1、電子秤的硬件設計2.1傳感器的選擇2.1.1應變式電阻傳感器的測量原理。應變式電阻傳感器的工作原理：當導體或半導體受到外力作用時，會產生機械變形，從而導 致阻值變化。導體與半導體的電阻與電阻率及其幾何尺寸有關。當導體受外力作用時，電阻 率及幾何尺寸的變化會引起電阻的變化。因此，通過測量電阻值的大小，就可以反映外界力 的大小。電阻型應變片傳感器的測量電路可采用橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻，其中任何 一個電阻均可以是應變片。圖2.1.1橋式測量電路圖如能恰當的選擇個橋臂的電阻，可以消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應變片的電阻有 關。=Uab=R1R2/(R1+R2)*(A1/R1-A2/

2、R2+A3/R3-A4/R4) 2.1.2 傳感器的分類和選擇應變片式電阻傳感器按其測量電路(橋式)可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。所謂半橋，即將電橋的四臂接入四應變片。其中：一片受拉，一片受壓，另外兩應變片不受 力。全橋是兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。本方案采用半橋式傳感器。2.2 放大電路的設計傳感器輸出電壓為毫伏級，而A/D轉換器所能處理的電壓是05V，所以必須在A/D轉換器 前加入一個前置差動放大電路以實現電壓的放大，放大倍數為100200倍，使輸出電壓為 05V。由于單運放在應用中要求外圍電路匹配精度高、增益調整不便、差動輸入阻抗低，故采用三 運放結構。三運放結構具

3、有差動輸入阻抗高、共膜抑制比高、偏置電流低等優點，且有良好的溫度穩定 性，低噪單端輸出和和增益調整方便，適于在傳感器電路中應用。如圖3-2所示，圖中為增益調節電阻，整個芯片僅為外接電阻，而運放為增益為1的差 動輸入放大器。SHAPE * MERGEFORMAT圖2.2.1放大電路硬件原理圖2.3采集電路的設計2.3.1數據采集系統的組成數據采集系統的核心是計算機，他對整個系統進行控制和數據處理，他由采樣/保持器，放 大器，A/D轉換器，計算機組成。源-J橋源-J橋作物感器單K機，2.3.1 數據采樣系統框圖2.3.2數據采樣保持器進行模數變換時，從啟動變換到變換結束的數字量輸出，需要一定的時間

4、，即A/D轉換的孔 徑時間。當輸入信號頻率較高，由于孔徑時間的存在，會造成較大的轉換誤差；為了防止誤 差需在中間加一個功能器件采樣/保持器，進行有效、正確的數據采集。采樣/保持器通常由保持電容器、模擬開關和運算放大器組成。其中對于低速場合可以采用 繼電器作為開關以減小開關漏電流的影響；在高速場合也可以用晶體管、場效應管來作為開 關。采樣保持器的原理：如圖，當開關閉合時，V1通過限電流電阻向電容C充電，在電容值合 理的情況下，V0隨Vi的變化而變化；當K斷開時，由于電容C有一定的容量，此時輸出V 0保持輸入信號再開斷開瞬間的電平值。SHAPE * MERGEFORMAT1-4圖2.3.2 采樣保

5、持原理圖在模擬信號輸入通道中，是否需要加采樣/保持器，取決于模擬信號的變化頻率和A/D 轉換器的孔徑時間；對快速過程信號，當最大孔徑誤差超過允許值時，必須在A/D轉換器前 加采樣/保持器。但如果輸入模擬量是直流量或者被測信號模擬量隨時間變化非常緩慢，采 樣/保持（S/H）電路可以省去。2.3.3 A/D轉換器設計中A/D轉換器用的是ADC0809 A/D轉換器，它是8路8位逐次逼近式轉換器，結果為8 位二進制數據，轉換時間短（一般在級），滿足題目要求的“實時采樣”，并且它的轉換精 度在0.1%上下，比較適中，適用于一般場合。由圖2.3.3可見，單片機通過讀控制線WR和0809片選線控制啟動A/

6、D轉換及輸入通道地址 鎖存，寫控制線WR與ADC0809片選線控制輸出允許。由于ADC0809具有通道地址鎖存功能， 通道選擇ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接單片機的數據口。模擬電壓由IN0通道輸入，A/D采 樣電壓在05v之間變化。所模擬通道IN0地址口為0AOOOH，但是ADC0809無內置時鐘， 所以CLOCK由外部時鐘信號控制。圖2.3.3 A/D轉換器和單片機的接口電路2.4顯示電路的設計顯示部分可以將處理得出的信號在顯示器上顯示，讓人們直觀的看到被測體的質量， 也可以進行報警提示。LCD液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍時儀表到便攜式微型計 算機以及一

7、些文字處理機都廣泛利用了液晶顯示器。本設計采用的顯示模塊是128X64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內 置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM （GD RAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：8-位并行及串行兩種連接方式。 具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。2.5鍵盤電路的設計利用鍵盤可選擇電子秤工作模式、設定測量上限等。鍵盤部分采用矩陣式的鍵盤，采用這種 結構的特點是把檢測線分為兩組，一組為行線，一組為列線，按鍵放在行線和列線的交叉點 上。矩陣式的鍵盤的優點是需要的測試線的數量少，對于一

8、個MXN的矩陣鍵盤與主機連接 只需要M+N條測試線，這樣鍵盤的規模越大，矩陣時鍵盤的有點越顯著，當需要的按鍵數目 大于8時，一般都采用矩陣式鍵盤。圖2.5.1矩陣式鍵盤結構圖2.6報警電路的設計報警電路是超過設定的范圍，單片機輸出信號驅動蜂鳴器發聲警報，如圖 所示，當BD LL端為低電平時，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器報警，反之不報警，這里設定當超過質量的 上限時通過軟件使8031的P1.0 口清零，再過P1.0 口出來的低電平信號連接到BELL端蜂鳴 器發聲報警。SHAPE * MERGEFORMAoiloil圖2.6.1 報警電路第三節電子秤的軟件設計3.1監控程序的設計智能儀器的設計既要滿足

9、設定的功能的完成如計算等功能的任務功能程序，也要有可以監控 儀器儀表正工作，保證其可靠性方面的監控程序。整個智能儀器的測量都是智能儀器自動完 成的，所以設計一套功能完備的監控程序是必須的也是必要的。監控程序的主要作用是實時的響應來自系統的各種信息，按信息的類別進行處理；當系統出 現故障時，能自動的采取有效的措施，消除故障，保證系統能夠繼續進行正常工作。3.2數據處理子程序的設計數據處理子程序是整個程序的核心。主要用來調整輸入值系數，使輸出滿足量程要求。另外 完成A/D的采樣結果從十六進制數向十進制數形式轉化。3. 2.1系數調整在IN0輸入的數最大為5V，要求的質量500g對應的是4.8V，為

10、十六進制向十進制轉換方便， 將系數放大100倍。并用小數點位置的變化體現這一過程。因而系數為：3. 2. 2數制轉換數制之間的轉換：在二進制數制中，每向左移一位表示數乘二倍。以每四位作為一組對數分 組，當第四位向第五位進位時，數由8變到16,若按十進制數制規則讀數，則丟失6,所以 應進行加六調整。DA指令可完成這一調整。可見數制之間的轉換可以通過移位的方法實現。 其中，移出數據的保存可以通過自乘再加進位的方法實現，因為乘二表示左移一位，左移后， 低位進一，則需加一。否則，加零。而通過移位已將要移入的尾數保存在了進位位中，所以 能實現。圖3.2.2數據處理原理框圖3.3數據采集子程序的設計數據采

11、集用A/D0809芯片來完成，主要分為啟動、讀取數據、延時等待轉換結束、讀出轉換 結果、存入指定內存單元、繼續轉換（退出）幾個步驟ADC0809初始化后，就具有了將某 一通道輸入的05模擬信號轉換成對應的數字量00HFFH，然后再存入8031內部RAM的 指定單元中。在控制方面有所區別。可以采用程序查詢方式，延時等待方式和中斷方式。080P初始化卜啟動A/D轉換 : A/D轉換完成。了廠額據儲存。數據顯示4圖3.3.1數據采樣原理框圖3.4顯示子程序的設計顯示子程序是字符顯示，首先調用事先編好的8279的鍵盤顯示子程序。調用8279初始化命令，然后輸出寫顯示命令。在顯示過程中一定要調用延時子程

12、序。當輸 入通道采集了一個新的過程參數，或儀表操作人員鍵入一個參數，或儀表與系統出現異常情 況時顯示管理軟件應及時調用顯示驅動程序模塊，以更新當前的顯示數據顯示符號。圖3.4.1顯示原理框圖3.5鍵盤掃描子程序的設計如圖3.4.1所示：鍵盤電路設計成4X4矩陣式，由鍵盤編碼方式可以得出0,1,2,3,4,5,6,7, 8,9,A,B,C,D,E,F 各鍵對應的鍵值：0D8H,0D0H,0D1H,0D2H,0C8H,0C9H,0CAH,0C0H,0C1H,0C2 H，0C3H,0CBH,0D3H,0DBH,0DAH,0D9H。在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據編碼將鍵 盤代表的數值送到相應的存

13、儲單元，再進行功能選擇或數據處理。LCD用些化圖3.5.1鍵盤掃描原理框圖3.6報警子程序的設計由于要求要鍵盤設定閾值，所以要求有報警電路，報警電路可以有聲報警也可有光報警，將設定的閾值與實時顯示的值進行比較，如果設定值小于實時顯示的值，則將P1.0置為1，界而字 懸示咽用LCD醍示82區韶贛人迎T：將發光二極管點亮，或使蜂鳴器發出聲音。這就需要一段比較程序以及一小段置1清0程序。開始4返回p圖3.6.1報警原理框圖第四節設計總結隨著集成電路和計算機技術的迅速發展，使電子儀器的整體水平發生巨大變化，傳統的儀器 逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應 用

14、與發展，從而加快了智能儀器的發展。而傳感器作為測控系統中對象信息的入口，越來越 受到人們的關注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息 （物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置本次課設 中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎上設計而成的。因此，只有充分了解有關智能儀器、 單片機、傳感器以及各部分之間的關系才能達到要求。首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱重準確度。課設時由于傳感器發出的信號 不是很穩定，所以稱重時誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會好的多。其次是數據采集處理階段，此階段是對傳感器發出的信號進行量化、采集，主要

15、分為信號放 大、采集，然后進行A/D轉換。該階段需注意的地方是對傳感器輸出的信號進行放大時，應 選取合適的運算放大電路。最好是預先計算好應放大的倍數，以便選取。還有就是進行數據 處理時，選取適當的數據轉換系數，使輸出滿足量程要求。參考文獻趙茂泰.智能儀器原理及應用.電子工業出版社，2004：張毅剛.MCS-51單片機應用設計.哈爾濱工業大學出版社，2003：賈伯年，俞樸.傳感器技術.東南大學出版社，2000：單成祥.傳感器理論設計基礎及其應用.國防工業出版社，1999：李道華，李玲，朱艷.傳感器電路分析與設計.武漢大學出版社，2000：程序附圖定義 中文LCD液晶128X64的地址W_C_GL

16、CDXDATA0E000HW_D_GLCDXDATA0E001HR_B_GLCDXDATA0E002HR_D_GLCDXDATA0E003H;-TIMER0DATA 30H-;延時時間的初值TIMER1DATA 31H;調用延時子程序的次數DATA1DATA 32H ;點陣顯示的變量1DATA2DATA 33H ;點陣顯示的變量2XDATA34H ;X方向的位置YDATA35H ;丫方向的位置COUNTERDATA 36H;計數器NDATA37H ;行數變量D1DATA38H ;點變量1D2DATA39H ;點變量1ADDRDATA 3AH ;起始的顯示位置ADDR1DATA 3BH ;起始的

17、顯示位置臨時變量N1DATA3CH ;行數的臨時變量 t*t*l*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*.個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個;*主程序開始 t*t*l*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4

18、*4*4*4*4*4*;個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個個ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART:CLRP1.0SETBP1.1MOVSP,#60HLCALLINITIAL_GLCD;調用LCD初始化LCALLKAIJI;顯示開機畫面LCALLDELAY500LCALLDELAY500LCALLDELAY500LCALLTISHI;顯示主界面LCALLINI_8279;判斷是否繼續KEY-A： MOVDPTR, #8101HMOVXA, DPTRANLA,#07HCJNEA,#00H,LP1SJM

19、PKEY-AMOVDPTR,8100HMOVXA,DPTRCJNEA,0DBH,KEY-AAJMPK1LCALLYUZHILCAL celianjieguoLCALL CELINGJIEGUOAJMP$各界面顯示內容DHTABLE1:DB歡迎使用DHTABLE2:DB 半橋電子秤DHTABLE3:DB*DHTABLE4:DB *DHTABLE5:DB *DHTABLE6:DB- 設置警報上限DHTABLE7:DB 確定 DHTABLE8:DB 請按D鍵 DHTABLE9:DBDHTABLE10:DB報警上限重量：DHTABLE11:DB.gDHTABLE12:DB確定(E)CELIANG1:D

20、B- 電子秤 CELIANG2:DB重量是：CELIANG3:DBCELIANG4:DB返回(F)J;開機界面子程序MOVN1,#08H;數量8個MOVDPTR,#DHTABLE1;需要顯示的漢字位置CALLDHZ;調用漢字子序MOVADDR1,#10H;第二行顯示MOVN1,#08HMOVDPTR,#DHTABLE2CALLDHZMOVADDR1,#08H;第三行顯示MOVN1,#08HMOVDPTR,#DHTABLE3CALLDHZMOVADDR1,#18H;第四行顯示MOVN1,#08HMOVDPTR,#DHTABLE4CALLRETDHZ;提示界面子程序TISHI:LCALLCLEAR_GL