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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流基于单片机的电子称设计资料.精品文档.毕业设计（论文）任务书题目： 简易数字存储示波器任务与要求： (1)设计一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器； (2)要求仪器具有单次触发存储显示方式； (3)要求仪器输入阻抗大于100KW，垂直分辨率为32级/div, 垂直分辨率为20点/div,设示波器显示屏水平刻度10div,垂直刻度8div； (4)要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20us/div三档扫描速度；设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差5%.时间： 2009 年 10 月 26 日至 2009
2、 年 12 月 20 日 共 8 周所属系部： 电子工程系学生姓名： 学 号： 专业： 指导单位或教研室： 电子工程系指导教师： 职 称： 助讲西安航空职业技术学院制目录摘要3Abstract31、本设计任务52、系统方案的论证与简介62.1 数据采集部分62.1.1前级放大器的选择及简介.62.1.2 A/D转换器选择及简介822控制器的选择及简介1023 人机交互部分132.3.1 键盘/显示部分的选择及简介132.4 称重传感器17241称重传感器的工作原理18242 称重传感器的主要参数指标193、电路的硬件设计203.1 整体电路的设计203.2 放大电路的设计203.3 V/F转换
3、电路的设计223.4 键盘显示电路234、系统的软件设计254.1 C51的简介254.2 程序的流程图255、调试与测试结果分析265.1 使用的仪器仪表265.2 电路的调试26基于单片机的智能电子秤设计 摘要：本文介绍了基于单片机89C52的电子秤的硬件电路及软件流程。系统包括称重传感器、信号放大、单片机、键盘、LCD显示等部分。电子秤设计得小巧，结构简单，具有去皮、单价设置、累加等多种功能。关键词：单片机；称重传感器；V/F转换器Electronic Balance Controlled by the single-Chip MicrocomputerAbstract This pap
4、er introduces an electronic balance controlled by the single-chip microcomputer 89C52. The specific hardware circuit and software flow chart are designed. The system consists of weighing sensor, signal amplifier, microcomputer, keyboard, LCD display and etc. This small, simply structured balance pos
5、sesses many intelligent functions, such as shelling, unit price enactment, accumulation computation and etc.Key Words: single-chip microcomputer；weighing sensor；V/F converte引言物品称量是市场交易中很基本的活动, 是商业领域最基本的衡具。在日常生活中，到处必须用到称。尤其是现代超市和一些其他交易市场上，称是必不可少的测重工具。随着人们生活水平的不断提高，商业行为也越来越现代化，人们对商品度量的速度和精度也提出了新的要求。传统
6、的量具是杆称或盘称, 20 世纪70 年代开始出现了电子称。电子称的产生正是为了适应现代生活需要。目前，商用电子计价称的使用非常普及，逐渐取代了传統的杆秤和机械案秤。电子计价秤在秤台结構上有一個显著的特点：一个相当大的秤台，只在中间裝置一个专门设计的压力传感器来承担物料的全部重量。这个重力将转换为电压或电流的模拟讯号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字讯号，数字讯号由中央处理器CPU运算处理，而周边所需要的功能及各种接口电路也和CPU连接应用，最后由显示屏幕以数字方式显示。电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展,而且更需向多种功能的方向发展。据悉,目前电子秤的附加功能主要有以下几种:1电
7、子秤附加了处理机构计算机信息补偿装置,可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理。2具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动物称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差。3附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。同时,功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽。1、本设计任务本系统要求设计并制作一个实用电子称，能实现称重、计价、汇总、清零、去皮等多种功能。（1）基本要求1、能用简易键盘设置单价，加重后能同时显示重量、单价和
8、金额；2、重量显示：单位为千克；最大称重为6千克，重量误差不大于0.005千克；3、单价金额及总价金额显示：单价金额和总价金额的单位为元，最大金额数值为99.9元，总价金额误差不大于0.1元；4、具有去皮功能和总额累加计算功能。（2）发挥部分能显示购物清单，自拟10种商品名称或代号，清单内容包括：商品名称，数量，单价，金额，本次购物总金额。1、清单内容的商品名称等可使用代号显示；2、清单内容增加购货日期和收银员编号；3、清单内容在2的基础上增加售货单位名称（自拟），且全部内容采用中文显示。2、系统方案的论证与简介2.1 数据采集部分2.1.1前级放大器的选择及简介压力传感器输出的电压信号为毫伏
9、级，所以对运算放大器要求很高。我们考虑可以采用以下几种方案可以采用：方案一: 采用专用仪表放大器在一般信号放大的应用中通常只通过差动放大电路就可满足要求，然而基本放大电路的精密度较差，且差动放大电路上变更放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精确度的变因就更加复杂。仪表放大电路则无上述的缺点。采用专用仪表放大器，如：AD620、AD623等。此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。仪表放大器的示意图如下图2-1。图2-1 仪表放大器的示意图方案二 :利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量
10、噪声。所以，此中方案不宜采用。方案三: 由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。此方案原理图如图2-2所示。图2-2高精度运算放大器电路图电阻R1、R2电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声，C1、C2为普通小电容，可以滤除高频干扰，C3、C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器R6可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。缺点：此电路
11、要求R3、R4相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。基于以上分析，我们决定采用方案一实现前级放大功能，即制作方便而且精度很好的专用仪表放大器AD620。以下简介一下AD620。 图2-3所示为AD620仪表放大器的引脚图。其中引脚1、8要跨接一电阻来调整放大倍率，引脚4、7接需提供正负相等的工作电压，由引脚2、3接輸入的放大的电压即可从引脚6输出放大后的电压值。引脚5则是參考基准，如果接地则引脚6的輸出即为与地之间的相对电压。表 2-1所示为AD620的规格特性说明表。图2-3 AD620引脚图表 2-1 AD620的规格特性说明表 项目规
12、格特性备注增益范围1-1000只需一个电阻就可设定电压供应范围2.3V18V低耗电量Max supply current =1.3mA可用电池驱动精确度高40 ppm maximum nonlinearity;lowoffset voltage of 50uV max;offsetdrift of 0.6uV / max低杂讯Low input voltage noise of 9nV/at 1KHz适用范围ECG量测与医疗器材、压力测量、V/I转换、资料截取系统等2.1.2 A/D转换器选择及简介方案一:逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型A/D转换，一般
13、具有采样/保持功能。采样频率高，功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。方案二:双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。方案三:采用V
14、/F变换该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案可不用A/D芯片，V/F转换器上把电压信号转换为频率信号的期间，有良好的精度、线性和积分输入特点，它的应用电路简单，外围元件性能要求不高，对环境适应能力强，转换速度不低于一般的双积分型A/D期间，且价格较低。目前，V/F直接处理技术得到了广泛应用。当前12位以上的A/D转换器价格昂贵,人们正在寻找新的途径来取代它,其中V/F 变换器便是一种较好的选择。由于集成V/F变换器件具有高精度、高线性度,而且外接电路和与单片机接口简单,因此用V/F变换器做成高精度、低价格、远距离、高性能的A/D 转换器,在要
15、求速度不太高的场合是很适用的。基于以上分析并结合实际因素，我们决定采用V/F转换方案，选用V/F转换芯片LM331。以下简介一下芯片LM331。LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽,可达100dB;线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/
16、V等变换电路,并且容易保证转换精度.LM331的内部电路组成如图2-4所示.由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式,因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻灵活改变输出脉冲的逻辑电平,以适配TTL、DT和CMOS 图2-4 LM331内部结构电路等不同的逻辑电路。LM331可采用双电源或单电源供电,可工作在4.040V之间,输出可高达40V,而且可以防止Vcc短路。LM331 为双列直插式8 脚芯片， LM331 内部有（1）输入比较电路、（2）定时比较电路、（3）R-S 触发电路、（
17、4）复零晶体管、（5）输出驱动管、（6）能隙基准电路、（7）精密电流源电路、（8）电流开关、（9）输出保护点路等部分。输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL、DTL 和CMOS等不同的逻辑电路。此外，LM331 可采用单/双电源供电，电压范围为440V，输出也高达40V。I（PIN1）为电流源输出端，在f（PIN3）输出逻辑低电平时，电流源输出对电容充电。引脚2（PIN2）为增益调整，改变的值可调节电路转换增益的大小。f（PIN3）为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由t 和t 决定。引脚4（PIN4）为电源地。引脚5（PIN5
18、）为定时比较器正相输入端。引脚6（PIN6）为输入比较器反相输入端。引脚7（PIN7）为输入比较器正相输入端。引脚8（PIN8）为电源正端。22控制器的选择及简介根据题目要求，有以下两种控制方案：方案一：采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心，利用EDA软件编程，下载烧制实现。系统集成于一片Xilinx公司的Spartan系列XC2S100E芯片上，体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。但是大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。方案二：目前单片机技术比较成熟，
19、功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量，由于系统需要的按键较多，因此要加一个键盘显示管理芯片（HD7279）。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点.单片机的价格大大低于可编程逻辑器件，而且平时我们大多都是用单片机，比较熟悉。由如上分析，本设计选用的是方案二，采用51系列单片机来实现，最后电路的核心采用最常用的ATMEL公司的AT89C52。以下简介一下AT89C52。AT89C52的主要性能参数：*与MCS-51产品指令和引脚完全兼容*8K字节可重擦
20、写Flash闪速存储器， 1000次擦写周期*全静态操作：0HZ-24MHZ*三级加密程序存储器*256*8字节内部RAM*32个可编程I/O口线*3个16位定时/计数器*8个中断源*可编程串行UART通道*低功耗空闲和掉电模式AT89C52的引脚图如图2-5所示。引脚说明： VCC：电源电压GND:地 图2-5 AT89C52引脚图P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。在
21、Flash编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。另外，P1.0和P1.1还可以作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和触发输入（P1.1/T2EX）,如表2-2所示。P1口在程序编写和校验期间同时接收低8位地址。表2-2 端口功能特性表端口号功能特性P1.0T2（外
22、部计数器输入到定时/计数器2）时钟输出P1.1T2EX(定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制)P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX R1）,P2口输出特殊功能寄存器
23、的内容。当Flash编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下表2-3所示。此外，P3口还用于接收一些用于控制Flash编程和校验的控制信号。表 2-3 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2 (外部中断0)P3.3（外部中
24、断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器都选通）RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/:当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出（）。一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，通过向SFR的8EH单元输入0能使ALE停止工作。该位置位后只有在MOVX和MOVC指令下ALE才能工作。此外，在该引脚被微弱拉
25、高时，如果单片机在执行外部程序模式时，应设置ALE无效位不起作用。/VPP:外部访问允许。为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令，必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端会自动内部锁存。当执行内部编程指令时，应该接到VCC端。当处于Flash编程时，该引脚接12V的编程允许电压VPP,当12V的编程电压是允许的情况下。XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。23 人机交互部分2.3.1 键盘/显示部分的选择及简介键盘输入和显示部分在控制仪器中起着人机交互的作用，这两部分的设计是仪器和
26、操作者进行联系并得到实际应用的关键之一，并关系到用户使用的满意度。键盘/显示模块设计采用的方法有:方案一：采用8279可编程接口芯片来实现系统的键盘/显示器扩展功能，提高了系统的稳定性及可靠性。键盘控制部分提供一种扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘或传感器连接，能对键盘进行自动扫描、自动消抖、自动识别出所按下的键并给出编码，能同时按下双键或N键实行保护，其接收键盘上的输入信息存入内部的先进先出FIFO键输入缓冲器，并可在有键输入时向CPU请求中断。8279提供了按扫描方式工作的显示接口，其内部有个显示缓冲器，能对8位或16位LED自动进行扫描，将显示缓冲器的内容通过74LS138译码，并由
27、74LS07驱动，在LED上显示出来。方案二：如图2-6所示，由单片机AT89C2051控制8个共阳数码管、16个按键构成动态显示模块。由于AT89C2051有一个全双工串行通信接口，通过串行通信易于与某些基于虚拟仪表技术的仪器主板相连，使其脱机工作，成为便携仪表，方便了使用；与专用键显接口芯片8279相比，价格更加底；采用串行方式与主控单片机交换信息，硬件及工艺设计简单，抗干扰能力强；可承担键盘/显示及其他信息处理功能，从而使主机软件设计所考虑的因素减少，程序结构得以简化。图2-6 键盘/显示模块方案三：采用专用键盘/显示芯片HD7279和液晶1602。HD7279芯片价格低廉，内部含有译码
28、器，并具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。在设计时，外围电路简单，只需一个电阻和一个电容即可解决键盘/显示电路的外围设计，如图2-7所示。液晶1602具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，且外围电路简单。图2-7 HD7279键盘/显示模块考虑到本设计对键盘/显示功能的要求以及成本、体积等各种因素，在此选用方案三作为键盘/显示的电路结构。选用方案三，提高了系统的性价比，也简化了电路。以下简介一下HD7279和液晶1602。HD7279(A)是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键
29、盘矩阵。该芯片内部含有译码器，可直接接受16进制码，HD7279A还同时具有2种译码方式，HD7279(A)还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。 特点：串行接口、各位独立控制译码、不译码及消隐和闪烁属性、(循环)左移/(循环)右移指令、具有段寻址指令，方便控制独立LED、64键键盘控制器，内含去抖动电路。HD7279A的引脚图如图2-8所示，它共有28个引脚。 RC引脚用于连接HD7279A的外接振荡元件，其典型值为R=1.5k,C=15pF。RESET为复位端。该端由低电平变成高电平并保持25ms即复位结束。通常，该端接+5V即可。DIG0DIG7分别为8个LED管的位驱
30、动输出端。SASG分别为LED数码管的A段G段的输出端。DP为小数点的驱动输出端。HD7279A片内具有驱动电路，它可以直接驱动1英吋及以下的LED数码管，使外围电路变得简单可靠。 图 2-8 HD7279A引脚图DIG0DIG7和SASG同时还分别是64键盘的列线和行线端口，完成对键盘的监视、译码和键码的识别。在88阵列中每个键的键码是用十六进制表示的，可用读键盘数据指令读出，其范围是00H3FH。 HD7279与微处理器仅需4条接口线，其中CS为片选信号（低电平有效）。当微处理器访问HD7279A（读键号或写指令）时，应将片选端置为低电平。DATA为串行数据端，当向HD7279A发送数据时
31、，DATA为输入端；当HD7279A输出键盘代码时，DATA为输出端。CLK为数据串行传送的同步时钟输入端，时钟的上升沿表示数据有效。KEY为按键信号输出端，在无键按下时为高电平；而有键按下时此引脚变为低电平并且一直保持到键释放为止。表2-4为7279的引脚功能表。注意： (1).HD7279A应连接共阴式数码管。 (2).应用中，无需用到的键盘和数码管可以不连接。 (3).应用中，串入DP及SASG连接的8只电阻为200欧。 (4).应用中, 8只下拉电阻和8只键盘连接位选线DIG0DIG7的电阻，应遵从 一定的比例关系，典型值为10倍,下拉电阻的取值范围是10K100K，位选电阻的取值围是
32、1K10K。 （5).HD7279A需要一外接的RC振荡电路以供系统工作，其典型值分别为R1.5K，C15pF。表2-4 7279引脚功能表引脚名称说明1，2VDD正电源3，5NC无连接，必须悬空4VSS接地6CS片选输入端，此引脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输入端；当读取键盘数据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端9KEY按键有效输出端，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平10-16SG-SA段g段a驱动输出17
33、DP小数点驱动输出18-25DIG0-DIG7数字0数字7驱动输出26CLK0振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端液晶1602的介绍：1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对 比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平
34、RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第1516脚：空脚。表2-5为液晶1602的主要技术参数。表2-5 液晶1602的主要技术参数显示容量：16*2个字符芯片工作电压：4.5-5.5V工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95*4.35（WXH）mm2.4 称重传感器根据设计要求，选择了量程为6Kg的称重传感器。241称重传感器的工作原理最普遍的电子秤应用桥式称重传感器实现，称重传感器的输出电压直接与放在其上的重量成比
35、例。图2-9示出了典型的称重电桥一个具有至少两个可变桥臂的4电阻结构的电桥，所称重量引起的电阻变化可产生一个叠加在2.5 V（电源电压的一半）共模电压之上的差分电压。 图2-9 称重传感器的基本电路电桥线路如图2-9所示，它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。可取为应变片、和为应变片或均为应变片等几种形式。、和、分别为电桥的输入端和输出端。根据电工学原理，可导出当输入端加有电压时，电桥的输出电压为:当时，电桥处于平衡状态。因此，电桥的平衡条件为。当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有、和的变化时，可近似地求得电桥的输出电压为:由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂的电
36、阻变化率之差, 相对邻两桥臂的电阻变化率之和成正比.对于平衡电桥，如果相邻两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相同 ，或相对两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相反，则电桥将不会改变其平衡状态，即保持。如果电桥的四个桥臂均接入相同的应变片，则有:式中，分别为接入电桥四个桥臂的应变片的应变值。242 称重传感器的主要参数指标称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。 （1）灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围
37、，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6 mV。当电子秤应用于工业环境时，在6 mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。（2）总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。（3）漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。3、电路的硬件设计3.1 整体电路的设计题目要求设计一个实用电子称，按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。其中数据采集模块完成对来自稳重传感器器的电压信号的检测
38、、放大、AD转换。此时的数字信号送给控制器处理，由控制器完成被测物体重量的判断、显示等功能。此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。图3-1为系统的整体框图。 图3-1 系统的整体框图3.2 放大电路的设计低功耗仪表放大器AD620特点有:单电阻设置增益（11000） 宽电源范围：2.3V18V低功耗：最大1.3mA输入失调电压：最大50uV输入失调漂移：最大0.6uV/共模抑制比：100dB（G=10）低噪音：峰峰值0.28uV（0.1Hz10Hz）带宽：120kHz（G=100） 置位时间：15us（0.01%）AD620仪表放大电路是由三个放大器所共同組成，其中的
39、电阻R与Rx需在放大器的电阻适用范围內(1k欧10k欧)。由固定的电阻R，我們可以調整Rx來調整放大的增益值，其关系式如式3-1所示，唯须注意避免每个放大器的饱和现象（放大器最大輸出为其工作电压）。 式3-1：AD620的放大增益关系式如式3-2、式3-3所示，由此二式我們即可推算出各种增益所要使用的电阻值了。式3-2：式3-3：在硬件电路设计中，AD620的外围电路很简单，只需在1脚和9脚之间跨接一电阻，图3-2为AD620电压放大电路图，其中电阻RG須根据所要放大之倍率由式3-3求得。由于传感器的输出电压是毫伏级的，应把输入电压放大100多倍输出，这样，此电压输入到V/F转换电路进行计算时
40、，误差减小了，从而提高了整个电子称的精度.图3-3为硬件电路中的放大部分的电路图3-2AD620放大电路图图3-3 放大电路3.3 V/F转换电路的设计图3-4是由LM331 组成的电压频率变换电路，LM331 内部由输入比较器、定时比较器、RS 触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL 和CMOS 等不同的逻辑电路。当输入端Vi输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使RS 触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0 为逻辑低电平，同时电源Vcc 也
41、通过电阻R2 对电容C2 充电。当电容C2 两端充电电压大于Vcc 的2/3时，定时比较器输出一高电平，使RS 触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0 为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2 通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3 对电阻R3 放电。当电容C3 放电电压等于输入电压Vi 时，输入比较器再次输出高电平，使RS 触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。设电容CL 的充电时间为t1，放电时间为t2，则根据电容CL 上电荷平衡的原理，我们有：(IRVL/RL)t1=t2VL/RL 从上式可得：f0=1/(t1t2)=VL/(RLIRt1)实际上，该电路的VL 在很
42、少的范围内(大约10mV)波动，因此，可认为VL=Vt，故上式可以表示为：f0=Vt/(RLIRt1) 可见，输出脉冲频率f0 与输入电压Vi 成正比，从而实现了电压频率变换。式中IR 由内部基准电压源供给的1.90V 参考电压和外接电阻Rs 决定，IR=1.90/Rs，改变Rs 的值，可调节电路的转换增益，t1 由定时元件Rt 和Ct决定,其关系是t1=1.1RtCt，典型值Rt=6.8k，Ct=0.01F，t1=7.5s。由f0=Vi/(RLIRt)可知，电阻Rs、Rl、Rt 和电容Ct 直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电容Cl 对转换结果虽然
43、没有直接的影响。但应选择漏电流小的电容器。电阻R1 和电容C1 组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。图3-4压频转换电路下列图3-5硬件电路中的压频转换电路图3-5压频转换电路3.4 键盘显示电路人机交互界面显示是否直观，控制是否方便直接影响电子称的操作，因此设计时经多方考虑，我们尽可能将显示界面友好化，将控制键盘简单化。单片机AT89C52可利用的端口多，可以控制键盘和LCD。通过次界面，可以设定物品的单价，在液晶上显示重量、单价、总价等。图3-6为显示电路。图3-7为键盘电路。图 图3-6 显示电路图3-7 键盘电路4、系统的软件设计4.1 C51的简介平时熟悉
44、的51单片机的编程语言有二种，一种是汇编语言，一种是C语言。由于涉及到大量数据的运算，程序不宜采用汇编语言， C语言大大缩短了开发时间，使程序简洁,且程序可读性非常好。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编
45、代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。4.2 程序的流程图程序的流程图如4-1所示。图4-1 流程图5、调试与测试结果分析5.1 使用的仪器仪表数字万用表 VC101单片机仿真器 伟福E6000/L烧写器 GF2100双踪稳压稳流电源 DH1718E-5数字示波器 TDS1012波形发生器 GFG-8285A5.2 电路的调试整个硬件电路由传感器、放大电路、V/F转换电路、键盘显示电路组成.硬件的调试要对前面的三部分分别进行调试,再进行三部分的整体调试,软件调试对键盘显示部分进行调试.称重传感器有四个接脚:红线接正电源+5V;黑线接负电源-5V;蓝线接放大电路的正输入端;白线接放大电路的负输入端.调节V/F转换电路中的变位器,可以改变电压和频率的比例.以下表5-1是测量的数据:表5-1 测量的数据砝码的重量传感器的输出电压放大