單片機在電子稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要本文設(shè)計了一種基于單片機實現(xiàn)的電子稱重系統(tǒng)。在文中，對電子稱重的工作原理做了詳細闡述，設(shè)計了基于單片機AT89C51實現(xiàn)的電子秤系統(tǒng)的硬件電路部分，以及軟件部分。對各部分電路進行了詳細的說明，包括通過電位器實現(xiàn)電壓信號的輸入，A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，地址鎖存器實現(xiàn)地址鎖存和數(shù)據(jù)的存儲，移位寄存器用來驅(qū)動LED顯示，最后結(jié)果通過LED顯示出來。本設(shè)計將重點放在了軟、硬件部分的設(shè)計，對電子稱重系統(tǒng)（包括電子秤）只是進行大致的闡述，由于這篇論文的初衷是想通過傳感器實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，所以在第三部分對傳感器方面的知識進行了大致的介紹。該系統(tǒng)的測量精度和快速性都達到了一定的要求，并且能直觀的顯示稱量結(jié)果。從一定意義上說，本文對高精度快速稱重系統(tǒng)的研究做了初步性的探索，取得了一定的進展。關(guān)鍵詞：單片機；A/D轉(zhuǎn)換；LED顯示電路；地址鎖存電路

AbstractThispaperdescribesthedesignofanelectronicweighingsystem.Inthepaper,weighingontheprincipleofelectronicdoneadetailed.DesignbasedontherealizationoftheSCMAT89C51electronicscalecircuitpartsofthehardwareandsoftwareparts.Hascarriedonthedetailedexplanationtovariouspartofelectriccircuits,includingrealizesthevoltagesignalinputthroughthepotentiometer,A/Dswitchrealizesthesimulatedsignalandthedigitalsignaltransformation,theaddresslatchrealizestheaddresslocktosavewiththedatamemory,theshiftregisterusesfortoactuateLEDtodemonstrate,thefinaloutputshowsthroughLED.Thedesignwillfocusonthesoftwareandhardwaredesign,theelectronicweighingsystem(includingelectronicscales)isageneralstatement,astheoriginalintentionofthispaperistoachievethroughthesensordataacquisitionsystem,inthethirdpartoftheknowledgeofthesensorwasroughlybriefing.Themeasurementprecisionandspeedofthesystemhavereachedacertainrequirement.Anditcandisplaytheweighingresultsvisually.Inacertainsense,thispaper,high-precisionweighingsystemofrapiddoneapreliminaryexploration,hasmadesomeprogress.Keywords:monolithicintegratedcircuit;A/Dswitching;LEDdisplaycircuit;Addresslatch

目錄緒論 11概述 31.1電子秤的概述 31.2我國電子稱重的現(xiàn)狀 51.3電子稱重技術(shù)發(fā)展趨勢 52稱重傳感器 82.1傳感器的工作原理 82.2傳感器產(chǎn)品的分類 82.3傳感器的選擇 82.4傳感器的保養(yǎng) 93硬件電路的設(shè)計 103.1單片機的發(fā)展 103.2MCS-51系列單片機簡介 133.3單片機的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域 153.4硬件電路的系統(tǒng)介紹 173.4.1硬件電路的組成 173.4.2整體工作情況的介紹 173.5各部分電路的詳細說明 183.5.1電位器 183.5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 183.6單片機的選型 233.6.1AT89C51主要性能參數(shù) 233.6.2單片機AT89C51功能特性概述 243.6.3AT89C51引腳說明 253.6.4單片機的外部電路 263.6.5低功耗模式 273.7地址鎖存電路 273.7.174LS373功能簡介 273.7.274LS373引腳說明 283.7.374LS373的連接方法 283.8驅(qū)動電路 293.8.174HC595功能簡介 293.8.274HC595的引腳說明 293.8.374HC595工作原理 303.9顯示電路 313.9.1顯示器的分類 313.9.2LED工作原理 313.9.3LED顯示方式 313.9.4LED顯示器接口 324軟件電路的設(shè)計 344.1主程序模塊 344.2按鍵模塊 344.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 354.4顯示模塊 36結(jié)論 37致謝 38參考文獻 39附錄A 40附錄B 44附錄C 47緒論物料計量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。稱重裝置或衡器是不可缺少的計量工具。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和商品流通的擴大，衡器的需求也日益增多，過去沿用的機械杠桿秤已不能適應(yīng)生產(chǎn)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。自六十年代以來，由于傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子稱重技術(shù)日趨成熟，并逐步取代機械秤。尤其是七十年代初期，微處理機的出現(xiàn)使電子稱重技術(shù)得到了進一步發(fā)展?？焖?、準(zhǔn)確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面已成為現(xiàn)代稱重技術(shù)的主要特點。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單位儀表，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，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營等多方面的作用。稱重裝置應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。我國從六十年代中期開始研制和生產(chǎn)電子秤，初期為模擬指針式，后來發(fā)展成數(shù)字式。由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，產(chǎn)品準(zhǔn)確率低，可靠性差，適應(yīng)工廠惡劣環(huán)境的能力差，一直故障率和損壞率都很高。自八十年代以來，開展了與國外技術(shù)交流和合作，引進了一批樣機、生產(chǎn)技術(shù)和加工測試設(shè)備，通過消化、吸收和改造，使電子稱重裝置的綜合水平有了很大提高。產(chǎn)品品種發(fā)展到幾十種，包括電子計價秤、電子臺秤、電子吊秤、電子汽車秤、電子皮帶秤、電子軌道秤、電子包裝秤、電子配料秤以及各種專用電子秤。目前而言，我國電子稱重技術(shù)裝置的水平已和發(fā)達國家相差不遠，少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際先進水平。但是同發(fā)達國家相比，尚存在不少差距，突出表現(xiàn)在數(shù)量上電子衡器所占比例小、品種少、功能不齊全，不能滿足經(jīng)濟建設(shè)和科技進步的全部需要。另外，有些廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性還比較差，不利于經(jīng)濟快速健康發(fā)展。近年來，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和國內(nèi)外的市場需求不斷增加，電子稱重技術(shù)得以不斷發(fā)展，并且新的電子稱重裝置也在不斷被研制和生產(chǎn)出來。電子衡器的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化、高精度、高效率、高抗干擾能力。電子稱重裝置正在和更多的外部設(shè)備結(jié)合起來，比如：計算機、打印機、顯示器等等。稱重對工作人員來說變得更加方便、快捷，稱重也更加準(zhǔn)確、高效。隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進展，自動在線稱重、快速動態(tài)稱重和稱重系統(tǒng)有了很大發(fā)展。進一步采用新技術(shù)、開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重的準(zhǔn)確度，加強網(wǎng)絡(luò)功能是當(dāng)今各國發(fā)展的重點。本課題正是嘗試去設(shè)計一種高精度快速電子稱重系統(tǒng)，盡管這不是一種新型的電子秤，但此類電子秤測量精度高、實用性好，所以對其進行研究還是有一定的必要性的。

1概述1.1電子秤的概述近代科學(xué)的發(fā)展，對生產(chǎn)過程中稱重技術(shù)和控制提出了新的要求。電子秤是一種裝備了電子元件的稱重計量設(shè)備，具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣環(huán)境條件下工作、便于與計算機技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動化等特點，因而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等部門[2]。1、電子秤的組成一般來說，電子秤主要有以下幾個部分組成：（1）承重機構(gòu)和傳力系統(tǒng)即電子秤的秤臺，是將被稱物體的重量或力傳遞給稱重傳感器的系統(tǒng)，通常包括：接受被稱重物體的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部分和限位減震機構(gòu)等；（2）稱重傳感器即將非電量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它可以將作用于其上的重量或力按一定的函數(shù)關(guān)系（通常是線形關(guān)系）轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量（通常是電量，如電壓、電流、頻率等）輸出；（3）通用顯示儀表即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大電路、AD轉(zhuǎn)換器等）和指示部件（如顯示和打印等）；（4）電源即向稱重傳感器測量橋路饋電的、穩(wěn)定度較高的激勵電源，可以是交流或直流的穩(wěn)壓電源。其中稱重傳感器、顯示組件、電源等部分，再包括重量信號的分析處理等都是由核心部件CPU統(tǒng)一管理，統(tǒng)稱為電子秤控制器，是電子秤的中樞。2、電子秤的特點電子秤與傳統(tǒng)的機械式杠桿秤相比，電子秤具有以下特點：（1）稱量方便、分辨率高、稱量值可以用數(shù)字顯示，因此便于信號的遠距離傳輸，從而達到集中管理和生產(chǎn)自動控制的目的；（2）精度高；（3）傳感器的響應(yīng)速度快，因此稱重速度快；（4）穩(wěn)定性好、機械磨損小、壽命長、維修方便；（5）不少傳感器的密封性能好，從而可以在環(huán)境惡劣的場合下工作；（6）由于結(jié)構(gòu)簡單，所以體積小、重量輕。由于上述優(yōu)點，電子秤已成為衡器發(fā)展的主流，普遍應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和其他領(lǐng)域，對提高人民生活水平、增強勞動生產(chǎn)率、減輕勞動強度、降低成本都有著重要的意義。3、電子秤的分類目前市售的國產(chǎn)或進口的電子秤，其結(jié)構(gòu)原理有好多種，現(xiàn)分別介紹如下：（1）應(yīng)變式電子秤利用半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片作為敏感元件，在受力可變形的彈性體上貼有組成橋路的應(yīng)變片。用它做成的電子秤結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但精度不高，目前市售的商品，最高精度精確到0.01g。商用電子秤為應(yīng)變式電子秤。（2）振弦式電子秤物體質(zhì)量的重力作用使振弦伸長或縮短，從而改變了振弦頻率。當(dāng)載荷增加時，振弦頻率升高，以頻率的變化來反映載荷質(zhì)量的大小。（3）音叉振動式電子秤類似于振弦式，如日本石田衡器于1988年制成的QB系列音叉振動式電子秤。（4）電容電感式電子秤這類電子秤利用霍恩同軸差動電容作衡量元件制成電子秤。（5）晶體振蕩式電子秤利用石英晶體的壓頻效應(yīng)制成電子秤，其缺點是壓力與頻率之間成非線性關(guān)系，使稱量誤差增大，且較難維修。（6）電磁力平衡式電子秤目前市售的用于高精度稱量的電子秤，普遍的為電磁力平衡式電子秤。用電磁力平衡原理制成的電子秤，精度高和重復(fù)性好；其缺點是稱量范圍小，直接應(yīng)用時只能稱量小于500g的物質(zhì)；利用杠桿，稱量上限可擴展至1kg以上。4、電子秤的工作原理以電子元件（稱重傳感器，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機電路，顯示電路，鍵盤電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等電路組成。電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計算機技術(shù)一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現(xiàn)實生活中提出的快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動稱量要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求。5、稱重測量的方法稱重測量方法基本有兩種:變化法和零位法。通過測量彈性元件的變形和物體的應(yīng)變來確定物體的重量為變化法；利用杠桿平衡原理,通過已知的重量來確定被測物體的重量為零位法。第一種方法結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量快速，但精確度較低；第二種方法精度高,可測速度低，操作相對復(fù)雜。如果在稱重裝置中采用電磁力反饋平衡方式和PID調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,可以加快測量速度，同時,材料的彈性形變和非線性等都會得到改善。1.2我國電子稱重的現(xiàn)狀我國從六十年代中期開始研制和生產(chǎn)電子秤，初期為模擬指針式，后來發(fā)展成數(shù)字式。由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，產(chǎn)品準(zhǔn)確度低、可靠性差，以至故障率和損壞率都很高。自八十年代初以來，開展了與國外的技術(shù)交流和合作，引進了一批樣品、生產(chǎn)技術(shù)和加工測試設(shè)備，通過消化，吸收和改進，使電子稱重裝置的綜合水平有了很大提高。但是同發(fā)達國家相比，尚存在著不少的差距，突出表現(xiàn)在數(shù)量上電子衡器所占的比例方面，其次是品種尚少，功能還不全，不能滿足經(jīng)濟建設(shè)和科技進步的全部需要，第三是有些制造廠的產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性還比較差，產(chǎn)品質(zhì)量好的廠家，其所用的關(guān)鍵套件還得依賴于進口。應(yīng)該看到我國的大市場本身就為電子稱重裝置的發(fā)展開辟了廣闊的前景。據(jù)調(diào)查冶金企業(yè)是電子衡器的最大用戶，每年新增和更換的各類工業(yè)電子秤約5000臺，其他工業(yè)交通部門如港口、鐵道、煤炭、建材、化工、飼料以及商業(yè)部門都需要在技術(shù)進步中裝備大量的電子稱重裝置，因此稱電子衡器工業(yè)是朝陽工業(yè)也是有道理的。1.3電子稱重技術(shù)發(fā)展趨勢自七十年代以來，發(fā)達國家在電子稱重方面，無論從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達到了較高的水平。在技術(shù)方面的主要標(biāo)志是準(zhǔn)確度、長期穩(wěn)定性和可靠性。在生產(chǎn)過程應(yīng)用電子秤方面，由于加強了應(yīng)用技術(shù)開發(fā)、能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境（高溫、振動、粉塵、電磁干擾、爆炸危險等）下使用，準(zhǔn)確度一般能做到0.1%-0.3%。在品種方面隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和新技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了新品種，如非連續(xù)式自動累加秤、電腦組合包裝秤、高速自動包裝秤等。這些自動秤往往與生產(chǎn)過程緊密相連，成為生產(chǎn)線的一個重要組成部分，或者與生產(chǎn)機械組合成一臺機電一體化的設(shè)備。在規(guī)模上國外衡器制造業(yè)已是很發(fā)達的工業(yè)。據(jù)資料介紹，日本1995年生產(chǎn)623萬臺電子衡器，產(chǎn)值達880億日元，是世界上出口電子衡器最多的國家。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，可利用有限單元法進行等強度和剛度計算，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（5-28）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，增強了企業(yè)的市場競爭能力。3、集成化對于某些品種和結(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720mm×550mm×32mm，重量約為23kg。

4、智能化電子衡器的稱重顯示控制器與電子計算機組合，利用電子計算機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)律就是不斷的加強基礎(chǔ)研究并擴大應(yīng)用，擴展新技術(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、打印功能還遠遠不夠，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聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機系統(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行修改和擴展，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)備進行通信。

2稱重傳感器我設(shè)計這篇論文的初衷是想通過傳感器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，可考慮到實際情況的限制，在硬件部分我用電位器代替以此達到系統(tǒng)要求。但仍有必要對傳感器進行一下簡要的介紹，傳感器是把被測量（如溫度、壓力等）作為輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換為電量（電流、電壓、電阻等）輸出。物理量性質(zhì)和測量范圍不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常傳感器輸出的是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字輸出）。當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當(dāng)信號不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。2.1傳感器的工作原理將電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后，以適當(dāng)?shù)姆绞浇M成電橋，從而將物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號。稱重傳感器主要有兩部分組成，第一部分是彈性敏感元件，他將被測物體的壓力質(zhì)量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；第二部分是作為傳感元件的電阻應(yīng)變計，他將彈性體的應(yīng)變同步的轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。2.2傳感器產(chǎn)品的分類在日常生活中對力的測量體現(xiàn)在稱重儀器上，主要有電子秤、汽車衡器等。因此,稱重系統(tǒng)中使用的測力傳感器通常指稱重傳感器。有的微型稱重傳感器體積很小，可以測量幾毫牛的力，而大量程的傳感器可以測量一百噸甚至幾千噸的力。稱重傳感器有拉伸式和壓縮式兩種，它的分類和壓力傳感器大致相同，最常用的是應(yīng)變式稱重傳感器和壓阻式傳感器。2.3傳感器的選擇稱重傳感器是電子稱重系統(tǒng)的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計電子稱重系統(tǒng)時，稱重傳感器的選擇極其重要，選擇傳感器時首先應(yīng)考慮以下幾方面：(1)使用環(huán)境：使用傳感器時應(yīng)考慮傳感器所處的實際環(huán)境，這對正確選擇傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器是否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個稱重系統(tǒng)的可靠性和安全性。首先應(yīng)盡量避免高溫、粉塵、潮濕和腐蝕性較高的環(huán)境,其次電磁場環(huán)境會使傳感器的輸出信號發(fā)生紊亂。再次在易燃、易爆環(huán)境下工作時必須選擇防爆傳感器。(2)傳感器數(shù)量的選擇：傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子系統(tǒng)的用途。秤體需要支撐的點數(shù)而定。一般講,秤體有幾個支撐點就選擇幾只傳感器使用時應(yīng)根據(jù)電子稱重系統(tǒng)的實際情況來確定選擇傳感器的個數(shù)。(3)傳感器量程的選擇：傳感器量程的選擇可依據(jù)稱重系統(tǒng)的最大稱量值。選擇傳感器的個數(shù)，秤體自重，可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素來綜合確定。一般而言，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實際使用時，由于加上在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷,因此選擇傳感器量程時,要考慮多方面的因素。2.4傳感器的保養(yǎng)由于電子秤的工作原理及本身結(jié)構(gòu)決定，不能承受側(cè)向力或超載，傳感器不能隨意亂放亂掉避免傳感器損壞，在使用時盡量避免超載，因為超載后會造成傳感器的性能變差。

3硬件電路的設(shè)計3.1單片機的發(fā)展1970年微處理器研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機(即單片的微型計算機)。1971年美國Intel公司生產(chǎn)的4位單片機4004和1972年生產(chǎn)的雛型8位單片機8008，特別是1976年9月Intel公司的MCS-48單片機問世以來，在短短的十幾年間，經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣已達到了驚人的地步。它已滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，可謂無孔不入。下面列舉單片機發(fā)展過程中的一些重要事件，對單片機的發(fā)展情況作概要說明。1976年Intel公司首先推出能稱為單片機的MCS-48系列單片微型計算機，它以體積小，功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。成為單片機發(fā)展進程中的一個重要階段。在MCS-48成功的刺激下，許多半導(dǎo)體公司和計算機公司爭相研制和發(fā)展自己的單片機系列。到目前為止，世界各地廠商己研制出大約50個系列，30多個品種的單片機產(chǎn)品，其中有Motorola公司的6801、6802,Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501、6502等，此外日本的NEC公司，日立公司及EPSON公司等也都相繼推出了各具特色的單片機品種。盡管目前單片機的品種很多，但其中最具典型性的當(dāng)屬Intel公司的MCS-51系列單片機系列。MCS-51是在MCS-48的基礎(chǔ)上于80年代初發(fā)展起來的，雖然它仍然是8位的單片機，但其功能有很大的增強。此外它還具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點。因此應(yīng)用非常廣泛，成為繼MCS-48之后最重要的單片機品種。直到現(xiàn)在，MCS-51仍不失為單片機中的主流機型。國內(nèi)尤以MCS-51系列單片機應(yīng)用最廣。由于8位單片機的高性能價格比，估計近幾年內(nèi)，8位單片機將仍是單片機中的主流機型。對工業(yè)控制、智能儀表等諸多較高層次的應(yīng)用領(lǐng)域，8位單片機系列在性能、價格兩方面有較好的兼顧。在8位單片機之后，16位單片機也有很大發(fā)展，例如1983年Intel公司推出的MCS-96系列單片機就是其中的典型代表。與MCS-51相比，MCS-96不但字長增加一倍，而且還具有4路或8路的10位A/D轉(zhuǎn)換功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。在高檔智能儀表、彩色復(fù)印機、錄像機等應(yīng)用領(lǐng)域，16位單片機大有用武之地，目前Intel的MCS-96系列單片機在國內(nèi)已得到較好的應(yīng)用，它必將以高性能的特點在國內(nèi)得到大規(guī)模推廣。綜觀近三十年的發(fā)展過程，單片機正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容方向發(fā)展。預(yù)計其今后的發(fā)展趨勢不外乎在以下幾個方面：（1）微控制器的CPU核仍以CISC為主，但向RISC演化在傳統(tǒng)微控制器領(lǐng)域內(nèi)還是以當(dāng)初Intel確立的哈佛結(jié)構(gòu)(程序和數(shù)據(jù)存儲器相分立的體系)和復(fù)雜指令集系統(tǒng)(CISC)為主。只有少數(shù)廠家生產(chǎn)精簡指令集計算機，但仍保留了哈佛的分立存儲器結(jié)構(gòu)，并沒有采用馮·諾依曼的程序、數(shù)據(jù)相合并的存儲結(jié)構(gòu)。少數(shù)生產(chǎn)RISC的計算機廠家有Microchip的8位PICl2／16／17／18Fxxx微控制器、Atmel的8位AVR微控制器、SCENIX的8位SXl8／20／28AC和SX48／52BD微控制器。這3個廠家都使用了快閃存儲器(FLASH)存放程序。而Vautomation的VUSB芯片是在8位RISCMCUV8的基礎(chǔ)上，增加了USB核，由其上的固件支撐USB的工作。V8MCU和USB核共占用10000個門。USB核可用于主機端或設(shè)備端。USB命令可用C語言、API以及硬件描述語言VHDL進行修改。在不必改動硬件的條件下就可改變USB的包長和緩沖器長。若要改動硬件，只需聯(lián)系Vautomation廠家，便可通過Internet提供實現(xiàn)代碼。（2）提升指令執(zhí)行速度提高8位的振蕩器頻率或減少每機器周期包含的振蕩器周期數(shù)都可以提高指令的執(zhí)行速度。如Philips公司把12MHz的80C51從每機器周期所含振蕩器周期數(shù)由12改為6，獲得2倍速，Winband公司由12改為3，獲得4倍速。目前，8位微控制器的頻率一般可以高至33MHz~40MHz，所以，可以比較容易地從原來的1MIPS提高到10MIPS。但是，目前指令執(zhí)行速度提高到50MIPS~100MIPS的都是RISC指令的8位微控制器。提升8位微控制器工作頻率已經(jīng)受到普遍的重視。Hitachi半導(dǎo)體廠，1988年設(shè)計其8位H8微控制器時，設(shè)定的目標(biāo)是要集成更多的外設(shè)和支持C語言，追求高性能而不以廉價為目的。片上提供0.5MB的FLASH存儲器。最近還增加了USB和Bluetooth通信接口，也考慮生產(chǎn)帶有Ethernet接口的芯片，還計劃將通常32位機上的應(yīng)用(如TCP/IP、語音識別和合成)技術(shù)下移到H8。但是，便攜型設(shè)備的屏蔽措施較少，又是塑料外殼，噪聲成為問題。將其頻率提高到33MHz，可得20MIPS的性能，但很難通過家用電器B類FCC的條款規(guī)定，幾經(jīng)改進設(shè)計方法，最后才把內(nèi)部噪聲降下來且很好地抑制了外部噪聲。（3）集成大容量片上FLASH存儲器，實現(xiàn)ISP、IAP近幾年，8位微控制器競相采用FLASH存儲器，這已成趨勢。因為它集成密度高、價格便宜、技術(shù)先進，可以取代PROM、EPROM、OTP和EEPROM等。SiliconStorageTechnology公司用SuperFlash技術(shù)生產(chǎn)了兼容于805l的FlashFlex51系列芯片。其中，SST89C54／58芯片內(nèi)分別具有20KB和36KB的FLASH，并利用FLASH可高速讀／寫的特點實現(xiàn)在系統(tǒng)燒錄程序(ISP)和在應(yīng)用中燒錄程序(IAP)。ISP技術(shù)是在焊接成板級系統(tǒng)上，直接對微控制器進行擦除和程序燒錄的先進技術(shù)。SST的IAP技術(shù)，是從結(jié)構(gòu)上將FLASH存儲器映像為兩個存儲體，當(dāng)運行在一個存儲體上的用戶程序時，在后臺對另一個存儲體實時燒錄更新的程序，之后再將控制轉(zhuǎn)向更新的程序上執(zhí)行。Philips兼容于8051的P89C51RC2／RD2是具有32KB／64KBFLASH的芯片。由于片上集成了1KB的引導(dǎo)和擦除／燒錄用ROM固件，所以能夠更好地支持ISP和IAP。順便指出，P89C51RC2／RD2還增加了片上RAM，最多到8KB。（4）普遍使用混合信號(數(shù)字-模擬相混合)集成技術(shù)用CMOS工藝將數(shù)字和模擬電路集成于同一個片上的技術(shù)已經(jīng)成熟，有力地削減了片外的附加器件，提高了性能和縮短了產(chǎn)品上市時間。如片上集成12位A／D、上電復(fù)位／掉電檢測、捕捉／比較／PWM、鎖相環(huán)、8×8硬件乘，以及USB、CAN總線接口等。（5）增加可聯(lián)網(wǎng)的外設(shè)接口要求將內(nèi)嵌8位微控制器的設(shè)備接入Internet的呼聲漸高。雖然聯(lián)網(wǎng)的主流應(yīng)用多是使用32位的高檔微處理器，但是，如果能生產(chǎn)高速率的8位微控制器實現(xiàn)某些針對性的專用設(shè)備上網(wǎng)，未嘗不是一條蹊徑。目前使用MCS-5l系列的83C51KB生產(chǎn)獨立鍵盤、小型硬驅(qū)和掌上電腦的不少。但是，83C51KB缺少與Internet的連接部分。許多廠家已經(jīng)看到給8位微控制器配上Bluetooth、Ethernet和Internet網(wǎng)絡(luò)接口的需要，眾多方案正在涌現(xiàn)。（6）追求低電壓、低功耗、低價位、LPG(少腿芯片)降低工作電壓無疑可以成平方地降低功耗。所以開始出現(xiàn)多電壓供電的微控制器，CPU部分工作于1.5V～2.5V，而I／O口工作于3.3V～5V。為實現(xiàn)低功耗，應(yīng)盡可能多地將片外器件集成于同一個片上，這樣便于一同暫停、一同休眠或部分運行。如NEC設(shè)計了可配置成部分全速運行、部分暫停，使用戶對功率的管理更加方便靈活、有效。瑞典Xemic公司為他的8位低功耗XE8000系列微控制器中增加了通用型高速低電壓芯片XE8301，它的工作電壓十分寬廣，為1.2V～5.5V。指令速度為1MIPS時電流僅為200μA，在待機模式下，維持實時鐘的運行僅用lμA電流。XE8000系列微控制器的內(nèi)核用的是該公司8位CoolRISCMCU，指令位寬22位。3.2MCS-51系列單片機簡介從最初的單片機發(fā)展到如今的新一代單片機，大致經(jīng)歷了三個年代。這三個年代劃分大致是：1、第一代：以1976年推出的MCS-48系列為代表MCS-48系列單片機是將CPU和計算機外圍電路集成到了一個芯片上，作為與通用CPU分道揚鑣、構(gòu)成新型工業(yè)微控制器取得了成功，為單片機的進一步發(fā)展開辟了成功之路。MCS-51系列8位高檔單片機是在總結(jié)MCS-48系列單片機的基礎(chǔ)上，于80年代初推出的新產(chǎn)品。其主要的技術(shù)特征是：擴大了片內(nèi)存儲容量、外部尋址空間：程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址都增加為64K。4K×8ROM作為內(nèi)部程序存儲器，用來存放系統(tǒng)程序、用戶的專用程序和固定常數(shù)。在MCS-51系列單片機中，8031、8751與8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別僅在于8031內(nèi)部不含有程序存儲器，必須由外部擴展。8751內(nèi)部程序存儲器為可編程、可改寫的只讀存儲器EPROM，其內(nèi)部程序由用戶自行寫入。在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器方面，采用8位地址，尋址范圍為256，其中00H-7FH為128字節(jié)的內(nèi)部RAM，用來存放用戶的隨機數(shù)；在80H-FFH范圍內(nèi)離散地分布著21個特殊功能寄存器，其中11個特殊功能寄存器具有位尋址能力。在內(nèi)部RAM中，00H-1FH可分為4個寄存器工作區(qū)。寄存器工作區(qū)由選擇指令進行切換，從而有效地提高了CPU的現(xiàn)場保護能力和實時響應(yīng)速度。20H-2FH單元可進行位尋址。增強了并行口、增設(shè)了全雙工串行口I/O：4個8位并行I/O接口可用于地址和數(shù)據(jù)的傳送，也可與8243、8155等聯(lián)接，進行外部I/O接口的擴展。串行I/O接口是一個全雙工串行通信口，可用于數(shù)據(jù)的串行接收和發(fā)送，這為構(gòu)成串行通信網(wǎng)絡(luò)提供了方便。兩個定時器/計數(shù)器均為16位(比8048長一倍)，且有4種工作方式，這樣既提高了定時/計數(shù)范圍，又使用戶使用靈活方便[5]。增強了中斷系統(tǒng)，在MCS-51單片機中，設(shè)置有2級中斷優(yōu)先級，可接受5個中斷源的中斷請求，中斷優(yōu)先級別可由用戶定義。這樣，就使MCS-51單片機很適合用于數(shù)據(jù)采集與處理，智能儀器儀表和工業(yè)過程控制中。具備較強的指令尋址和運算等功能：MCS-51系列單片機有111條指令，可分為4大類，使用了7種尋址方式。這些指令44%為單字節(jié)指令，41%為雙字節(jié)指令，15%為三字節(jié)指令。若用l2MHz的晶體頻率，50%的指令可在1μs內(nèi)執(zhí)行完畢，40%的指令在2μs內(nèi)執(zhí)行完畢。此外，還設(shè)有減法、比較和8位乘、除法指令。乘、除法指令的執(zhí)行時間僅為4μs，這樣大大地提高了CPU的運算與數(shù)據(jù)處理能力。增設(shè)了頗具特色的布爾處理機，在MCS-51的指令系統(tǒng)中設(shè)置有位操作指令，可用于位尋址空間，這些位操作指令與位尋址空間一起構(gòu)成布爾處理機。布爾處理機對于實時邏輯控制處理具有突出的優(yōu)點?？梢钥闯?，這一代單片機主要的技術(shù)特征是為單片機配置了完善的外部并行總線(AB、DB、CB)和具有多機識別功能的串行通訊接口(UART)，規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器（SFR）控制模式及適應(yīng)控制器特點的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片機奠定了良好的基礎(chǔ)。但是，第一代單片機都還未突破單片微機的內(nèi)涵。2、第二代：以80C5lIntel公司于1980年推出的MCS-51奠定了嵌入式應(yīng)用的單片微型計算機的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，但不久就放棄了進一步發(fā)展計劃，并實施了8051的技術(shù)開放政策。在8051實現(xiàn)開放后，PHILIPS公司作為全球著名的電器商以其在電子應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)勢，著力發(fā)展80C51的控制功能及外圍單元。將MCS-51的單片微型計算機迅速地推進到80C51的MCU時代，形成了可滿足大量嵌入式應(yīng)用的單片機系列產(chǎn)品。FlashROM的使用加速了單片機技術(shù)的發(fā)展?；贔lashROM的ISP/IAP技術(shù)，極大地改變了單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式以及開發(fā)和運行條件；而在單片機中最早實現(xiàn)FlashROM技術(shù)的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。我們習(xí)慣于將各廠家生產(chǎn)的與51兼容的形形色色的單片機系列稱之為80C51系列。它們都采用CMOS工藝，并與MCS-51兼容。80C51系列單片機是在MCS-51的HMOS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們具有CHMOS結(jié)構(gòu)。80C51系列單片機保留了MCS-51單片機的所有特性，內(nèi)部組成基本相同。80C51系列單片機增設(shè)了兩種可以用軟件進行選擇的低功耗工作方式：空閑方式和掉電方式。對于87C51單片機是80C51含EPROM的產(chǎn)品，89C51單片機是80C51系列的產(chǎn)品。這種單片機有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)，用于保護EPROM中的程序，以防止非法拷貝。另外，87C51單片機還可用智能編程法進行編程?？墒姑總€字節(jié)的編程的時間由50ms減少到4ms。速度快，效率高。新一代80C51系列單片機除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要技術(shù)特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)微控制器完善的控制功能為己任。如為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈活的方式。這一系列的單片機為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。80C51系列產(chǎn)品中增加了一些外部接口功能單元如A/D、PWM、WDT(監(jiān)視定時器)、高速I/O口、PCA(可編程計數(shù)器陣列)、計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。此外，由于80C51系列采用了CMOS技術(shù)制造而成，較之MCS-51系列集成度高，速度快，功耗低。3、第三代：單片機內(nèi)核SOC化MCS-51典型的體系結(jié)構(gòu)以及極好的兼容性，對于微控制器不斷擴展的外圍來說，形成了一個良好的嵌入式處理器內(nèi)核的結(jié)構(gòu)模式。當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用進入SOC模式，從各個角度，以不同方式向SOC進軍，形成了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用熱潮。在這個技術(shù)潮流中，8051又扮演了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的重要角色。在MCU向SOC過渡的數(shù)、模混合集成的過程中，ADI公司推出了ADμC8xx系列，而公司則實現(xiàn)了向SOC的C8051F過渡；在PLD向SOC發(fā)展過程中，Triscend公司在可配置系統(tǒng)芯片CSOC的E5系列中便以8052作為處理器內(nèi)核。3.3單片機的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域提起單片機的應(yīng)用，首先提到的應(yīng)是它的控制功能，即在于實現(xiàn)計算機控制。而在線控制應(yīng)用方面，由于計算機身處系統(tǒng)之中，因此對計算機有體積小、功耗小、成本低價格廉以及控制功能強等要求，對這些要求真可謂是非單片機莫屬了。按照所使用單片機的類型不同，單片機應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分成總線方式和非總線方式：（1）總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機都具有完善的外部擴展總線，如并行總線(AB、DB、CB)、串行通訊總線(如UART)，通過這些總線可方便地擴展外圍單元、外設(shè)接口等。采用總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)多屬較復(fù)雜的工控系統(tǒng)、智能儀表、監(jiān)測系統(tǒng)，或滿足這些應(yīng)用而構(gòu)戎的多機與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？偩€方式的單片機在不使用外部并行總線時，外部并行總線引腳可作為I/O口用。在掩膜用戶程序時，還可要求將這些I/O口改造成具有各種驅(qū)動能力的I/O口。（2）非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)省去了外部并行總線，可構(gòu)成各種小封裝芯片，有限的引腳可為用戶提供更多的用戶I/O口，以使應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量最少。非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)多屬小型控制器、測控單元、單元儀表等。現(xiàn)在單片機的應(yīng)用日益廣泛深入，諸如在智能儀器儀表、家用電器和軍事設(shè)備的智能化以及實時過程控制等方面，單片機都扮演著越來越重要的角色,具有廣闊的應(yīng)用前景。以下大致介紹一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點。（1）家用電器領(lǐng)域目前國內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片機控制取代傳統(tǒng)的控制電路，而做成單片機控制系統(tǒng)。例如洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、微波爐、電飯煲、電視機、錄像機、手機、攝象機及其它視頻音像設(shè)備的控制器。還有兒童玩具以及機器人控制等。（2）辦公自動化領(lǐng)域現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品多數(shù)都采用了單片機，如通用計算機系統(tǒng)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動、打印機、繪圖儀、復(fù)印機、電話、傳真機、考勤機等。（3）商業(yè)營銷領(lǐng)域由于在商業(yè)營銷系統(tǒng)已廣泛使用的電子稱、收款機、條形碼閱讀器、倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等中，目前已紛紛采用單片機構(gòu)成專用系統(tǒng)，主要由于這種系統(tǒng)有明顯的抗病菌侵害、抗電磁干擾等高可靠性能的保證。（4）工業(yè)自動化如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、工業(yè)控制器及機電一體化控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)除一些小型工控機之外，許多都是由單片機為核心的單機或多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點構(gòu)成的多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（5）智能儀表與集成智能傳感器傳統(tǒng)的控制電路目前各種變送器、電氣測量儀表普遍采用單片機應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)具有各種智能化功能，如存儲、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語音功能等。將單片機與傳感器相結(jié)合可以構(gòu)成新一代的智能傳感器，它將傳感器初級變換后的電量作進一步的變換、處理，輸出能滿足遠距離傳送、能與微機接口的數(shù)字信號。例如，將壓力傳感器與單片機集成在一起的微小型壓力傳感器可隨鉆機送至井下，以報告井底的壓力狀況。（6）汽車電子與航空航天電子系統(tǒng)通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視器（黑匣子）等都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從上述可以看出，單片機應(yīng)用的意義絕不限于它的功能，以及所帶來的經(jīng)濟效益上。更重要的意義在于，單片機的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件方法實現(xiàn)了，這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。這標(biāo)志著一種全新概念的建立。隨著單片機應(yīng)用技術(shù)的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善，更加充實。3.4硬件電路的系統(tǒng)介紹3.4.1硬件部分由電位器、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機、地址鎖存電路、顯示和驅(qū)動電路等部分組成。由電位器給定輸入電壓，A/D轉(zhuǎn)換電路把給定的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，此信號鎖存在鎖存電路中，單片機將接收到的數(shù)字信號進行處理，輸出給移位寄存器，移位寄存器的作用是鎖存和讀取數(shù)據(jù)，還有作為LED的驅(qū)動電路，最后結(jié)果通過LED顯示出來。3.4.2其具體工作情況為：當(dāng)不稱重時，電位器處于調(diào)零位置，發(fā)光二極管檢測到的光照強度此時為最大值；當(dāng)被測物體放于托盤中時，引起電位器發(fā)生位移，所以發(fā)光二極管接收到的光照強度就會變?nèi)酰l(fā)光二極管是光電轉(zhuǎn)換器件，進而產(chǎn)生一個電流，將此電流轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將此模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，待轉(zhuǎn)換完畢，由轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC向CPU發(fā)出中斷請求，待CPU準(zhǔn)備好，開始讀取數(shù)據(jù)，此過程包括BCD碼的轉(zhuǎn)換和將BCD碼轉(zhuǎn)換為七段碼值送入三位LED的驅(qū)動部分，最后利用顯示電路部分顯示出物體質(zhì)量。電子稱重的硬件電路系統(tǒng)圖如3.1所示。電位器電位器A/D轉(zhuǎn)換電路地址鎖存電路單片機驅(qū)動電路顯示電路圖3.1系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)3.5各部分電路的詳細說明3.5.1電位器是可變電阻器的一種，通常是由電阻體和轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成，即靠一個動觸點在電阻體上移動，獲得部分電壓輸出。電位器的作用是調(diào)節(jié)電壓（含直流電壓與信號電壓）和電流的大小。電位器的結(jié)構(gòu)特點是電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。在本系統(tǒng)中電位器相當(dāng)于傳感器的作用，給定電壓輸出信號，實現(xiàn)重量信號的數(shù)據(jù)采集。3.5.2模數(shù)由于單片機處理的必須是數(shù)字信號，而電位器輸出的卻是模擬信號，所以在單片機的實時測控和智能化儀表等應(yīng)用系統(tǒng)中，需將檢測到的連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能輸入到單片機中進行處理。所以要進行A/D轉(zhuǎn)換器的選擇，主要根據(jù)下面的技術(shù)指標(biāo)[4]。（1）分辨率對ADC來說，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與2n之比值，其中n為ADC的位數(shù)。（2）量化誤差量化誤差是由ADC的有限分辨率而引起的誤差。（3）偏移誤差偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。偏移誤差通常是由放大器或比較器輸入的偏移電壓或電流引起的。一般在ADC外部加一個做調(diào)節(jié)用的電位器便可使偏移誤差調(diào)至最小。（4）滿刻度誤差滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差，一般滿刻度誤差的調(diào)節(jié)在偏移誤差調(diào)整后進行。（5）線性度線性度有時又稱非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。線性度不包括量化誤差、偏移誤差與滿刻度誤差。（6）絕對精度在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼相對應(yīng)的實際模擬電壓與其理想的電壓值之差并非是一個常數(shù)，把這個差的最大值定義為絕對精度。（7）相對精度它與絕對精度相似，所不同的是把這個最大偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分?jǐn)?shù)，或者用二進制分?jǐn)?shù)來表示相對應(yīng)的數(shù)字量。它通常不包括能被用戶消除的刻度誤差。（8）轉(zhuǎn)換速率ADC的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次AD轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使集成A/D轉(zhuǎn)換器的發(fā)展速度驚人。品種繁多、性能各異、滿足不同要求的集成A/D轉(zhuǎn)換器不斷涌現(xiàn)。因此在進行硬件電路系統(tǒng)設(shè)計時，首先必須選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求的問題。A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定與整個測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關(guān)，但又不能唯一確定系統(tǒng)的精度。因為系統(tǒng)精度設(shè)計的環(huán)節(jié)較多，包括傳感器變換精度、信號預(yù)處理電路精度和A/D轉(zhuǎn)換器及輸出電路，甚至還包括軟件控制算法?？紤]到本設(shè)計只需要轉(zhuǎn)換一路模擬信號，且針對物重而設(shè)計，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)及實際系統(tǒng)的要求，本設(shè)計選用應(yīng)用比較普遍的ADC0809。ADC0809是一種普遍使用且成本較低的，由National半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS材料A/D轉(zhuǎn)換器。它具有8個模擬量輸入通道，采用逐次逼近式進行A/D轉(zhuǎn)換，可在程序控制下對任意通道進行A/D轉(zhuǎn)換，得到8位二進制數(shù)字量。2、ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。它包括轉(zhuǎn)換器、多路開關(guān)、三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器等部分。圖3.2ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3.2中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，可在程序控制下選擇8個模擬通道之一進行A/D轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，如表3.1所示。八位A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制與時序電路、逐次逼近寄存器、樹狀開關(guān)以及256R電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量[3]。表3.1通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN73、ADC0809引腳說明ADC0809芯片為28引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列見圖3.3所示。圖3.3ADC0809引腳對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：（1）IN0-IN7：模擬量輸入通道ADC0809對輸入模擬量的要求主要有：信號單極性，電壓范圍0-5V，若信號過小還需進行放大。另外，模擬量輸入在A/D轉(zhuǎn)換過程中其值不應(yīng)變化太快，因此對變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。（2）A、B、C：地址線A為低位地址，C為高位地址，用于對模擬通道進行選擇，引腳圖中為ADDA、ADDB和ADDC，其地址狀態(tài)與通道相對應(yīng)關(guān)系見表3.1。（3）ALE：地址鎖存允許信號ALE上跳沿有效，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。（4）START：轉(zhuǎn)換啟動信號START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0；START下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。（5）D7-D0（P2.1-P2.7）：數(shù)字量輸出線為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。（6）OE：輸出允許信號用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。（7）CLOCK：時鐘信號ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500kHz的時鐘信號。（8）EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC=0，正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號使用。（9）Vcc：+5V電源（10）Vref：參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V（Vref(+)=+5V,Vref(-)=0V）。4、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換完成，因為只有確認數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期。可據(jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用這個延時子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，軟件測試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，然后進行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。5、ADC0809與AT89C51的接口ADC0809與51系列單片機的硬件接口有三種方式：定時傳送方式、查詢方式、中斷方式。采用中斷方式可大大節(jié)省CPU的時間，因此設(shè)計中，選用中斷方式。由于ADC0809片內(nèi)沒有時鐘，所以利用AT89C51提供的地址鎖存允許信號ALE獲得，ALE腳的頻率是AT89C51單片機時鐘頻率的1/6，本設(shè)計中AT89C51單片機的時鐘頻率采用的是12MHz，則ALE腳的輸出頻率為6MHz，符合ADC0809對時鐘頻率的要求（10-1280K），由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故將其8位數(shù)據(jù)輸出引腳直接與單片機數(shù)據(jù)總線相連。由于只有一路模擬信號需要轉(zhuǎn)換，將地址譯碼引腳A、B、C與相連，以選通IN0模擬通道，并且將IN1-IN7七個模擬量通道接地，以防止干擾信號的輸入。單片機的低8位地址信號在ALE作用下鎖存在74LS373中，74LS373輸出的低三位信號分別加到ADC0809的通道選擇端A、B、C作為選通編碼。74LS373的Q6和Q7經(jīng)一級或非后，產(chǎn)生的正脈沖作為二級和三級或非門的輸入信號，此或非門相當(dāng)于反相器的作用。一級反相器輸出的脈沖信號與WR的非再經(jīng)過一或非門接至ALE端,同樣的一級反相器的輸出信號與RD的非再經(jīng)過一或非門接至ENABLE端。3.6單片機的選型考慮到系統(tǒng)所需的程序空間（ROM）和數(shù)據(jù)空間（RAM）較小，選用AT89C51單片機做為該系統(tǒng)的核心。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機，它含有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），足夠本設(shè)計所用。該器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C51單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.6.1AT（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器（3）1000次擦寫周期（4）全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz（5）三級加密程序存儲器（6）128字節(jié)內(nèi)部RAM（7）32個可編程I/O口線（8）2個16位定時/計數(shù)器（9）6個中斷源（10）可編程串行UART通道（11）低功耗空閑和掉電模式3.6.2單片機AT89CAT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，2個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位[1]。3.6.3圖3.4AT89C51引腳圖80c51系列單片機采用雙列直插形式封裝，其引腳排列見圖3.4。（1）Vcc:電源電壓；（2）GND:接地；（3）P0.0-P0.7：一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復(fù)位引腳；（4）P1.0-P1.7：一般I/O口引腳；（5）P2.0-P2.7：一般I/O口引腳或高位地址總線引腳；（6）X1：晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）；（7）X2：晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩器的信號輸入端）；（8）INT0/INT1：外部中斷輸入端；（9）T1/T0：定時器的外部輸入端；（10）RESET：復(fù)位信號輸入允許引腳，當(dāng)振蕩器工作時，RESET引腳出現(xiàn)兩個周期以上的高電平將使單片機復(fù)位；（11）/VP：內(nèi)外存儲器選擇引腳/片內(nèi)EPROM(FlashROM)編程電壓輸入引腳；（12）：讀選通信號；（13）：寫選通信號；（14）RXD：串行輸入引腳；（15）TXD：串行輸出引腳；（16）ALE/：地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳；（17）PSEN：外部程序存儲器選通信號輸出引腳，當(dāng)AT89C51有外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PESN信號不出現(xiàn)。3.6.41、時鐘振蕩電路AT89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式；二是外部時鐘方式，如圖3.5所示。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，在單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的X1和X2引腳外接外接晶振就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，其值為30PF。晶振CYS的振蕩頻率為12MHZ。圖3.5時鐘信號兩種方式2、復(fù)位電路實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效復(fù)位。本設(shè)計采用上電復(fù)位電路，上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要保持足夠長的時間（兩個機器周期），單片機就可以進行復(fù)位操作。本電路電阻和電容參數(shù)為：C3為10UF，R1為10K。3.6.5低功耗模式1、時鐘停止模式靜態(tài)設(shè)計使時鐘頻率可以降至0MHZ(停止)。當(dāng)振蕩器停振，RAM和SFR的值保持不變。該模式允許逐步應(yīng)用并可將時鐘頻率降至任意值以實現(xiàn)系統(tǒng)功耗的降低。如實現(xiàn)最低功耗建議使用掉電模式。2、空閑模式空閑模式中，CPU進入睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)的外圍電路仍保持工作狀態(tài)。正常操作模式的最后一條指令執(zhí)行進入空閑模式?？臻e模式下，CPU內(nèi)容、片內(nèi)RAM和SFR保持原來的值。任何被使能的中斷或硬件復(fù)位均可終止空閑模式。3、掉電模式為了進一步降低功耗，通過軟件可實現(xiàn)掉電模式。該模式中振蕩器停振并且在最后一條指令執(zhí)行掉電模式。硬件復(fù)位或外部中斷允許均可結(jié)束掉電模式。硬件復(fù)位使所有的SFR重新設(shè)置，但不改變RAM的值。外部中斷允許SFR和片內(nèi)RAM保持原值。要正確退出掉電模式，在VCC或恢復(fù)到正常操作電壓范圍之后，復(fù)位或外部中斷開始執(zhí)行并保持足夠長的時間以使振蕩器重新啟動并穩(wěn)定下來。使用外部中斷退出掉電模式時，INT0和INT1必須使能且配置為低電平觸發(fā)，將管腳電平拉低使振蕩器重新啟動，退出掉電模式后將該管腳恢復(fù)為高電平。一旦中斷被響應(yīng)，RETI之后所執(zhí)行的是進入掉電模式指令后的一條指令。3.7地址鎖存電路3.7.174LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實質(zhì)是一個帶三態(tài)緩沖輸出的8位觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74LS373芯片。除74LS373外，84LS273、8282、8212等芯片也可用作地址鎖存器，但使用時接法稍有不同，由于接線稍繁、多用硬件和價格稍貴，故不如74LS373用的普遍。因此考慮到成本和電路的簡單易行性，采用74LS373作為接口系統(tǒng)電路設(shè)計的芯片。74LS373為三態(tài)輸出的八位透明鎖存器，共有54/74S373和54/74LS373兩種線路結(jié)構(gòu)型式。74LS373的輸出端Q0-Q7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端為低電平時，Q0-Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當(dāng)為高電平時，Q0-Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時，輸出端隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時，輸出端被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。圖3.674LS373引腳圖3.7.274LS373引腳說明74LS373引腳排列如圖3.6所示：（1）D0-D7：數(shù)據(jù)輸入端；

（2）：三態(tài)允許控制端（低電平有效）；當(dāng)OE=“0”時，三態(tài)門打開；當(dāng)OE=“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)；（3）LE：鎖存允許端；當(dāng)LE=“1”時，鎖存器輸出，狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)LE=“0”時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中；（4）Q0-Q7：八位輸出端。3.7.374LS373的連接方法在MCS-51單片機系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其連接方法如下：其中輸入端D0-D7接至單片機的P0-P7口，輸出端提供的是低8位地址。輸出端的低三位A0-A2接至ADC0809的地址端。輸出允許端OE接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。鎖存允許端LE接至ADC0809的時鐘信號端CLK。外部地址鎖存器部分采用74LS373來存儲數(shù)據(jù)地址。在MCS-51單片機中的16位地址低8位由P0口輸出。而P0口同時又是數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，故在傳送時采用分時方式，先輸出低8位地址，然后再傳送數(shù)據(jù)，這就需要選用適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺?位地址。由于MCS-51單片機中沒有內(nèi)部寄存器，所以需要外加一個外部地址鎖存器74LS373，對數(shù)據(jù)地址進行存儲。3.8驅(qū)動電路3.8.174HC59574HC595是8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)，三態(tài)輸出功能。它是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，是一種高抗干擾能力、低功耗的標(biāo)準(zhǔn)CMOS集成電路。移位頻率為100MHZ,移位寄存器和存儲器是分別的時鐘，都是上升沿觸發(fā)。74HC595的主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合很有用處，數(shù)碼管沒有閃爍感。3.8.274HC595的引腳說明圖3.774HC595引腳圖74HC595引腳排列如圖3.7所示（1）(10腳)：低電平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零；（2）SRCLK(11腳)：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位，下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變；（3）RCLK(12腳)：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。通常我將RCLK置為低電平，當(dāng)移位結(jié)束后，在RCLK端產(chǎn)生一個正脈（5V時，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級），更新顯示數(shù)據(jù)；（4）E(13腳)：高電平時禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力；（5）O1-O7：是并行數(shù)據(jù)輸出口，即寄存器的數(shù)據(jù)輸出口,可直接控制數(shù)碼管的八個段；（6）Q7（9腳）：串行輸出口；（7）SER(14腳)：封裝腳。3.8.374HC595工作原理74HC595控制端說明:（1）STcp：存儲寄存器的時鐘脈沖輸入口；（2）SHcp：移位寄存器的時鐘脈沖輸入口；（3）：輸出使能端；（4）MR：芯片復(fù)位端；（5）Ds：串行數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入（Ds）和一個串行輸出（Q7）和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。3.9顯示電路3.9.1顯示器接口[6]是單片機系統(tǒng)中的主要人機接口之一，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，又叫液晶顯示器，簡稱LED（LightEmitingDiode）和熒光顯示器，簡稱LCD（LiquidCrystalDisplay）。近年來也開始使用簡易的CRT接口，顯示一些漢字和圖形。前三種顯示器都用兩種顯示結(jié)構(gòu)，段顯示和陣顯示。而發(fā)光二極管又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動顯示，必須有外光源。考慮到本系統(tǒng)中只用來簡單的顯示重量數(shù)據(jù)，所以選用發(fā)光二極管LED顯示。LED與其他顯示器件相比，還具有工作電壓低、多色、壽命長、發(fā)光控制簡單等特點。3.9.2LED顯示器由若干個發(fā)光二極管組成。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個筆畫或一個點就點亮。控制相應(yīng)的二極管就導(dǎo)通，就能顯示出對應(yīng)的字符。七段LED通常構(gòu)成字型“8”，還有一個發(fā)光二極管用來顯示小數(shù)點。各段LED顯示器需要由驅(qū)動電路驅(qū)動。在七段LED顯示器中，通常將各段發(fā)光二極管陰極或陽極連在一起作為公共端，這樣可以使驅(qū)動電路簡單。將各段發(fā)光二極管陽極連在一起的叫共陽極顯示器，用低電平驅(qū)動；將陰極連在一起的3.9.3LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式，分別介紹如下：1、LED靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極連接在一起并接地；若為共陽極則接+5V電源。每位的段選線分別與一八位的鎖存輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因為顯示器中的各位相互獨立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。也正因為如此，靜態(tài)顯示的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易，管理也簡單，也容易理解。故采用靜態(tài)顯示方式，對于本系統(tǒng)來說，若要用口線接口，則要用3個8位I/O口，若要用寄存器接口，則要用3片寄存器芯片。對于靜態(tài)顯示方式，LED顯示器有接口芯片直接驅(qū)動，采用較小的驅(qū)動電流就可以得到較高的亮度。但是并行輸出顯示的十進制位數(shù)多時需要并行I/O接口芯片數(shù)量較多，采用串行輸出可以大大節(jié)省單片機內(nèi)部資源，所以本系統(tǒng)采用串行輸出三位共陽極LED顯示接口電路。2、LED動態(tài)顯示方式在多位LED顯示時，為了簡化電路，一般都選用動態(tài)顯示。通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陰極分別由I/O口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。對于這種顯示方式來說，整個顯示器共占用一個8位I/O口，只需一片地址鎖存器，而位選線占用一個4位I/O口。在顯示過程中，由于每一位顯示數(shù)字不同，所以采用掃描顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示數(shù)字的字型碼，這樣同一時刻，5位LED中只有選通的那一位顯示出數(shù)字，而其他4位則是熄滅的。同樣在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示數(shù)字的字型碼。如此循環(huán)下去，就可使各位顯示出將要顯示的數(shù)字，雖然這些數(shù)字是在不同時刻顯示的，而且同一時刻只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每一位顯示時間足夠短（一般為3-5秒），則可造成多位同時顯示的假象，達到顯示的目的。3.9.4有N片LED顯示塊可拼成N位LED顯示器。由于本設(shè)計中顯示的是物重，系統(tǒng)規(guī)定被稱量物體不超過25000克，允許誤差是0.5，兩部分加起來共三位數(shù)字，所以選用三片LED顯示塊拼成三位LED顯示器。根據(jù)本設(shè)計中的稱重范圍，需3位LED數(shù)碼管顯示稱出的重量，其顯示二位整數(shù)和一位小數(shù)。本設(shè)計中，用三片74HC595寄存器完成顯示數(shù)據(jù)段碼的鎖存和驅(qū)動。這樣處理既容易編程，又使LED數(shù)碼管的驅(qū)動得以實現(xiàn)，同時使數(shù)據(jù)輸出時直接可以通過一條數(shù)據(jù)寫指令完成。顯示器接口電路如圖3.8所示，74HC595的Q0-Q6口接至LED的a-g端，中間需要接限流電阻，限流電阻的作用顧名思義是防止由于電流過大而使LED燒毀。選擇限流電阻大小的原則是：根據(jù)74HC595的輸入電流的一般不超過20mA，數(shù)碼管允許的最大電流為10mA，正常工作情況下一般為5mA，最后考慮發(fā)光二極管的壓降和電源電壓?；谏鲜鲈瓌t選擇340K阻值的限流電阻。SRCLR(10腳)接至單片機的P32口,即接至中斷定時器的INT0端。RCLK(12腳)接至P31口，即單片機的串行輸出接口TXD，TXD輸出的數(shù)據(jù)在其上升沿時進入數(shù)據(jù)存儲寄存器。圖3.8顯示器接口電路圖

4軟件電路的設(shè)計4.1主程序模塊主程序模塊主要完成單片機的初始化和按需要調(diào)用各模塊[7]。主程序流程框圖如圖4.1所示。初始化調(diào)用按鍵程序開始啟動A/D轉(zhuǎn)換讀取A/D數(shù)據(jù)N初始化調(diào)用按鍵程序開始啟動A/D轉(zhuǎn)換讀取A/D數(shù)據(jù)NY判斷按鍵是否按下？4.2按鍵模塊按鍵流程圖如圖4.2所示。開始開始判斷按鍵否置按鍵標(biāo)志返回圖4.2按鍵模塊流程框圖4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖如圖4.3所示。開始開始選中的通道IN0啟動A/D轉(zhuǎn)換判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果返回圖4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊流程框圖ADC0809需要轉(zhuǎn)換一路模擬量，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊流程圖為圖4.3。4.4顯示模塊三位LED顯示稱重結(jié)果的程序流程圖如圖4.4。在顯示時逐位進行顯示，先選中某位，然后傳送數(shù)據(jù)。開始開始讀取A/D值轉(zhuǎn)換成BCD碼分別送入三個LED顯示分別送入各地址單元BCD碼轉(zhuǎn)換為七段碼值返回圖4.4三位LED顯示結(jié)果的程序流程圖

結(jié)論隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進展，自動在線稱重、快速動態(tài)稱重和稱重系統(tǒng)有了很大發(fā)展。進一步采用新技術(shù)、開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重的準(zhǔn)確度，加強網(wǎng)絡(luò)功能是當(dāng)今各國發(fā)展的重點。本文針對單片機應(yīng)用在電子稱重系統(tǒng)的設(shè)計，是對高精度快速電子稱重系統(tǒng)研究的一個嘗試。整個系統(tǒng)以單片機為核心，在電子秤本身固有的高精度稱量優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了定量稱量，以及稱量結(jié)果自動顯示和實現(xiàn)了與軟件程序的結(jié)合。整篇文章對電子稱重的發(fā)展、電子秤的原理、電子秤的工作原理做了詳細闡述；對電子秤硬件電路和軟件程序做了合理設(shè)計。基本上完成了任務(wù)書規(guī)定的系統(tǒng)設(shè)計工作。由于一些原因的限制，雖然完成了設(shè)計任務(wù)，但仍存在很多不足：第一，由于自己對程序方面的知識沒有多少研究，從而影響了軟件部分的設(shè)計；第二，本文只是對電子秤系