第1章緒論1.1本課題研究的背景及意義稱重技術自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應用于工農業、科研、交通、內外貿易等各個領域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內外貿易不可缺少的計量設備，衡器產品技術水平的上下，將直接影響各行各業的現代化水平和社會經濟效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數據的單體儀表，而且作為工業控制系統和商業管理系統的一個組成局部，推進了工業生產的自動化和管理的現代化，它起到了縮短作業時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產品質量以及加強企業管理、改善經營管理等多方面的作用。稱重裝置的應用已普及到國民經濟各領域，取得了顯著的經濟效益。因此，稱重技術的研究和衡器工業的開展各國都非常重視。50年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業的開展。60年代初期出現機電結合式電子衡器以來，經過40多年的不斷改良與完善，我國電子衡器從最初的機電結合型開展到現在的全電子型和數字智能型。現今電子衡器制造技術及應用得到了新開展。電子稱重技術從靜態稱重向動態稱重開展：計量方法從模擬測量向數字測量開展；測量特點從單參數測量向多參數測量開展，特別是對快速稱重和動態稱重的研究與應用。通過分析近年來電子衡器產品的開展情況及國內外市場的需求，電子衡器總的開展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化〞功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內外貿易不可缺少的計量設備，衡器產品技術水平的上下，將直接影響各行各業的現代化水平和社會經濟效益的提高。隨著自動化測試技術的開展，傳統的稱重系統在功能、精度、性價比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對微小質量的測量方面更顯得力不從心。筆者采用以AT89S51單片機為控制核心，結合高敏度的電阻式應變式壓力傳感器和高精度的A/D轉換器，設計稱重系統的總體結構及軟件、硬件。實現物體質量、控制及顯示報告的電氣化與智能化。稱重器是電子衡器的一種，電子衡器是自動化稱重控制和貿易計量的重要手段,對加強企業管理、嚴格生產、貿易結算、交通運輸、港口計量和科學研究都起到了重要作用。電子衡器具有反響速度快、測量范圍廣、應用面廣、結構簡單、使用操作方便、信號遠傳便于計算機控制等特點，被廣泛應用于煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運輸、港口建筑機械制造和國防等各個領域。在工業現場和環境中干擾源是各種各樣的，如噪音干擾、工頻干擾等，抗工頻干擾能力成為衡量電子衡器性能的重要指標。為了具備這一性能，市場上的電子衡器的電路普遍較復雜，相對地，本錢也較高。而本產品電路簡單，本錢低，抗工頻干擾強，具有很好的推廣價值。1.2國內外研究現狀50年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業的開展。60年代初期出現機電結合式電子衡器以來，經過40多年的不斷改良與完善，我國電子衡器從最初的機電結合型開展到現在的全電子型和數字智能型。我國電子衡器的技術裝備和檢測試驗手段根本到達國際90年代中期的水平,少數產品的技術已處于國際領先水平。國內的電子秤市場中,1009左右量程的電子秤精度一般為0.019即10mg。在研究方法上,電子稱重系統的工作原理一般是將作用在承載器上的質量或力的大小,通過壓力傳感器轉換為電信號,并通過控制電路來處理該電信號。電子衡器制造技術及應用得到了新開展。電子稱重技術從靜態稱重向動態稱重開展：計量方法從模擬測量向數字測量開展；測量特點從單參數測量向多參數測量開展，特別是對快速稱重和動態稱重的研究與應用。在國際上,一些興旺國家在電子稱重力一面已經到達了較高的水平。特別是在準確度和可靠性等方面有了很大的提高。在稱重傳感器方面,國外電子秤產品的品種和結構又有創新,技術功能和應用范圍不斷擴大,成果舉例如下:(l)美國Revere公司研制出PUS型具有大氣壓力補償功能的拉壓兩用的稱重傳感器,用于高準確度檢驗平臺,稱重平臺,準確度可達5000d。(2)德國HBM公司研制成功C2A、C16A兩種不同結構的1-100t具有耐壓外殼保護的防爆稱重傳感器,其防爆性能符合歐洲EN50014和EN50018d級標準。(3)美國斯凱梅公司研制出新一代高準確度不銹鋼F6Ox系列5-5000kg稱重傳感器,準確度6000d。用于濕度大,腐蝕性強的環境中,而且防水。(4)德國塞特內爾公司研制出以被青銅為彈性體材料,快速稱重用200型稱重傳感器。其特點是線性好,固有頻率高,動態響應快。獨創油阻尼裝置與過載保護裝置一體化,保證稱量時速度快,工作壽命長。組裝3一30kg電子平臺秤,準確度可達4000d。但就總體而言，我國電子衡器產品的數量和質量與工業興旺國家相比還有較大差距，其主要差距是技術與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發能力缺乏、產品的品種規格較少、功能不全、穩定性和可靠性較差等。1.3本課題研究的內容本設計是飼養場單體稱重器是基于單片機的稱重儀，它的硬件電路設計包括單片機最小系統、A/D轉換器、稱重傳感器、LED顯示電路、±5V穩壓電源電路等幾局部設計內容。臺式電子計價秤具在商業貿易中的使相當普遍,但應用場所受到制約。電子秤產品的應用性能趨向上更綜合性和組合性。在工業稱重計量過程或工藝流程中,不少稱重計量系統還要求具有可組合性,即測量范圍等可以任意設定;硬件功能向軟件方向開展;軟件能按一定的程序進行修改和擴展;輸入輸出數據與指令可以使用不同的語一言和條形碼,并能與外部的控制和數據處理設備進行通信。我國衡器行業使用面最廣、產銷量最大的計量產品是非自動衡器。國際法制計量組織76號國際建議OIMLR76一非自動衡器(它是目前國際上唯一的非自動衡器通用國際標準)中,明確規定非自動衡器按大類分為非自動天平與非自動秤。目前我國產品標準中列入的十大類衡器已實現了電子化第2章稱重器的總體方案設計2.1稱重器的根本工作原理電子秤的工作原理以電子元件:稱重傳感器，放大電路,AD轉換電路，單片機電路，顯示電路，通訊接口電路，穩壓電源電路等電路組成。當物體放在秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發生形變，從而使阻抗發生變化，同時使用鼓勵電壓發生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經放大電路放大輸出到模數轉換器。轉換成便于處理的數字信號輸出到CPU運算控制。CPU根據程序將這種結果輸出到顯示器，直至顯示這種結果，電路原理圖如圖2-1所示。圖2-1電路原理圖2.2稱重器的系統總體框圖按照本設計功能的要求，系統由4個局部組成：控制器局部、信號采集局部、數據顯示局部、和電路電源局部，系統設計總體方案框圖如圖2-2所示。信號放大調理電路中央處理單元壓力傳感器信號放大調理電路中央處理單元壓力傳感器LED顯示LED顯示模/數轉換模/數轉換電源電路電源電路圖2-2總系統體框圖信號采集局部是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號〔本設計為電壓信號〕，而后經處理電路〔如濾波電路，差動放大電路，〕處理后，送A/D轉換器，將模擬量轉化為數字量輸出。控制器局部接受來自A/D轉換器輸出的數字信號，經過復雜的運算，將數字信號轉換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中。控制器還可以通過對擴展I/O的控制，對鍵盤進行掃描，而后通過鍵盤散轉程序，對整個系統進行控制。數據顯示局部根據需要實現顯示功能。電路電源局部主要是為電路提供穩定方便的電源，將工頻電壓直接轉換成所需的±5伏電壓。2.3稱重器的主控制系統設計稱重器的主控制系統介紹該系統選用AT89S51單片機為主控制器，主要是先進行數據采集，采集由前級放大器把壓力傳感器獲取的電壓信號放大的模擬信號，在經過A/D轉換器轉換成的數字信號。此信號在單片機內經過數據處理及各種運算把所感知的二進制信號轉換成十進制，并送進顯示模塊顯示出來。稱重器的主控制系統結構1〕主控制系統具備的功能該系統采用單片機作為主控制系統，主要目的在于稱重之后的數字化顯示和實現精確的測量，故系統應該具有單片機工作所需的穩定的+5V直流電源，又考慮到數字化顯示所用到的數碼管中會出現某段被損壞而不被點亮的情況，系統應該具有開機自檢功能，就是開機后自動逐個掃描每一個晶體管，用來檢查數碼管各段是否完好，可以依靠軟件編程實現。2〕單片機控制系統結構框圖如圖2-3所示：測量放大信號A/D模塊控制模塊顯示模塊測量放大信號A/D模塊控制模塊顯示模塊圖2-3單片機控制系統結構框圖2.4稱重器各模塊的方案選型整個硬件系統由四大模塊組成，下面以控制系統結構為依據就針對各模塊做具體的方案設計。電源模塊方案選型為了使稱重儀的供電方便，這里把電源設計成用220V的交流電經過變壓器后輸出±9的電壓，經整流濾波電路后，通過LM7805和LM7905進行DC/DC變換得到±5V供壓力傳感器器和系統的其他芯片使用。數據采集模塊方案選型數據采集模塊分為3個局部：稱重傳感器、前級放大器和A/D轉換器。1〕稱重傳感器首先這里傳感器選用L-PSII-10型壓力傳感器，為雙孔懸臂梁形式，是電子計價秤的專用產品。這里說下傳感器的選型方法，可具體參考以下步驟：計算并確定轉換系數(f)，轉換系數(f)是說明每一個檢定分度值(V)中有多少個示值單位，是用于把全部示值單位轉換為“V〞的，它是由初始公稱試驗溫度20℃時，進程負荷試臉下試臉效據平均值確定的。計算參比示值，所謂“參比值〞即是“理論示值〞或“理想示值“。計算各試驗點EL2〕前級放大器采用專用儀表放大器，如：INA126，INA121等。此類芯片內部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單，且放大器的增益是可以改變的。基于以上分析，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA1263〕A/D轉換器然后按設計要求：電子稱最大稱重為50公斤，重量誤差不能大于1%。我們的理解是滿刻度時，只能有±5g的誤差，精度要求較高。同樣也有以下幾種方案采用方案一：采用V/F變換芯片LM331該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號轉化為頻率信號，單片機通過計數獲得重物的重量，此方案，可不用A/D，但需要比擬復雜的小信號放大、調理電路，并且LM331外圍電路較繁瑣，參數配置相對嚴格，故未采用。方案二：選用12位逐次比擬式ADC，此方案經小信號放大、調理電路，可直接連接單片機，也可以可滿足精度要求，故采用此方案。主控制器模塊方案選型根據本設計與主控制系統的功能要求，以及性價比的最大化這里選用51單片機。而且以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新換代的“智能化測量控制系統〞。數據顯示模塊方案選型本設計只需要顯示出所稱實物的實際重量，由于LED耗電省、使用壽命長、本錢低、亮度高等優點，再加上驅動簡單，容易利用單片機對其進行控制和編程等特點選用LED顯示。第3章稱重器的各單元電路硬件設計3.1AT89S51單片機的簡介AT89S51是一種低功耗，高性能的片內含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存儲技術制造，并且與80C51引腳和指令系統完全兼容。芯片上的FPEROM允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對存儲器重復編程。AT89S51〔以下簡稱89S51〕將具有多種功能的8位CPU與FPEROM結合在一個芯片上，為很多嵌入式控制應用提供了非常靈活而又廉價的方案，其性能價格比遠高于8751。由于片內帶EPROM的87S51價格偏高，而片內帶FPEROM的89S51價格低且與80C51兼容，這就顯示出了89S51的優越性。AT89C2051是一種帶2K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89S單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。單片機的最小系統設計中央處理單元選用我們熟悉的單片機，即最后電路的核心采用最常用、好用和廉價的ATEMAL公司的AT89S51。設計者必須仔細選擇晶振頻率，確保標準的通訊波特率〔1200、4800、9600、19.2K等〕。不妨先列出可供選擇的晶振所能產生的波特率，然后根據需要的波特率和系統要求選擇晶振。有時也不必過分考慮晶振問題，因為可以定制晶振。當晶振頻率超過20M時，必須確保總線上的其它器件能夠在這種頻率下工作。盡可能少的外部電路的條件下，形成一個可以獨立工作的單片機系統。實現以下功能：處理重量數據，實現重量的顯示，控制數碼管的顯示。當工作頻率增加時，功耗也會增加，這點在使用電池作為電源的系統中應充分考慮。單片機采用AT89S51單片機，它有4K的程序存儲空間和256B的數據存儲空間，可以滿足編程的要求。P0口和P2口用于LED數碼管的顯示。用12Mhz的晶振，時鐘周期為1us。采用按鍵復位。是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。結合我們的實際情況對經濟和實用價值的對照我們選用ATEMAL公司的AT89S51作為我們此次稱重儀的主控制系統，其最小系統的外圍電路圖如圖3-1所示圖3-1單片機最小系統3.2電源電路設計本時鐘電源采用整流濾波電路和三端穩壓電路LM7805和LM7905。LM7805CT芯片輸入端電壓約為9V,輸出端電壓為5V，LM7905芯片輸入端電壓約為-9V,輸出端電壓為-5V，輸入端和輸出端的壓差絕對值都應大于2.5V,否那么會失去穩壓能力。同時考慮到功耗問題,此壓差又不易太大,太大那么增加7805與7905本身的功率消耗,增加芯片的升溫,不利于平安。放大模塊與A/D轉換模塊需要正負電源，采用自制電源，可調式三端集成穩壓器是輸出電壓可以連續調節的穩壓器，據此確定變壓器原副邊匝數比這樣即可得到系統所需要的±5V電源，電源設計圖如圖3-2所示。圖3-2電源設計圖3.3稱重傳感器的根本工作原理傳感器實際上是一種將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環境，這點對正確使用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的平安和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和平安性。因此傳感器外圍電路的抗干擾能力是數據采集局部電路設計的關鍵環節。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由下面公式給出：電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體〔彈性元件，敏感梁〕在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他外表的電阻應變片〔轉換元件〕也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化〔增大或減小〕，再經相0應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號〔電壓或電流〕，從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要局部。下面就這三方面簡要論述。1〕電阻應變片電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。他的一個重要參數是靈敏系數K。我們來介紹一下它的意義。設有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：R=ρL/S〔Ω〕2)彈性體彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產生反作用力，到達相對靜平衡；其次，它要產生一個高品質的應變場〔區〕，使粘貼在此區的電阻應變片比擬理想的完成應變電信號的轉換任務。3〕檢測電路檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出。因為惠斯登電橋具有很多優點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比擬方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。3.4前級放大器電路設計稱重傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。所采用的專用儀表放大器我們選用INA126，其接口如圖3-3所示：圖3-3INA126接口電路3.5A/D轉換器電路設計考慮到本系統中對物體重量的測量和使用的場合，精度要挺苛刻，轉換速率要求不太，本設計采用MAXIM推出的MAX18。3.5.1在A/D轉換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續量，而輸出的數字信號代碼是離散量，所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間〔亦即時間坐標軸上的一些規定點上〕對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉換為輸出的數字量。因此，一般的A/D轉換過程是通過取樣、保持、量化和編碼這四個步驟完成的。1〕取樣定理可以證明，為了正確無誤地用取樣信號vS表示模擬信號vI，fS取樣頻率，fimax為輸入信號vI的最高頻率分量的頻率。其中對輸入模擬信號的采樣的所用濾波器的頻率特性。在滿足取樣定理的條件下，可以用一個低通濾波器將信號vS復原為vI，這個低通濾波器的電壓傳輸系數在低于fimax的范圍內應保持不變，而在fS－fimax以前應迅速下降為零。因此，取樣定理規定了A/D轉換的頻率下限。因為每次把取樣電壓轉換為相應的數字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間。可見，進行A/D轉換時所用的輸入電壓，實際上是每次取樣結束時的vI值。2〕量化和編碼我們知道，數字信號不僅在時間上是離散的，而且在數值上的變化也不是連續的。這就是說，任何一個數字量的大小，都是以某個最小數量單位的整倍數來表示的。因此，在用數字量表示取樣電壓時，也必須把它化成這個最小數量單位的整倍數，這個轉化過程就叫做量化。所規定的最小數量單位叫做量化單位，用Δ表示。顯然，數字信號最低有效位中的1表示的數量大小，就等于Δ。把量化的數值用二進制代碼表示，稱為編碼。這個二進制代碼就是A/D轉換的輸出信號。既然模擬電壓是連續的，那么它就不一定能被Δ整除，因而不可防止的會引入誤差，我們把這種誤差稱為量化誤差。在把模擬信號劃分為不同的量化等級時，用不同的劃分方法可以得到不同的量化誤差。假定需要把0～+1V的模擬電壓信號轉換成3位二進制代碼，這時便可以取Δ=〔1/8〕V，并規定凡數值在0～〔1/8〕V之間的模擬電壓都當作0×Δ看待，用二進制的000表示；凡數值在〔1/8〕V～〔2/8〕V之間的模擬電壓都當作1×Δ看待，用二進制的001表示，……等等。不難看出，最大的量化誤差可達Δ，即〔1/8〕V。為了減少量化誤差，通常采用的劃分方法，取量化單位Δ=〔2/15〕V，并將000代碼所對應的模擬電壓規定為0～〔1/15〕V，即0～Δ/2。這時，最大量化誤差將減少為為Δ/2=〔1/15〕V。這個道理不難理解，因為現在把每個二進制代碼所代表的模擬電壓值規定為它所對應的模擬電壓范圍的中點，所以最大的量化誤差自然就縮小為Δ/2了。3〕取樣—保持電路電路的組成N溝道MOS管T作為取樣開關用。所示上的取樣-保持電路中，當控制信號vL為高電平時，T導通，輸入信號vI經電阻Ri和T向電容Ch充電。假設取Ri=Rf，那么充電結束后vO=－vI=vC。當控制信號返回低電平，T截止。由于Ch無放電回路，所以vO的數值被保存下來。3.5.2MAXIM推出的MAX187方便之處在于它包括了數據采集系統所必須的所有部件——轉換速度8.5μs的A/D轉換器(逐次比擬式)、T/H(采樣保持)、內置4.096V參考電壓源,以串行方式輸出；8腳DIP封裝或16腳SO封裝,節約印刷板空間，±1/2LSB的誤碼率(MAX187A)；內置采樣保持電路,數據采樣速度為75kbps；單+5V電源供電，等待方式靜態工作電流2μA,正常工作電流1.5Ma；串行接口,兼容SPI、QSPI、Microwave。幾乎不需任何外圍器件就能構成一個完整的高速數據采集系統。MAX187使用采樣/保持器〔T/H〕和逐次逼近存放器〔SAR〕電路將一個模擬輸入信號轉換成12位的數字輸出。其輸入信號在0V~Vref之間，轉換時間包括T/H的采樣時間在內為10us。串行接口只需3根數字線：SCLK,CS和DOUT，與微處理器接口非常簡單，它的外圍引腳接線圖如圖3-4所示。圖3-4MAX187外圍引腳接線圖MAX187有兩種工作方式：正常方式和暫停方式。將SHDN引腳拉成低電平，器件處于暫停狀態，電源電流減低至10uA屬于低功耗狀態;引腳懸空時，禁止內部參考電源，允許使用外部電源；接高電平時，允許使用內部的參考電源。當CS變為低電平時,開始轉換,此時,DOUT輸出為低電平。包括T/H時間的轉換時間為10μs,轉換結束,DOUT變為高電平,當檢測到DOUT為高電平時,即可讀出轉換數據。在SCLK輸入一個脈沖,最高位B11出現在DOUT上,經過11個時鐘后,分別移位輸出B10～B0數據,再進入一個時鐘后,一個轉換周期結束。因此,每次數據讀取需經過13個時鐘周期,12MHz時鐘下共13×0.1μs=1.3μs,因此完成一次轉換需10+1.3μs,約為11μs。3.6顯示電路設計顯示器是最常用的輸出設備。特別時發光二極管顯示器〔LED〕和液晶顯示器〔LCD〕，LED是一類可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發光效率高，發光響應時間極短，光色純，結構牢固，抗沖擊，耐振動，性能穩定可靠，重量輕，體積小，本錢低等一系列特性，開展突飛猛進，現已能批量生產整個可見光譜段各種顏色的高亮度、高性能產品。由于結構簡單、價格廉價和接口容易，而得到廣泛的應用。尤其是在單片機系統中大量應用。LED的核心發光局部是由p型和n型半導體構成的pn結管芯，當注入pn結的少數載流子與多數載流子復合時，就會發出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結區發出的光子是非定向的，即向各個方向發射有相同的幾率，因此，并不是管芯產生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導體材料質量、管芯結構及幾何形狀、封裝內部結構與包封材料，應用要求提高LED的內、外部量子效率。LED發光顯示器可由數碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產品，由實際需求設計成各種形狀與結構。以數碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結構，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。反射罩式具有字型大，用料省，組裝靈活的混合封裝特點，一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼，將單個LED管芯粘結在與反射罩的七個反射腔互相對位的PCB板上，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發光區，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內滴人環氧樹脂，與粘好管芯的PCB板對位粘合，然后固化即成。反射罩式又分為空封和實封兩種，前者采用散射劑與染料的環氧樹脂，多用于單位、雙位器件；后者上蓋濾色片與勻光膜，并在管芯與底板上涂透明絕緣膠，提高出光效率，一般用于四位以上的數字顯示。單片集成式是在發光材料晶片上制作大量七段數碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼透鏡)的外殼。單條七段式將已制作好的大面積LED芯片，劃割成內含一只或多只管芯的發光條，如此同樣的七條粘結在數碼字形的可伐架上，經壓焊、環氧樹脂封裝構成。單片式、單條式的特點是微小型化，可采用雙列直插式封裝，大多是專用產品。LED光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101只管芯(最多可達201只管芯)，屬于高密度封裝，利用光學的折射原理，使點光源通過透明罩殼的13-15條光柵成像，完成每只管芯由點到線的顯示，封裝技術較為復雜。在許多實際的系統中，經常需要多個LED顯示系統的信息，比方，數字鐘實驗要顯示時、分和秒信息，就必須要6個LED，對這些LED的控制也可以和上面一位LED顯示器一樣，采用6個七段譯碼器驅動每一個LED,并使所有LED的公共端始終接有效信號，即共陰極LED公共端接地，共陽極LED公共端接電源。這種LED顯示方式稱為靜態顯示方式。采用靜態方式,LED亮度高，但這是以復雜硬件驅動電路作為代價的，硬件本錢高。因此,在實際使用時,特別是有微處理器的系統中，如果用多位的LED顯示,一般采取動態掃描方式、分時循環顯示，即多個發光管輪流交替點亮。這種方式的依據是利用人眼的滯留現象，只要在1秒內一個發光管亮24次以上，每次點亮時間維持1ms以上，那么人眼感覺不到閃爍，宏觀上仍可看到多位LED同時顯示的效果。動態顯示可以簡化硬件、降低本錢、減小功耗。LED結構與原理發光二極管顯示器是單片機應用產品中常用的廉價輸出設備。它是由假設干個發光二極管組成顯示的字段。當二極管導通時相應的一個點或一個筆劃發光，就能顯示出各種字符，常用的八段LED顯示器的結構如圖3-5所示。圖3-5八段數碼顯示LED數碼顯示器有兩種結構：將所有發光二極管的陽極連在一起，稱為共陽接法公共端comm接高電平，當某個字段的陰極接低電平時，對應的字段就點亮；而將有發光二極管的陰極連在一起稱為共陰接法，公共端comm接低電平，當某個字段的陽極接高電平時，對應的字段就點亮。每段所需電流一般為5~15mA，實際電流視具體的LED數碼顯示器而定。動態顯示LED顯示器接口所謂的動態顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度跟導通的電流有關，也和點亮的時間與間隔的比例有關。顯示局部采用4個八段共陰數碼管，采用動態顯示，利用驅動器74LS244驅動數碼管顯示數據，到達控制八段碼的目的。可以用圖3-6來形象說明動態顯示原理。段驅動器和位驅動器同時發出有效信號才能點亮對應段，否那么就呈現不亮狀態。由單片機來控制點亮的時間，第一位點亮后依次點亮后面各位。圖3-6多位LED動態顯示電路為設計選用的顯示局部電路圖驅動器74LS244控制4位數碼管的段選，反向驅動器74LS04控制位選，最后由單片機發出采集到的信號指令來決定各個數碼管的明滅狀態和時間長短。DS1-DS4四位LED分別顯示的是稱重結果的千位、百位、十位、個位，單位為克，顯示精度為1/5000，符合系統設計的要求，如圖3-7所示系統顯示局部接線圖。圖3-7系統顯示局部接線圖第4章系統軟件設計與實現4.1系統總流程圖系統的軟件設計核心是稱重傳感器的應變信號處理，按鍵子程序以及中斷方式與程序查詢方式的良好配合等。其主要流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程4.2基于單片機AT89S51系統程序org0000hljmpmainorg0020hmain:lcallservezbcd:mova,20h;千位放入R1anla,#10hmov40h,#04hzhyi1:rradjnz40h,zhyi1movr1,amova,20h;百位放入R2anla,#0fhmovr2,amova,21h;十位放入R3anla,#0f0hmov40h,#04hzhyi2:rradjnz40h,zhyi2movr3,amova,21h;個位放入R4anla,#0fhmovr4,alcallzdgshlcallYANSHIlcallYANSHIsjmpmain;*******************************************;最高位為0時不顯示;*******************************************zdgsh:cjner1,#00h,dsplay;最高位為0,不顯示movr1,#0ah;數碼管暗cjner2,#00h,dsplaymovr2,#0ahcjner3,#00h,dsplaymovr3,#0ahcjner4,#00h,dsplaymovr4,#0ah;***********************************;顯示子程序;***********************************dsplay:MOVDPTR,#Tab;找表首MOVR0,#04HLED:MOVR6,#08HMOVA,@R0;讀數據MOVCA,@A+DPTRSETBP1.1;P1.1時鐘信號cjner0,#02h,TARTadda,#80hTART:RLCAMOVP1.0,C;P1.0數據信號CLRP1.1SETBP1.1DJNZR6,TARTDECR0CJNER0,#00H,LEDRET;******************************;延時子程序;******************************YANSHI:MOVR0,#00HLOOP15:MOVR1,#00HLOOP16:NOPDJNZR1,LOOP16DJNZR0,LOOP15RET;*********************************;查詢子程序;************************************serve:mova,p2JNBACC.4,serve;等待DS1=1.千位選通信號JBACC.2,PP1SETB07HAJMPPP2PP1:CLR07HPP2:JBACC.3