单片机电子秤设计

0本论文的研究内容及结构安排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V/F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。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V/F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报警提示。本文的结构安排如下第1章绪论，简单介绍了本课题电子称的研究背景、研究目的、意义及国内外的研究状况。第2章系统方案设计，本章主要内容是电子称的方案设计，首先是对整体的方案进行选择与设计，再针对各个模块（传感器、放大模块、信号转换模块、电源模块、人机交界模块）进行具体的方案论证及设计。第3章系统硬件设计，在选定各个模块的方案中，对各方案的用到的主要芯片进行简单功能介绍及应用，并且给出了本次电路设计的具体电路图。第4章系统软件设计，本章主要是介绍电子称的软件设计，给出了本次设计的主程序流程图及一些模块的子程序图。最后，对本次的研究课题的主要工作及结果做出了总结与讨论，并且指出了本次研究工作中存在的不足和发现的一些问题。1第2章系统方案设计21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结构简图如下图21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，虽然可以实现电子称基本的称重功能，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。方案三前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，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23LCD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。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。方案四采用现场可编程门阵列FPGA为控制核心2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。结构简图如下图所示图24电子称系统的组成结构图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为核心的电子称系统很优化，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。鉴于本电子称的设计并不太复杂，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。22硬件的方案设计与论证221传感器方案一压电传感器压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的3DACOR弱点高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。方案二电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为（21）式（21）中两极板间的距离；DA两平行极板相互覆盖的有效面积；介质的相对介电常数；R真空中介电常数。O若被测量的变化使式中、A、三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，DR通过测量电路就可转换为电量输出4。虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素（1）小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因C太小，故容抗1/C很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率XPC，C很小，则P也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。2OU（2）初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。方案三电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件44321RE3421R22RRREUO和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源EINE图25传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有ADBDOUU（22）当满足条件R1R3R2R4时，即（23）0，即电桥平衡。式（23）称平衡条件。OU应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即R1RR,R2RR,R3RR，R4RR,按式（22），则电桥输出为5ER24K应变片式传感器有如下特点（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量5。通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第三种方案。题目要求称重范围05KG,满量程量误差不大于0005KG，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重5KG。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为5KG，精度为001，满足本系统的精度要求。222前级放大器部分经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行信号转换。为此，测量电路中常设有模拟放大环节。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。放大器的输入信号一般是由传感器输出的。传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。因此，一般对放大器有如下一些要求1、输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。2、抗共模电压干扰能力强。3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。从而保证放大器输出性能稳定。4、能附加一些适应特定要求的电路。如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。我们考虑了以下几种方案方案一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噪声。由于信号转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。方案二由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。6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，如下图所示图26利用普通运放构成的放大器电阻R1、R2和电容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12。方案三采用专用仪表放大器，如AD620，INA126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。以INA126为例,接口如下图所示7图27INA126仪表放大结构图放大器增益，通过改变RG的大小来改变放大器的增益。INA126具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。其最大输入偏置电流为20NA，这一参数反映了它的高输入阻抗。INA126在外接电阻RG时，可实现11000范围内的任意增益；工作电源范围为2318V；最大电源电流为13MA；最大输入失调电压为125V；频带宽度为120KHZ（在G100时）。基于以上分析，我决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器INA126。223信号转换方案一采用A/D转换A/D转换原理1、逐次逼近法逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为O，与送入比较器的待转换的模拟量I进行比较，若OI，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的O再8与I比较，若OI，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。2、双积分法采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。双积分法A/D转换的过程是先将开关接通待转换的模拟量I，I采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间的正向积分，时间到后，开关再接通与I极性相反的基准电压F，将F输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。I越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压I所对应的数字量，实现了A/D转换。A/D转换器选用的原则1、A/D转换器的位数。A/D转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。2、A/D转换器的转换速率。不同类型的A/D转换器的转换速率大不相同。积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速A/D转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。3、是否加采样/保持器。4、A/D转换器的有关量程引脚。有的A/D转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。5、A/D转换器的启动转换和转换结束。一般A/D转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由CPU提供。转换结束后A/D转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平。通知微处理器读取转换结果。6、A/D转换器的晶闸管现象。其现象是在正常使用时，A/D转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。为防止这种现象，可采取如下措施（1）加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；（2）加强电源稳压滤波措施，在A/D转换器电源入口处加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容；（3）在A/D转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定9在允许范围内，以防止烧坏器件。选择A/D转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题（1）工作电源电压是否稳定；（2）外接时钟信号的频率是否合适；（3）工作环境温度是否符合器件要求；（4）与其它器件是否匹配；（5）外接是否有强的电磁干扰；（6）印刷线路板布线是否合理。由上面对传感器量程和精度的分析可知A/D转换器误差应在3G以下。12位A/D精度10KG/4096244G；14位A/D精度10KG/16384061G；考虑到其他部分所带来的干扰，12位A/D转换器无法满足系统精度要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D转换器17。方案二采用V/F转换VF控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。列如LM331LM331是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40V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001，工作频率低到01HZ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/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所示。由输入比较器、定时比较器、RS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、DTL和CMOS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4040V之间，输出可高达40V，而且可以防止VCC短路18。当前，12位以上的A/D转换器的价格仍较昂贵，用V/F变换器来代替A/D转换器，在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大10器INA126放大到010V后加到V/F变换器LM331的输入端，从频率输出端F0输出的频率信号加到单片机的输入端T1上。根据分辨率的要求利用软件处理，最后得到A/D转换的结果。所以我决定采用LM331芯片V/F转换作为信号转换的方案。224控制单片机的选型在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51、AT89S51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89XX做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。再着，AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。8051系列单片机的内部结构是各种逻辑单元及其之间的互连构成的。其主要由中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、串行接口、并行I/0接口、定时/计数器、中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线组成。225显示模块方案一LED显示LED就是LIGHTEMITTINGDIODE，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示器结构基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等LED显示器与显示方式LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。在设计中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线和8N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。我们使用的为动态显示方式。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，11而共阴极点或共阳极点分别由响应的I/O口线控制。其中两片74LS244分别用于段信号和位信号的驱动，74LS273用于段信号的锁存，其锁存地址为7FFFH。图28LED数码管显示方式方案二LCD显示226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。操作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。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。方案一专用芯片式设计专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，甚至还集成了显示接口功能。列如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。专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，口简单，使用方便，适合处理按键较多的情况。但在很多应用场合，考虑成本因素，可能并不是最佳选择。12方案二矩阵式键盘设计矩阵式键盘又叫行列式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如，用22的行列结构可构成4个键的键盘，44行列结构可构成16个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。相对于专用芯片式可以节省成本，且更为灵活。缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。图2944矩阵键盘考虑到成本方面，我决定采用矩阵键盘。227电源模块系统需要多种电源，单片机需要5V电源，运放需要5V，V/F转换器需要12V，传感器需要5V以上的线性电源。稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压UO、输出电流IO、输出纹波电压UOPP等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。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16。此次设计的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图13图210稳压电源组成图方案一采用LM317、LM337共地可调式三端稳压器电源LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻（R）和一个可变电位器RP组成电压输出调节电路，输出电压为VO1251RP/R。LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。电路图如下所示图211LM317与LM337组装电路方案二采用7805,7905，7812和7912组成稳压电路7805，7905固定式三端稳压器可输出5V,固定式三端可调稳压器7812和7812组装电路可对称输出12V,其电路图如图所示14图212LM317与LM337组装电路方案一的电路由三端可调式稳压器LM317和LM337组装而成,可输出范围为12512连续可调,通过对滑动变阻器的调整可输出5V,12,39V连续可调其电路组装比较简单,但输出所需电压时需要调整可变电阻,不能直接输出,因此使用时不方便580毕业设计网是专业的毕业论文代写平台也有大量毕业设计成品提供参考WWWBYSJ580COM加QQ3449649974方案二由三端可调式稳压器和三端固定式稳压器共同组成,所用器件比方案一多,但电路组装简单,不会增添麻烦,在方案二中可直接得到5V和12的输出电压使用时比较方便,综上所述,方案二比方案一合理,因此选择方案二。23具体实施方案简介根据以上设计方案，硬件部分采用51系列单片机AT89C51为控制核心部件，实现电子秤的基本控制功能。AT89C51是一款8位的内带4K程序存储器的微控制器，考虑到用软件实现电子秤系统的各项功能时，所需的软件量并不是很大，不需要太大的程序存储空间，因此在对AT89C51实际设计时不需要在片外再扩展程序存储器，这样不仅节省了硬件资源，也优化了电路的设计。系统的硬件部分不仅包括以单片机AT89C51为核心的最小系统部分，而且还包括数据采集、人机接口界面、系统电源部分。数据采集部分由压力传感器、信号放大处理和V/F转换部分组成。在具体选择传感器时，考虑到在称量物品时必要的精度、准确性要求，所称物品的重量误差必须要控制在一定的范围之内。另外由于秤台的自身重量、振动和冲击分量，以及还要避免物体超重时对传感器的损坏，所以在选择传感器时要保证有一定的承重裕量，所选的传感器量程应该比系统设计要求的要大。一般选择满量程时候的误差不能大于规定15量。由于传感器的输出信号中含有一定的干扰噪声，所以必须要对传感器的输出信号进行滤波，在滤波电路的设计时利用普通小电容滤除高频干扰，利用大的电解电容滤除低频干扰。传感器输出的电信号比较微弱，一般为毫伏级，必须采用适当的电路进行信号放大处理，这样才能保证整个系统的精度和稳定性能。这时需要共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口简单的专用仪表放大器INA126。在选择V/F转换器时根据系统精度的要求，选择了具有很强抗干扰能力V/F转换器LM331，虽然转换速度慢，但精度高，输入阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出的TTL电平信号兼容。作为电子秤，系统对V/F转换的速度要求不高，而且LM331的转换精度足以满足系统的误差要求。人机交互部分的键盘在系统中，可以输入数字和已经固定的控制命令等。在这次设计中我们采用了44键盘控制。显示用的LCD我们根据要求选用了字符点阵式液晶显示器LCD1602，可以一次满屏幕显示多个个中文字符或英文字符，满足电子秤在称物时的购物清单显示要求。24本章小结本章主要是对本次设计的方案选择与论证，按照设计的基本要求，通过分析与论证，最后确定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V/F转换部分组成。转换后的数字信号送给51单片机控制器处理，由单片机完成对该数字量的处理，驱动液晶显示模块完成人机间的信息交换。16第3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）。31基于AT89C51的主控电路311AT89C51简介芯片功能介绍及设计AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。312引脚说明313电路具体设计图32AT89C51最小系统电路图32信号放大电路321芯片INA126简介INA126是精密低噪声差分信号采集仪表放大器，内部采用两个运放设计，使之具有非常低的静态电流175A和有很宽电源供电范围13518V，可用于便携式仪表和数据采集系统。INA126的增益通过外部电阻设置，增益范围从5V/VTO10000V/V。激光平衡输入电路提供低偏移电压、低温漂偏移电压和良好的共模抑制比。17322INA126特点及引脚说明（1）INA126器件特点低静态电流175A/CHAN宽电压范围135VTO18V低偏移电压250VMAX低温度漂移3V/CMAX低噪声35NV/HZ低输入偏移电流35NV/HZINA126引脚图如下图33INA126引脚图（2）引脚说明1、8脚接电位器，控制放大倍数2脚差分输入负端3脚差分输入正端4脚电源输入负端，5V5脚接地端6脚单端输出端7脚电源输入正端，5V18323具体电路设计图34INA126电路设计图33信号转换电路331芯片LM331应用一般应用于人员不能进入或不易进入的场合，通过传感器将被测量转换为电压，经运算放大器放大为010V电压信号，由LM331进行V/F变换为脉冲信号，通过长双绞线传输到测量室，在测量室内通过光电耦合器转换为幅度稳定的脉冲电压，此脉冲电压再经LM331进行F/V变换为电压进行测量，从而可避免直接导线连接到测量室而造成的线路衰减或干扰，提高测量精度。332LM331功能介绍V/F变换和F/V变换采用集成块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用。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40V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100DB；线性度好，最大非线性失真小于001，工作频率低到01HZ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/V等变换电路，并且容易保证转换精度。19图35LM331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。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18。20333具体电路设计图36INA126电路设计图34本章小结本章主要是介绍硬件具体方面，首先通过需求的分析，根据电路的要求，构想相关的功能模块，确定此次设计主要的硬件模块有放大模块、电压频率转化模块、单片机控制模块及人机交接模块。本章针对这些模块的主要芯片做了简单介绍，了解的其芯片的功能及应用，并且介绍了本次项目的具体电路设计。21第4章系统软件设计在单片机应用系统的开发中，软件的设计是最复杂和困难的，大部分情况下工作量都较大，特别是对那些控制系统比较复杂的情况。如果是机电一体化的设计人员，往往需要同时考虑单片机的软硬件资源分配。本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键、显示处理及信号频率输入处理。程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。其步骤可概括为以下三点分析系统控制要求，确定算法对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出高质量程序的关键。根据算法画流程图画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性。编写程序根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。程序数据的一种理想方法是结构化程序设计方法。结构化程序设计是对利用到的控制结构类程序做适当的限制，特别是限制转向语句或指令的使用，从而控制了程序的复杂性，力求程序的上、下文顺序与执行流程保持一致性，使程序易读易理解，减少逻辑错误和易于修改、调试。根据系统的控制任务，本系统的软件设计主要由主程序、初始化程序、显示子程序、数据采集子程序和延时程序等组成。41C语言在单片机中的应用C语言是一种通用的计算机程序设计语言，在国际上非常流行。它既可以用来编写计算机的系统程序，也可以用来编写一般的应用程序。以前计算机的系统软件主要用汇编语言编写，单片机应用系统更是如此。C语言是当前最流行的程序设计语言，它像其它高级语言一样，面向用户，面向解题的过程，编程者不必熟悉具体的计算机内部结构和指令；C语言又像汇编语言一样，可以对机器硬件进行操作。如进行端口I，0操作、位操作、地址操作，并可内嵌汇编指令，将汇编指令当作它的语句一样。我们知道，汇编语言将涉及计算机硬件，所以C语言又像低级语言一样，可以对计算机硬件进行控制，因此人们把它称为介于高级语言与低级语言之间的一种中级语言。正是因为C语言具有这样的特性，所以很适合编写要对硬件进行操作的软件程序。本文采用C语言进行编写因为此系统软件比较，其存储量较大，因此必须应用C语言编程了9。2242电子称的软件设计与实现电子称软件设计均采用模块化设计，整个程序包括主程序、定时中断程序、INTO中断程序按键程序、数据处理子程序双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序、LCD十六位液晶静态显示子程序等模块。所有程序