一種袖珍電子稱的設計

1、 中北大學中北大學 課程設計說明書課程設計說明書 學生姓名： 學號： 學院：機械與動力工程學院 專業(yè)：機械電子工程 題目：一種袖珍型電子稱的設計 指導教師：指導教師： 職稱職稱: :2016 年 1 月 19 日 2 目錄目錄目錄目錄.2 2摘摘 要要.4 4第一章第一章 緒論緒論.5 5 1.11.1 袖珍電子稱的簡介袖珍電子稱的簡介.5 5 1.1.2 2 設計總體思路設計總體思路.5 5第二章第二章 系統(tǒng)方案論證與選型系統(tǒng)方案論證與選型.6 62.12.1 設計要求設計要求 .6 62.22.2 整體功能整體功能 .6 62.32.3 電子秤的工作原理電子秤的工作原理 .6 62.42.

2、4 控制器部分的選擇控制器部分的選擇 .7 72.52.5 數(shù)據(jù)采集部分的選擇數(shù)據(jù)采集部分的選擇 .7 72.5.12.5.1 傳感器的選擇傳感器的選擇 .7 72.5.22.5.2 放大電路選擇放大電路選擇.9 9 2.62.6 誤差分析與補償誤差分析與補償.1111 2.6.12.6.1初始不平衡值的補償初始不平衡值的補償 .1111 2.6.22.6.2零載輸出溫度補償零載輸出溫度補償.1212 2.6.32.6.3 輸出靈敏度溫度補償輸出靈敏度溫度補償.1212 3 2.72.7 主要參數(shù)的選擇和確定主要參數(shù)的選擇和確定.1212 2.7.12.7.1 彈性梁材料彈性梁材料.1212

3、2.7.22.7.2 外型尺寸外型尺寸.1313 2.7.32.7.3 敏感部位的彎曲應力敏感部位的彎曲應力 .1313 2.7.42.7.4 敏感部位厚度敏感部位厚度 .1313 2.82.8 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇.1313 2.92.9 顯示電路部分的選擇顯示電路部分的選擇.1515第三章第三章 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計.1515 3.13.1 單片機單片機 STC89C52STC89C52 及其電路及其電路.1 15 5 3.3.2 2 電源電路電源電路 .1 16 6 3.3.3 3 硬件的調(diào)試硬件的調(diào)試 .1 16 6第四章第四章 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計.1 17

4、 7 4.14.1 系統(tǒng)的主程序設計系統(tǒng)的主程序設計 .1 17 7 4.24.2 A/DA/D 轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設計轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設計.1 18 8 4.4.3 3 顯示模塊的設計顯示模塊的設計.1 18 8結(jié)束語結(jié)束語.1 19 9致謝致謝.2 20 0參考文獻參考文獻.2 20 0 4摘摘 要要電子秤是將檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算機技術(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、稱量精確的工具，廣泛應用于商業(yè)、工廠生廠、集貿(mào)市場、超市、大型商場、及零售業(yè)等公共場所的信息顯示和重量計算。 為解決現(xiàn)代商業(yè)貿(mào)易和日常生活中經(jīng)常遇到的

5、測量小質(zhì)量物體的重量問題, 介紹了一種新型的袖珍式電子秤一種新型的袖珍式電子秤的設計。此袖珍式電子秤采用測力傳感器將重力信號轉(zhuǎn)換成電信號來測量, 并將測量結(jié)果進行數(shù)字顯示。該袖珍式電子秤具有體積小、重量輕、攜帶方便、顯示直觀、測量精度高等優(yōu)點; 也有結(jié)構(gòu)復雜, 成本高等缺點。本文主要闡述了稱重傳感器的工作原理、誤差補償、主要參數(shù)選擇。并進行了技術(shù)經(jīng)濟性分析。 本課題設計的電子秤以 STC89C52 單片機為主要部件, 通過對硬件和軟件進行設計而成。硬件由電阻應變式稱重傳感器、STC89C52 單片機、INA156 和LCD 液晶組成電子秤(測量范圍 05Kg)。設計結(jié)果證明，該系統(tǒng)顯示誤差小，

6、性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理，擴展能力強。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：袖珍電子秤；A/D 轉(zhuǎn)換；STC89C52 單片機 5 第一章第一章 緒論緒論1.11.1 袖珍電子稱的簡介袖珍電子稱的簡介 在現(xiàn)代商業(yè)貿(mào)易和日常生活中, 經(jīng)常遇到測量小質(zhì)量物體的重量問題。傳統(tǒng)的桿秤雖能解決這一問題,但不便攜帶, 效率不高, 顯示不直觀且測量精度低; 機械式彈簧秤也能解決這一問題, 但慣性大, 固有頻率低、靈敏度不高, 測量精度也不高。隨著微計算機技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)的進步及更新, 電子秤獲得了迅猛的發(fā)展, 它具有反應靈敏、準確度高、功能齊全、顯示直觀、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便等特點。由于以上原因, 為解決小質(zhì)量的物體的稱重問

7、題,若能有一種體積小、重量輕、便于攜帶、可數(shù)字顯示的電子秤, 將會廣受歡迎。下面所討論的即是一種稱重范圍為 0 5 kg 的袖珍電子秤的設計問題。1.21.2 設計總體思路設計總體思路 目前,臺式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當普遍,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、攜帶不便、應用場所受到制約。現(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實現(xiàn)計量的彈簧秤,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,彈簧秤就會產(chǎn)生很大誤差,以至損壞,影響到稱重的準確性和可靠性,只是一種暫時的代用品,也被列入逐漸取消的行列。 微控制器技術(shù)、

8、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應用，電子產(chǎn)品的更新速度達到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設計過程中，除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，還增加了打印和通訊功能，可以實現(xiàn)和其他機器或設備（包括上位PC 機和數(shù)據(jù)存儲設備）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，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時候，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)。 綜上所述,本課題的主要設計思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，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，最后把數(shù)字信號送入單片機。單片機經(jīng)過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量，然后再顯示出

9、來。主要技術(shù)指標為：稱量范圍 05kg;分度值 0.01kg;精 6度等級級;電源 DC1.5V（一節(jié) 5 號電池供電）。這種高精度智能電子秤體積小、計量準確、攜帶方便,集質(zhì)量稱量功能與價格計算功能于一體,能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。 第二章第二章 系統(tǒng)方案論證與選型系統(tǒng)方案論證與選型2.12.1 設計要求設計要求1 1）參數(shù)要求 量程：5kg 感量（分辨率）：5g 數(shù)字顯示：重量2 2）設計要求）設計要求 (1) 采用STC89C52單片機控制，要求設計出硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。 (2) 合理選擇傳感器、轉(zhuǎn)換電路和顯示輸出電路等。2.22.2 整體功能整體功能1、采用高精度電阻應變式壓

10、力傳感器，測量量程0-5kg，測量精度可達5g。2、采用STC89C52單片機作為主控芯片，實現(xiàn)稱重主控功能。3、采用128*64漢字液晶屏顯示稱重重量。4、系統(tǒng)通過USB電源供電，單片機程序也可通過USB線串行下載。2.32.3 電子秤的工作原理電子秤的工作原理當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應，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（電壓或電流等）。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模數(shù)( A/D)器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的CPU處理，CPU進行必要的判斷、分析，來控制各種運算。運算結(jié)果送

11、到內(nèi)存貯器，需要顯示時，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示。 按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由 4 個部分組成：控制器部分、測量部分、 7數(shù)據(jù)顯示部分和電路電源部分，系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖 2-1 所示： 圖 2-1 設計思路框圖 測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜?A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴展 I/O 的控制，對整個系統(tǒng)進行控制。

12、數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。2.42.4 控制器部分控制器部分的選擇的選擇設計袖珍電子秤這樣一個簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶 EPROM 的單片機，由于應用程序不大，應用程序直接存儲在片內(nèi)，不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可簡化。INTEL 公司的 8051 和 8751 都可使用，在這里選用增強型 MCS-51系列單片機。增強型 MCS-51 單片機芯片其功能齊全，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量大，帶有可編程陣列，使用靈活，電磁兼容性好，能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。最后我選擇了 MCS-51 這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。MCS-51 內(nèi)部帶有 8KB 的程序存儲器，基本上已經(jīng)能

13、夠滿足我們的需要。2.52.5 數(shù)據(jù)采集部分數(shù)據(jù)采集部分的選擇的選擇電子秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路電路，因此對于這部分的論證主要分兩方面。稱重傳感器 放大器 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機 顯示器 8 2.5.12.5.1 傳感器的選擇傳感器的選擇 傳感器屬于精密部件，劇烈振動、自由落體、碰撞、過載、過壓等等，都非常容易造成傳感器永久損壞或者影響精度和線性。傳感器是測量機構(gòu)最重要的部件，目前常用的有電阻應變是壓力傳感器和電容式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用是應按著穩(wěn)定性、精度等級、靈敏度、壽命和安裝環(huán)境依次作為優(yōu)先考慮。現(xiàn)比較如下： 1.電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度高，

14、壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳輸。 2.壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器有待進一步研究。 3.電阻應變式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴格。 電阻應變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小）從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。 綜合考慮, 本設計要實現(xiàn)的電子秤的是絕對壓力值，同時為了簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補償能力的電阻

15、應變式壓力傳感器電阻應變式壓力傳感器。 還有，傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，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、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實驗而確定的。其公式如下： CK0K1K2K3(WmaxW)/N （2.1）C單個傳感器的額定量程；W秤體自重；Wmax被稱物體凈重的最

16、大值；N秤體所采用支撐點的數(shù)量；K0保險系數(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風壓系數(shù)。本設計要求稱重范圍 05kg，重量誤差不大于 0.01kg，根據(jù)傳感器量程計算公式（2.1）可知： 9 C1.2511.031（51.9）1 (2-1) 8.88為保證電子秤稱量結(jié)果的準確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點。傳感器的量程應根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。在實際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在 20%80%之間，線性好，精度高。重量誤差應控制在0.01Kg，又考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，根據(jù)式 2.1 的計算結(jié)果，所以我們

17、確定傳感器的額定載荷為 9.0Kg，允許過載為150%F.S，精度為 0.05%，最大量程時誤差0.01kg，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求. 綜合考慮,本設計采用電阻應變式傳感器,其最大量程為 9.0 Kg.稱重傳感器由雙孔懸臂平行梁應變式承重傳感器構(gòu)成。由于該傳感器測量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。該稱重傳感器其測量原理：應變式力傳感器的工作原理是將應變片粘貼到受 力的力敏型彈性元件上, 當彈性元件受力產(chǎn)生變形時, 應變片產(chǎn)生相應的應變, 轉(zhuǎn)化成電阻變化, 從而引起測 量電路的電壓變化, 通過測量輸出電壓的數(shù)值, 再通過 換算即可得到所

18、測量物體的重量。 由于袖珍電子秤要求體積小, 稱量范圍不大, 精度 和角偶一致性高, 傳感器與顯示器一體化等特點, 故選用雙孔懸臂平行梁應變式承重傳感器。其特點是: 精度 高、易加工、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗偏載能力強、固有頻率高, 其典型結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。圖 2雙孔懸臂梁傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 應變片選用由柵狀金屬泊粘貼在絕緣基片上構(gòu)成 的金屬箔式應變片。 102.5.22.5.2 放大電路選擇放大電路選擇 電阻應變片感受的機械應變量一 般為mm , 隨之而產(chǎn)生的電阻610210變化率也大約 在 數(shù)量級之間, 這樣小的電阻變化用一般 的電阻測610210量儀表很難測出, 必須采用一定形式的測量電路將微小

19、的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化, 才能用二次儀表顯示出來。橋式測量電路能夠滿足這 一要求。在稱重傳感器中, , , 4 個應變片電阻組成的橋式測量電路如圖 3 1R2R3R4R所示。R m 為溫度補償電 阻, e 為激勵電壓,V 為輸出電壓 圖 3橋式測量電路若不考慮 R m , 在應變片電阻變化之前, 電橋輸出 電壓為由于橋臂起始電阻全等, 即 = = = R , 1R2R3R4R所以 V = 0。當應變片電阻,變 R+1 ,R+2,R+3,R+41R2R3R4R1RRRR時，電橋的輸出電壓變?yōu)?經(jīng)推導，整理并忽略高次項可得 也就是說，電橋輸出電壓的變化與各臂電阻變化率的代數(shù)和成正比。如

20、果四個橋臂應變片的靈敏系數(shù) k 相同，且RkR則上式又可寫為 上式表明, 電橋的輸出電壓和 4 個橋臂的應變片所感受的應變量的代數(shù)和 11成正比。這就是利用橋式電路測量應變量的工作原理。 在應變式稱重傳感器中, 4 個應變片分別貼在彈性梁的 4 個敏感部位, 傳感器受力作用后的變形情況如圖 4 所示。在力的作用下，和被拉伸，阻值增 1R3R大,和為正值, 和 被壓縮, 阻值減小, 和 為負值。若1R2R2R4R2R4R應變片阻值變化的絕對值相同, 即 或 13RRR 13 或24RRR 24 因此 圖 4 傳感器受力后變形示意圖 若考慮 R m , 則電橋輸出電壓變?yōu)榱?Su= 則 稱為傳感器

21、系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。Ve2.62.6 誤差分析與補償誤差分析與補償 對于一個高精度的應變傳感器來說, 僅僅靠 4 個 應變片組成橋式測量電路還是遠遠不夠的, 由于彈性 梁材料金相組織的不均勻性及熱處理工藝、應變片性 能及粘貼工藝、溫度變化等因素的影響, 傳感器勢必產(chǎn) 生一定的誤差。為了減少傳感器隨溫度變化產(chǎn)生的誤 差, 提高其精度和穩(wěn)定性, 需要在橋路二端和橋臂中串 聯(lián)入一些補償元件。 2.6.12.6.1 初始不平衡值的補償初始不平衡值的補償 名義上電橋各橋臂應變片電阻值相等, 但實際上 它們?nèi)杂幸欢ǔ潭壬系碾x散, 且在經(jīng)過貼片等處理后, 應變片的阻值還可能會變化。因而電橋在初始狀態(tài)下

22、一般是不平衡的, 在尚未加載時, 橋路輸出端就有電壓 輸出, 此即為 12不平衡值。為此, 應采取一定的補償, 使傳 感器在空載時, 輸出電壓減小或等于零。 要補償初始不平衡值, 可采用串連電阻法, 即當 V 在正值方向超過允許值時, 在 或 臂串接電阻 r; 在負值方向超過允許值時, 在或 臂1R3R2R4R串聯(lián)接電阻 r, r 一般采用錳銅絲電阻, 溫度系數(shù)為(- 5 10) 。 610r 值可用下式計算 2.6.22.6.2 零載輸出溫度補償零載輸出溫度補償 傳感器在不受載時的初始不平衡輸出, 經(jīng)過初始 不平衡補償, 可以調(diào)至允差以內(nèi)。但由于溫度變化還會 造成傳感器零點輸出的漂移, 簡稱

23、零點漂移, 引起零點 漂移的原因主要是各應變片電阻的溫度系數(shù)不一致, 應變片、應變膠和彈性元件的線膨脹系數(shù)不匹配, 各應應片的引出線長度不一等等。為了提高袖珍電子秤的 精度和溫度穩(wěn)定性, 進行溫度補償是必需的。 零載輸出的溫度補償方法是在橋路某橋臂中串入 1 個對溫度敏感的電阻, 根據(jù)漂移大小和極性將零載 溫補電阻 串在溫度系數(shù)小的橋臂中。溫補電阻 的 大小可由下式?jīng)Qtrtr定式中: , 傳感器使用溫度范圍的下、上限;, 溫度為 ,1t2t0V2t0V1t1t 時傳感器零載輸出值; 零漂溫補電阻的電阻溫度系數(shù); 電阻2tDG應變片的電阻溫度系數(shù)溫補電阻 一般用電阻溫度系數(shù)大的純銅或純鎳 絲制t

24、r成。經(jīng)補償后, 傳感器在幾十 內(nèi), 零點漂移誤差 可以減少到滿量程0.03/10。2.6.32.6.3 輸出靈敏度溫度補償輸出靈敏度溫度補償 由于彈性元件的彈性模量E 隨溫度而變化及應變片靈敏系數(shù) k 的影響, 傳感器輸出靈敏度也隨溫度而變化。其規(guī)律是隨溫度升高其值變大。為了補償這種誤差, 一般采用電阻溫度系數(shù)大和電阻率高的材料做成補償電阻接在電橋輸出端, 如圖 3 中的。當溫度升高時, 阻值變大, 它的壓降也加大, 使mRmR實際供橋電壓下降, 致使傳感器輸出減小, 從而抵消由溫度升高引起的誤差, 達到補償?shù)哪康摹?.72.7 主要參數(shù)的選擇和確定主要參數(shù)的選擇和確定2.7.12.7.1

25、彈性梁材料彈性梁材料彈性梁材料采用 L Y12 鋁合金, 其彈性模量 E = 72 GPa, 屈服強度= 380M 13Pa, 熱膨脹系數(shù)為 23. 0 1/ 。6102.7.22.7.2 外型尺寸外型尺寸 從性能、可靠性、穩(wěn)定性、可加工性及安裝與攜帶的方便性方面考慮, 確定手提式電子秤的外型尺寸為 100 mm 30 mm 20 mm。2. 7. 3 敏感部位的彎曲應力敏感部位的彎曲應力 敏感部位即彈性梁上應變最大的部位, 確定該部位的彎曲應力是計算傳感器主要尺寸的先決條件。根據(jù)虎克定律 由 得 進而可得2.7.42.7.4 敏感部位厚度敏感部位厚度 根據(jù)彎曲應力計算公式有 將 代入上式可得

26、 上式中: W g 所測物件重量; L 同一梁上敏感部 位間距離; B 敏感梁的寬度; 敏感部位厚度。若=5kg，B=10mm，L=20mm，=70Mpa，則得=1.464mmgW2.82.8 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個設計的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會使得整個設計毫無意義。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 14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)缺點并能滿足不同的具體應用要求。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、 ADC

27、0809 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)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時間延遲等。缺點是：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 是應用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型 ADC 的優(yōu)點：高速，采樣

28、速率可達 1MSPS；與其它 ADC 相比，功耗相當?shù)?；在分辨率低?12 位時，價格較低。缺點：在高于 14 位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。(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間間隔。與此同時，在此時間間隔內(nèi)利用計數(shù)器對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn)A/D 轉(zhuǎn)換。積分型 ADC 兩次積分的時間都是利用同一個時

29、鐘發(fā)生器和計數(shù)器來確定，因此所得到的表達式與時鐘頻率無關(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，所以對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數(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 主要應用于低速、精密測量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點是：分辨率高，可達 22 位；功耗低、成本低。缺點是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在 12 位時為 100300SPS。 (4 ）壓頻變換型 ADC：其優(yōu)點是：精度高、價格較低、功耗較低。缺點是：類似于積分型 ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12 位時為 100300SPS。

30、 15考慮到本系統(tǒng)中對物體重量的測量和使用的場合，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），可自動調(diào)零，有超量程信號輸出，全部M310輸出于 TTL 電平兼容。且雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器具有很強的抗干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對 50Hz 的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（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，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點和缺點，本設計采用了 12 位A/D 轉(zhuǎn)

31、換器 AD574.2.92.9 顯示電路部分的選擇顯示電路部分的選擇 數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(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. 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計3.13.1 單片機單片機 STC89C52STC89C52 及其電路及其電路(1) STC89C52 單片機概述STC89C52系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代

32、碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復位電路。(2) STC89C52 單片機特點增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051； 16工作電壓： 5.5V - 3.5V（5V單片機）；工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的 080MHz；用戶應用程序空間 4K/8K/16k/32K/64K字節(jié)；片上集成1280字節(jié) RAM；通用I/O口（32/36個），復位后為準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器/仿真器。每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整

33、個芯片最大不要超過120mA；可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能；看門狗；內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）；時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器；用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘；常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為：5.0V 單片機為： 11MHz 17MHz；共4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器；

34、外部中斷I/O口4路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒；通用全雙工異步串行口(UART) ；工作溫度范圍：-40 +85(工業(yè)級) / 0 75(商業(yè)級) ；封裝：PDIP-40, PLCC-44。 (3) STC89C52 單片機管腳及封裝STC89C52單片機有多種封裝形式，本設計中選用40DIP封裝3.23.2 電源電路電源電路本設計采用 USB 接口供電，電源電壓 5V。同時，USB 接口通過內(nèi)含 PL2303 芯片的轉(zhuǎn)換電路對單片機進行程序編寫。 173.33.3 硬件的調(diào)試硬件的調(diào)試調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)

35、試和樣機調(diào)試。軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試都是獨立進行的，軟件部分包括數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、鍵盤掃描子程序。軟件調(diào)試中需要用到的測量信號可以用仿真實驗臺上的電壓信號進行模擬，而不需要進行硬件的連接。同樣硬件部分的調(diào)試也是不需要軟件連接而獨立進行的。當軟件調(diào)試和硬件調(diào)試都正確無誤的時候，就可以進行連接調(diào)試，在調(diào)試中繼續(xù)找出單獨調(diào)試中無法指出的故障，反復進行修改軟件、修改硬件設計的工作，直到所設計的電子秤顯示數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)誤差不大。 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計4.14.1 系統(tǒng)的主程序設計系統(tǒng)的主程序設計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)初始化過程中，將系統(tǒng)設置成5Kg量程，并寫5Kg量程標志。主程序軟件流程如圖4-1 所示。 圖 4-1 主流程圖 開始啟動A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換完？成？、數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)初始化端口初始化顯示初始化定時器初始化后臺 WHILE 循環(huán)稱重標志稱重顯示 184.24.2 A/DA/D 轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設計轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設計 A/D 轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運行時，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設計。設計流程圖如圖4-2 所示。 圖 4-2 主流程圖 4.34.3、顯示模塊的設