【技术资料】电子称毕业设计.doc

目 录摘 要1第一章 绪 论21.1引言：21.2 选题背景与意义21.3 研究现状21.3.1 影响因素21.3.2 产品质量31.3.3 发展方向31.3.4 电子秤的智能化41.4 本文的结构4第二章 系统方案的设计42.1 电子秤的设计要求42.1.1 基本要求42.1.2 特色与创新42.2 设计原理及设计基本思路：52.2.1系统的原理：52.2.2 系统的基本设计思路：52.3 系统总体设计方案比较与论证52.4单片机的选型：82.5输入输出设备指派:92.5.1 键盘输入92.5.2 输出显示92.6系统电源10第三章 系统硬件设计133.1 基于AT89S52的主控电路133.1.1芯片介绍133.1.2 主控电路173.2 基于ICL7135的前端信号处理电路183.2.1 芯片介绍183.2.2 信号处理电路223.3 人机交互界面243.3.1 键盘控制电路243.3.2 液晶显示电路273.4 系统电源293.4.1 芯片介绍293.4.2 电源电路303.5 报警电路32第四章 软件流程324.1 主程序流程图324.2 主要中断程序流程图33参 考 文 献35附录1：原理图36附录2：Pcb板图37摘 要该设计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成，包括运算放大器AD620和A/D转换器ICL7135；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用ZLG7289键盘控制芯片和OCM4x8C显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为09.999Kg，重量误差不大于0.005Kg）,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价， 还具有超量程和欠量程的报警功能。整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 关键词：单片机；采样电路；A/D转换器；液晶显示 第一章 绪 论1.1引言：质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。21世纪，电子产品变得越来越丰富，给人们带来了很多很多的方便，其中电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许多工作，为人们节省了时间，提高了工作效率。在超市里的一台电子秤，它能很精确的称出商品的重量，还能去除皮重，更主要的是，它其中预存了超市里商品的单价，当称出商品的重量后，电子秤马上就能算出价格，不管几种商品都能一一累加，最后列出清单，可以说非常的智能化，而且非常的精确。由此，顾客在购物的时候非常的放心，商家的效益也提高了，所以有了电子秤，顾客买的放心，商家也卖的开心了。1.2 选题背景与意义电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。电子秤的设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。 目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。1.3 研究现状1.3.1 影响因素随着科技的进步, 对电子秤的要求也越来越高。影响其精度的因素主要有: 机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限制, 会使力的传递出现误差，而传感器输出特性存在非线性, 加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。因此，在高精度的称重场合，迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。此外，为了保证准确、稳定地显示, 仪器内部分辨率(主要是ADC 的分辨率) 一般要比外部显示分辨率高4 倍以上, 这就要求所采用的ADC 具有足够的转换位数，而采用高精度的ADC，自然增加了系统的成本。1.3.2 产品质量目前市场上主流的电子秤根据使用功能的不同包括以下几个类型：电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装秤以及条形码电子秤等。面对种类如此繁多的电子秤，目前市场上存在许多不合格的电子秤产品。不合格问题主要表现在以下三个方面： 1、温度试验项目不符合标准规定；2、湿热试验项目达不到标准要求； 3、抗电脉冲串试验和抗静电放电试验项目不合格。造成产品不合格的原因主要有以下几个方面： 1、 称重传感器的质量不达标，制约了电子秤产品整体质量的提高；2、关键元器件未进行筛选和通电老化，造成电子计价秤质量失控； 3、部分产品设计上抗干扰能力不强；4、产品检验把关不严。面对目前市场上电子秤产品的总体质量不高的局面，除了加强对电子秤产品的日常监督管理之外，还要从根本上推动技术的发展，促进电子秤产品质量的提高，更好地保护消费者的合法权益。1.3.3 发展方向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、电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，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态称量模式, 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。1.3.4 电子秤的智能化电子秤的称重功能是基于微电脑控制芯片处理器这一核心技术来实现的。由于目前在设计电子秤系统时大量地采用集成芯片，因此电子秤系统已经摆脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向发展。在此基础上可以实现系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等。电子秤由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械式的称重工具。在具体开发电子秤的系统时应该根据用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而可以开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。目前，随着电子技术的飞速发展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤具有广泛的应用前景和开发价值！1.4 本文的结构文以电子秤的研发作为应用背景，对传感器、模数转换、单片机及其接口等技术进行了分析。全文共分为六章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了电子秤的概念、特点与相关研究背景； 第二章论证了系统方案，包括对原理的阐述，各种优缺点的比较，属于理论分析部分； 第三章通过对各种芯片的介绍以及对电路功能的分析，对系统硬件进行了描述，给出了单片机的的控制方案；第四章简单介绍了系统软件流程；第五章对整个设计做了总结，归纳了存在的问题和进一步研究的方向。第二章 系统方案的设计电子秤的应用系统是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展的存储器、扩展的输入输出设备等部分；软件是各种工作程序的总称。硬件和软件只有紧密配合、协调一致，才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时，就应考虑相应软件的设计方法，而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求进行的。2.1 电子秤的设计要求2.1.1 基本要求1、 电子秤称重范围：09.999Kg；重量误差不大于0.005Kg；2、 液晶显示：所称物体重量、10种商品的购物清单等。2.1.2 特色与创新1、使用单片机为控制核心，大大简化了系统的组成构造，且单片机可拓展性强，可以很方便的对系统进行拓展和应用。2、使用键盘输入数据，操作简单，方便。3、中文液晶显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。4、具有去皮功能和金额累加计算功能。5、当物品重量超过电子秤量程，即过载情况或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。 2.2 设计原理及设计基本思路：2.2.1系统的原理：电子秤的工作原理。首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。在实际应用中，为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰，还需要在传感器与A/D芯片之间加上信号调整电路。2.2.2 系统的基本设计思路：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。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。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。在扩展功能上，本设计增加了一个过载、欠量程报警提示。 2.3 系统总体设计方案比较与论证在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种：方案一 数码管显示方案结构简图如下图所示： 图2.1 数码管显示方案此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子秤基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子秤实现称重计价的功能。 结构简图如下图所示：图2.2 带有键盘输入的结构简图此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。方案三 前端信号处理时，选用放大、A/D转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。结构简图如下图所示： 图2.3 LCD显示的方案目前单片机技术比较成熟，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（ZLG7289）。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。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来一定的难度。图2.4 单片机实现方案原理框图方案四 采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心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。采用FPGA测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便，设计要求的精度较高，所以要求系统的稳定性要好，抗干扰能力要强。从下图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件。其中控制器采用Xilinx公司可编程器件FPGA为核心，基于ISE软件平台，采用VHDL编程实现数据处理、LED和LCD驱动、时钟芯片的I2C通讯、键盘控制等模块。 图2.5 电子秤系统的组成结构图FPGA的逻辑容量密度大，集成度高，可大大减少印刷电路板的空间，减低系统功耗，同时还可以提高设计的工艺性和产品的可靠性。虽然以FPGA为核心的电子秤系统很优化，但只有在大规模和超大规模集成电路中其高集成度才能更好得以体现。其主要在PC机接口卡的总线接口、程控交换机的信号处理与接口、雷达声纳系统的成像控制与数字处理、数控机床的测试系统等方面有广泛应用。鉴于本电子秤的设计并不太复杂，单片机完全能实现所需功能，所以在具体设计时，采用了第三种设计方案。2.4单片机的选型：选择单片机型号的出发点有以下几个方面：1、 市场货源系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。2、 单片机性能应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。影响性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。3、 研制周期在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。AT89S系列单片机是继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。AT89S系列与AT89C系列相比，运算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为033MHz，片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器(watchdog timer，又称看门狗)、低功耗休闲状态及关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极大地满足了各种不同的应用要求。AT89S52单片机是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。另外，它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时计数器2等多种功能。在工程应用中AT89S52有一显著的优势：不需要烧写器，只借助PC 机的并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。并且下载电路可设计在系统中，可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。 由此，通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了AT89S52通用的普通单片机来实现系统设计。AT89S52是一种兼容MCS51微控制器，工作电压4.0V到5.5V，全静态时钟0 Hz 到33 MHz，三级程序加密，32个可编程I/O口，2/3个16位定时/计数器，6/8个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Power down模式支持中断唤醒, 看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志。我们在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。2.5输入输出设备指派:2.5.1 键盘输入键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。键盘是由若干个按键开关组成，键的多少根据单片机应用系统的用途而定。键盘由许多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当键按下时，触点闭合，当键松开时，触点断开。单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。因此，相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。 方案一 Intel8279是一种为8位微处理器设计的比较成熟的通用键盘/显示器接口芯片，其功能有：接收来自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。但是在与单片机的连接时占用较多的接口资源。方案二 ZLG7289是周立功单片机公司设计的串行输入输出可编程键盘/显示芯片，有强大的键盘显示功能，支持64键控制，可以比较方便地扩展系统。另外ZLG7289内部有译码电路，大大简化了程序。因此，我们选择功能更好的专用键盘显示芯片ZLG7289作为键盘扫描显示芯片。2.5.2 输出显示方案一 全部采用数码管显示，数码能显示时钟，以及被测物体的重量等信息。此方案显示直观，而且编程简单，但若要同时显示单价，金额售货员编号等诸多信息则需要要大量的数码管，而且不能显示中文。由此增加了电路的复杂程度，也加大了编程的难度。方案二 采用可以设置显示单价，金额，中文，购物日期等的LCD，它具有低功耗、可视面大、画面友好及抗干扰能力强等功能，其显示技术已得到广泛应用。LCD 显示器的工作原理：液晶显示器的主要材料是液态晶体。它在特定的温度范围内，既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性，其透明度和颜色随电场、磁场、光照度等外界条件变化而变化。因此，用液晶做成显示器件，就可以把上诉外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。虽然ZLG7289具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式12864型LCDOCM4x8C。2.6系统电源系统需要多种电源，单片机需要5V电源，A/D转换器需要5V，+1V，传感器需要10V以上的线性电源（不能用开关电源，否则称重数据不稳定）。稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。方案一 采用三端固定稳压芯片7805和7812为系统提供稳定的电源。这个部分由整流电路、滤波电路、稳压电路等组成。如下图：图2.10 +5V电源电路图在这里只给出了5V电源电路，+12V电源电路与+5V相似，因此不再画出。78系列是输出电压固定的三端集成稳压器，输出为正电压，输出电流可达1A。方案二 以LM317和LM337型号的芯片为核心来设计电源电路。选用初级220V、次级18V，功率为10W的变压器两只提供交流电源，经过整流稳压滤波后，再分别由LM317和LM337提供系统所需的直流稳压电源。LM317是一种外接很少元件就能工作的三端可调式集成稳压器，它的三个接线端分别称为输入端、输出端和调整端。它的内部电路有比较放大器、偏置电路、恒流源电路和带隙基准电路等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约1.2V）接至比较放大器的同相端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1、R2后，输出电压为 = (2.9)LM317的VREF =1.2V, I adj =50A，由于调整端电流I adjI1, 故可以忽略，式（2.9）可简化为 （2.10）图2.11 LM317结构图LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器，它的工作原理和电路结构与LM317相似。LM系列的特性有：可调整输出电压低到 1.25V；保证 1.5A 输出电流；典型线性调整率 0.01%；典型负载调整率 0.1%；80dB 纹波抑制比；输出短路保护；过流、过热保护；调整管安全工作区保护。系统的传感器部分，传感器电源的设计直接影响系统的稳定性和精确度。实践证明，若桥电源采用一级稳压，稳压器采用78系列，称重误差为10%，屏幕显示的称重数据变化较大，各部分之间协调性较差。若采用二级稳压，稳压器采用78系列，称重误差为3%左右，各部分之间协调性较好。由此可见电桥电压的重要性。经反复试验发现，采用差动式电源可将电源的波动部分中和掉，大大提高电桥输出精度及稳定性。另外，系统要求扩大输出电压的调节范围，故使用它很不方便。 所以，具体设计时考虑到运算放大器的放大能力与工作电压的大小关系，以及电源芯片的自身优势等因素，最终选用了性价比比较高的LM317和LM337来设计电源电路，给系统提供正、负电压，满足系统正常工作电源的要求。系统硬件的结构框图如下所示：称重传感器 L-PSIII滤波电路放大器 AD620A/D转换器 ICL7135AT89S52单片机片外数据存储器62256（32K）键盘控制芯片ZZLG728964键键盘带有中文字库的点阵式128x64型的LCDOOCM4X8C数据采集部分人机交互界面单片机控制模块 。部分，不包括系统电源部分图2.12 系统硬件结构框图 第三章 系统硬件设计根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时可以分成以下几个部分：单片机控制模块，前端信号采集、处理、转换模块，人机接口界面以及系统电源部分（为实现系统超量程与欠量程的报警功能，还扩展了报警电路）。3.1 基于AT89S52的主控电路3.1.1芯片介绍1、芯片AT89S52 AT89S52单片机是ATMEL公司新近推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。该公司的技术优势在于推出Flash存储器技术和高质量、高可靠性的生产技术，它率先将独特的Flash存储技术注入于单片机产品中。其推出的AT89系列单片机，在世界电子技术行业中引起了极大的反响，在国内也受到广大用户欢迎。AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器、串行口、外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性见下表： 表3.1 AT89S52功能 兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 256x8bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针引脚封装如下图所示：图3.1 AT89S52的引脚图引脚功能说明：VCC/GND： 电源/接地引脚；Port 0：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1(对端口写1)时作高阻抗输入端；P0还可以用作总线方式下的地址数据复用管脚，用来操作外部存储器。在这种工作模式下，P0口具有内部上拉作用。对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节、校验程序、输出指令字节时，要求外接上拉电阻；Port 1：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口，输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用； 另外，P1.0、P1.1可以分别被用作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和触发输入(P1.1/T2EX)；对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息；Port 2： P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口；输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用； P2口在存取外部存储器时，可作为高位地址输出；内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息； Port 3： P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口，输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 P3引脚功能复用见下表： 表3.2 P3引脚功能复用P3.0 串行通讯输入(RXD) P3.1串行通讯输出(TXD) P3.2外部中断0( INT0) P3.3外部中断1(INT1) P3.4 定时器0输入(T0) P3.5定时器1输入(T1)P3.6 外部数据存储器写选通WR P3.7外部数据存储器写选通RD RST：在振荡器运行时，有两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平出现在此管脚时，将使单片机复位。只要这个管脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均置1，管脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序；XTAL1、XTAL2 ：XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz至24MHz内选择，电容取30PF左右。ALE/PROG：访问外部存储器时，ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节，即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)，在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲； PSEN：该引脚是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89S52由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲，即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出；EA/Vpp：外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT89S52只访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)， 这时该引脚必须保持低电平； 2、芯片74LS373锁存器是具有保存功能的芯片，常用于通过一些引线传送信号时，保存（记忆）这些引线上在时钟作用前一时刻出现的地址信息，这种保存地址信息的锁存器称为地址锁存器。74LS373是典型的锁存器芯片，它是三态输出的八位锁存器。芯片内含八个D型触发器，其集成电路引脚如下图：图3.2 74LS373的引脚图表3.3 74LS373功能表输出控制 时钟端CP数据输入D三态输出 0111010000 1高阻态当时钟端CP=1（高电平）时，Q 端输出将随数据输入D而变。当CP=0（低电平）时，D触发器输出将锁存已建立的电平。当输出控制端E=0（低电平）时，将使八个输出处于正常工作状态（高电平或低电平输出）。当E=1（高电平）时，将使锁存器输出处于高阻状态，从而不多总线加载，即不会影响总线上的数据。输出控制端不影响触发器的内部锁存功能，即已有的锁存数据仍然保留，甚至当输出被关闭，新的数据也可被置入。3、 芯片62256随机存取存储器简称RAM(Random Access Memory)。使用RAM时既能从任一指定地址读取（取出）数据，也能写入（存入）数据，所以又叫读写存储器。它读、写方便，但一旦断电，所存储的数据也随即丢失，因此不利于数据的长期保存。数据存储器用于存储数据采集系统采集的原始数据、运算结果等，所以外部数据存储器能随机读/写。62256的引脚符号功能如下：表3.4 62256功能表引脚符号功能A0A14地址输入线D0D7双向三态数据线片选信号输入线，低电平有效读选通信号输入线写选通信号输入线工作电源+5VGND线路接地3.1.2 主控电路 P1口和P2.0P2.6口作为地址总线，其中P1口作为低地址线和数据总线复用，P2.0P2.6口做高地址线。P2.7作为62256的片选控制总线，ALE接锁存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作为外部数据存储器写/读选通信号输出端分别接62256的/WE和/OE端。主控电路图如下： 图3.3 主控电路图3.2 基于ICL7135的前端信号处理电路3.2.1 芯片介绍1、L-PSIII型称重传感器L-PS型铝制称重传感器为双孔悬臂梁形式，是电子计价秤的专用产品，也可用于制造由单只传感器构成的电子案秤，台秤及专用衡器等。主要技术指标参考下表：表3.5 L-PSIII型称重传感器电气特性准确度等级C3 0.02 0.03额定载荷kg3、6、10、20、30、50灵敏度mV/V1.80.08非线性%F.S.0.02滞后0.02重复性0.02蠕变%F.S./30min0.02蠕变恢复零点输出%F.S.1零点温度系数%F.S./100.02额定输出温度系数输入电阻415445输出电阻349355绝缘电阻M5000供桥电压V12（DC/AC）温度补偿范围-10+50允许温度范围-20+60允许过负荷%F.S120极限过负荷%F.S200四角误差%F.S0.03连接电缆mm3.8300接线方式输入（+）: 红 输入（-）:白 输出（+）:绿 输出Output（-）:蓝 屏蔽 : 黄而我们在具体实现采集的模拟量时，出于经济方面的考虑并没有在系统中采用L-PSIII型传感器，而是直接从系统的电源电路中引出一个毫伏级的电压作为待采样的模拟量。2、 AD620放大器AD620 是一种低耗高精度仪表放大器。仅需一个外接电阻即可得到11000范围内的任意增益；2.3V18V的电源电压；低功耗，最大电源电流1.3mA ，最大输入失调电压125uV，最大温度漂移1uV/，最大输入偏移电流20nA；最小共模抑制比93dB（增益=10）；输入电压噪声9nV（1KHz）；0.28uV噪声 （0.1Hz10Hz）；带宽120KHz（增益=100）；建立时间15us（0.01%）。AD620的增益是用电阻Rg来决定的，即用引脚1和8之间的阻抗来决定的。使用0.1%1%的电阻，AD620就能提供精确的增益。对G（增益）=1，Rg引脚不连接（即Rg为无穷大）。其他的任何增益可按： （3.1）计算。3、 ICL7135ICL7135是一种双积分式4位半单片A/D转换器，其工作原理是将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（俯冲频率），再通过定时器（计数器）获得数字信号。其内部结构分为模拟部分和数字部分。其中模拟部分受逻辑电路控制，通过12个模拟开关以导通和截止状态将一个转换周期分为4段：自校零段、被测电压积分采样段、参考电压回积段和积分器加零段。芯片引脚封装如下图所示：图3.4 ICL7135引脚图其引脚功能如下：1脚（）： 电源端；2脚（）：基准电压输入端；3脚（）：模拟地；4脚（）： 积分器输入端，接积分电容；5脚（）： 积分器和比较器反相输入端，接自零电容；6脚（）： 缓冲器输出端，接积分电阻；7脚（）：基准电容正端；8脚（）：基准电容负端；9脚（）： 被测信号负输入端；10脚（）： 被测信号正输入端；11脚（）： 电源端；12、1720脚（）： 位扫描输出端；1316脚（）： 码输出端；21脚（）： 忙状态输出端；22脚（）： 时钟信号输入端；23脚（）： 负极性信号输出端；24脚（）： 数字地端；25脚（）： 运行读数控制端；26脚（）： 数据选通输出端；27脚（）： 超量程状态输出端；28脚（）： 欠量程状态输出端。ICL7135的主要性能特点为：1、输入阻抗可达到1000M；2、自动校零；3、有精确的差分输入；4、自动判别信号极性；5、有超量程、欠量程输出信号；6、采用位扫描与码输出；7、输出全部与TTL兼容。ICL7135的电参数：表3.6 电参数参数电源电压时钟频率基准电容校零电容参数值5V2V401M 11ICL7135外围电路的参数选择与整定由于ICL 7135内部没有振荡器，所以需要外接。但A/D转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间T1和反向积分时间T2按相同比例增加并不影响测量的结果。ICL7135的时钟频率典型值为200kHz最高允许为1200kHz，时钟频率越高，转换速度越快。每输出一位BCD码的时间为200个时钟周期，选通脉冲位于数据脉冲的中部，如果时钟频率太高，则数据的接受程序还没有接受完毕，数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高，因此我们取时钟频率值500kHz。对于这个时钟频率，本设计采用阻容方式实现基本的振荡电路得到。因为ICL7135芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以本系统采用外接基准源，由三端可调稳压器LM317稳压后提供，接典型值1V。图中C3是基准电容；C1和R2为积分元件；C2为自零电容；R6和C4组成标准的滤波网络。由于A/D转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关，故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到A/D转换器的精度，所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容。1、时钟频率Fck的选择 （3.2）式中，Ff为干扰信号的频率，最大的干扰信号一般为供电电源的干扰，其频率为50Hz。对于ICL7135，取N=10000，并取K=1，则Fck=500KHz。2、积分电阻Rint （3.3） 式中，Vxm为满量程电压，取2V，则Rint=100K。3、积分电容Cint （3.4） 对于ICL7135，N=10000，取Vm=4V，Fck=500KHz，所以Cint=0.1uF。4、74LS15774LS157是四2选1数字多路开关（数据选择器）。下表是74LS157的功能表。由表可见，当输出使能控制端/G=1时，输出脚4Y1Y均为0。当/G=0和数据选择控制输入端S（/A B）=0时，输出Y等于A组输入，即4Y、3Y、2Y、1Y分别等于4A、3A、2A、1A；当/G=0和数据选择控制输入端S（/A B）=1时，4Y、3Y、2Y、1Y分别等于4B、3B、2B、1B。 表3.7 74LS157功能表输 入输 出 S G4A 3A 2A 1A4B 3B 2B 1B4Y 3Y 2Y 1Y 1 0 0 0 0 0 0D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0 1 0 D3 D2 D1 D0D3 D2 D1 D03.2.2 信号处理电路 1、滤波放大电路图3.5 信号滤波放大图上图中电容C5、C6用来滤除采样信号电压中的高频噪声，选用0.1uF的普通独石电容；电容C7、C84用来滤除采样信号电压中的低频噪声，选用22uF的普通独石电容。电阻R3、R4选用较小的阻值，因为采样信号电压值只有毫伏级，所以其阻值不宜太大，否则导致放大器由于输入电流太小而放大效果不明显。微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从AD620的第6脚输出。A/D转换器ICL7135的输入电压变化范围是-2V+2V，传感器的输出电压信号在020mv左右，因此放大器的放大倍数在200300左右，可将R9接成1K的滑动变阻器。由于ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。图中的LM741的输出端与AD620的地端相连，LM741的2脚与6脚相连构成电压跟随器，R15与正负电源相接，通过改变R15的阻值可使VO与 RET之间的压差变化，从而实现调零、去皮的功能。2、ICL7135与单片机的接口 在读取A/D转换后的结果时，选用数据选择器作为数据读取的控制器，这样简化了ICL7135与单片机的接口电路，便于硬件设计与软件编程的实现。在ICL7135进行A/D转换结束后输出的/STRB负脉冲引起AT89S52中断。同时在第一个/STB负脉冲时由软件将P1.7口置0，因而使S=0，使74LS157的Y（1Y，2Y，3Y，4Y）=A（4A，3A，2A，1A）。AT89S52读P1.0P1.3口便读得BCD码，此时D5=1。此后， D4，D3，D2，D1轮流为“1”，即可读得千位、百位、十位和个位的BCD码。前端信号处理电路设计如下：图3.6 信号数模转换图ICL7135的输出时序 图3.7 输出时序图在A/D转换结束后立即更新输出锁存器并不断地扫描输出BCD码。在A/D转换期间BUSY为低电平，转换完毕后BUSY变为高电平。A/D转换结束后立刻顺序并连续不断地输出位驱动信号D5、D4、D3、D2、D1（均为正脉冲）。当D5为高电平时，B8、B4、B2、B1是万位BCD码。同样当D4为高电平时，B8、B4、B2、B1是千位BCD码。同理D3、D2、D1为正脉冲时各对应百、十、个位的BCD码。在A/D转换完毕后，还连续输出5个/STB负脉冲，它们分别位于D5、D4、D3、D2、D1正脉冲的中间，脉冲宽度为T/2。在设计时，还考虑过使用另一种接口电路，它巧妙地运用了ICL7135 地“Busy”端功能，只要一个I/O口和单片机内部的一个定时器就可把ICL7135的数据送人单片机，可以节省大量的单片机资源，减小系统的体积