高精度電子稱

1、寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文I摘摘 要要隨著自動(dòng)稱量技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬稱重系統(tǒng)在測(cè)量精度、測(cè)量功能及性價(jià)比都不能滿足人們的要求，單片機(jī)及集成電路的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)具有良好性能的電子稱重系統(tǒng)提供了條件，該課題設(shè)計(jì)一種由單片機(jī)控制的電子稱系統(tǒng)，通過(guò)壓力傳感器感應(yīng)物品重量，并由信號(hào)放大處理電路及 A/D 裝換電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)的處理與控制，并通過(guò) LED 進(jìn)行重量的顯示。該電子稱設(shè)計(jì)由重力加速度傳感器，稱重傳感器，前端放大電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路，顯示電路，穩(wěn)壓電源等各部分組成。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子稱的基本控制功能，LM358 放大器件、A/D 轉(zhuǎn)換芯

2、片 ADC0832 以及相關(guān)稱重傳感器作為該設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集部分。軟件部分采用單片機(jī) C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了該設(shè)計(jì)的全部控制功能。由于有重力加速度傳感器作為該電子稱的縮小誤差原件，該電子稱可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能最小測(cè)量量程為 0.01g。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能齊全，精度高，具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 單片機(jī)；稱重傳感器；放大電路；重力加速度傳感器 寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文IIAbstractWith the development of automatic weighing technology, the traditional analog weighing syst

3、em can not meet the needs of the people in the way of measurement accuracy, measurement function and performance-price ratio, the development of single-chip microcomputer and integrated circuits provides conditions to achieve a good performance of electronic weighing system. The task designs electro

4、nic scale system which is controlled by single-chip microcomputer, it senses the weight of items through the pressure sensor, and it converted to electrical signals through the signal processing circuit amplification and A/D converter circuit mounted, using single-chip microcomputer to handle and co

5、ntrol signal, and through LED to display weight. The design of electronic scales is made up of gravitational acceleration transducer, weighing sensor, front amplifier, A / D converter circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, stabilized voltage supply and other components.

6、 The design regard single-chip microcomputer as minimum system to realize the basic control functions of electronic scales, and it uses LM358 amplifier , A / D converter chip ADC0832 and weighing sensor to collect data of the design. The part of software uses single-chip microcomputer Combined Langu

7、age to do programming, to achieve the all control functions in this design. Due to the gravitational acceleration sensor as the original which is used to reduce the error in the electronic scales, the electronic scales can achieve the basic weighing function and its minimum measurement range is 0.01

8、g. The entire system has simple structure, easy to use, full-featured, high precision, and it has a certain value for development. Key words: Single-chip microcomputer;Weighing sensor;Amplifier; Gravitational Acceleration Transducer.寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文III目目 錄錄第第 1 1 章章 緒論緒論41.1 本課題的研究背景及意義41.2 現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)態(tài) 4

9、第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)52.1 電子稱的設(shè)計(jì)要求52.2 電子稱原理及基本思路52.2.1 系統(tǒng)工作原理 52.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路 52.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案5第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1 數(shù)據(jù)采集部分73.1.1 重力加速度傳感器 73.1.2 傳感器的選型 73.1.3 信號(hào)放大處理 103.1.4 信號(hào)轉(zhuǎn)換、A/D 轉(zhuǎn)換器 103.2 單片機(jī)控制部分123.3 人機(jī)交互部分143.3.1 鍵盤(pán) 143.3.2 LED 15第第 4 4 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)174.1 編程語(yǔ)言的選擇174.2 主程序流程圖174.3 A

10、/D 轉(zhuǎn)換子程序18第五章第五章 結(jié)論結(jié)論19參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)20致謝致謝21附錄附錄22寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文4第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 本課題的研究背景及意義本課題的研究背景及意義近年來(lái)，電子秤已愈來(lái)愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制中?，F(xiàn)代稱重技術(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)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。隨著稱重傳感器各項(xiàng)性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了其礎(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 %稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在70 年代中期約對(duì) 75 %的機(jī)械秤進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式的電子化改造。1.21.2

11、 現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)態(tài)現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)態(tài)(1)電子衡器的現(xiàn)狀電子衡器一般是指裝有電子裝置的衡器。因其種類繁多，且涉及到貿(mào)易結(jié)藝裝備與測(cè)試儀表老化、開(kāi)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。(2)電子衡器的發(fā)展動(dòng)態(tài)電子衡器產(chǎn)品種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子秤到大型的電子稱重系統(tǒng)，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(jì)算決定。對(duì)中等或較大容量的電子平臺(tái)秤、電子地上衡，已經(jīng)出現(xiàn)了采用方形或長(zhǎng)方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯(lián)排隊(duì)列焊接成一個(gè)整體的竹排式結(jié)構(gòu)的秤體，4 個(gè)稱重

12、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(diǎn)上的固定支承就是秤體的承計(jì)算機(jī)組合，利用電子計(jì)算機(jī)的智能來(lái)增加稱重與稱重顯示控制器一體化【1】。綜合性：電子稱重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，它已滲透到一些學(xué)科和工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)破口，解決電子衡器中的工程化產(chǎn)品的定型設(shè)計(jì)。生產(chǎn)工藝，質(zhì)量保證，可靠性考核等規(guī)模生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)與工藝，提高批量生產(chǎn)能力，使我國(guó)的民族衡器工業(yè)走上健康持續(xù)發(fā)展的軌道。寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文5第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.12.1 電子稱的設(shè)計(jì)要求電子稱的設(shè)計(jì)要求研究電子稱重的基本原理，選取合適的壓力傳感器及外圍電

13、路，采用單片機(jī)控制，設(shè)計(jì)一種具有LED顯示的高精度電子稱重系統(tǒng)。為了達(dá)到高精度的標(biāo)準(zhǔn)，首先要考慮到外界因素及地球本身重力加速度對(duì)稱重所造成的誤差，所以本次設(shè)計(jì)要加入重力加速度傳感器來(lái)使電子稱無(wú)論在任何地點(diǎn)或環(huán)境下都可以達(dá)到高精度的標(biāo)準(zhǔn)。(1)設(shè)計(jì)中采用重力加速度傳感器來(lái)使電子稱調(diào)零，實(shí)現(xiàn)高精度的標(biāo)準(zhǔn)。(2)了解本課題的設(shè)計(jì)指標(biāo)、設(shè)計(jì)原理，選取合適的壓力傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換方法、模擬放大電路及顯示電路的選擇和設(shè)計(jì)。(3)靈活應(yīng)用 C 語(yǔ)言等開(kāi)發(fā)環(huán)境完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。(4)完成系統(tǒng)各部分組成，包括軟件和硬件部分，并進(jìn)行功能檢驗(yàn)。2.22.2 電子稱原理及基本思路電子稱原理及基本思路2.2.12.

14、2.1 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應(yīng)，重力加速度傳感器測(cè)量重力角度的偏差輸入其校正信號(hào)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(hào)(電壓或電流等)。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模數(shù)(A/D)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的 CPU 處理，CPU 不斷掃描鍵盤(pán)和各功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D

15、 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。2.2.22.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，還增加了重力加速度傳感器，使電子稱跟精準(zhǔn)。按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)可由單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互、系統(tǒng)電源幾部分組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊由稱重傳感器、前端信號(hào)放大器件、A/D 轉(zhuǎn)換組成。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。2.32.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案通過(guò)以上思路分析，在設(shè)計(jì)該課

16、題時(shí)，實(shí)現(xiàn)電子稱功能的方案有以下兩種：方案一：使用稱重傳感器測(cè)量物體重量后，產(chǎn)生的模擬信號(hào)要經(jīng)過(guò)放大，再經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中可以使用內(nèi)部集成放大的 HX711 型 A/D 轉(zhuǎn)換器件，在顯示方面采用液晶 LCD 顯示器。在電源的方面，HX711 需要穩(wěn)壓電源，這樣才能保證寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文6測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。如圖 2-1 所示： A/ D LED 圖 2-1 方案一原理框圖該設(shè)計(jì)方案對(duì)設(shè)計(jì)者的焊制能力要求較高，HX711 上多為貼片器件，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。在編程方面，采用液晶顯示加大了編程難度，給設(shè)計(jì)本課題帶來(lái)不必要的麻煩。方案二：同樣選用稱重傳感器測(cè)量物體后，選用前置

17、放大、A/D 轉(zhuǎn)換等措施，在這個(gè)環(huán)節(jié)中使用信號(hào)放大和 AD 轉(zhuǎn)換之間獨(dú)立的器件，在顯示方面采用 LED 顯示器【2】。如圖 2-2 所示： LM 358AD LED 圖 2-2 方案二原理框圖該設(shè)計(jì)方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不容易出錯(cuò)，滿足設(shè)計(jì)要求。采用 LED 顯示。它經(jīng)過(guò)合理的設(shè)置可以完成顯示被測(cè)物質(zhì)量等信息，并且經(jīng)濟(jì)耐用。同時(shí) LED 具有高亮度，高刷新率的優(yōu)點(diǎn)，能提供寬達(dá) 160視角，可以在較遠(yuǎn)的距離上看清楚。鑒于該電子稱設(shè)計(jì)的功能要求，在具體設(shè)計(jì)時(shí)采用了第二種設(shè)計(jì)方案。根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，控制模塊部分采用單片機(jī) AT89S52 為控制核心部件，實(shí)現(xiàn)電子稱的基本控制功能

18、。數(shù)據(jù)采集部分由重力加速度傳感器、PM-23 型稱重傳感器、LM358 放大器件、A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 等部分組成。測(cè)量部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)(本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào))，而后經(jīng)處理電路(如濾波電路，差動(dòng)放大電路)處理后，送單片機(jī)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，控制器接受來(lái)自 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)寧信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其送到顯示單元中。人機(jī)交互部分中鍵盤(pán)和 LED 顯示組成，輸出部分由熱感按鈕構(gòu)成，能夠通過(guò)輸入對(duì)電子稱的指令及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的復(fù)位功能。顯示部分采用 LED 數(shù)碼管，簡(jiǎn)潔明了。可直寧夏大學(xué)新

19、華學(xué)院本科學(xué)位論文7觀的看出電子稱輸出的結(jié)果。第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.13.1 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集部分部分3.1.13.1.1 重力加速度傳感器重力加速度傳感器MMA6260 是美國(guó) Motorola 公司最新推出的低成本單芯片雙軸傳感器,基于表面微機(jī)械結(jié)構(gòu),集成信號(hào)調(diào)理電路,單極點(diǎn)低通濾波器和溫度補(bǔ)償。濾波器截止頻率已在出廠前設(shè)定,不需外部調(diào)整。同時(shí)還集成了完整的自檢手段可用于檢測(cè)系統(tǒng)功能完好性。原理：G-CELL 單元是由基于半導(dǎo)體材料的微機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)造而成，物理模型可以構(gòu)造成一對(duì)固定的面板中間包含一塊可移動(dòng)的面板(圖 3-1)。當(dāng)系統(tǒng)被給定一加速度時(shí)，中間板就會(huì)漂移。

20、中間板移動(dòng)時(shí)，它到一邊(固定的)的距離增加，而到另一邊的距離則減少同樣大小，這種距離的變化可以用來(lái)表征加速度。G-CELL 的面板構(gòu)成了兩個(gè)背對(duì)背的電容，當(dāng)中央面板隨著加速度移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)面板之間的距離就會(huì)改變，因此電容值也隨之改變，C=A/D。這里 A 是指面板面積， 是介電常數(shù)，D 是面板間距。在ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)中使用開(kāi)關(guān)電容測(cè)量出 G-CELL 的電容值，并從他們的差值中解析出加速度數(shù)據(jù)。ASIC 再進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和信號(hào)濾波(使用開(kāi)關(guān)電容)，最后輸出正比于加速度的電壓【3】。簡(jiǎn)化的換能物理模型如下圖 3-1 所示：圖 3

21、-1 簡(jiǎn)化的換能物理模型輸出的校正信號(hào)傳給應(yīng)變式壓力傳感器作為重力加速度的補(bǔ)償信號(hào)來(lái)完成后續(xù)電路的測(cè)量和處理。3.1.23.1.2 傳感器的選型傳感器的選型電阻應(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。寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文8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

22、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 3-2 為一直流供電的平衡電阻電橋，Ein接直流電源 E：圖 3-2 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： (3.1)432142314342110RRRRRRRRERRRRRREuuuuADABBD當(dāng)滿足條件 R1R3=R2R4時(shí)，即 (3.2)3421RRRR=0，即

23、電橋平衡。式（2.2）稱平衡條件。ou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，按式（2.1） ，則電RRRRRRRRRRRR4321,橋輸出為 (3.3) EkERRRRRRRRRRERRRRuo22寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文9應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：分辨力和靈敏度較高，精度較高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、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)較好。通過(guò)以上傳感器的優(yōu)點(diǎn)介紹及適用特點(diǎn)。本系統(tǒng)選擇的是 PM-23 型稱重傳感器，量程 3Kg，完全滿足本系統(tǒng)的精度要求。PM-23 型

24、稱重傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下表 3-1 所示：表 3-1 PM-23 技術(shù)參數(shù)CERTIFICATE OF CALIBRATIONModelPM-23Rated Load3 KgNonlinearity0.02 %F.S.Hysteresis0.02 %F.S.Repeatability0.02 %F.S.Greep(30min)0.02 %F.S.Zero Balance2.0 %F.S.Zero Temperature Drift0.02 %F.S./10Rated Output Temperature Drift0.02 %F.S./10Input Resistance41030Outpu

25、t Resistance3502Insulation Resistance5000MSupply Voltage6-15V(DC)Compensated Temperature Range-10 to 40Operating Temperature Range-20 to 60Safe Overload150%Protection ClassIP65Color CodeInput: Red(+) Black(-)Output: Green(+) White(-)PM-23電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)

26、換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測(cè)量和處理。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文10圖3-3 PM-23內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1.33.1.3 信號(hào)信號(hào)放大處理放大處理稱重傳感器輸出的信號(hào)一般電平較低，經(jīng)由電橋等電路變換后的信號(hào)亦難以直接用來(lái)顯示、記錄、控制或進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。為此，測(cè)量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運(yùn)算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來(lái)完成。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)

27、放大器有如下一些要求：(1)輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)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)在預(yù)定的頻帶寬度內(nèi)有穩(wěn)定準(zhǔn)確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應(yīng)足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。綜上分析，該設(shè)計(jì)在放大電路選用了 LM358，該放大器件內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組，音頻放大器、工業(yè)控制、DC 增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。

28、采用 LM358 放大電路，3、4 端接收 PM-23 型稱重傳感器的正負(fù)信號(hào)，經(jīng)過(guò) 358 的放大電路處理放大后傳輸?shù)?ADC0832。原理圖如圖3-4所示333322221111444456+12V+12V+12VG N DG N DG N DG N D+-100K100K100K100K100KR 13R 14R 16R 17100KR 18R 19R P11KU 4A358U 4B358寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文11圖3-4 LM358放大電路原理圖3.1.43.1.4 信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)轉(zhuǎn)換、A/DA/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵及重點(diǎn)，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)

29、設(shè)計(jì)毫無(wú)意義。目前，世界上有多種類型的 ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型 ADC，也有近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的流水線型 ADC，多種類型的 ADC 各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)要求【4】。在選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的時(shí)候應(yīng)該遵循以下原則：(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)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。(2)A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率：不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速 A/D 轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測(cè)試。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換器

30、，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過(guò)程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。(3)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。(4)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。在 AD 轉(zhuǎn)換模塊選用了 ADC0832 ，該器件是一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用 ADC0832 可使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們使用單片機(jī)的技術(shù)水平提高。引腳圖如圖 3-5 所示： 圖 3-5

31、 ADC0832ADC0832 的特點(diǎn)：(1)8 位分辨率； (2)雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； (3)5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 05V 之間； (4)8P、14PDIP（雙列直插） 、PICC 多種封裝； 此芯片接口說(shuō)明為： (1)CS_ 片選使能，低電平芯片使能； 寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文12(2)CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用； (3)CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用； (4)DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制； (5)DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；(6)CLK 芯片時(shí)鐘輸入； (7)Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入； ADC0832 為 8 位

32、分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入端，很容易實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。通過(guò)以上信號(hào)放大處理，采用 ADC0832將傳感器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于 ADC0832為雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換，采用 CH0通道輸入，CS 端片選使能，接單片機(jī)的 P24端，VCC 接電源正，GND

33、 接地，CLK 為芯片時(shí)鐘輸入，接單片機(jī)的 P25端，DI、DO 共同接 P26端。原理圖如圖3-6所示：U 5P240832G N DVC CP25P26C SC H 0C H 1G N DVC CC LKD 0D 1圖3-6 ADC0832原理圖3.23.2 單片機(jī)控制部分單片機(jī)控制部分AT89S52單片機(jī)是 ATMEL 公司新近推出的高檔型 AT89S 系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品。ATMEL 公司是美國(guó)20世紀(jì)80年代中期成立并發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體公司。該公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于推出 Flash 存儲(chǔ)器技術(shù)和高質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)，它率先將獨(dú)特的 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)注入于單片機(jī)產(chǎn)品中。其推出的

34、 AT89系列單片機(jī)【5】，在世界電子技術(shù)行業(yè)中引起了極大的反響，在國(guó)內(nèi)也受到廣大用戶歡迎。 主要功能特性見(jiàn)下表3-2所示：表3-2 AT89S52功能表兼容 MCS-51 指令系統(tǒng)8k 可反復(fù)擦寫(xiě)(1000 次）ISP Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口4.5-5.5V 工作電壓 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率 0-33MHz寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文13 全雙工 UART 串行中斷口線256x8bit 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式3 級(jí)加密位 看門(mén)狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存

35、器指針AT89S52 具有如下特點(diǎn)：40 個(gè)引腳，8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器【6】。引腳封裝如下圖 3-7 所示：圖3-7 AT89S52的引腳圖引腳功能說(shuō)明：VCC/GND：電源/接地引腳；P0.0P0.7端接 LED 數(shù)碼管；P2.0P2.3端接數(shù)碼管位選 G1G4驅(qū)動(dòng)部分的 R1R4；P2.4P2.6端接 ADC0832的 CS、CLK、DIO 端；

36、XTAL1、XTAL2端接晶振。P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 端口，端口置1(對(duì)端口寫(xiě)1)時(shí)作高阻抗輸入端；P0還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來(lái)操作外部存儲(chǔ)器。在這種工作模式下，P0口具有內(nèi)部上拉作用。對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)、校驗(yàn)程序、輸出指令字節(jié)時(shí)，要求外接上拉電阻；P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； 另外，P1.0、P1.1可以分別被用作定時(shí)器寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文14/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)；

37、對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息；P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/0端口；輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2口在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高位地址輸出；內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息； P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P3 引腳功能復(fù)用見(jiàn)下表 3-3 所示：表 3-3 P3 引腳功能復(fù)用P3.0 串行通訊輸入(RXD) P3.1串行通訊輸出(TXD) P3.2外部中斷 0( INT0) P

38、3.3外部中斷 1(INT1) P3.4 定時(shí)器 0 輸入(T0) P3.5定時(shí)器 1 輸入(T1)P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 WR P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 RD 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。只要這個(gè)管腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0P3口均置1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的00H 處開(kāi)始運(yùn)行程序；訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)

39、(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè) ALE 脈沖； 該引腳是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。當(dāng) AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出2個(gè)脈沖，即兩次有效。但訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；外部訪問(wèn)允許端。當(dāng)該引腳訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。要使 AT89S52只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H-FFFFH)， 這時(shí)該引腳必須保持低電平。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為

40、12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz 至24MHz 內(nèi)選擇，電容取30PF 左右【7】。3.33.3 人機(jī)交互部分人機(jī)交互部分寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文153.3.13.3.1 鍵盤(pán)鍵盤(pán)按鍵輸入電路用來(lái)在電子稱測(cè)量過(guò)程中輸入單價(jià)值，按鍵輸入電路采用 4*4 矩陣鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)，矩陣鍵盤(pán)電路如圖 3-5 所示。圖 3-8 按鍵輸入電路電子稱按鍵功能分配如表 3-4 所示：表 3-4 系統(tǒng)按鍵配置表789去皮456清零123累計(jì)0計(jì)算此電子秤是開(kāi)機(jī)檢測(cè)托盤(pán)重量，并將托盤(pán)重量清零（即電子秤每次開(kāi)機(jī)后檢測(cè)托盤(pán)重量，并程序中自動(dòng)將托盤(pán)重量保存在一個(gè)變量中，稱量過(guò)程中每次都將獲得的重量減

41、去托盤(pán)重量，而得到所要稱量物體的真正的重量） 。計(jì)算功能：在正確輸入了單價(jià)之后，按下計(jì)算按鍵，將會(huì)計(jì)算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價(jià)、總價(jià)。3.3.23.3.2 LEDLED在 LED 顯示方面，采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼能顯示時(shí)鐘，以及被測(cè)物體的重量等信息。簡(jiǎn)潔明了。其管腳與單片機(jī)的 P0端相接，在電路處理完善上，為了使器件功能運(yùn)行正常，增加了 Q1、Q2、Q3、Q4三極管進(jìn)行電壓放大處理【8】。寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文16原理圖如下圖3-9所示：G 1AFG 2G 3 BEDD PCGVC CP00P01P02P03P04P05P06P07G 4VC CQ 1G 1Q 2G 2Q

42、3G 3Q 4G 4ABCDEFGD P圖 3-9 LED 原理圖寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文17第第 4 4 章章 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)中，為了適用與此次設(shè)計(jì)目的及所選用的芯片，在系統(tǒng)軟件這項(xiàng)比較復(fù)雜和精細(xì)的工作中。程序使用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，主程序通過(guò)調(diào)用子程序以實(shí)現(xiàn)各部分功能。先進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行各功能模塊設(shè)計(jì)【9】。(1)分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫(xiě)程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。(2)根據(jù)算法畫(huà)流程圖：畫(huà)程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。(

43、3)編寫(xiě)程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語(yǔ)句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主函數(shù)程序、按鍵子程序、LED 顯示子程序、A/D 轉(zhuǎn)換子程序。4.14.1 編程語(yǔ)言的選擇編程語(yǔ)言的選擇C 語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上非常流行。它既可以用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編

44、寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。C 語(yǔ)言是當(dāng)前最流行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它像其它高級(jí)語(yǔ)言一樣，面向用戶，面向解題的過(guò)程，編程者不必熟悉具體的計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令；C 語(yǔ)言又像匯編語(yǔ)言一樣，可以對(duì)機(jī)器硬件進(jìn)行操作。如進(jìn)行端口 I，0 操作、位操作、地址操作，并可內(nèi)嵌匯編指令，將匯編指令當(dāng)作它的語(yǔ)句一樣。我們知道，匯編語(yǔ)言將涉及計(jì)算機(jī)硬件，所以 C 語(yǔ)言又像低級(jí)語(yǔ)言一樣，可以對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行控制，因此人們把它稱為介于高級(jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言之間的一種中級(jí)語(yǔ)言。正是因?yàn)?C 語(yǔ)言具有這樣的特性，所以很適合編寫(xiě)要對(duì)硬件進(jìn)行操作的軟件程序。本文采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編

45、寫(xiě)因?yàn)榇讼到y(tǒng)軟件比較，其存儲(chǔ)量較大，因此必須應(yīng)用 C 語(yǔ)言編程了。4.24.2 主程序流程圖主程序流程圖電子稱主函數(shù)流程圖如圖 4-1 所示：寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文18圖 4-1 主函數(shù)流程圖4.34.3 A/DA/D 轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換子程序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)。設(shè)計(jì)流程圖如圖 4-2 所示：寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文19開(kāi)始CS置0片選使能初始化讀取A/D轉(zhuǎn)換的值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換是否完成CS=1置高電平片選無(wú)效返回讀取的數(shù)據(jù)返回主程序是否圖 4-2 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖第五章第五章 結(jié)論結(jié)

46、論隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，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)，因其極高的性價(jià)比得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測(cè)量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置，本次設(shè)計(jì)中的電子稱就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。因此，只有充分了解有關(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。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，終于按照畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度要求如期完成了單片機(jī)電子稱的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然碰到了不少的困難，但是在老師的指導(dǎo)以及自己的努力下，終于取得了一定成果。一、 工作及結(jié)論(1)熟悉單片機(jī)功能及工作特性，掌握其接口擴(kuò)展方法。(2)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集部分的分析，了解了各種傳感器、放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換器有了更深