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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目:基于單片機(jī)的電子稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)中心： 內(nèi)蒙古學(xué)習(xí)中心 學(xué) 號(hào)： 090F67133009 姓 名： 邱培博 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 張 偉 2015 年 09 月 20 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師指導(dǎo)意見(jiàn)表 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 指導(dǎo)教師意見(jiàn)：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫(xiě)作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問(wèn)題和不足之處。） 填寫(xiě)要求：1.請(qǐng)指導(dǎo)教師按以上要求填寫(xiě)意見(jiàn)， 2.學(xué)生在上傳論文時(shí)不得將以上括號(hào)內(nèi)的內(nèi)容刪除。 3.當(dāng)學(xué)生論文評(píng)閱成績(jī)不及格重寫(xiě)時(shí)，指導(dǎo)教師要重新填寫(xiě)意見(jiàn)及新的指導(dǎo)日期。（指導(dǎo)教師填寫(xiě)指導(dǎo)意見(jiàn)時(shí)請(qǐng)將填寫(xiě)要求刪除） 指導(dǎo)教師結(jié)論： （合格、不合格） 指導(dǎo)教師 姓名 所在單位 指導(dǎo)時(shí)間 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱意見(jiàn)表 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 評(píng)閱意見(jiàn)：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫(xiě)作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問(wèn)題和不足之處。） 填寫(xiě)要求：1.請(qǐng)?jiān)u閱教師按以上要求填寫(xiě)意見(jiàn)， 2.上傳論文時(shí)不得將以上括號(hào)內(nèi)的內(nèi)容刪除。 3.當(dāng)學(xué)生論文評(píng)閱成績(jī)不及格重寫(xiě)時(shí)，評(píng)閱教師要重新填寫(xiě)意見(jiàn)及新的評(píng)閱日期。 （評(píng)閱教師填寫(xiě)指導(dǎo)意見(jiàn)時(shí)請(qǐng)將填寫(xiě)要求刪除） 修改意見(jiàn)：（針對(duì)上面提出的問(wèn)題和不足之處提出具體修改意見(jiàn)。評(píng)閱成績(jī)合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見(jiàn)。） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱成績(jī) （百分制）： 評(píng)閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯） 評(píng)閱人姓名 所在單位 評(píng)閱時(shí)間 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文《基于單片機(jī)的電子稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及使用過(guò)的材料。對(duì)論文的完成提供過(guò)幫助的有關(guān)人員已在文中說(shuō)明并致以謝意。 本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒(méi)有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒(méi)有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。 論文作者（簽字）：邱培博 日期：2015年09月20日 3 摘 要 電子秤是將檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新型稱(chēng)重儀器。它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密結(jié)合成為一種方便、快捷、稱(chēng)量精確的工具，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工廠生廠、集貿(mào)市場(chǎng)、超市、大型商場(chǎng)、及零售業(yè)等公共場(chǎng)所的信息顯示和重量計(jì)算。 電子稱(chēng)主要以單片機(jī)作為中心控制單元，通過(guò)稱(chēng)重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，在配以鍵盤(pán)、顯示電路及強(qiáng)大軟件來(lái)組成。電子稱(chēng)不但計(jì)量準(zhǔn)確、快速方便，更重要的自動(dòng)稱(chēng)重、數(shù)字顯示，對(duì)人們生活的影響越來(lái)越大，廣受歡迎。 本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控芯片，外圍附以稱(chēng)重電路、顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤(pán)電路等構(gòu)成智能稱(chēng)重系統(tǒng)電路板，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的稱(chēng)重功能、報(bào)警功能、數(shù)據(jù)計(jì)算功能以及人機(jī)交換功能。可以說(shuō),此設(shè)計(jì)所完成的電子秤很大程度上滿(mǎn)足了應(yīng)用需求。 關(guān)鍵詞 1、AT89S52 2、壓力傳感器 3、A/D轉(zhuǎn)換器 4、LCD顯示器  目 錄 摘 要 4 一、緒 論 6 （一）研究目的和意義 6 （二）國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和趨勢(shì) 6 二、系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 9 （一）系統(tǒng)工作原理 9 （二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路 9 （三）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證 9 1 傳感器 9 2 單片機(jī)的選型 9 三、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 15 （一）數(shù)據(jù)采集模塊電路的設(shè)計(jì) 15 1傳感器外圍電路的設(shè)計(jì) 15 2A/D轉(zhuǎn)換器 16 （二）微處理部分 18 （三）按鍵和顯示部分 19 1顯示模塊與AT89S52單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì) 19 2鍵盤(pán)電路與AT89S52單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì) 20 （四）供電電路設(shè)計(jì) 21 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 （一）數(shù)據(jù)采集模塊流程圖與子程序的設(shè)計(jì) 23 （二）顯示模塊流程圖及子程序的設(shè)計(jì) 24 （三）鍵盤(pán)模塊流程圖及子程序的設(shè)計(jì) 25 五、結(jié) 論 26 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 28 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1、 緒 論 （1） 研究目的和意義 質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱(chēng)重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢?duì)貨物交換量進(jìn)行估計(jì)，起初采用木材或陶土制作的容器對(duì)交換貨物進(jìn)行計(jì)量。以后，又采用簡(jiǎn)單的秤來(lái)測(cè)定質(zhì)量。據(jù)考證，世界上最古老的計(jì)量器具出土于中東和埃及，最古老的衡器和砝碼出自于埃及。秤是最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。低成本、高智能化的電子秤無(wú)疑具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。 物品稱(chēng)量是市場(chǎng)交易中很基本的活動(dòng), 是商業(yè)領(lǐng)域最基本的衡具。在日常生活中，到處必須用到稱(chēng)。尤其是現(xiàn)代超市和一些其他交易市場(chǎng)上，稱(chēng)是必不可少的測(cè)重工具。隨著人們生活水平的不斷提高，商業(yè)行為也越來(lái)越現(xiàn)代化，人們對(duì)商品度量的速度和精度也提出了新的要求。傳統(tǒng)的量具是桿稱(chēng)或盤(pán)稱(chēng), 20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始出現(xiàn)了電子稱(chēng)。電子稱(chēng)的產(chǎn)生正是為了適應(yīng)現(xiàn)代生活需要。 電子秤不僅要向更高的精度和高的可靠性方向發(fā)展,而且更需向多功能的方向發(fā)展。據(jù)悉,目前電子秤的附加功能主要有下面幾種:1.電子秤附加了處理機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償裝置,可以進(jìn)行自診斷、自校正及多種補(bǔ)償計(jì)算和處理。2.具有皮重顯示和凈重顯示等各種功能。電子秤有些已具備了動(dòng)物稱(chēng)量模式,即通過(guò)進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法,消除上述的誤差。3.附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能,以滿(mǎn)足多種使用的要求。今后,隨著電子高科技的飛速發(fā)展,電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。同時(shí),功能更加齊全的高精度的先進(jìn)電子秤將會(huì)不斷問(wèn)世,其應(yīng)用范圍也會(huì)更加拓寬。 （2） 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和趨勢(shì) 隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)繁榮，為了把稱(chēng)重技術(shù)引入到生產(chǎn)工藝過(guò)程中去，對(duì)稱(chēng)重技術(shù)提出了心動(dòng)要求，希望稱(chēng)重過(guò)程自動(dòng)化，為此電子技術(shù)滲入衡器制造業(yè)。在1954年使用了帶新式打印機(jī)的傾斜式秤，其輸出信號(hào)能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機(jī)構(gòu)與人工操作的按鍵與辦公機(jī)器聯(lián)用。在1960年開(kāi)發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專(zhuān)門(mén)稱(chēng)重值打印機(jī)。當(dāng)時(shí)帶電子裝置的衡器其稱(chēng)量工作是機(jī)械式的，但與稱(chēng)量有關(guān)的顯示、記錄、遠(yuǎn)傳式控制器等功能是電子方式的。電子稱(chēng)的發(fā)展過(guò)程與其他事物一樣，也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、又由粗糙到精密、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全電子化、由單一的功能逐步演變?yōu)槎喙δ艿倪^(guò)程。特別是近30年以來(lái)，工藝流程中的現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)重、配料定量稱(chēng)重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)等工作，都離不開(kāi)能輸出信號(hào)的電子衡器。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是因?yàn)殡娮雍馄鞑粌H能給出質(zhì)量或重量的信號(hào)，而且還能作為總系統(tǒng)中的一個(gè)單元，它承擔(dān)著控制和檢驗(yàn)功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交往的自動(dòng)化和合理化。近年來(lái)電子稱(chēng)已愈來(lái)愈多地參與到數(shù)據(jù)的處理和控制過(guò)程中。現(xiàn)代稱(chēng)重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷(xiāo)售領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。隨著稱(chēng)重傳感器各項(xiàng)性能的不斷突破，為電子稱(chēng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國(guó)外如美國(guó)、西歐等一些國(guó)家在20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了0.1%稱(chēng)量準(zhǔn)確度的電子稱(chēng)，并在70年代中期約對(duì)75%的機(jī)械稱(chēng)進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式改造。 我國(guó)在20世紀(jì)40年代以前還全是機(jī)械式的衡器，40年代時(shí)開(kāi)始逐漸有了機(jī)電結(jié)合式的衡器。50年代時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)了以稱(chēng)重傳感器為主的電子衡器。從80年代之后，我國(guó)通過(guò)自行研究引進(jìn)消化吸收和技術(shù)改造。已由傳統(tǒng)的機(jī)械式衡器步入集傳感器、 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與一體化的電子衡器發(fā)展階段。目前，由于電子衡器具有稱(chēng)量快、讀數(shù)方便、能在惡劣條件下工作、便于與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重技術(shù)和過(guò)程控制的自動(dòng)化特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)部門(mén)、隨著稱(chēng)重傳感器技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路和微處理器的進(jìn)一步發(fā)展，電子稱(chēng)重技術(shù)及其應(yīng)用范圍將更進(jìn)一步的發(fā)展，并被人們?cè)絹?lái)越重視。電子衡器產(chǎn)品量大面廣、種類(lèi)繁多，從通用的各種規(guī)格的電子稱(chēng)到大型的電子稱(chēng)重系統(tǒng)，從單純的稱(chēng)重、計(jì)價(jià)到生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)量控制單元，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)大。 通過(guò)對(duì)近幾年來(lái)電子衡器產(chǎn)品發(fā)展的分析以及國(guó)內(nèi)與國(guó)外市場(chǎng)的需求情況，分析出電子衡器的規(guī)模縮小、模塊簡(jiǎn)易、集成度高、智能化成為它總發(fā)展趨勢(shì)和新的特點(diǎn)；電子衡器技術(shù)性能的趨向是穩(wěn)定性好、精確度高、可靠性強(qiáng)、計(jì)算速度快；其功能趨向是對(duì)各種可操控信息和不可操控信息做出快速處理，體現(xiàn)高效快速智能的特點(diǎn)；其應(yīng)用性能趨向于綜合全面的稱(chēng)重物體以及結(jié)合其他智能化設(shè)備組合起來(lái)快速準(zhǔn)確得出結(jié)果。 1.規(guī)?？s小 體積縮小、高度偏低、重量較輕，即小、薄、輕。近幾年新研制的電子平臺(tái)秤結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了小薄輕的發(fā)展方向。 2.模塊簡(jiǎn)易 對(duì)于大型或超大型的承載器結(jié)構(gòu)，如大型靜動(dòng)態(tài)電子汽車(chē)衡等，已開(kāi)始了采用幾種長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化的模塊，經(jīng)過(guò)分體組合，而產(chǎn)生新的操作簡(jiǎn)易的品種和規(guī)格。 3.集成度高 對(duì)于電子衡器的一些品種和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一體化，像秤體與稱(chēng)重傳感器，鋼軌與稱(chēng)重傳感器,實(shí)際應(yīng)用例如小型電子平臺(tái)秤、專(zhuān)用秤、便攜式靜動(dòng)態(tài)電子輪軸秤等。 4.智能化 將電子稱(chēng)量系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)相組合，利用電子計(jì)算機(jī)的智能化增加了推理、判斷、自組織、自診斷、自適應(yīng)等功能，從而使得電子衡器的稱(chēng)重顯示控制器在原有功能的基礎(chǔ)上得到了增強(qiáng)，這就是微機(jī)化稱(chēng)重顯示控制器與智能化稱(chēng)重顯示控制器的根本區(qū)別。 5.綜合性 基礎(chǔ)研究的不斷加強(qiáng)，且應(yīng)用的不斷擴(kuò)大就是電子稱(chēng)量技術(shù)的發(fā)展規(guī)律。擴(kuò)展其新領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，向相鄰學(xué)科和行業(yè)滲透，綜合各領(lǐng)域各行業(yè)的技術(shù)來(lái)解決稱(chēng)重計(jì)量、自動(dòng)控制、信息處理等問(wèn)題。 6.組合性 稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)在工業(yè)稱(chēng)重計(jì)量過(guò)程中或工藝流程中通常需要能夠和其他設(shè)備組合起來(lái)應(yīng)用于稱(chēng)重計(jì)量，可以自己設(shè)定改變它的測(cè)量范圍等，如硬件部分在不同的測(cè)量范圍中做不同的改變與調(diào)整。硬件功能向軟件方向發(fā)展，并且按一定的程序軟件能進(jìn)行修改和擴(kuò)展；在輸入輸出數(shù)據(jù)與指令中不但可以使用不同的語(yǔ)言還可以使用不同的條形碼，并能夠與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行通信。 2、 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) （1） 系統(tǒng)工作原理 電子秤的工作原理：首先，將通過(guò)壓力傳感器采集到被測(cè)物的重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。因?yàn)檩敵龅碾妷盒盘?hào)通常是很小的，所以需要通過(guò)信號(hào)處理電路將其進(jìn)行準(zhǔn)確的放大，并將放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，并將其送入到主控電路中的單片機(jī)中，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制譯碼顯示器，就能顯示出被測(cè)量物的重量值。在實(shí)際應(yīng)用中，為提高數(shù)據(jù)采集的精度并盡量減少外界電氣干擾，還需要在傳感器與A/D芯片之間加上信號(hào)調(diào)整電路。 （2） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路 按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊是由壓力傳感器、信號(hào)的處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成的。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成對(duì)該數(shù)字量的處理，驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。 (3) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證 1 傳感器 傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量的量，并將其按照一定的規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)換成為可用的輸出信號(hào)的器件或裝置。通常，傳感器是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成的。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心軌蛑苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換部分是指，傳感器中能將敏感元件輸出的量轉(zhuǎn)換為適合于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)的部分?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使的人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，其中人們的日常生活與各種活動(dòng)將主要依靠于對(duì)各種信息資源的開(kāi)發(fā)和獲取、傳輸和處理，而傳感器就是處于自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取、檢測(cè)信息的窗口；一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程要所獲取的信息，都是要通過(guò)傳感器來(lái)轉(zhuǎn)換成為易傳輸與處理的電信號(hào)，所以傳感器是位于在研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置。因此，傳感器占有了特別重要的地位與作用。 傳感器的作用是人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于身體的感官系統(tǒng)。而單靠人體自身的感官系統(tǒng)，在研究各種復(fù)雜的自然現(xiàn)象和規(guī)律時(shí)它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器了。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱(chēng)之為電五官。 傳感器早已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，例如醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)診斷、宇宙研究開(kāi)發(fā)、海洋的探測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查探測(cè)、生物工程、甚至文物保護(hù)等，都體現(xiàn)了傳感器極其之泛的應(yīng)用領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從天上到地下，從陸地到海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。 表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。傳感器的靜態(tài)特性是指其對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的相互的關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)，輸入的量和輸出的量都是和時(shí)間無(wú)關(guān)的，所以可以用一個(gè)不含有時(shí)間變量的代數(shù)方程來(lái)表示傳感器的靜態(tài)特性，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作為縱坐標(biāo)來(lái)畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。 傳感器動(dòng)態(tài)特性是指，傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。通常用傳感器對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示其在實(shí)際的工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性。這是因?yàn)?，容易用?shí)驗(yàn)方法求得它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，通常可以根據(jù)前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 方案一：壓電傳感器 壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱(chēng)自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。 壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對(duì)外接電路要求很高。 方案二：電容式傳感器 電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。電容傳感器可用來(lái)檢測(cè)壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電參量。 電容傳感器的基本工作原理可用最普通的平行極板電容器來(lái)說(shuō)明。兩塊相互平行的金屬極板，當(dāng)不考慮邊緣效應(yīng)（兩個(gè)極板邊緣處的電力線分布不均勻引起電容量的變化）時(shí)，其電容量為 （2-1） 式（2-1）中 ——兩極板間的距離； A——兩平行極板相互覆蓋的有效面積； ——介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； ——真空中介電常數(shù)。 若被測(cè)量的變化使式中、A、三個(gè)參量中任一個(gè)發(fā)生變化，都會(huì)引起電容量的變化，通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出[4]。 雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素： （1）．小功率、高阻抗。受幾何尺寸限制，電容傳感器的電容量都很小，一般僅幾皮法至幾十皮法。因C太小，故容抗=1/C很大，為高阻抗元件，負(fù)載能力差；又因其視在功率P=C ，C很小，則P也很小。故易受外界干擾，信號(hào)需經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。 （2）.初始電容小，電纜電容、線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。 方案三 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(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。 導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(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，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。 直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 下圖為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E： 圖2-2 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)電橋輸出端接無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開(kāi)路，此時(shí)直流電橋稱(chēng)為電壓橋，即只有電壓輸出。 當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有： = （2-2） 當(dāng)滿(mǎn)足條件R1R3=R2R4時(shí)，即 （2-3） =0，即電橋平衡。式（2-3）稱(chēng)平衡條件。 應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。 若差動(dòng)工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（2-2），則電橋輸出為 (2.4) 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)： （1）.應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。 （2）.分辨力和靈敏度高，精度較高。 （3）.結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。 （4）.商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量。 本設(shè)計(jì)中選用最終方案我們選擇的是NS-TH1系列壓力傳感器，額定載荷20Kg，該壓力傳感器均采用全橋式等臂電橋。本設(shè)計(jì)采用的惠斯登電橋具有很多優(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(chēng)重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)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。壓力傳感器實(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[4]。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)本系統(tǒng)的正確使用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)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。而傳感器檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥? 2 單片機(jī)的選型 選擇單片機(jī)型號(hào)的依據(jù)有以下幾個(gè)方面： （1）.市場(chǎng)貨源 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上有并且能夠買(mǎi)得到單片機(jī)中選擇，尤其是作為需要大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品的應(yīng)用系統(tǒng)，所選擇的單片機(jī)型號(hào)必須有穩(wěn)定、充足的貨源。 （2）.單片機(jī)性能 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇達(dá)標(biāo)并最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且要符合性?xún)r(jià)比高。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。影響性?xún)r(jià)比的因素除了單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開(kāi)發(fā)工具的性能價(jià)格比。 （3）.研制周期 在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開(kāi)發(fā)工具，性能優(yōu)良的開(kāi)發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 AT89S系列單片機(jī)是繼AT89C系列之后推出的功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品。AT89S系列與AT89C系列相比，運(yùn)算速度有了較大的提高，它的靜態(tài)工作頻率為0~33MHz，片內(nèi)集成有雙數(shù)據(jù)指針DPTR、定時(shí)監(jiān)視器(watchdog timer，又稱(chēng)看門(mén)狗)、低功耗休閑狀態(tài)及關(guān)電方式、關(guān)電方式下的中斷恢復(fù)等諸多功能，極大地滿(mǎn)足了各種不同的應(yīng)用要求。AT89S52單片機(jī)是AT89S系列中的增強(qiáng)型高檔機(jī)產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲(chǔ)器容量是AT89S51的一倍，即片內(nèi)8KB的Flash程序存儲(chǔ)器和256B的RAM。另外，它還增加了一個(gè)功能極強(qiáng)的、具有獨(dú)特應(yīng)用的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器2等多種功能。 3、 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) （1） 數(shù)據(jù)采集模塊電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集模塊電路包括：1.壓力傳感器輸出信號(hào)的放大電路部分，壓力傳感器將接收到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，放大電路的作用就是將其電信號(hào)進(jìn)行放大處理。2.A/D轉(zhuǎn)換器模塊，因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能接收數(shù)字信號(hào)，而前面輸出的是模擬信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器的作用就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外還包括A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路部分。 1傳感器外圍電路的設(shè)計(jì) 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)。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(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，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓變化[5]。 當(dāng)要改變?cè)鲆鏁r(shí)，僅須調(diào)整可變電阻R1即可。 由于輸出的電壓信號(hào)也很小，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(guò)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)電阻選用10K 電阻，是為了滿(mǎn)足系統(tǒng)抗干擾的要求而設(shè)計(jì)。 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）.信號(hào)源的內(nèi)阻遠(yuǎn)小于輸入的阻抗。否則的話，由于放大器的負(fù)載效應(yīng)，因此會(huì)使所測(cè)電壓造成偏差。 （2）抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。 （3）在給定的頻帶寬度中其有穩(wěn)定的準(zhǔn)確的增益和良好的線性，輸入漂移和噪聲要足夠小，就可以保證所要求的信噪比，這樣就保證了放大器輸出性能的穩(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。 前級(jí)采用運(yùn)放組成并聯(lián)型差動(dòng)放大器。理論上不難證明，存運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)放人器的輸入阻抗為無(wú)窮人，共模抑制比也為無(wú)窮人。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動(dòng)放人器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無(wú)關(guān)。 阻容耦合電路放存由并聯(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，這樣可以為后級(jí)儀器放大器提高增益，從而為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)又采用了共模驅(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(chēng)（匹配）導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。 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，從而可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： (3-1) 式中：或－放大器的總共模抑制比；－第一級(jí)放大器的共模抑制比；或－第二級(jí)放大器的共模抑制比；、、和－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。 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。 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。 2 A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則： （1）、A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。A/D 轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低。在系統(tǒng)中，A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)該比系統(tǒng)允許引用的誤差高一倍以上。 （2）、A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。不同類(lèi)型的A/D 轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換的速率不相同。積分型的A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換的時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒，構(gòu)成低速A/D 轉(zhuǎn)換器的，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測(cè)試。逐次逼近型是屬于中速A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為納秒級(jí)，用于每個(gè)通道過(guò)程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。 （3）、是否加采樣/保持器。 （4）、A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。有的A/D 轉(zhuǎn)換器提供兩個(gè)輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。 （5）、A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。一般A/D 轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 （6）、A/D 轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)，A/D 轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)燒壞芯片。為防止這種現(xiàn)象，可采取如下措施： （1）加強(qiáng)抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進(jìn)入電路； （2）加強(qiáng)電源穩(wěn)壓濾波措施， 在A/D 轉(zhuǎn)換器電源入口處加退耦濾波電路，為防止窄脈沖波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容； （3）在A/D 轉(zhuǎn)換器的電源端接一限流電阻，可在出現(xiàn)晶閘管現(xiàn)象時(shí)，有效地把電流限定在允許范圍內(nèi)，以防止燒壞器件。 選擇A/D 轉(zhuǎn)換器除考慮上述要點(diǎn)外，為防止對(duì)A/D 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)的影響，還要注意以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）工作電源電壓是否穩(wěn)定； （2）外接時(shí)鐘信號(hào)的頻率是否合適； （3）工作環(huán)境溫度是否符合器件要求； （4）與其它器件是否匹配； （5）外接是否有強(qiáng)的電磁干擾； （6）印刷線路板布線是否合理。 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位的A/D轉(zhuǎn)換器AD574。12位的A/D轉(zhuǎn)換器AD574是美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的。其采用了逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，最大的轉(zhuǎn)換時(shí)間是25us，其轉(zhuǎn)換的精度是0.05%，所以更適合于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。并且芯片內(nèi)部有三態(tài)輸出緩沖器，所以直接可以與各種類(lèi)型的8位或者16位的微處理器連接，不用附加邏輯接口電路，而且能和CMOS及TTL電路兼容，這些在本設(shè)計(jì)中都是能比較容易的實(shí)現(xiàn)[6]。 本系統(tǒng)中的邏輯控制輸入信號(hào)A0，/CS，R/-C分別為：字節(jié)選擇控制信號(hào)，片選信號(hào)，讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。本設(shè)計(jì)中，它們分別接于74LS373的Q0，Q1，Q2引腳。CE：片啟動(dòng)信號(hào)。本系統(tǒng)要始終保持A/D574處于工作狀態(tài)，所以保持/CS=0，CE=1同時(shí)滿(mǎn)足。當(dāng)R/-C=0，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：當(dāng)A0=0，啟動(dòng)12位A/D轉(zhuǎn)換方式；當(dāng)A0=1，啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換方式。12/-8：數(shù)據(jù)輸出格式選擇控制信號(hào)。當(dāng)其為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)12位并行輸出；為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)8位輸出。此接口接地，本設(shè)計(jì)中采用8位輸出。STS：工作狀態(tài)信號(hào)線。當(dāng)啟動(dòng)A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，STS為高電平；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為低電平[11]。同時(shí)它也可以利用此線驅(qū)動(dòng)一信號(hào)二極管的亮滅，從而表示是否處于A/D轉(zhuǎn)換。DB11~DB0：12位數(shù)字量輸出端，此系統(tǒng)中DB0~DB3接于DB8~DB11上，DB4~DB6分別與74LS373的D7~D5相接，DB7~DB11分別與74LS373的D4~D0相接，送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 由于對(duì)AD574 8、10、12引腳的外接電路有不同連接方式，所以AD574與單片機(jī)的接口方案有兩種，一種是單極性接法，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)0～10V或者0～20V的轉(zhuǎn)換；另一種為雙極性接法，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)-5～+5V或者-10～+10V之間轉(zhuǎn)換。我們采用單極性接法。 （二） 微處理部分 AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等與單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)是用來(lái)給單片機(jī)片內(nèi)的各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，而復(fù)位操作就是使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使得單片機(jī)從確定的初態(tài)開(kāi)始工作。 1、本次設(shè)計(jì)使用AT89S52單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩功能，因?yàn)闀r(shí)鐘電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘周期，如果沒(méi)有時(shí)鐘電路，單片機(jī)就沒(méi)有時(shí)鐘周期，就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無(wú)法工作。AT89S52中有一個(gè)來(lái)用作構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1與XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器[3]。如圖3-4所示，外接石英晶體或者陶瓷諧振器和電容C1，C2接在了放大器的反饋電路中構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)諧振電路。諧振器本身對(duì)于外接的電容C1和C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度以及溫度的穩(wěn)定性，所以本設(shè)計(jì)使用石英晶體，每個(gè)電容大小為30pF。晶振的振蕩頻率是1.2MHz—12MHZ之間，本設(shè)計(jì)選擇12MHZ，因?yàn)榫д竦念l率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 2、因?yàn)楹芏嘤脩?hù)設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在調(diào)試的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)“死機(jī)”或“程序走飛”等現(xiàn)象，所以本設(shè)計(jì)需要采用復(fù)位電路來(lái)使單片機(jī)復(fù)位，來(lái)防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響系統(tǒng)的可靠性。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，除進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，也可以通過(guò)監(jiān)視定時(shí)器來(lái)強(qiáng)迫復(fù)位。只需給單片機(jī)的復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平就可使單片機(jī)復(fù)位[3]，本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位電路，其主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，適用于簡(jiǎn)單的電路，做起來(lái)還是比較方便的。 本設(shè)計(jì)采用的上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時(shí)只要VCC的上升時(shí)間不超過(guò)1ms。就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用時(shí)鐘頻率為6MHz，電容取22uF,電阻取1KΩ。 在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)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)。 系統(tǒng)復(fù)位對(duì)于本系統(tǒng)是執(zhí)行的第一步，使得整個(gè)控制芯片回到了默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。復(fù)位的引腳是由RESET引腳來(lái)控制的，這個(gè)引腳與高電平相連接超過(guò)24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入了芯片內(nèi)部的復(fù)位狀態(tài)，并且將一直在這種狀態(tài)下等待，一直到RESET引腳轉(zhuǎn)變成低電平后，再檢查EA引腳是高電平還是低電平，若引腳是高電平就執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若引腳是低電平就執(zhí)行外部的程序。 （三） 按鍵和顯示部分 1顯示模塊與AT89S52單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的電子秤系統(tǒng)需要顯示一些數(shù)據(jù)，例如商品的重量，單價(jià)及其總價(jià)等等，所以本設(shè)計(jì)得采用顯示模塊達(dá)到其功能指標(biāo)，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,二是采用可以設(shè)置顯示重量，單價(jià)，金額等的LCD，它具有低功耗、可視面大及抗干擾能力強(qiáng)等功能，其顯示技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。所以本設(shè)計(jì)采用LCD1602，LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符，芯片工作電壓:4.5—5.5V，電流:2.0mA(5.0V)，模塊最佳工作電壓:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。 LCD 顯示器的工作原理：液晶顯示器的主要材料是液態(tài)晶體。它在特定的溫度范圍內(nèi)，既具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的某些光學(xué)特性，其透明度和顏色隨電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光照度等外界條件變化而變化。因此，用液晶做成顯示器件，就可以把上訴外界條件的變化反映出來(lái)從而形成現(xiàn)實(shí)的效果。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。 本設(shè)計(jì)中的LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號(hào)，具有很低的功耗，正常工作時(shí)電流僅2.0mA/5.0V。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。LCD1602分兩行顯示，每行可顯示多達(dá)16個(gè)字符。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，通過(guò)內(nèi)部指令可實(shí)現(xiàn)對(duì)其顯示多樣的控制，并且還能利用空余的空間自定義字符。這些都比較符合本系統(tǒng)的要求。本設(shè)計(jì)中AT89S52的P0.0~P0.7口分別與LCD1602的DB0~DB7口相接作為數(shù)據(jù)線，每個(gè)口接上拉電阻后接+5V電源，要求從電源高電平引出的電阻接到輸出。上拉電阻同時(shí)也起穩(wěn)定信號(hào)的作用，如果太小那么功耗比較大，太大的話就起不到上拉的作用了，所以本設(shè)計(jì)選擇上拉電阻阻值為1K。系統(tǒng)中的VSS和E1接地電源，VDD和E2接+5V電源，E端是使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成為低電平時(shí)，則液晶模塊就執(zhí)行命令，RS為寄存器選擇，R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，當(dāng)高電平時(shí)就進(jìn)行讀操作，而低電平時(shí)就進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)就可以寫(xiě)入指令或者顯示地址了，如果RS為低電平R/W為高電平時(shí)就可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)就可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 2鍵盤(pán)電路與AT89S52單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中需要預(yù)置單價(jià)，所以需要采用鍵盤(pán)電路模塊來(lái)預(yù)置單價(jià)，本設(shè)計(jì)中鍵盤(pán)電路模塊采用鍵盤(pán)專(zhuān)用芯片74C922及16個(gè)按鍵矩陣組。在本設(shè)計(jì)的電子秤系統(tǒng)中，帶有16個(gè)按鍵矩陣組設(shè)置，其中0—9數(shù)字鍵用于輸入單價(jià)，還有確認(rèn)，點(diǎn)，刪除和清零的功能，確認(rèn)用于確認(rèn)出入的單價(jià)，點(diǎn)是用來(lái)輸入小數(shù)點(diǎn)，刪除用于刪除錯(cuò)誤的輸入，當(dāng)計(jì)算完一種物品的價(jià)格后清除所有的結(jié)果，這是用到清零鍵，此外還設(shè)有2個(gè)備用鍵。本設(shè)計(jì)采用了專(zhuān)用的鍵盤(pán)管理芯片74C922。74C922是CMOS工藝技術(shù)制造，工作電壓為3V到15V，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出是三芯輸出，可以直接和微處理器數(shù)據(jù)線相連，內(nèi)部振蕩器完成44矩形鍵盤(pán)的掃描。 矩陣式的鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)和工作原理： 當(dāng)鍵盤(pán)中按鍵的數(shù)量較多時(shí)，所以為了減少I(mǎi)/O口的占用，使按鍵排列成矩陣的形式。在矩陣鍵盤(pán)中，每條水平線和垂直線在交叉處是不直接連通的，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。因此這樣，一個(gè)端口（如P2口）就構(gòu)成了4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤(pán)的多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，如果再多加一條線就可以構(gòu)成20個(gè)鍵的鍵盤(pán)，而如果直接用端口線就只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，如果需要的鍵比較多時(shí)，那么采用矩陣式鍵盤(pán)是合理的。 （四）供電電路設(shè)計(jì) 采用通過(guò)全橋整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，系統(tǒng)硬件電路要求電源額定電壓為5V，單片機(jī)系統(tǒng)要求電源電壓的紋波系數(shù)盡可能的小,由以上要求,選用固定輸出的線性穩(wěn)壓集成器LM78H05和LM7905。輸入電壓VIN在7~35V的范圍內(nèi)變化,輸出電壓V可保證為5V輸出。這個(gè)穩(wěn)壓器還具有過(guò)流保護(hù),過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)的功能，線性穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)可使電源紋波系數(shù)降低。 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，本設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)采用自上而下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，把總的編程過(guò)程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。本設(shè)計(jì)按任務(wù)模塊劃分的程序主要有初始化程序、主程序， A/D轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序、鍵盤(pán)處理子程序。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20Kg量程，并寫(xiě)20Kg量程標(biāo)志。 開(kāi)始首先設(shè)置堆棧指針、中斷服務(wù)程序入口、設(shè)置顯示緩沖區(qū)、設(shè)置顯示初值、設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)及觸發(fā)形式以及相關(guān)寄存器清零工作，然后調(diào)用轉(zhuǎn)換程序和顯示程序，判斷INT0是否有效，如果無(wú)效則返回重新調(diào)用轉(zhuǎn)換程序和顯示程序，如果有效說(shuō)明鍵盤(pán)部分有按鍵，繼續(xù)調(diào)用鍵盤(pán)子程序和顯示子程序并啟動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，再判斷INT1是否有效，如果無(wú)效保持等待返回到啟動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，如果有效說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換部分開(kāi)始工作，調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序、調(diào)用計(jì)算子程序并執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后設(shè)置顯示子程序，再看重物是否移去，如果沒(méi)移去返回到數(shù)模轉(zhuǎn)換，如果移去了說(shuō)明轉(zhuǎn)換結(jié)束。 （一）數(shù)據(jù)采集模塊流程圖與子程序的設(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(chēng)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)。開(kāi)始，首先是A/D轉(zhuǎn)換器的初始化，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成，如果沒(méi)完成返回到上一步，如果完成了將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并顯示出來(lái)，最后返回到主程序。設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示。 A/D574初始化 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換完成 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)顯示 Y N 圖4-1 A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序流程圖 返回 開(kāi)始 （二）顯示模塊流程圖及子程序的設(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)候也要注意。首先開(kāi)始顯示初始化界面，完后判斷有無(wú)按鍵，如果沒(méi)有返回到上一步，如果有按鍵則顯示出來(lái)按鍵的功能，例如預(yù)置的單價(jià)等，檢測(cè)是否有重物，如果沒(méi)有返回上一步，如果有按鍵則顯示出物重、總價(jià)等信息，顯示結(jié)束返回。顯示子程序的流程圖如下圖4-2所示。 顯示總價(jià)信息 Y N 顯示按鍵功能 檢測(cè)重物 Y N 有無(wú)按鍵 顯示初始化界面 開(kāi)始 返回 圖4-2 顯示子程序流程圖 （三）鍵盤(pán)模塊流程圖及子程序的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)成4X4矩陣式，總共16個(gè)按鍵，包括： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、確認(rèn)、點(diǎn)、刪除、清零和兩個(gè)備用鍵。 在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤(pán)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。主要是判斷有無(wú)按鍵，如果沒(méi)有原地跳轉(zhuǎn)，如果有按鍵則通過(guò)LCD顯示出其按鍵功能，然后判斷是否有清零鍵按下，如果沒(méi)有則原地跳轉(zhuǎn)，如果有清零鍵按下，說(shuō)明鍵盤(pán)輸入重新開(kāi)始，返回到字符界面顯示繼續(xù)后面的操作。鍵盤(pán)子程序流程圖如圖4-3所示。 圖4-3 鍵盤(pán)子程序流程圖 Y Y N Y N N 按鍵輸入 LCD輸入 界面字符顯示 有功能鍵按下 輸入完畢 調(diào)用LCD顯示 有清零鍵按下 五、結(jié) 論 隨著集成電路與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得電子儀器的整體水平發(fā)生了巨大變化，許多傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機(jī)，因?yàn)樗鼧O高的性?xún)r(jià)比，從而得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加速了智能儀器的發(fā)展。而作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息入口的傳感器，越來(lái)越受到了人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能夠?qū)⑻囟ǖ谋粶y(cè)量的信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置。本次設(shè)計(jì)中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。因此，只要充分了解了有關(guān)智能儀器、單片機(jī)、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。 本設(shè)計(jì)仍存在一些不足之處，首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱(chēng)重準(zhǔn)確度。課設(shè)時(shí)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)不是很穩(wěn)定，所以稱(chēng)重時(shí)誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會(huì)好的多。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì)算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿(mǎn)足量程要求。還有就是電子電路的設(shè)計(jì)中對(duì)各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對(duì)過(guò)電壓情況的處理中未作防范措施。系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，有待改善。 電子秤是國(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，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。繼續(xù)開(kāi)展本課題的研究是很有發(fā)展前景的，稱(chēng)重裝置不僅是能提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且還是作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)中的一個(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。 致 謝 本論文是在張偉老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此我首先對(duì)沈老師表示最誠(chéng)摯的謝意! 衷心感謝張老師在整個(gè)研究設(shè)計(jì)階段所給予我的悉心關(guān)懷與指導(dǎo)。老師一絲不茍的工作作風(fēng)、兢兢業(yè)業(yè)的科研精神都使我永生難忘，這將使我在以后的工作和生活中獲益無(wú)窮。 在我從事本系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)的時(shí)間里，一直得到很多老師和同學(xué)的指導(dǎo)、關(guān)心和幫助。提出了很多有益的意見(jiàn)和見(jiàn)解，使我獲益匪淺。 最后，向所有曾給予我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)和朋友致以最誠(chéng)摯的謝意! 參考文獻(xiàn) 1 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社,2003: 2 田琬逸.張效民.信號(hào)檢測(cè)與估值.西北工業(yè)大學(xué)出版社,1990: 3劉瑞新.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7 4胡榮強(qiáng),郝艷杰.USB接口在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息.2005 5 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