單片機(jī)電子稱畢業(yè)論文

1、單片機(jī)電子稱畢業(yè)論文題目： 多功能電子秤 摘 要該設(shè)計(jì)以51系列單片機(jī)at89s52為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，為了更好利用at89s52的資源，系統(tǒng)擴(kuò)展了電子日歷時(shí)鐘與溫度檢測(cè)模塊，系統(tǒng)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源、時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)數(shù)六大部分。最小系統(tǒng)部分主要包括at89s52和經(jīng)典復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號(hào)放大和a/d轉(zhuǎn)換部分組成，信號(hào)放大和a/d轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位ad轉(zhuǎn)換芯片hx711實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和太陽(yáng)人公司的1602液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀

2、的顯示數(shù)據(jù)；系統(tǒng)電源以外接9v電源和板上電源電路為核心設(shè)計(jì)電路以提供系統(tǒng)正常工作電源；時(shí)鐘模塊主要由時(shí)鐘芯片ds1302和時(shí)鐘電路組成；溫度檢測(cè)主要由ds18b20實(shí)現(xiàn)；語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊可語(yǔ)音報(bào)讀時(shí)間和電子秤系統(tǒng)的重量、單價(jià)、金額等語(yǔ)音內(nèi)容，主要由sc1010b實(shí)現(xiàn)。軟件部分應(yīng)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。該電子秤可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能（稱重范圍為05kg，重量誤差不大于0.005kg）,并擴(kuò)展了時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)音報(bào)數(shù)的功能，時(shí)鐘模塊還可設(shè)置鬧鐘功能。系統(tǒng)在稱量時(shí)還具有超量程報(bào)警功能。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能齊全，精度高，具有一定的開發(fā)價(jià)值。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；稱重傳

3、感器；高精度高增益a/d轉(zhuǎn)換器；1602液晶；矩陣鍵盤；ds1302；ds18b20；語(yǔ)音報(bào)數(shù)abstractthe design for the control of 51 computers at89s52 core, to achieve the basic control functions of electronic scales. in the design of systems, to better use at89s52 the resources, systems expand the electronic calendar clock with temperature de

4、tection module, the system can be defined as least systems, data acquisition, man-machine interactive interface and the system power supply, clock ,the number of temperature measurement and number of languages reported six parts . minimum system includes some at89s52 and classic reset. data acquisit

5、ion is achieved by the load cell, signal amplification and a / d conversion components, signal amplification and a / d converter, which consists of specialized high precision 24-bit ad converter chip hx711; interactive interface for the keyboard input and dot-matrix liquid crystal display, the main

6、use of 4 * 4 matrix keyboard and lcd display 1602 sun were public, you can easily input data and visual display of data; system power is an external 9v power supply and power supply circuit board designing for the core circuit to provide normal power supply system; clock module is composed of clock

7、chip ds1302 and the clock circuit; temperature detection is achieved mainly by ds18b20; voice reported that the number of modules can enroll in time for voice and electronic weighing system, the weight, unit price, amount and other audio content, primarily achieved by the sc1010b.software part appli

8、es microcontroller c programming language to realize all the control functions of the design. the electronic weighing scales can realize the basic functions (weighing range of 0 5kg, the weight of the error is not greater than 0.005kg), and extended the clock, temperature monitoring and reporting th

9、e number of voice features, the module can also set the alarm clock function. the system at weighing has also super-range alarm. the whole system is simple, easy to use, fully functional, high precision, with some development value.key words: scm; load cell; precision high-gain a / d converter; 1602

10、lcd; matrix keyboard; ds1302; ds18b20; voice number.目 錄第一章 緒 論11.1 引言11.2 選題背景與意義11.3 研究現(xiàn)狀21.3.1 影響因素21.3.2 產(chǎn)品質(zhì)量21.3.3 發(fā)展方向31.3.4 電子秤的智能化3第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)42.1 電子秤的設(shè)計(jì)要求42.1.1 基本要求42.1.2 特色與創(chuàng)新42.2 實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)計(jì)基本思路42.2.1系統(tǒng)工作原理42.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路52.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證52.4 單片機(jī)的選型62.5 數(shù)據(jù)采集部分的方案確定72.5.1 傳感器72.5.2 運(yùn)放與a/d轉(zhuǎn)換器部

11、分102.6人機(jī)交互部分132.6.1 鍵盤輸入132.6.2 輸出顯示132.7 系統(tǒng)電源132.8 具體實(shí)施方案簡(jiǎn)介14第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)173.1 基于at89s52的主控電路173.1.2 主控電路203.2數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理轉(zhuǎn)換電路213.2.1 數(shù)據(jù)采集采用hl-8型稱重傳感器213.2.2 信號(hào)處理轉(zhuǎn)換采用24位a/d 轉(zhuǎn)換器hx711213.3 人機(jī)交互界面253.3.1 鍵盤控制電路253.3.2 液晶顯示電路263.4系統(tǒng)擴(kuò)展與創(chuàng)新部分303.4.1語(yǔ)音報(bào)數(shù)303.4.2時(shí)鐘部分323.4.3溫度檢測(cè)部分36第四章 軟件流程424.1 主程序流程圖424.2 主要中斷程序

12、流程圖44第五章 結(jié) 論455.1 論文總結(jié)455.2 感想45致 謝47參 考 文 獻(xiàn)48附錄a：原理圖49附錄b：pcb板圖50附錄c：程序工程截圖51附錄d：電子秤實(shí)物圖52- v -多功能電子秤第一章 緒 論 1.1 引言質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視。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疑具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。如今，電子產(chǎn)品變得越來越豐富，給人們帶來了很多很多的方便，其中電子秤成了人們生活中不可缺少的一部分。大大小小的市場(chǎng)電子秤能夠完成許多工作，為人們節(jié)省了時(shí)間，提高了工作效率。電子秤不但

13、能很精確的稱出商品的重量，還能去除皮重，累計(jì)所稱物品重量，輸入物品單價(jià)可快速的計(jì)算出金額，可以說非常的智能化，而且非常的精確。由此，顧客在購(gòu)物的時(shí)候非常的放心，商家的效益也提高了，所以有了電子秤，顧客買的放心，商家也賣的開心了。本設(shè)計(jì)就是為了制作這樣一種多功能電子秤，它以單片機(jī)為核心在實(shí)際使用時(shí)達(dá)到以下要求：1. 電子秤稱重范圍：05；重量誤差不大于0.005；2. 液晶顯示：所稱物體重量、輸入物品單價(jià)、金額、時(shí)鐘、溫度、鬧鐘等；3. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)：所稱物體重量、輸入物品單價(jià)、金額，另擴(kuò)展報(bào)時(shí)功能等；4. 時(shí)鐘：年月日、時(shí)分秒、星期、鬧鐘；5. 溫度：所檢測(cè)到的溫度（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位小數(shù)）。本設(shè)計(jì)

14、的控制功能包括基本的稱重功能，顯示功能，設(shè)置時(shí)間日期和設(shè)定鬧鐘功能，還具有超重報(bào)警功能。由于系統(tǒng)資源豐富，還可以方便的拓展其他應(yīng)用。 我相信通過這次對(duì)電子秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一定能夠?qū)W到豐富的知識(shí)并對(duì)電子產(chǎn)品有更深一層的了解。1.2 選題背景與意義電子秤是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場(chǎng)、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機(jī)體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計(jì)量衡器。電子秤的設(shè)計(jì)首先是通過稱重傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓

15、信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過高精度高增益ad芯片hx711的信號(hào)放大與ad轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中處理，再經(jīng)過單片機(jī)控制顯示器，從而顯示出被測(cè)物體的重量。 而目前市場(chǎng)上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對(duì)性地開發(fā)出一套有實(shí)用價(jià)值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點(diǎn)，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實(shí)意義。1.3 研究現(xiàn)狀1.3.1 影響因素隨著科技的進(jìn)步, 對(duì)電子秤的要求也越來越高。影響其精度的因素主要有: 機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器和數(shù)顯儀表。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，因材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

16、和剛度的限制, 會(huì)使力的傳遞出現(xiàn)誤差，而傳感器輸出特性存在非線性, 加上信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)存在的非線性，使得整個(gè)系統(tǒng)的非線性誤差變得不容忽視。因此，在高精度的稱重場(chǎng)合，迫切需要電子秤能在線自動(dòng)校正系統(tǒng)的非線性。此外，為了保證準(zhǔn)確、穩(wěn)定地顯示, 儀器內(nèi)部分辨率(主要是adc 的分辨率) 一般要比外部顯示分辨率高4 倍以上, 這就要求所采用的adc 具有足夠的轉(zhuǎn)換位數(shù)，而采用高精度的adc，自然增加了系統(tǒng)的成本。1.3.2 產(chǎn)品質(zhì)量目前市場(chǎng)上主流的電子秤根據(jù)使用功能的不同包括以下幾個(gè)類型：電子天平、電子計(jì)數(shù)秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤、電子吊鉤秤、定量包裝秤以及條形碼電子秤等。面對(duì)種類如此繁多的

17、電子秤，目前市場(chǎng)上存在許多不合格的電子秤產(chǎn)品。不合格問題主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： 1. 溫度試驗(yàn)項(xiàng)目不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；2. 濕熱試驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求； 3. 抗電脈沖串試驗(yàn)和抗靜電放電試驗(yàn)項(xiàng)目不合格。造成產(chǎn)品不合格的原因主要有以下幾個(gè)方面： 1. 稱重傳感器的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，制約了電子秤產(chǎn)品整體質(zhì)量的提高；2. 關(guān)鍵元器件未進(jìn)行篩選和通電老化，造成電子計(jì)價(jià)秤質(zhì)量失控； 3. 部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)上抗干擾能力不強(qiáng)；4. 產(chǎn)品檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)。面對(duì)目前市場(chǎng)上電子秤產(chǎn)品的總體質(zhì)量不高的局面，除了加強(qiáng)對(duì)電子秤產(chǎn)品的日常監(jiān)督管理之外，還要從根本上推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)電子秤產(chǎn)品質(zhì)量的提高，更好地保護(hù)消費(fèi)者的合法權(quán)益。1.

18、3.3 發(fā)展方向電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展，而且更需向多種功能的方向發(fā)展。據(jù)悉, 目前電子秤的附加功能主要有以下幾種：1. 電子秤附加了計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償處理裝置，可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理；2. 具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動(dòng)態(tài)稱量模式, 即通過進(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, 以滿足多種使用的要求。1.3.4 電子秤的智能化電子秤的稱重功能是基于微電腦控制芯片處理器這一核心技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。由于目前在設(shè)計(jì)電子秤系統(tǒng)時(shí)大量地采用集成芯片，因此電子秤系統(tǒng)已經(jīng)擺

19、脫了以往的電子模式，正趨向智能化多元化方向發(fā)展。在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，比如與上位機(jī)的通訊，在上位機(jī)上利用圖形化界面的操作軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理等。電子秤由于自身的精度高、功能強(qiáng)和使用方便，實(shí)際使用的電子秤有較高的性價(jià)比，在很多領(lǐng)域完全可以取代那些機(jī)械式的稱重工具。在具體開發(fā)電子秤的系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該根據(jù)用戶的客觀需要，再結(jié)合系統(tǒng)硬件和軟件，從而可以開發(fā)出一套實(shí)際使用價(jià)值極大的電子秤系統(tǒng)。目前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟，必將推進(jìn)基于微處理器為核心的電子秤系統(tǒng)功能的日趨完善，因此多元化智能電子秤具有廣泛的應(yīng)用前景和開發(fā)價(jià)值！第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)電子秤的應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和

20、軟件所組成。硬件指單片機(jī)、擴(kuò)展的輸入輸出設(shè)備等部分；軟件是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密配合、協(xié)調(diào)一致，才能提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。從一開始設(shè)計(jì)硬件時(shí)，就應(yīng)考慮相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)方法，而軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件原理和系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行的。2.1 電子秤的設(shè)計(jì)要求2.1.1 基本要求1. 電子秤稱重范圍：05kg；重量誤差不大于0.005kg；2. 液晶顯示：所稱物體重量、輸入物品單價(jià)、金額、時(shí)鐘、溫度、鬧鐘2.1.2 特色與創(chuàng)新1. 使用單片機(jī)為控制核心，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組成構(gòu)造，且單片機(jī)可拓展性強(qiáng)，可以很方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行拓展和應(yīng)用。2. 使用鍵盤輸入數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)單，方便。3. 液晶顯示所稱量的物

21、品重量，同時(shí)還可顯示物品的單價(jià)，金額。4. 具有去皮功能和重量累加計(jì)算功能。5. 當(dāng)物品重量超過電子秤量程，即過載情況，具有超重報(bào)警功能。6. 時(shí)鐘功能。7. 溫度檢測(cè)功能。8. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)功能。2.2 實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)計(jì)基本思路2.2.1系統(tǒng)工作原理電子秤的工作原理。首先是通過稱重傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過高精度高增益ad芯片hx711的信號(hào)放大與ad轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中處理，再經(jīng)過單片機(jī)控制顯示器，從而顯示出被測(cè)物體的重量。擴(kuò)展模塊：1. 時(shí)鐘模塊。首先程序?qū)r(shí)鐘芯片ds1302初始化，單片機(jī)從時(shí)鐘芯片ds1302讀出時(shí)

22、間數(shù)據(jù)，按鍵的指定動(dòng)作可讀時(shí)鐘芯片ds1302中寄存器數(shù)據(jù)的修改，從而達(dá)到修改時(shí)間的要求。2. 溫度模塊。主要是單片機(jī)從溫度傳感器ds18b20中讀取溫度相關(guān)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過單片機(jī)的處理轉(zhuǎn)換為華氏溫度。3. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊。語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊采用了專用的電子秤語(yǔ)音芯片sc1010b，單片機(jī)通過對(duì)語(yǔ)音芯片sc1010b地址的訪問，達(dá)到語(yǔ)音報(bào)數(shù)的功能。 2.2.2 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)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源、時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)數(shù)六大部分。其中數(shù)據(jù)采集模塊由稱重傳感器、專用型高精度24位ad轉(zhuǎn)換芯片hx711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)

23、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。此部分對(duì)軟件的設(shè)計(jì)要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)過載報(bào)警提示、時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)數(shù)。2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)電子秤的方案有以下幾種：方案一 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子秤實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖2.1所示：圖2.1 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購(gòu)物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)

24、碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的i/o接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。方案二 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、a/d轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用lcd顯示器。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求。可以顯示所稱量的物體信息相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖2.2所示： 圖2.2 lcd顯示的方案目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系顯示出被測(cè)物體的重量。由于系統(tǒng)需要的按鍵較多，因此要采用4*4矩陣鍵盤。單片機(jī)控制適合于

25、功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜,編程復(fù)雜。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。稱重傳感器電子稱專用高精度高增益24位a/d轉(zhuǎn)換芯片hx711mcuat89s52lcd1602顯示器4*4矩陣鍵盤電路時(shí)鐘芯片溫度傳感器語(yǔ)音報(bào)數(shù)電路蜂鳴器報(bào)警圖2.3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案原理框圖鑒于本電子秤設(shè)計(jì)的功能要求，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)采用了第二種設(shè)計(jì)方案。2.4 單片機(jī)的選型選擇單片機(jī)型號(hào)的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1、 市場(chǎng)貨源系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號(hào)必須有

26、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，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)格比。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。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(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)重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。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

27、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。在工程應(yīng)用中at89s52有一顯著的優(yōu)勢(shì)：不需要燒寫器，只借助pc 機(jī)的并口輸出和極為簡(jiǎn)單的下載電路，便可將程序通過串行方式寫入單片機(jī)。并且下載電路可設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，可以隨時(shí)修改單片機(jī)的軟件而不對(duì)硬件做任何改動(dòng)。 由此，通過對(duì)目前主流型號(hào)的比較，我們最終選擇了at89s52通用的普通單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。at89s52是一種兼容mcs51微控制器，工作電壓4.0v到5.5v，全靜態(tài)時(shí)鐘0 hz 到33 mhz，三級(jí)程序加密，32個(gè)可編程i/o口

28、，2/3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6/8個(gè)中斷源，全雙工串行通訊口，低功耗支持idle和power-down模式，power down模式支持中斷喚醒, 看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。我們?cè)谕饷鏀U(kuò)展了32k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以滿足系統(tǒng)要求。2.5 數(shù)據(jù)采集部分的方案確定2.5.1 傳感器傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換部分指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，在信息時(shí)代人們的社會(huì)活動(dòng)將主要依靠對(duì)

29、信息資源的開發(fā)和獲取、傳輸和處理，而傳感器處于自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測(cè)信息的窗口；傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，因此，傳感器的地位與作用特別重要。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 電阻應(yīng)變式傳感

30、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

31、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2.4 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開路，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： = （2.2）當(dāng)滿足條件r1r3=r2r4時(shí)，即（2.3）=0，即電橋平衡。式（2.3）稱平衡條件。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

32、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。 通過以上對(duì)傳感器的比較分析，最終選擇了第二種方案。題目要求稱重范圍05kg，重量誤差不大于0.005kg，于是我選擇的是hl-8型稱重傳感器，量程5kg，精度為 0.01%，滿量程時(shí)誤差0.005kg，完全滿足本系統(tǒng)的精度要求。hl-8型稱重傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下2.1表所示：表2.1 hl-8型稱重傳感器主要技術(shù)參數(shù)表受力方式：圖2.5 hl-8型傳感器受力方式圖2.5.2 運(yùn)放與a/d

33、轉(zhuǎn)換器部分經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號(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)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

34、性能穩(wěn)定。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)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，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過程控制和聲頻數(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

35、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

36、匹配；5) 印刷線路板布線是否合理。總上分析，我選擇了高精度高增益24位a/d芯片hx711，hx711是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位a/d 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端mcu 芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道a 或通道b，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道a 的可編程增益為128 或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為2

37、0mv 或40mv 。通道b 則為固定的64 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的a/d 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過程。高精度高增益24位a/d芯片hx711具有以下特點(diǎn)：1) 兩路可選擇差分輸入；2) 片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64 和128； 3) 片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)a/d 轉(zhuǎn)換器提供電源；4) 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘；5) 上電自動(dòng)復(fù)位電路；6) 簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯

38、片內(nèi)寄存器無需編程；7) 可選擇10hz 或80hz 的輸出數(shù)據(jù)速率；8) 同步抑制50hz 和60hz 的電源干擾；9) 耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流： 1.7ma, 斷電電流：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 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)寄存器指針表3.1 at89s52功能引腳封裝如下圖3.1所示：圖

39、3.1 at89s52的引腳圖引腳功能說明：vcc/gnd：電源/接地引腳；port 0：p0是一個(gè)8位漏極開路型雙向i/o端口，端口置1(對(duì)端口寫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；port 1：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/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(p1.0/t2)和觸發(fā)

40、輸入(p1.1/t2ex)；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；port 2： 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； port 3： 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)用見下表3.2所示：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( int

41、0) p3.3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)器寫選通wr p3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通rd 表3.2 p3引腳功能復(fù)用rst：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處開始運(yùn)行程序；xtal1、xtal2 ：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

42、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。ale/prog：訪問外部存儲(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)，即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ale脈沖； psen：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。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；ea/

43、vpp：外部訪問允許端。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。要使at89s52只訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000h-ffffh)， 這時(shí)該引腳必須保持低電平； 3.1.2 主控電路 p0接1602液晶的8數(shù)據(jù)口；p3接4*4矩陣鍵盤；p2.0、p2.1分別接高精度高增益24位a/d芯片的hx711的數(shù)據(jù)端口dout與時(shí)鐘端口sck；p2.2、p2.3、p2.4分別接語(yǔ)音芯片sc1010b的rst、cnt與busy端口；p2.5、p2.6、p2.7分別接1602液晶的控制端rs、rw與en端口；p1.0接蜂鳴器；p1.2接溫度檢測(cè)模塊ds18b20的ds端；p1.2、p1.3、p1.4

44、分別接時(shí)鐘模塊ds1302的串行時(shí)鐘端scl、i/o數(shù)據(jù)端sda與復(fù)位端rst；p1.5與p1.6接兩個(gè)獨(dú)立按鍵；p1.7接繼電器。主控電路圖如下：圖3.3 主控電路圖3.2數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理轉(zhuǎn)換電路3.2.1 數(shù)據(jù)采集采用hl-8型稱重傳感器531、hl-8型稱重傳感器的安裝方法2、hl-8型稱重傳感器的內(nèi)部原理以及與hx711實(shí)驗(yàn)板的連線圖3.4 hl-8型稱重傳感器的安裝圖 圖3.5 hl-8稱重傳感器內(nèi)部原理圖3.2.2 信號(hào)處理轉(zhuǎn)換采用24位a/d 轉(zhuǎn)換器hx711hx711 是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位a/d 轉(zhuǎn)換器芯片。hx711管腳說明：圖3.6 hx711管腳圖h

45、x711管腳描述：表3.3 hx711管腳描述表1. 模擬輸入通道a 模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用a/d 轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍，該通道的可編程增益較大，為128 或64。這些增益所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別20mv 或40mv 。通道b為固定的64 增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓為40mv 。通道b 應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。2. 供電電源數(shù)字電源(dvdd) 應(yīng)使用與mcu 芯片相同的的數(shù)字供電電源。hx711 芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路可同時(shí)向a/d 轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。穩(wěn)壓電源的供電電壓(vsup) 可與數(shù)字電源(

46、dvdd) 相同。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（vavdd）由外部分壓電阻r1、r2和芯片的輸出參考電壓vbg決定（圖1），vavdd=vbg(r1+r2)/r2。應(yīng)選擇該輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓(vsup)低至少100mv 。如果不使用芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路，管腳vsup 和管腳avdd 應(yīng)相連，并接到電壓為2.65.5v 的低噪聲模擬電源。管腳vbg 上不需要外接電容，管腳vfb 應(yīng)接地，管腳base 為無連接。3. 時(shí)鐘選擇如果將管腳xi 接地，hx711 將自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振的相關(guān)電路。這種情況下，典型輸出數(shù)據(jù)速率為10hz 或80hz 。如果需要準(zhǔn)確的輸出

47、數(shù)據(jù)速率，可將外部輸入時(shí)鐘通過一個(gè)20pf 的隔直電容連接到xi管腳上，或?qū)⒕д襁B接到xi 和xo 管腳上。這種情況下，芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器電路會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，晶振時(shí)鐘或外部輸入時(shí)鐘電路被采用。此時(shí)，若晶振頻率為11.0592mhz, 輸出數(shù)據(jù)速率為準(zhǔn)確的10hz 或80hz 。輸出數(shù)據(jù)速率與晶振頻率以上述關(guān)系按比例增加或減少。使用外部輸入時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)不一定需要為方波。可將mcu 芯片的晶振輸出管腳上的時(shí)鐘信號(hào)通過20pf 的隔直電容連接到xi管腳上，作為外部時(shí)鐘輸入。外部時(shí)鐘輸入信號(hào)的幅值可低至150mv 。4. 串口通訊串口通訊線由管腳pd_sck 和dout 組成，用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳dout 為高電平時(shí)，表明a/d 轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此