基于單片機的電子秤的研制制作【優(yōu)秀畢業(yè)課程設計】

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第 I 頁 摘 要 微電子技術的應用的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的需求。為了更好的實現(xiàn)稱重這一功能，在這次設計中智能化、自動化、人性化將會被用在了電子秤重的控制系統(tǒng)中。 電子秤是將檢測與轉換技術、計算機技術、信息處理、數(shù)字技術等技術綜合一體的現(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。本論文主要以 片機作為中心控制單元，通過稱重傳感器進行模數(shù)轉換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強大軟件來組成。電子稱不但計量準確、快速方便，更重要的自動稱重、數(shù)字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。 本設計主要以單片機為中心模塊 ,針對電子秤的自動稱重、自 動處理數(shù)據(jù)、自動顯示來進行設計。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊主要負責將壓力這個非電量轉化為電量；信號處理模塊主要負責對信號的放大和模 /數(shù)轉換；單片機控制模塊主要負責數(shù)據(jù)的進一步處理、控制端口的輸出等；顯示模塊主要負責顯示重量、單價、總價；程序設計方面采用的模塊化的設計思想。通過對這些模塊的方案選擇以及硬件設計，詳細的介紹了本系統(tǒng)是如何進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示的。 關鍵詞 ： 電子秤； A/D 轉換器；單片機；電阻式壓力傳感器； 第 of of In to of in of be in is a so is a in as by to on s is as is of is / D is of is in of in A/D 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I .................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 言 ............................................................................................................................. 1 子 秤的國內(nèi)外現(xiàn)狀 ................................................................................................. 1 究的目的和意義 ..................................................................................................... 1 體設計思路 ............................................................................................................. 2 文的結構 ................................................................................................................. 2 2 系統(tǒng)方案的設計 ......................................................................................... 3 統(tǒng)整體設計方案的選擇 ......................................................................................... 3 統(tǒng)各模塊的選擇 ..................................................................................................... 4 .............................................................................................. 4 ...................................................................................................... 5 .......................................................................................... 6 .................................................................................................. 7 .............................................................................................................. 8 體實施方案的簡介 ................................................................................................ 8 章小結 ..................................................................................................................... 8 3 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設計 ..................................................................................... 9 片機系統(tǒng) ................................................................................................................. 9 ................................................................................................... 9 ............................................................. 10 據(jù)采集模塊 ........................................................................................................... 12 號處理模塊 ........................................................................................................... 13 ......................................................................................................... 13 ......................................................................................... 13 示模塊 ................................................................................................................... 15 .................................................................................................... 15 ................................................................................ 15 .................................................................................... 15 鍵模塊 ................................................................................................................... 16 矩陣薄膜鍵盤 .............................................................................................. 16 *4矩陣薄膜鍵盤電路連接 ............................................................................. 16 目錄 件設計 總結 ........................................................................................................... 16 4 系統(tǒng)軟件設計 ........................................................................................... 17 件的開發(fā)環(huán)境 ....................................................................................................... 17 件設計流程圖 ....................................................................................................... 17 ............................................................................................ 17 ................................................................................................ 18 章小結 ................................................................................................................... 21 5 設計總結 ................................................................................................... 22 致 謝 ............................................................................................................. 23 參考文獻 ......................................................................................................... 24 附錄一 基于 片機電子秤原理圖 .............................................. 25 附錄二 基于 片機電子秤 ............................................ 26 附錄三 基于 片機電子秤 C 語言原程序 ................................. 27 第 1 頁 共 38 頁 1 緒論 言 質(zhì)量是一個非常重要的參數(shù)在測量領域中，而質(zhì)量一般是通過衡器的測量得來的，稱重技術一直以來都被人們所重視。以前人們稱重是通過簡單的桿杠原理來實現(xiàn)的，這是一種較為簡單的衡器。稱是一種最普通、使用量非常多的計量設備。隨著時代的變遷和科學技術的發(fā)展一般杠桿原理的稱已經(jīng)無法滿足市場的需求，電子秤取代機械稱是必然發(fā)展趨勢。低成本、精度高可用性大的電子秤無疑具有非常大的市場前景。 現(xiàn)在市場上最常見的一種稱重裝置非電子稱莫屬，電子秤和以前的機械稱相比有著質(zhì)的飛躍， 使用起來不僅非常方便，而且精確度非常的高、體積小，操作也十分的簡單方便。因為這些優(yōu)點的存在，電子秤的使用遍布了各個用到稱量的地方。 子秤的國內(nèi)外現(xiàn)狀 電子秤的發(fā)展但現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了很多的環(huán)節(jié)，由簡單到復雜、由粗糙到精密、由機械到機械和電子結合體再到現(xiàn)在的全電子化。一句話了概括就是由單一功能到多功能的過程。 當今社會，不管是何地大到世界貿(mào)易小到家庭只要使用到稱量的地方，必然會有電子稱的存在?？梢哉f電子秤是隨處可見的。電子 稱是自動化稱重和貿(mào)易計量的重要手段，對市場買賣交易、科學研究、生產(chǎn)管理計量等都起到了重要作用 [8]。隨著市場需求的不斷變化以及測重技術的飛躍發(fā)展，電子秤的技術趨向于可靠性高、效率高、精確度高的性能。現(xiàn)在的電子秤也越來越向著小型化的方向去發(fā)展，先分成各個模塊在集合成具有高智能化電子秤。它擁有非常 高的運算速率和準確度，此外它還具有穩(wěn)定性和可靠信高的特點。綜合性和組合性是電子秤的應用性能主要趨向方向。 國際社會上，很多西方發(fā)達國家研制出的電子秤已經(jīng)達到了準確度高，可靠性高的標準，可以說已經(jīng)達到了很高的水平。他們已經(jīng)研制了具有較高水平的電子秤不但準確度、防水、耐腐蝕還能在高氣壓下正常工作。總的來說，我國電子衡器產(chǎn)品不管是在數(shù)量還是在質(zhì)量上，對比西方的發(fā)達的工業(yè)國家都有著較大差距，東西方國家差距會存在的主要原因是整體的技術水平?jīng)]有西方發(fā)達國家的高、產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)能力不足、國內(nèi)設備也沒有西方發(fā)達國家的精準。 但是經(jīng)過各方面專家們的不斷鉆研和開發(fā)，取得了不少理論成果。我們國家已經(jīng)成功研制出了省電、功耗小以及能夠利用光能等性能很好的電子秤，精度高的同時也能節(jié)能環(huán)保。 究的目的和意義 電子秤的適用范圍廣，使用率高。研究電子秤，并努力的去提升他具有非常重要的 第 2 頁 共 38 頁 意義。不管是農(nóng)業(yè)、工業(yè)還是內(nèi)外貿(mào)易電子秤與人們的生活都緊密相聯(lián)。衡器水平的高低直接影響到了各行業(yè)的現(xiàn)代水平和社會的經(jīng)濟效益的提高。 電子秤屬于電子衡器中的一種，電子秤在原理和結構上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械稱。與傳統(tǒng)的機械稱相比，電子秤的優(yōu)點在于精確度且裝機體積小、應用范圍廣、易于操作使用等，同時與傳統(tǒng)的機械稱相比不管是在外形布局和工作原理還是在結構和材料上都是全新的計量衡器。為了能順利的完成電子秤的設計，就必須去了解傳感器的原理、 A/D 轉換器的原理及應用、單片機的應用以及完成程序算法的設計，這些方面需要我們運用所學的各種軟件以及硬件方面的知識，可以鞏固我們對于專業(yè)知識，以及其他相關知識的了解。 體設計思路 根據(jù)本次設計 的背景和設計的要求，稱重功能的實現(xiàn)，首先需要做的就是將物體重量這個非電量轉化為電量，這樣才能進行下一步，因此需要傳感器模塊來解決這一問題，傳感器輸出的電量與物體的重量具有一定的對應關系；但是單單的依靠這一關系來得出的重量并不精確，同時也不直觀，因此必須對傳感器輸出的數(shù)據(jù)做進一步的處理；而信號的處理一般選用單片機來進行的，但是單片機并不能接收傳感器輸出的模擬信號，所以需要使用到 A/D 模塊來進行模數(shù)信號的轉換，然后再輸入到單片機中做進一步的處理；單片機輸出的信號可以采用數(shù)碼管顯示，或者是 示，這樣得到的結 果不僅準確性得到提高，而且可以將數(shù)據(jù)直接的表現(xiàn)出來，能給用戶更好、更方便的體驗。 文的結構 本次編寫的論文包含了中外文摘要部分、目錄部分、正文部分、參考文獻部分、致謝部分、附錄部分共七個部分，其中正文有五章。正文的描述內(nèi)容如下：第一章描寫了電子秤的發(fā)展和選著這個課題的背景和意義；第二章詳細的描述了各種方案和模塊器件的選擇；第三章寫的是系統(tǒng)硬件的設計；第四章描寫的是系統(tǒng)軟件的編寫方式各個過程；第五章是設計總結。 第 3 頁 共 38 頁 2 系統(tǒng)方案的設計 電子秤的應用系統(tǒng)由兩大重要部分組成：硬件設計和軟件編寫。硬件主要是指單片機、 A/D 轉換模塊等；軟件一般是指系統(tǒng)里面的各種程序。硬件和軟件之間的相互配合、協(xié)調(diào)，才能將系統(tǒng)的性能得到更高價格比。硬件設計的同時，也要考慮到相應軟件的設計方法，軟件設計一般是根據(jù)硬件原理和系統(tǒng)所需的功能要求來進行的。 統(tǒng)整體設計方案的選擇 針對各個模塊實現(xiàn)的功能來設計電子秤的方案有以下兩種： 方案一在這個方案中使用數(shù)碼管顯示外接一個鍵盤輸入，可以實現(xiàn)電子秤的現(xiàn)實計價的功能。結構如圖 2： 圖 2構方案流程圖 這個方案的電子秤可以實現(xiàn)物價功能，但是由于數(shù)碼管的功能的有限，在顯示時只能顯示單價、購物總額等。同時數(shù)碼管的耗電量也較多，不符合當今社會節(jié)能減排的政策。除此之外數(shù)碼管如果沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度也會受到很大的限制，所以此方案在電路中需要較多的數(shù)碼管。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。盡管這個方案能基本滿足設計的要求，但是缺點也較多，所以也不適合使用。 方案 2 在這個方案中與前面一個相比完善了很多，這此方案分別由 5 個部分組成：信號采集模塊、 A/D 信號轉換 模塊、 據(jù)顯示模塊、外接鍵盤模塊和的單片機控制模塊，系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖 2示。 圖 2構流程圖 此方案的過程先是由信號采集模塊利用傳感器檢測壓力信號，然后再將信號送到數(shù)據(jù)采集 鍵盤輸入 數(shù)碼管顯示 單片機 電源 A/D 轉換模塊 信號采集模塊 片機模塊 按鍵模塊 示模塊 第 4 頁 共 38 頁 A/D 轉換模塊中進行模數(shù)轉換將模擬量轉化為數(shù)字量輸出。然后再將來自 A/D 轉換模塊輸出的數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C中，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)字信號以轉換為最終的物體的實際重量信號，并將信號存儲在存儲單元中，并在顯示屏中顯示出來。單片機模塊可以通過對擴展 I/O 的控制，來對鍵盤進行掃描接收鍵盤的輸入信號。單片機可以對整個系統(tǒng)進行控制。 示模塊的功能是顯示所需測量物品的重量、單價總價。 在這 2 種方案中第 2 個方案較為全面，所以選擇第二種方案為本次設計 的最終的電子秤研制制作的方案。 統(tǒng)各模塊的選擇 單片機的選擇要根據(jù)系統(tǒng)的功能需求來選擇，選擇比較容易實現(xiàn)設計要求的單片機型號，在選擇的同時也要考慮到單片機的價格，所以要選擇能達到較高性價比的單片機。除了上面的之外還要考慮到自己對單片機的熟悉程度，是不是拿起來就能熟練的使用，不然還要去熟悉單片機的使用，這樣可能導致由于時間的不夠而無法設計出完成硬件。 單片機是電子秤的中心控制模塊，相當于人的大腦一樣，它需要對電子秤整個系統(tǒng)的信號進行接收處理和分析。本次設計中，不管是鍵盤輸入模塊的信號、還是信號處理模塊的輸入信號，都必須輸入到單片機中心控制單元中進行數(shù)據(jù)的進一步處理。除此之外，單片機模塊還要能夠輸出顯示控制信號、信號處理控制信號等等。單片機作為整個系統(tǒng)的中心控制芯片，扮演著一個中心樞紐的角色，不僅有信號的輸入，也有信號的輸出，所以單片機在這次設計中起到至關重要的作用。所以在選用單片機芯片的時候，最好能夠選用內(nèi)存大，可靠性高，速度快而且價格便宜的芯片。 在選 擇能實現(xiàn)功能的單片機的同時考慮到價格的不同，選擇性價比較高的單片機。單片機的性價比主要由單片機價格和他的各種性能決定的。單片機的各個方面都會影響到它的性能強度，包括它的運行速度和片內(nèi)硬件資源甚至是他的體積和封裝的形式。這些都能影響到單片機好還與否，所以必須全方面考慮在去選擇單片機型號。 根據(jù)自身的對單片機的使用熟練度和本次設計的要求，在這里我有 4 種型號的單片機可以選擇，在選擇單片機前我們要先分析各個單片機的有缺點。 列的單片機和 列的單片機相比功能較差， 列的單片機的運算速度要 比 時 列單片機的靜態(tài)工作頻率為 0~33還含有雙數(shù)據(jù)指針 定時監(jiān)視器；除了這些之外這一系列的單片機還具有低功耗休閑狀態(tài)關電方式及關電方式下的中斷恢復等重要的功，可以滿足設計的各種不同的應用要求。所以在這次設計中選擇 列的單片機。 在這次的設計中程序的存儲量也比較大，這里 號單片機的片內(nèi)存儲容量比 號單片機要大整整一倍。除了這個優(yōu)點之外， 號的單片機 第 5 頁 共 38 頁 在編入程序方面也是非常的簡單，它不需要程序燒寫器， 只需要簡單的下載電路并借用就可以將程序?qū)懭氲絾纹瑱C中。在這里的下載電路還可以包含在整個系統(tǒng)中設計的里面，可以隨時的修改程序而不需要去修改系統(tǒng)的硬件。綜合上述的優(yōu)點在這里我選擇了 號的單片機。 數(shù)據(jù)采集模塊的作用是將所稱物體的重量這個非電量，轉換為電流或者電壓這些電量形式，以便后續(xù)的處理、輸出，因此需要用到壓力傳感器。 方案一 采用電容式壓力傳感器 。 電容式傳感器是一種利用電容明感元件可以將壓力這個的變化轉換為電容量的變化的傳感器裝置。壓力和電量存在著一定的關系。它的優(yōu)點是簡單、靈敏度高。同時也具有低的輸入力和侏儒能量，高動態(tài)響應，小的自然效應，環(huán)境適應性好等特點。 電容式傳感器的工作原理，可以借助平行電容器來解釋說明。兩塊平行的金屬板上面的電容量（不考慮邊緣效應）如公式 2示 C = ε(2符號代表的意思為： εε0用來表示真空中的介電常數(shù)； d 表示的是兩塊平行板之間的距離。 隨著被測物體重量的改變，等式中的 ε0、 ε A、 d 的大小的值也會改變，電容量也會改變，進而將變化量轉化為電量的輸出。但是電容式壓力傳感器初始時的電容比較小，因此會在雜散電路中產(chǎn)生較大的寄生電容。而且電容式壓力傳感器的功率小、阻抗高。因為平行板的尺寸較小，電容式傳感器的電容量都比較小，所以它的容抗 1 ωc? 很大，屬于高阻抗的元件，因此負載能力不行；同時，由于 P = 當電容 C 很小時，功率 P 也就很小。因此，電容式傳感器外界干擾的抵抗能力較弱，需要采取必要的抗干擾措施。較為麻煩。 方案二采用壓電式壓力 傳感器 壓電式壓力傳感器的原理主要是壓電效應。它是利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成電量。當改變外力的大小時，電荷會在它的表面形成，且通過電荷放大器和測量電路的放大以及變換阻抗之后，會被轉換電量，以電量的形式輸出，受到的外力與電量形成正比關系。壓電式壓力傳感器除了有體積小、結構簡單這兩個優(yōu)點外，它還具有動態(tài)好壽命長等優(yōu)點。但是它的缺點也非常的明顯，那就是它很容易受到溫度、濕度因素的影響。而且內(nèi)阻較大、功率偏小 ,防噪聲性能不是很好 ,輸出特性受到影響 ,因此由它輸出的能量比較薄弱 ,需要設計復雜的外接電路進 行矯正。因此由它輸出的能量比較薄弱，需要設計復雜的外接電路進行矯正。 方案三采用電阻式壓力傳感器 電阻式壓力傳感器主要是由 4 個電阻組成，一般來說這 4 個電阻在同一個平面上不 第 6 頁 共 38 頁 同的方向以對稱的方式形成惠斯通電橋。它可以把壓力這個非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器；利用壓力傳感器受到壓力時不同方向上電阻的阻值的變化不同 ,輸出的電壓與壓力成線性變化的原理來實現(xiàn)的。 電阻應變式壓力傳感器里面含有彈性和電阻式應變片，當物體被測量時，由于物體壓力的作用電阻應變片會發(fā)生機械形變，根據(jù)所測量物體重量的不同形變量也會不同，產(chǎn)生 的電阻值也不同。因為形變的產(chǎn)生是電阻值發(fā)生了改變讓電橋失去了平衡，形變量的不同會對應產(chǎn)生不同的差動信號，然后再讓后續(xù)電路進行測量和處理。如圖 2。 圖 2壓器實物圖 電阻應變片具有金屬的應變效應，正因為這一原理使得電阻式傳感器能將力學物理量轉換成電信號。這個原理可以簡單的理解為電阻應變片在外力作用下產(chǎn)生機械形變來改變電阻的大小。如圖 2在壓力 P 的作用下時， 4 塊電阻之間的梁會發(fā)生形變，電阻應變片 為受到壓迫而拉伸，阻值增加。如果是 到外力而壓縮時，阻值會減小。由于電阻阻值的變化 電橋也失去了平衡，產(chǎn)生一個不平衡的電壓 U，電壓U 與作用在傳感器上的正壓力 P 存在一種正比的關系，從而可以將非電量轉化為電量輸出。 電阻應變式傳感器是一種非常常用的傳感器，因為它不僅具有精確度高、結構簡單得優(yōu)點，還具有使用范圍廣響應頻率好等特點。除了上面所描述的優(yōu)點之外，這種壓力傳感器還可以在惡劣條件下工作，除了能實現(xiàn)小型化之外，還能實現(xiàn)整體化和品種多樣化等，有著很好的作用。 綜合對比分析以上三種傳感器的優(yōu)缺點，10誤差 ≤ 1%。 因此，為了提高設計準確性、精確度以及 可靠性，本次設計選用的是第三種方案，即采用電阻式壓力傳感器。 信號放大與信號轉換是信號處理模塊中的兩個重要功能，所以信號處理這個大模塊含有兩個小模塊分別是：信號放大模塊和 A/D 轉換模塊。 方案一 分別用兩個模塊來單獨完成各自工作 信號放大器采用 A/通過外接電阻來達到放大的效果，增益范圍可調(diào)，且精度高，成本低。 第 7 頁 共 38 頁 是一種分辨率為 8，含有兩條通道的 A/D 轉換芯片，采用的是逐次逼近式的轉換方法。體積小、兼容性是 兩大優(yōu)點，因為它的高性價比很多的單片機設計都會用到它，使用率、普及率都較高。兩個模塊一起使用可以達到設計的指標，但是兩者之間需要電路的連接，會產(chǎn)生一些不可避免的誤差和干擾，因此不是特別完美。并且 對于需要高精度的電子秤來說，不是很好的選擇。 方案二 采用稱重專用集成模塊 4位 A/D 轉換的高精度集成模塊。 ，它不僅集成了轉換芯片所需要的外圍電路同時還包含了穩(wěn)壓電源和片內(nèi)時鐘振蕩器等。 有非常高額集成度；響應速度非常的快、抗干擾性也比其他同類型的芯片要強。使用這一集成模塊不僅可以降低了電子秤的整機成本，最主要的是可以減少不必要的電路簡化整個系統(tǒng)線路，從使整個系統(tǒng)更高的可靠和準確。除上面所述之外，單 片機與 間主要是通過管腳來驅(qū)動的 ,接口電路簡單 ,不需要對芯片內(nèi)的寄存器進行單獨的編程。 比較兩種方案得出發(fā)現(xiàn)第二種方案更有優(yōu)勢，所以選擇使用 為信號處理模塊的主要芯片。這樣不僅能夠節(jié)省成本，而且可以在很大程度上提高了設計的準確性和可靠性。 顯示模塊主要是用來顯示物品所測出來的重量、設置的單價和得出來的總價，在此有兩個可以選擇的顯示的方法。 方案一使用 碼管顯示 碼管看上去很像一個“ 8”字型的器件，他是有 8 個發(fā)光而二極管一起組成的。他們的內(nèi)部連接已經(jīng)完成。 8 個發(fā)光二極管中有 7 個組成“ 8”字型器件，其中有 1個二極管表示小數(shù)點。 但是數(shù)碼管的顯示信息有限，不能顯示較多的信息。此外數(shù)碼管對大部分字符不能很好的顯示，容易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。除此之外數(shù)碼管的耗電也比其他的顯示模塊多。 方案二采用 示 晶顯示模塊可以顯示出字符，所以應常用于字符的顯示模塊，在單片機中的使用也較多。它擁有很多數(shù)碼管不具備的優(yōu)點。 擁有 8 位數(shù)據(jù)總線和三個控制端 口，工作電壓為 5V， 晶顯示屏還可以通過調(diào)節(jié)特殊的按鈕來調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。它不但可以在屏幕上同時顯示 16 32 個字符（ 16 列 2 行）。同時也具備液晶顯示模塊的所有優(yōu)點，不僅功耗低、驅(qū)動電壓小、顯示信息量大，而且使用周期長，不會產(chǎn)生輻射與污染。 對比兩種方案的優(yōu)缺點可以看出 晶顯示更加合適做電子秤的顯示模塊。 第 8 頁 共 38 頁 按鍵有兩種選擇一是專用鍵盤接口芯片式，二是使用 4*4矩陣薄膜鍵盤。 專用鍵盤芯片內(nèi)部集成了接收鍵盤輸入數(shù)據(jù)的模塊，帶有顯示的接口，可以獨立的處理對鍵盤的 掃描、消除抖動以及編碼的問題。因此，對于提高可靠性和準確性很有幫助，而且接口電路簡單，使用起來非常的方便，但是成本比較高。 4*4矩陣薄膜鍵盤由 4個下小部分組成：上電路、面板、下電路、隔離層。它屬于眾多薄膜開關中的一種，內(nèi)部集成了 4*4（ 16）個小的按鍵開關，并且按照矩陣式的排列著。它包含了薄膜開關所應具有的各個特點，美觀的外形、小巧的構造、集成性能高，而且密封性強，具有防塵、防潮等優(yōu)點。 考慮到成本的因素，同時 4*4矩陣薄膜鍵盤的可靠信也很好，并且還有很多其他優(yōu)點，所以按鍵模塊選擇了 4*4矩陣薄膜鍵盤。 體實施方案的簡介 綜合上面所描述的各個模塊的分析和本設計的要求，硬件采用了 51 系列型號為單片機作為系統(tǒng)的控制核心部分，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能?？紤]到電子秤要設計的功能不是很多，所需要編寫的程序量也就不大，不需要太大的程序存儲空間。內(nèi)帶 8K 的程序存儲器已經(jīng)夠用。因此在對 際設計師不必要在片外在擴展程序存儲器，這樣不僅可以避免硬件的浪費，也優(yōu)化了電路的設計。 數(shù)據(jù)采集的信號采集部分選擇了電阻式壓力傳感器，信號處理部分采用了 擇的傳感器 必須要滿足測得重量的誤差在一定的范圍之內(nèi)，只有這樣高精度的要求才能得到滿足。由傳感器輸出的信號一般都是比較微弱的，集成模塊 能對數(shù)據(jù)進行模 /數(shù)轉換。兩者的結合可以提高設計的精確度以及可靠性，減少不必要的誤差。 在人機交互部分的鍵盤系統(tǒng)中，采用了 4× 4 矩陣薄膜鍵盤，可以手動輸入數(shù)字和已經(jīng)設置好的控制命令等，來實現(xiàn)一些特定的功能。顯示部分使用了 晶顯示器，這樣的選擇即可以一次滿屏幕顯示 2 行每行 16 個字符，看上去又美觀。在擴展上，這次設計添加了去皮的功能。 章小結 本此章節(jié)在各個方案和模塊上進行選擇，選取最適合這個最適合課題要求的模塊和方案，這樣設計出來的東西才能更加的完美。 第 9 頁 共 38 頁 3 系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)設計 系統(tǒng)的基礎好壞有硬件電路決定的，能否合理的設計硬件電路，設計的性能是否優(yōu)秀，將直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可實現(xiàn)性，如果硬件電路沒有設計好，那么軟件程序做得再好也是無用的。根據(jù)設計的要求，在設計系統(tǒng)時可以分成以下幾個部分：單片機控制模塊、信號采集模塊、 A/D 轉換模塊、 示模塊、按鍵模塊。 片機系統(tǒng) 片機除了具有 51 系列單片機的典型特征外，還具有以下幾個更加出色的性能特點：（ 1）、 片機具有 3 個定時 /計數(shù)器，比 51 單片機多出定時 /計數(shù)器；（ 2）、含有 8程序存儲器（ （ 3）、 片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器（ 有 256 片機的封裝類型有 3 種管腳分布如圖 3，這三種的區(qū)別主要是引腳的數(shù)量不同，在這里擇了第一個封裝的單片機。外部晶振輸入頻率支持最大 24了正常工作狀態(tài)外，還有空閑工作方式和掉電保護方式?？臻e方式運行時的片機會停止工作，但是它的 中斷系統(tǒng)（定時 /計數(shù)器、串行中斷、外部中斷）會繼續(xù)工作；在掉電方式時，單片機 自動保存 的內(nèi)容，停止振蕩器振動同時禁止單片機其他的所有功能直到下一次硬件復位的到來。 圖 3片機 3 種引腳圖 第 10 頁 共 38 頁 單片機 為整個電路中心控制器，它包含了晶振電路、復位電路、程序下載 口、端口連接。 1、晶振電路 每個單片機系統(tǒng)里都會有一個晶振電路，因為單片機執(zhí)行程序是需要有一個工作頻率。 行程序也需要有一個工作頻率，這個工作頻率由外部的晶振電路和單片機內(nèi)部時鐘電路組成。單片機工作頻率的大小是由晶振電路中的晶振的大小決定的，單片機執(zhí)行程序也就越快就說明晶振電路提供的時鐘頻率越大。在這里因為是 外接晶振，所以 片機的 腳需要對地接一個 30右的電容。如圖3示 . 圖 3外部晶振電路圖 雖然 片機支持最大 24外部晶振，但是在這次設計中 12就可以滿足系統(tǒng)的要求。在這里電容的選擇因該是相同的，不然對造成諧振的不平衡。這里我選擇了 22際應用時，需要將晶振和電容盡可能安裝在單片機 腳 附近，這樣就可避免產(chǎn)生大量的寄生電容，從而讓振蕩器可以保持穩(wěn)定可靠的工作。 2、復位電路 單片機復位原理，只要在 腳上加一個持續(xù)時間為 24 個振蕩周期（即兩個機器周期）的高電平就可以了。 12 個振蕩周期就是一個機器周期，大小為 1以需要2電平。 片機外部復位電路的基本功能：電路系統(tǒng)上電時由 聯(lián)電路提供復位信號，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，程序開始在 片機內(nèi)運行單片機內(nèi)。要讓須在復位引腳 次設計的 復位電路如圖 3示。 圖 3位電路 第 11 頁 共 38 頁 如圖 3示，復位電容為 10阻的 大小是 10據(jù) 聯(lián)電路原理，可算出其時間常數(shù)為 100 系統(tǒng)上電時，電容 電到 壓的 需要的時間為時間常數(shù) 系統(tǒng)上電的 ，電容 端的電壓時從 0V 增加到 時電阻 端的電壓從 5V 減少到 以在 ， 的電壓從 5V 下降到 片機在檢測輸入電壓時，將 0~電壓視為低電平， V 的電壓視為高電平。在系統(tǒng)上電時， 電壓在 上的時間約為 機 器周期為 1統(tǒng)上電時能提供足夠時間的高電平使單片機進行復位。在系統(tǒng)上電后，電容 持續(xù)充電到 5V（即 此時 電壓為 0V， 正常的進行工作 按下手動復位按鍵 關接通后電容 短路。在按鍵 下過程中，電容釋放之前存儲的電量，從 5V 釋放到變?yōu)榱?至更小。根據(jù)串聯(lián)電路中電壓總和為 5V 可知，這個時候電阻 端的電壓為 至更大，達到了 行復位。斷開按鍵 ， 路執(zhí)行系統(tǒng)上電時的工作，充電完成后 新執(zhí)行程序。 在不需要手動復位的系統(tǒng)中，按鍵 可以不用的，但是電容 電阻 必須。 3、 序下載接口 程序下載接口組要是用于下載程序和方便程序的調(diào)試。 片機具有兩種程序下載方式，一種是傳統(tǒng)高壓編程，需要大型的編程器也就是并行編程，但是要使用大型的編輯器，實際使用時并不方便；另一種是基于 載協(xié)議 線格式的四根線下載方式，這里只需要用到一個 載器就可以實現(xiàn)程序下載，這是普遍被采用的一種程序下載方式。在本次設計中我們采用的是第二種較為方便的程 序下載方式， 載器實物圖如圖 3示。下載器與 連接如圖 3的示，只需對應的連接 個引腳和共地即可實現(xiàn)程序下載。 圖 3載器實物圖和程序下載接口 4、 片機端口連接 端口的連接主要是與其他模塊進行數(shù)據(jù)交換。 上拉電阻增加 I/O 的驅(qū)動能力。同時也連接 晶顯示。 口為按鍵的控制端口，根據(jù)按鍵的信息做出相應的工作。 接 號處理模塊。單片機的模塊端口連接圖如下圖 3。 第 12 頁 共 38 頁 圖 3片機端口連接圖 5、 10K 上拉電阻 片機由 4 組 8 位并行的 I/O 口組成，其中出除了 其他的端口都是內(nèi)部自帶上拉電阻的準雙向 I/O 口， 內(nèi)部是不帶上拉電阻的漏極開路輸出，需要外接上拉電阻才能提供驅(qū)動電流。 外接上拉電阻的阻值為 10K，選用 9 引腳的排阻，排阻實物圖如圖 3示。它與單片機連接電路圖如圖 3的 示與 相聯(lián)。 圖 30K 排阻 據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)的采集用到了電阻式壓力傳感器。當電阻式壓力傳感器受到物品重量而受到擠壓時，受到物體壓力的電阻應變片發(fā)生形變從而改變電阻的阻值。 4個電阻應變片是按照惠更斯電橋的方式連接的，如圖 3阻值得增加或者減少與輸出的共模電壓有著一種近似于線性的關系。 假設圖 3電路的分壓原理可以得到（不計電源內(nèi)阻）。 3 ( = 1 + 3 當滿足條件 第 13 頁 共 38 頁 3 0，即電橋平衡。式（ 3衡條件。 在測量之前要保持電橋的平衡，這樣才能保證電橋的輸出電壓只跟電阻的變化有關。出到信號處理模塊中做進一步的處理。 圖 3感器原理圖 號處理模塊 兩個通道有一個是可增益 128或 64的通道 A，另一個是只能增益 32的通道 B。兩個通道都可以輸入選擇開關來用，與 樣可以簡化開機的初始化過程。