能89c51單片機(jī)一般采用雙列直插dip封裝，共40個引腳，圖2-2為引腳排列圖。40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和i/o引腳。圖2-2 89c51引腳排列圖 1.電源 (1)vcc芯片電源，接+5v； (2)vss接地端。2.時鐘xtal1、xtal2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。使用內(nèi)部振蕩電路時外接石英晶體，常用接法如下圖2

36、-3 外部時鐘圖：圖2-3 外部時鐘圖3.控制線 控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。 (1)ale/prog地址鎖存允許/片內(nèi)eprom編程脈沖。 ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址。 89c51在并行擴(kuò)展外存儲器（包括并行擴(kuò)展i/o口）時，p0口用于分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進(jìn)制數(shù)。那么如何區(qū)分是低8位地址還是8位數(shù)據(jù)信號呢？當(dāng)ale信號有效時，p0口傳送的是低8位地址信號；ale信號無效時，p0口傳送的是8位數(shù)據(jù)信號。在ale信號的下降沿，鎖定p0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號。需要指出的是，當(dāng)

37、cpu不執(zhí)行訪問外ram指令（movx）時，ale以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，因此ale信號也可作為外部芯片clk時鐘或其他需要。但是，當(dāng)cpu執(zhí)行movx指令時，ale將跳過一個ale脈沖。ale端可驅(qū)動8個lsttl門電路。 prog功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 (2)psen外rom讀選通信號。 89c51讀外rom時，沒個機(jī)器周期內(nèi)psen兩次有效輸出。psen可作為外rom芯片輸出允許oe的選通信號。在讀內(nèi)rom或讀外ram時，psen無效。 psen可驅(qū)動8個lsttl門電路。 (3)rst/vpd復(fù)位/備用電源。常用按鈕復(fù)位接法

38、如下圖2-4按鈕復(fù)位圖：圖2-4 按鈕復(fù)位圖 正常工作時，rst（reset）端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機(jī)器周期以上高電平，89c51芯片即實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，cpu從0000h開始執(zhí)行指令。 vpd功能：在vcc掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由vpd向片內(nèi)供電，以保持片內(nèi)ram中的數(shù)據(jù)不丟失。 (4) ea/vpp 內(nèi)外rom選擇/片內(nèi)eprom編程電源。 ea功能：正常工作時，ea為內(nèi)外rom選擇端。89c51單片機(jī)rom尋址范圍為64kb，其中4kb在片內(nèi)，60kb在片外（80c31芯片無內(nèi)rom，全部在片外）。當(dāng)ea保持高電平時，先訪問內(nèi)rom，但

39、當(dāng)pc（程序計數(shù)器）值超過4kb（0fffh）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外rom中的程序。當(dāng)ea保持低電平時，則只訪問外rom，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)rom。對80c31芯片，片內(nèi)無rom，因此ea必須接地。 vpp功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳用于施加編程電源vpp。對4個控制引腳，應(yīng)熟記起第一功能，了解其第二功能。嚴(yán)格來講，89c51的控制線還應(yīng)該包括p3口的第二功能。4.i/o引腳 89c51共有4個8位并行i/o端口,共32個引腳 (1)p0口8位雙向i/o口。 在不并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時, p0口可用作雙向i/o口。在并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i

40、/o口)時, p0口可用于分時傳送低8位地址(地址總線)和8位數(shù)據(jù)信號(數(shù)據(jù)總線)。p0口能驅(qū)動8個lsttl門。p0內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖2-5 p0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 圖2-5 p0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖vcc地址/數(shù)據(jù)控制鎖存器p0.xdcpqqmuxv1v2p0.x引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳&1(2)p1口8位準(zhǔn)雙向i/o口(“準(zhǔn)雙向”是指該口內(nèi)部有固定的上拉電阻)，p1口能驅(qū)動為4個lsttl門。p1內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖2-6 p1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： vcc鎖存器p1.xdcpqqp1.x引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳內(nèi)部上拉電阻圖2-6 p1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(3)p2口8位準(zhǔn)雙向i/o口。在不并行擴(kuò)展外存

41、儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時, p2口可用作雙向i/o口。在并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時, p2口可用于傳送高8位地址(屬地址總線) 。p2口能驅(qū)動4個lsttl門。p2口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，引腳上拉電阻同p1口。在結(jié)構(gòu)上，p2口比p1口多一個輸出控制部分。圖2-7 p2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖鎖存器p2.xdcpqq讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳vccp2.x引腳內(nèi)部上拉電阻1地址控制mux(4)p3口8位準(zhǔn)雙向i/o口。可作一般i/o口用,同時p3口每一引腳還具有第二功能,用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線)，p3口驅(qū)動能力為4個lsttl門。p3內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖2-8 p

42、3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：圖2-8 p3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 p3口第二功能如下: p3.0rxd:串行口輸入端; p3.1txd:串行口輸出端; p3.2int0:外部中斷0請求輸入端; p3.3int1:外部中斷1請求輸入端 p3.4t0:定時/計數(shù)器0外部信號輸入端; p3.5t1:定時/計數(shù)器1外部信號輸入端; p3.6wr:外ram寫選通信號輸出端; p3.7rd:外ram讀選通信號輸出端。 上述4個i/o口,各有各的用途。 在不并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時, 4個i/o口都可作為雙向i/o口用。在并行擴(kuò)展外存儲器(包括并行擴(kuò)展i/o口)時, p0口專用于分時傳送低8位地址信號和8位數(shù)據(jù)

43、信號,p2口專用于傳送高8位地址信號。p3口根據(jù)需要常用于第二功能,真正可提供給用戶使用的i/o口是p1口和一部分未用作第二功能的p3口端線。2.6單片機(jī)的串口及使用方法1、如何使用單片機(jī)的串口單片機(jī)的串口是通過對串口的控制與狀態(tài)寄存器的操作完成串口通信的設(shè)置的。串行口控制寄存器是scon，它用于定義串行口的工作方式及實施接收和發(fā)送控制。字節(jié)地址為98h，其各位定義如表2.1所示：表2.1 scon位定義scon.7scon.6scon.5scon.4scon.3scon.2scon.1scon.0sm0sm1sm2rentb8rb8tirism0、sm1：串行口工作方式選擇位，其定義如表2.

44、2所示：表2.2 sm0、sm1定義 sm0/sm1工作方式功能波特率00方式08位移位寄存器fosc/1201方式110位uart可選10方式211位uartfosc/64或fosc/3211方式311位uart可選sm2：多機(jī)通信控制位。不同的方式下，sm2有不同的限制。在方式0時，sm2=0。在方式1時，只有接收到有效停止位時，ri才置1。在方式2或方式3中，當(dāng)sm2=1且接收到的第九位數(shù)據(jù)rb8=0時，ri才置1。ren：接收允許控制位。由軟件置位以允許接收，軟件清0。tb8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2或方式3中，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，可約定作為奇偶校驗位。rb8：接收數(shù)據(jù)的第9位。在方

45、式0中不使用rb8。在方式2或方式3中，rb8為接收到的第9位數(shù)據(jù)。ti：發(fā)送中斷標(biāo)志。在發(fā)送停止位前，由硬件置位，ti置位表示申請中斷，可根據(jù)需要，用軟件查詢的方法獲得數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢的信息，或用中斷的方式來發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。ti必須用軟件清0。ri：接收中斷標(biāo)志位。在接收到停止位的中間時刻由硬件置位。ri置位表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，可用查詢的方法獲知或者用中斷的方法獲知。ri也必須用軟件清0。 單片機(jī)的串口工作還要受到特殊功能寄存器pcon設(shè)置的限制。pcon是8位特殊功能寄存器，地址為78h，其低7位是為了使用chmos的89c51單片機(jī)時實現(xiàn)電源控制而附加的。其中最高位是smod，用于51單

46、片系列的串口設(shè)置。該位是單片機(jī)串口的波特率系數(shù)的控制位，當(dāng)smod=1時，波特率加倍，否則不加倍。2、單片機(jī)串口的工作方式at89c51單片機(jī)的串行口有4種工作方式，分述如下：方式0：方式0為移位寄存器輸入/輸出方式?？赏饨右莆患拇嫫饕詳U(kuò)展i/o口，也可外接同步輸入/輸出設(shè)備。8位串行數(shù)據(jù)是從rxd輸入或輸出，txd用來輸出同步脈沖。在方式0下，串行數(shù)據(jù)從rxd引腳輸出，txd引腳輸出移位脈沖。cpu將數(shù)據(jù)送寄存器時，立即啟動發(fā)送。將8位數(shù)據(jù)以固定波特率從rxd輸出，低位在前，高位在后。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送中斷標(biāo)志ti由硬件置位。當(dāng)串行口以方式0接收時，先置位允許接收控制位ren。此時，rx

47、d為串行數(shù)據(jù)輸入端，txd仍為同步脈沖移位輸出端。當(dāng)ri=0和ren=1同時滿足時，開始接收。當(dāng)接收到第8位數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)移入接收寄存器，并由硬件置位ri。方式1：方式1為波特率可變的10位異步通信接口方式，一幀信息包括1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)sbuf時，就啟動發(fā)送。串行數(shù)據(jù)從txd引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬件置位ti。在ren=1時，rxd引腳確認(rèn)開始位，開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當(dāng)ri=0且停止位為1時，停止位才進(jìn)入rb8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志ri；否則該數(shù)據(jù)會丟失。所以在方式1接收時，應(yīng)先用軟件清零ri和sm2標(biāo)志。方式2：

48、方式2為固定波特率的11位uart方式。比方式1增加了一位可程控第9位數(shù)據(jù)。由txd端輸出一幀11位的數(shù)據(jù)，附加的第9位來自scon寄存器的tb8位，用軟件置位或復(fù)位。它可作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗位。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入sbuf的指令時，就啟動發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標(biāo)志ti。在ren=1時，串行口采樣rxd引腳，開始接收一幀數(shù)據(jù)。在接收到附加的第9位數(shù)據(jù)后，當(dāng)ri=0或者sm2=0時，第9位數(shù)據(jù)才進(jìn)入rb8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志ri；否則信息會丟失。方式3：方式3為波特率可變的11位uart方式，除波特率外，其他與方式2相同。3、單片機(jī)串口通信速率的設(shè)定單片機(jī)串口通信

49、速率也就是波特率。在串行通信中，收發(fā)雙方的波特率要有一個約定。在4種工作方式中，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的。一般的，波特率的計算公式如下：波特率=2smod/32*定時器t1的溢出率；t1的溢出率=t1計數(shù)率/產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)定時器t1工作于方式0：溢出所需周期數(shù)=8192-x，x為初始值。定時器t1工作于方式1：溢出所需周期數(shù)=65536-x，x為初始值。定時器t1工作于方式2：溢出所需周期數(shù)=256-x，x為初始值。因為方式2為自動裝入初值的8位定時器/計數(shù)器模式，所以用它來做波特率發(fā)生器是最恰當(dāng)?shù)摹Ｒ话愕?，時鐘頻率選用11.0592mhz時，最易

50、獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率，所以很多單片機(jī)系統(tǒng)都選用這個晶振。表2.3列出了串口常用波特率的設(shè)置：表2.3 串口常用波特率工作方式數(shù)據(jù)傳輸率 fosc=6mhz fosc=12mhzfosc=11.0592mhz 方式1或方式3-smodtmodth1smodtmodth1smodtmodth162.5k-120ffh-19.2k-120fdh9.6k-020fdh4.8k-120f3h020fah2.4k120f3h020f3h020f4h1.2k120e6h020e6h020e8h600120cch020cch020d0h第3章電子秤設(shè)計的總體分析3.1電子秤設(shè)計的總體功能描述電子秤作為一種稱量工具

51、，因此其最大的特點莫過于就是稱重。本次設(shè)計的電子能夠稱量0-5kg的物體，精度為19.531g,同時具有以下功能：1、 具有稱量快。2、 可以輸入商品單價，并計算出商品總價錢。3、 讀數(shù)方便。4、 穩(wěn)定性好、機(jī)械磨損小、壽命長、維修方便。5、 能在惡劣環(huán)境條件下工作。6、 具有量程過載報警功能3.2電子秤的分析與設(shè)計 本文要設(shè)計的電子秤以單片機(jī)為主要部件，利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱（v）改為重量綱（g）即成為一臺原始電子秤。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，本設(shè)計采用全橋測量

52、電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。而三運(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足a/d轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。 a/d轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。同時可以用一個行列式鍵盤，輸入被稱量物品的單價，調(diào)用單片機(jī)中的程序進(jìn)而算出其總價。同時當(dāng)被測物體重量超過5kg時，啟動報警電路。通過分析可以清楚地得出，電子秤主要分為壓力傳感器，放大電路，a/d轉(zhuǎn)換，處理器，鍵盤輸入，液晶顯示，報警電路7個部分，但報警電路部分就只是一個蜂鳴器所以不做專門介紹。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所

53、示：液晶顯示 處理器 at89c51 a/d轉(zhuǎn)換超量程報警 放大電路鍵盤輸入 壓力傳感器圖3-1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖壓力傳感器部分：將被測物品重量信息轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號。放大電路部分：將傳感器傳輸來的微弱電壓信號放大。a/d轉(zhuǎn)換部分：將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。處理器部分：調(diào)用程序?qū)/d轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號進(jìn)行處理，處理鍵盤傳來的信息，將處理后的信息發(fā)送到液晶。鍵盤輸入部分：對被稱量物品輸入單價。液晶顯示部分：將被稱量物品的重量，單價，總價顯示出來。報警電路部分：當(dāng)被稱物體重量超過5kg時，響起報警聲。第4章電子秤的具體實現(xiàn)4.1信號采集及其放大信號采集與放大部分,一般地，傳感器后面的放

54、大器必須具有很高的共模抑制比，同時要求有較高的輸入電阻，以免對傳感器產(chǎn)生影響。為了提高精度，放大器還應(yīng)有較高的開環(huán)增益，較低的失調(diào)電壓、失調(diào)電流、噪聲以及漂移等。4.1.1應(yīng)變計的分類根據(jù)敏感柵材料可分為金屬、半導(dǎo)體及金屬或金屬氧化物漿料等三類：1、金屬電阻應(yīng)變計：包括絲式（絲繞式、短接式）應(yīng)變計、箔式應(yīng)變計和薄膜應(yīng)變計；2、半導(dǎo)體應(yīng)變計：包括體型半導(dǎo)體應(yīng)變計、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計和薄膜半導(dǎo)體應(yīng)變計；3、金屬或金屬氧化物漿料主要是制作厚膜應(yīng)變計。但市面上一般所售高精度應(yīng)變計價格都比較昂貴，根據(jù)本次設(shè)計需要，所以本次設(shè)計選擇了精度較高的bf系列(金屬電阻應(yīng)變計)。4.1.2金屬電阻應(yīng)變計工作原理金

55、屬電阻應(yīng)變計是把電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組成電橋的一種將力轉(zhuǎn)換成電信號的轉(zhuǎn)換元件。金屬電阻應(yīng)變計包括兩個主要部分:一是彈性敏感元件，它把被測的重量轉(zhuǎn)換成彈性體的應(yīng)變值；另一是電阻應(yīng)變計，它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。應(yīng)變計是連接成平衡電橋式的，應(yīng)變電阻的變化會引起電橋的不平衡，從而輸出信號。金屬電阻應(yīng)變計的工作原理如圖4-1所示:圖4-1 傳感器工作原理圖圖中,u為供橋電源,u0為輸出電壓。彈性體在彈性范圍內(nèi)的相對變化與引起形變的重量f成正比: 式(4.1)式中: 彈性體的相對形變l. 彈性體的高度及其變化量f 重量(kg)e 彈性體的彈性模量()

56、s 彈性體的橫截面積此時，r1和r4相對電阻的變化為 式(4.2)而r2和r3相對電阻的變化為 式(4.3)式中:-彈性體材料的泊松比k-電阻應(yīng)變計的應(yīng)變靈敏系數(shù)在有供橋電源u時,壓力傳感器的電橋輸出電壓u0為: 式(4.4)若忽略分母中含的項，則近似為: 式(4.5)將上式表示為: 式(4.6)式中: 傳感器的靈敏度，即單位電壓供橋時的電橋輸出電壓(mv/v)。通常，選取量級為800*10-e,k 取為2.0，則靈敏度u0/u約為1.6 m v/v.可見當(dāng)供橋電壓為5v時，輸出電壓為mv級，難于直接使用，必須經(jīng)過前置放大才能加以利用。4.1.3bf應(yīng)變計的規(guī)格說明基底：改性酚醛；柵絲：康銅(

57、含40鎳，1.5錳的銅合金)；全封閉結(jié)構(gòu)；可同時實現(xiàn)溫度自補(bǔ)償和蠕變自補(bǔ)償。精度較高,穩(wěn)定性好,使用方便，其規(guī)格如下表4.1。主要技術(shù)指標(biāo)bf系列典型電阻值350歐對平均電阻值公差0.1%靈敏系數(shù)2.00-2.20靈敏系數(shù)分散1%應(yīng)變極限2.0%疲勞壽命1m溫度自補(bǔ)償系數(shù)9,11,16,23,27使用溫度范圍-30-+80攝氏度表4.1 bf應(yīng)變計規(guī)格4.1.4信號放大器電路的組態(tài)分析為了滿足小信號的放大，可以選用各種形式的信號放大器。以下對幾種信號放大器電路的組態(tài)進(jìn)行分析。(1)單運(yùn)放放大電路圖4-2 單運(yùn)放放大電路圖單運(yùn)放放大電路如圖4-2所示。當(dāng)壓力傳感器受到外力作用時，橋路電阻阻值發(fā)生

58、變化:r1=r4=r-r ，r2 = r3=r+r 式(4.7)由差動運(yùn)算放大器的工作原理，可得: 式（4.8） 式（4.9） 式（4.10）由式(4.7)至(4.10)，可解得： 式（4.11）而傳感器輸出的電壓為: 式（4.12）由式(4.11)及(4.12)可得放大倍數(shù)為: 式（4.13）(2)三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器由三個集成運(yùn)放組成的通用數(shù)據(jù)放大器原理如圖4-3所示。圖4-3 三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器圖這是一種高增益、高輸入電阻和高共模抑制比的直接禍合放大器，具有差動輸入，單端輸出的形式。電路包括兩個放大級，a1. a2組成第一級，二者均接成同相輸入，因此輸入電阻很高。由于電路結(jié)構(gòu)對稱，它們的漂移和

59、失調(diào)都有相互抵消的作用。a3組成差動放大級，將差動輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。根據(jù)本次設(shè)計要求，由于電阻式應(yīng)變計輸出只有幾毫伏的電壓，所以需要放大千倍以上，由于單運(yùn)放大器不具備差動輸入，當(dāng)放大倍數(shù)很大時，容易失真，所以選三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器較為合適，所以我就選擇了常用的lm324，因為lm324帶有4片單運(yùn)放大器,lm324的封裝如下圖4-4：圖4-4 lm324封裝圖4.2a/d轉(zhuǎn)化的具體實現(xiàn)4.2.1a/d轉(zhuǎn)換器的選取1、adc種類的選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇a/d轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位，10位，12位和16位等。位數(shù)越高分辨率就越高，價格也就越貴。a/d轉(zhuǎn)換器的型號很多，在精度和轉(zhuǎn)換速度上差異

60、很大。（1）雙積分a/d轉(zhuǎn)換器：雙積分式是一種間接式a/d轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，速度快缺點是轉(zhuǎn)換時間長，一般要4050ms，適用于轉(zhuǎn)換速度不快的場合。（2）逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器：逐次逼近式的屬于直接式a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度高，速度高，價格適中，是目前種類最多，應(yīng)用最廣的a/d轉(zhuǎn)換器。 鑒于方案（2）的換速度比方案（1）快，價格適中，種類繁多，應(yīng)用廣泛，在本設(shè)計中采用逐次逼近式adc。2、逐次逼近型adc原理介紹逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器由d/a轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾部分組成。其轉(zhuǎn)換原理為：a/d轉(zhuǎn)換器將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓uin與一個預(yù)先設(shè)定的電壓ui（預(yù)定的電