1、1江蘇財經職業技術學院綜合畢業實踐說明書（論文） 標題： 利用 AT89S52 型單片機智能電子稱系統 系 別： 電電子工程系子工程系 專 業： 電電子信息工程技子信息工程技術術 學 號： 0810502321 姓 名： 潘保成潘保成 指導教師： 孫孫振振偉偉 2011 年 5 月 11 日智能電子秤設計2摘摘 要要本設計系統以單片機AT89S52為控制核心，實現電子秤的基本控制功能。在設計系統時，為了更好地采用模塊化設計法，分步設計了各個單元功能模塊。系統的硬件部分包括最小系統部分、數據采集部分、人機交互界面和系統電源四大部分。最小系統部分主要包括AT89S52和擴展的外部數據存儲器；數據采

2、集部分由稱重傳感器，信號的前期處理和A/D轉換部分組成，包括運算放大器AD620和A/D轉換器ICL7135；人機界面部分為鍵盤輸入，四位LED數碼顯示器，可以直觀的顯示重量的具體數字以及方便的輸入數據，使用方便；系統電源以LM317和LM337為核心設計電路以提供系統正常工作電源。系統的軟件部分應用單片機C語言進行編程，實現了該設計的全部控制功能。該電子秤可以實現基本的稱重功能（稱重范圍為09.999Kg，重量誤差不大于0.005Kg）,并發揮部分的顯示購物清單的功能，可以設置日期和設定十種商品的單價， 還具有超量程和欠量程的報警功能。本系統設計結構簡單，使用方便，功能齊全，精度高，具有一定

3、的開發價值。關鍵詞：關鍵詞： 電阻應變式傳感器 A/D 單片機 液晶顯示智能電子稱設計3ABSTRACTThe design of the system with the monolithic integrated circuit AT89S52 as the core to realize the basic electronic control functions. In the design of the system, in order to better the modularized design method, the unit step function module desi

4、gn. The system includes hardware, data acquisition system minimum, man-machine interface and the system of power. The minimum system parts including AT89S52 and the expansion of external data storage, Data collected by weighing transducer, signal processing and the A/D conversion parts, including th

5、e amplifier AD620 and A/D converter ICL7135, For the man-machine interface partial keyboard input, four LED digital display, can show the specific weight and figure of input data, use convenient, In LM317 LM337 and power system as the core circuit design to provide normal work of the system. The app

6、lication of SCM system software part C language program, the design of all control function. It can realize the basic electronic weighing function (weighing the range of 0-9.999 Kg, weight error is not more than 0.005 Kg), and play a part of the show shopping list of function, can set the date and s

7、et the price of goods, and ten has super range and less range alarm function. The system design is simple in structure, easy to use, complete function, high precision, has certain value.【Keyword】Resistance strain sensor A / D single-chip liquid crystal display智能電子秤設計4目錄目錄摘 要.2ABSTRACT.3【Keyword】.3目錄

8、.4引言.12系統方案設計.12.1電子秤的組成結構.12.1.1電子秤的基本結構.12.1.2電子秤的工作原理.22.2電子秤設計的要求及基本思路.22.2.1電子秤設計的要求.22.2.2電子秤設計的基本思路.32.3單片機的選型.32.4數據采集模塊.32.4.1傳感器.32.4.2前級放大器.62.4.3A/D 轉換器.82.5人機交互界面模塊.92.5.1鍵盤輸入.92.5.2輸出顯示.103電子秤硬件的設計與制作.103.1AT89S52 的主控電路.103.1.1AT89S52 芯片.103.1.2主控電路的設計.123.2電子秤的信號處理流程.123.2.1稱重數據處理.123

9、.2.2信號處理電路.153.3人機交互界面模塊設計.173.3.1鍵盤輸入控制電路.173.3.2LCD 顯示電路.203.4報警電路的設計.234 電子秤的軟件設計.244.1軟件流程圖及程序設計.244.1.1初始化程序設計流程圖.244.1.2主程序設計流程圖.254.2主程序設計及其相關程序設計.264.2.1主程序設計.264.2.2信號采樣與 A/D 轉換子程序的設計.314.2.3鍵盤/顯示子程序設計.33智能電子稱設計5致謝.37參 考 文 獻.38智能電子稱設計1引言引言現代信息技術的三大基礎是信息的采集、傳輸和處理技術，即傳感技術、通信技術和計算機技術，它們分別構成了信息

10、技術系統的“感官” 、 “神經”和“大腦” 。信息采集系統的首要部件是傳感器，且置于系統的最前端。在一個現代自動檢測系統中，如果沒有傳感器就無法監測與控制表征生產過程中各個環節的各種參量，也就無法實現自動控制。在現代技術中，傳感器實際上是現代測試技術和自動化技術的基礎科學技術的飛速發展,由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應用到各行各業,實現了對物料的快速、準確的稱量。特別是隨著微處理機的出現，工業生產過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統、生產工藝中的自動檢測和粉

11、粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器，目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領域。為了提高我們對數據采集及數據處理方面知識的處理能力，并且考慮到作品的實用性和個人興趣等因數，我們設計了一臺基于 51 單片機的智能電子秤。本系統通過稱重傳感器采樣，A/D 轉換后輸入單片機，通過按鍵設置單價后，經過單片機主控制器件的處理后，液晶上就會顯示：商品的名稱、數量、重量，單價、本次購物總金額，同時語音播報以上內容，達到了數字化、智能化的要求。2 2系統方案設計系統方案設計2.1電子秤的組成結構2.1.1電子秤的基本結構電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質量相關的其它

12、量大小、參數、或特性。不管根據什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：（1）承重、傳力復位系統 它是被稱物體與轉換元件之間的機械、傳力復位系統，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結構、吊掛連接部件和限位減振機構等。(2)稱重傳感器即由非電量（質量或重量）轉換成電量的轉換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結構型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應變傳感器（電阻應變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。智能電子秤設計2對稱重傳感器的基本要求是

13、：輸出電量與輸入重量保持單值對應，并有良好的線性關系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩定可靠。(3)測量顯示和數據輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數轉換、電流源或電壓源、調節器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數據傳輸和存貯器件等）。這部分習慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數、寄存、控制和驅動顯示等環節。2.1.2電子秤的工作原理當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產生力電效應，將物體的重量轉

14、換成與被稱物體重量成一定函數關系(一般成正比關系)的電信號(電壓或電流等)。此信號由放大電路進行放大、經濾波后再由模/數（A/D）器進行轉換，數字信號再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各種功能開關，根據鍵盤輸入內容和各種功能開關的狀態進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結果送到內存貯器，需要顯示時，CPU發出指令，從內存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印。一般地信號的放大、濾波、A/D轉換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。2.2電子秤設計的要求及基本思路2.2.1電子秤設計的要求1) 稱重范圍：不超過9.999Kg2) 測量精度： 0.005Kg3) 顯示

15、方式：LCD顯示所稱量的物品重量，同時還可顯示物品的名稱，數量，單價，金額和所有物品的總金額。4) 使用操作：鍵盤輸入數據，操作簡單方便。5) 特殊功能：具有去皮功能以及能將金額累加計算；當物品重量超過電子秤量程，即過載情況或者是物品重量小于A/D轉換器所能轉換的最小精度，即欠量程的時候，具有超重報警功能。2.2.2電子秤設計的基本思路將電子秤大致能劃分為三大部分，數據采集模塊、控制器模塊和人機交互界智能電子稱設計3面模塊。其中數據采集模塊由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉換部分組成。轉換后的數字信號送給控制器處理，由控制器完成對該數字量的處理，驅動顯示模塊完成人機間的信息交換。此外添加了

16、一個過載、欠量報警提示的特殊功能。圖圖 2-12.3單片機的選型AT89S52單片機是AT89S系列中的增強型高檔機產品，它片內存儲器容量是AT89S51的一倍，即片內8KB的Flash程序存儲器和256B的RAM。另外，它還增加了一個功能極強的、具有獨特應用的16位定時計數器2等多種功能。在工程應用中AT89S52有一顯著的優勢：不需要燒寫器，只借助PC 機的并口輸出和極為簡單的下載電路，便可將程序通過串行方式寫入單片機。并且下載電路可設計在系統中，可以隨時修改單片機的軟件而不對硬件做任何改動。由此，通過對目前主流型號的比較，我們最終選擇了AT89S52通用的普通單片機來實現系統設計。AT8

17、9S52是一種兼容MCS51微控制器，工作電壓4.0V到5.5V，全靜態時鐘0 Hz 到33 MHz，三級程序加密，32個可編程I/O口，2/3個16位定時/計數器，6/8個中斷源，全雙工串行通訊口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Power down模式支持中斷喚醒, 看門狗定時器，雙數據指針，上電復位標志。另外在外擴展了32K數據存儲器，以滿足系統要求。2.4數據采集模塊2.4.1傳感器傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉換元件指傳感器中能將敏感元件輸

18、出量轉換為適于傳輸和測量的智能電子秤設計4電信號部分。此外傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩定性。通常稱重傳感器產生的誤差約占電子秤整機誤差的50%70%。若在環境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們設計電子秤時，正確地選用稱重傳感器非常重要。稱重傳感器的種類很多，根據工作原理

19、來分常用的有以下幾種： 電阻應變式、電容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。（本設計采用的是電阻應變式）電阻應變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件：利用它將被測的重量轉換為彈性體的應變值；另一個是電阻應變計：它作為傳感元件將彈性體的應變，同步地轉換為電阻值的變化。電阻應變片所感受的機械應變量一般為10 - 610 - 2，隨之而產生的電阻變化率也大約在10 - 610 - 2數量級之間。這樣小的電阻變化用一般測量電阻的儀表很難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電阻變化率轉變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來。在電阻應變式稱重傳感器中通過橋式電路將電阻的變化轉換為電壓變化。

20、電阻應變式稱重傳感器工作原理框圖如圖2-1所示： 載荷P 應變 電阻變化R 輸出電壓圖圖 2-2當傳感器不受載荷時，彈性敏感元件不產生應變，粘貼在其上的應變片不發生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當傳感器受力時，即彈性敏感元件受載荷P敏感元件應變片測量電橋智能電子稱設計5時，應變片就會發生變形，阻值發生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。圖圖 2-3R1、R2、R3、R4為4個應變片電阻，組成了橋式測量電路，Rm為溫度補償電阻，e為激勵電壓，V為輸出電壓。 若不考慮Rm，在應變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為：V= eRRRRRR434211由于橋臂的起始電阻全等，即R1 = R2 = R

21、3 = R4 = R，所以V=0 。當應變片的電阻R1、R2、R3、R4變成R+R1、R+R2、R+R3、R+R4時，電橋的輸出電壓變為：V=eRRRRRRRRRRRR434211通過化簡，上式則變為：V=4eRRRRRRRR4321也就是說，電橋輸出電壓的變化與各臂電阻變化率的代數和成正比。如果四個橋臂應變片的靈敏系數相同，且 = K，則上式又可寫成：RRV=1 - 2 + 3 - 4 ）(4eK式中K為應變片靈敏系數，為應變量。上式表明，電橋的輸出電壓和四個轎臂的應變片所感受的應變量的代數和成正比。在電阻應變式稱重傳感器中，4個應變片分別貼在彈性梁的4個敏感部位，傳感器受力作用后發生變形。

22、在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，R1、R3正值，R2、R4被壓縮，阻值減小，R2、R4為負值。再加之應變片阻值變化的絕對值相同，即R1 = R3 = + R或1 = 3 = +R2 = R4= - R或2 = 4 = - 因此，V=4 = e K。若考慮 4eKRm，則電橋的輸出電壓變成：智能電子秤設計6V=eRmRRRRRRRR222= = K eeRRRmRR 2RmRR2令SU = ，則SU = K eVRmRR2SU稱為傳感器系數或傳感器輸出靈敏度。對于一個高精度的應變傳感器來說，僅僅靠4個應變片組成橋式測量電路還是遠遠不夠的。由于彈性梁材料金相組織的不均勻性及熱處理工藝、應

23、變片性能及粘貼工藝、溫度變化等因素的影響，傳感器勢必產生一定的誤差。為了減少傳感器隨溫度變化產生的誤差，提高其精度和穩定性，需要在橋路兩端和橋臂中串入一些補償元件。如：初始不平衡值的補償、零載輸出溫度補償、輸出靈敏度溫度補償等。2.4.2前級放大器由傳感器或敏感元件轉換后輸出的信號一般電平較低而由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行A/D轉換。為此，測量電路中常設有模擬放大環節。這一環節目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構成具有各種特性的放大器來完成。放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內阻高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對放大器有

24、如下一些要求：1) 輸入阻抗應遠大于信號源內阻。否則，放大器的負載效應會使所測電壓造成偏差。2) 抗共模電壓干擾能力強。3) 在預定的頻帶寬度內有穩定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩定。4) 能附加一些適應特定要求的電路。如放大器增益的外接電阻調整、方便準確的量程切換、極性自動變換等。基于以上分析，我們最終決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器AD620。AD620具有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點。其最大輸入偏置電流為20nA，這一參數反映了它的高輸入阻抗。AD620在外接電阻Rg時，可實現智能電子稱設計7

25、RgVViininG)21)(RgRVVinin11000范圍內的任意增益；工作電源范圍為2.318V；最大電源電流為1.3mA；最大輸入失調電壓為125 V；頻帶寬度為120kHz（在G=100時）。：圖圖 2-4圖圖 2-5電路的工作原理：A1、A2工作在負反饋狀態，其反向輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等。即Rg兩端的電壓分別為Vin+、Vin-。因此設圖（2-4）中電阻R1=R2=R，則A1、A2兩輸出端的電壓差U12為)(2112RgRRiUG智能電子秤設計8)(21 (12ininOVVRgRUV)(ininOVVVUA)21 (RgR將上式代入第一個式子得放大器的增益Av為可見，

26、僅需調整一個電阻Rg，就能方便的調整放大器的增益。由于整個電路對稱，調整時不會造成共模抑制比的降低。在接口圖（2-5）中，通過改變可變電阻R3的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下：49.413KGR2.4.3A/D 轉換器A/D轉換器是一種能把輸入模擬電壓或電流-成與它成正比的數字量，也就是說能把被控對象的各種模擬信息變成計算機可以識別的數字信息。A/D轉換器種類較多，從原理上可分為四種：雙積分式A/D轉換器，逐次逼近式A/D轉換器、并行A/D轉換器、計數器式A/D轉換器及型A/D轉換器。在電子秤的設計中用的比較多的是雙積分式A/D轉換器和型A/D轉換器。雙積分ADC的基本原理

27、是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數器測出此時間間隔，進而得到相應的數字量輸出。如圖2-6所示是電子秤中常用的雙積分式A/D轉換電路，它由積分器、比較器、模擬電子開關，積分電阻、積分電容、自動回零電阻、電容組成。其中VG是模擬地，VFR是基準電壓（相對于VG為負值），VX是檢測電壓。智能電子稱設計9圖圖 2-6其次雙積分型A/D轉換器具有很強的抗干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力特強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）也具有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產生影響。

28、尤其對本系統，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤，系統對AD的轉換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。最終選擇了精度為10Kg/ 20000= 0.5g的ICL7135。2.5人機交互界面模塊2.5.1鍵盤輸入鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，它是系統接受用戶指令的直接途徑。鍵盤是由若干個按鍵開關組成，鍵的多少根據單片機應用系統的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關觸點，當鍵按下時，觸點閉合，當鍵松開時，觸點斷

29、開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。因此，相對于單片機系統來說鍵盤接口信號是輸入信號。ZLG7289是周立功單片機公司設計的串行輸入輸出可編程鍵盤顯示芯片，有強大的鍵盤顯示功能，支持64鍵控制，可以比較方便地擴展系統。另外ZLG7289內部有譯碼電智能電子秤設計10路，大大簡化了程序。最終選擇ZLG7289作為鍵盤掃描顯示芯片。2.5.2輸出顯示采用可以設置顯示單價，金額，中文，購物日期等的LCD，它具有低功耗、可視面大、畫面友好及抗干擾能力強等功能，其顯示技術已得到廣泛應用。LCD 顯示器的工作原理：液晶顯示器的主要材料是液態晶體。它在特定的溫度范圍內，既具有液體的流動性，又具

30、有晶體的某些光學特性，其透明度和顏色隨電場、磁場、光照度等外界條件變化而變化。因此，用液晶做成顯示器件，就可以把上訴外界條件的變化反映出來從而形成現實的效果。雖然ZLG7289具有控制數碼管顯示的功能，但考慮到本題目要求中文顯示，數碼管無法滿足，只能考慮用帶有中文字庫的液晶顯示器。由于可以分頁顯示，無需太大屏幕，最終選擇點陣式12864型LCDOCM4x8C。3 3電子秤硬件的設計與制作電子秤硬件的設計與制作3.1AT89S52 的主控電路3.1.1AT89S52 芯片AT89S52單片機是ATMEL公司新近推出的高檔型AT89S系列單片機中的增強型產品。ATMEL公司是美國20世紀80年代中

31、期成立并發展起來的半導體公司。該公司的技術優勢在于推出Flash存儲器技術和高質量、高可靠性的生產技術，它率先將獨特的Flash存儲技術注入于單片機產品中。其推出的AT89系列單片機，在世界電子技術行業中引起了極大的反響，在國內也受到廣大用戶歡迎。AT89S52是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機，片內含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構。芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能

32、強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。 AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內程序存儲器，256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0Hz，并可通過軟件設置省電模式。空智能電子稱設計11閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器、串行口、外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它

33、功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。主要功能特性見下表： 兼容MCS-51指令系統 8k可反復擦寫(1000次）ISP Flash ROM 32個雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓 3個16位可編程定時/計數器 時鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 256x8bit內部RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的ISP字節和分頁編程 雙數據寄存器指針表表 3-1：圖圖 3-1智能電子秤設計123.1.2主控電路的設計P

34、1口和P2.0P2.6口作為地址總線，其中P1口作為低地址線和數據總線復用，P2.0P2.6口做高地址線。P2.7作為62256的片選控制總線，ALE接鎖存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作為外部數據存儲器寫/讀選通信號輸出端分別接62256的/WE和/OE端。主控電路圖如下： 圖圖 3-23.2電子秤的信號處理流程3.2.1稱重數據處理測量精度和可靠性是電子秤設計的關鍵，引入軟件數據處理技術，可以克服或彌補包括傳感器在內的各測量環節硬件本身的缺陷或弱點，使原來靠硬件電路難以實現的信號處理可以得到解決，提高電子秤的綜合性能。在電子稱重系統中，主要的數據處理技術有：無效物理量的消除、

35、零漂處理、標度變換技術、非線性補償技術、數字濾波技術等。智能電子稱設計13（1）無效物理量的消除在稱重系統中，稱重傳感器輸出的信號是秤臺、支架和被測物之和的轉換信號，實際所要測的是被測物的重量，因此，秤臺、支架等是無效的物理量，在信號處理過程中要用軟件方法來消除。（2）零漂處理零位穩定是影響電子秤精度非常重要的因素，因受溫度或其它因素影響將引起零位不穩定，這種現象稱為零漂。由于零漂的影響，零輸入信號時，輸出可能不為零，為消除這個零位漂移值，采用零位補償技術，零位補償就是把這個零位漂移值儲存起來，每一數據采集時減去這個數值，得到的數值就是消除零漂的有效信號。（3）標度變換在實際測量中，被測模擬信

36、號被檢測出來并轉換成數字量后，需要轉換成操作人員所熟悉的工程量。因為，被測對象經傳感器、A/D轉換后得到的數字量是一系列的數碼，這些數碼值并不等于原來帶有量綱的參數值，它僅僅對應于參數的大小，因此，必須把它轉換成帶有量綱的數值后才能顯示或打印輸出，這種轉換就是工程量變換，又稱標度變換。 對一般的線性系統，其標度變換公式如下： Ax = A0 +（Am A0）（Nx N0）/（Nm N0 ） A0 ：測量范圍最小值 A m：測量范圍最大值N0：A0所對應的數字量 Nm：Am所對應的數字量 Nx：Ax所對應的數字量其中，A0 、Am 、N0 和Nm對于某一固定的被測參數來說它們是常數，不同的參數有

37、著不同的值。 對于測重系統而言，標度變換實質是建立重量W與A/D轉換數據N關系的數學模型。 假設秤臺和支架重量為W0 相應的A/D為N0 ，稱量物體時，物體、秤臺和支架總重為W，相應的A/D為N，最大量程范圍為Wm，相應的A/D為Nm，物體凈重為Wc = W- W0 ，它們之間的數學關系如下：智能電子秤設計14 Wc = W- W0 =（N - N0）（Wm - W0 ）/（Nm - N0 ）上式標度變換中，只考慮了凈重與A/D轉換之間的數學量的關系，還沒考慮儀器儀表的精確度等級和分辨率問題。在實際的稱重系統中，根據國家計量法規要求，系統的分辨率、精確度等級都有明確要求，在硬件配置條件滿足的情

38、況下，分辨率、精確度等級通常通過軟件設置分度值d、分度數n來解決。它們與上式的關系為： Wm - W0 = n d =（Nm - N0 ）K d n=（Nm - N0 ）K K = n /（Nm - N0 ） K稱為標準系數（倍率），在軟件設計中通常通過一個調校子程序來確定，然后存放在一個能長期保存的存儲器中。測量時物體的凈重 Wc = W- W0 =（N - N0）K d（4）非線性補償在檢測中，由于檢測傳感器的輸入輸出特性往往只在一定范圍內近似呈線性，而在某些范圍內則明顯呈非線性，同時，傳感器具有離散性，還可能有溫漂、滯后等。在信號處理過程中也常用軟件處理方法來補償和校正以上誤差。常用的非

39、線性補償處理的方法有三種：分段線性插值法、曲線擬合法、查表法。對于不太彎曲的輸入輸出曲線，可采用線性插值法，對于很彎曲的輸入輸出曲線，可采用二次拋物線插值法，對于不規則的輸入輸出曲線，可采用分段曲線擬合法。對于用應變稱重傳感器的稱重系統來說，由于其非線性度不是很大，所以常采用分段線性插值法。 （5）數字濾波技術實際測量中，由于被測對象的環境比較惡劣，干擾源比較多，各種電子秤在稱量過程中，來自傳感器的有用信號往往混雜有各種頻率的干擾信號。為了抑制某些干擾信號，通常在稱重儀表的信號入口處采用RC低通濾波器，該種濾波器能抵制高頻干擾信號，但對低頻干擾信號的濾波效果差，而數字濾波卻可以對極低頻率的干擾

40、信號進行濾波。數字濾波就是在軟件設計時采用一定的計算方法對輸入的信號進行數學處理，減少干擾信號在有用信號中的比重，提高信號的真實性，它不需要增加硬件，只需根據預定的濾波算法編制相應的程序，即可達到信號濾波的目的。數字濾波可以對各種干擾信號進行濾波，其穩定性高，濾波參數修改方便，一種濾波程序可供多個通道共用。在稱重系統中常用的數濾波技術有：程序判斷濾波法、平滑濾波法、中位值濾智能電子稱設計15波法等。實際應用中可根據情況選擇其中一種或幾種濾波方法的組合，對采集信號實現數字濾波。3.2.2信號處理電路以下為濾波放大電路圖：圖圖 3-3上圖中電容C5、C6用來濾除采樣信號電壓中的高頻噪聲，選用0.1

41、uF的普通獨石電容；電容C7、C84用來濾除采樣信號電壓中的低頻噪聲，選用22uF的普通獨石電容。電阻R3、R4選用較小的阻值，因為采樣信號電壓值只有毫伏級，所以其阻值不宜太大，否則導致放大器由于輸入電流太小而放大效果不明顯。微弱信號Vi1和Vi2被分別放大后從AD620的第6腳輸出。A/D轉換器ICL7135的輸入電壓變化范圍是-2V+2V，傳感器的輸出電壓信號在020mv左右，因此放大器的放大倍數在200300左右，可將R9接成1K的滑動變阻器。由于ICL7135對高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對工頻及其低次諧波引入的干擾。因為壓力信號變化十分緩慢，所以濾波電路可以把頻率做得很低。圖中

42、的LM741的輸出端與AD620的地端相連，LM741的2腳與6腳相連構成電壓跟隨器，R15與正負電源相接，通過改變R15的阻值可使VO與 RET之間的壓差變化，從而實現調零、去皮的功能。ICL7135與單片機的接口在讀取A/D轉換后的結果時，選用數據選擇器作為數據讀取的控制器，這樣簡化了ICL7135與單片機的接口電路，便于硬件設計與軟件編程的實現。在ICL7135進行A/D轉換結束后輸出的/STRB負脈沖引起AT89S52中斷。同時在第一智能電子秤設計16個/STB負脈沖時由軟件將P1.7口置0，因而使S=0，使74LS157的Y（1Y，2Y，3Y，4Y）=A（4A，3A，2A，1A）。A

43、T89S52讀P1.0P1.3口便讀得BCD碼，此時D5=1。此后， D4，D3，D2，D1輪流為“1”，即可讀得千位、百位、十位和個位的BCD碼。前端信號處理電路設計如下圖：圖圖 3-4圖圖 3-5ICL7135的輸出時序圖：在A/D轉換結束后立即更新輸出鎖存器并不斷地掃描輸出BCD碼。在A/D轉換期間BUSY為低電平，轉換完畢后BUSY變為高電平。A/D轉換結束后立刻順序并連續不斷地輸出位驅動信號D5、D4、D3、D2、D1（均為正脈沖）。當D5為高電平時，B8、B4、B2、B1智能電子稱設計17是萬位BCD碼。同樣當D4為高電平時，B8、B4、B2、B1是千位BCD碼。同理D3、D2、D

44、1為正脈沖時各對應百、十、個位的BCD碼。在A/D轉換完畢后，還連續輸出5個/STB負脈沖，它們分別位于D5、D4、D3、D2、D1正脈沖的中間，脈沖寬度為T/2。在設計時，還考慮過使用另一種接口電路，它巧妙地運用了ICL7135 地“Busy”端功能，只要一個I/O口和單片機內部的一個定時器就可把ICL7135的數據送人單片機，可以節省大量的單片機資源，減小系統的體積。原理如下：“Busy”輸出端（ICL7135的21腳）高電平的寬度等于積分和反積分時間之和。ICL7135內部規定積分時間固定為10001個時鐘脈沖時間，反積分時間長度與被測電壓的大小成比例。如果利用單片機內部的計數器對ICL

45、7135的時鐘脈沖計數，利用Busy作為計數器門控信號，控制計數器只要在Busy為高電平時計數，將這段Busy高電平時間內計數器計的內容減去10001，其余數等于被測電壓的數值。3.3人機交互界面模塊設計3.3.1鍵盤輸入控制電路表表 3-2 ZLG7289 引腳說明引腳說明引 腳 號名 稱說 明1，2VDD正電源3，5NC懸空4VSS接地6/CS片選輸入端此引腳為低電平時可向芯片發送指令及讀取鍵盤數據7CLK同步時鐘輸入端向芯片發送數據及讀取鍵盤數據時此引腳電平上升沿表示數據有效8DATA串行數據輸入/輸出端當芯片接收指令時此引腳為輸入端當讀取鍵盤數據時此引腳在讀指令最后一個時鐘的下降沿變為

46、輸出端9/KEY按鍵有效輸出端平時為高電平當檢測到有效按鍵時此引腳變為低電平智能電子秤設計181016SGSA段g段a 驅動輸出17DP小數點驅動輸出1825DIG0DIG7數字0 數字7 驅動輸出26OSC2振蕩器輸出端27OSC1振蕩器輸入端28/RESET復位端低電平有效SPI串行接口工作方式介紹：ZLG7289 采用串行方式與微處理器通訊,串行數據從DATA 引腳送入芯片，并由CLK 端同步。當片選信號變為低電平后，DATA 引腳上的數據在CLK 引腳的上升沿被寫入ZLG7289 的緩沖寄存器。ZLG7289 的指令結構有三種類型：1、不帶數據的純指令，指令的寬度為8 個BIT 即微處

47、理器需發送8個CLK 脈沖；圖圖 3-62、帶有數據的指令寬度為16 個BIT 即微處理器需發送16 個CLK 脈沖；智能電子稱設計19圖圖 3-73、讀取鍵盤數據指令寬度為16個BIT，前8個為微處理器發送到ZLG7289的指令，后8 個BIT為ZLG7289返回的鍵盤代碼，執行此指令時ZLG7289的DATA端在第9個CLK 脈沖的上升沿變為輸出狀態并與第16個脈沖的下降沿恢復為輸入狀態，等待接收下一個指令。圖圖 3-8下圖為電路圖：圖圖 3-9圖中P1.5口接/CS；P1.6口接CLK；P1.0口接DIO；P3.2口接/KEY，利用中斷0通知A智能電子秤設計20T89S52讀數。鍵盤控制

48、芯片ZLG7289 控制鍵盤的掃描，當監測到有鍵按下后ZLG7289 的9腳便產生一個低電平通知單片機，單片機可以采用查詢或者中斷方式將數據通過P3.0口以串行方式讀入。因為查詢方式會浪費大量的時間，所以本系統采用的是中斷方式。2、 參數選擇參考如下8只下拉電阻和8 只鍵盤連接位選線DIG0DIG7 的8 只位選電阻應遵從一定的比例關系，下拉電阻應大于位選電阻的5 倍而小于其50 倍，典型值為10 倍，下拉電阻的取值范圍是10K100K， 位選電阻的取值范圍是1K10K。所以取上拉電阻為10K，下拉電阻為100K。ZLG7289需要一外接晶體振蕩電路供系統工作,其典型值分別為F=16MHz C

49、=15pF。實際使用時取F=12MHz，C=15pF。3.3.2LCD 顯示電路OCM4x8C是具有串/并接口，其內部含有中文字庫的圖形點陣液晶顯示模塊。該模塊的控制/驅動器采用臺灣矽創電子公司的ST7920，因而具有較強的控制顯示功能。OCM4x8C的液晶顯示屏為12864點陣，可顯示4行、每行8個漢字。為了便于簡單、方便地顯示漢字，該模塊具2Mb的中文字型CGROM，該字型ROM中含有8192個1616點陣中文字庫；同時，為了便于英文和其它常用字符的顯示，具有16Kb的168點陣的ASCII字符庫；為便于構造用戶圖形，提供了一個64256點陣的GDRAM繪圖區域，且為了便于構造用戶所需字型

50、，提供了4組1616點陣的造字空間。利用上述功能，OCM4x8C可實現漢字、ASCII碼、點陣圖形、自造字體的同屏顯示。為便于和多種微處理器、單片機接口，模塊提供了4位并行、8位并行、2線串行、3線串行多種接口方式。該模塊具有2.7V5.5V的寬工作電壓范圍，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可滿足系統各種工作電壓及便攜式儀器低功耗的要求。液晶模塊顯示負電壓，也由模塊提供，從而簡化了系統電源設計。模塊同時還提供LED背光顯示功能。除此之外，模塊還提供了畫面清除、游標顯示/隱藏、游標歸位、顯示打開/關閉、顯示字符閃爍、游標移位、顯示移位、垂直畫面旋轉、反白顯示、液晶睡眠/喚醒、關閉顯示等操作指令

51、。智能電子稱設計21表表 3-3 引腳功能說明引腳功能說明引 腳 號名 稱說 明1VSSGND（0V）2VDD邏輯電源（+5V）3V0LCD電源（懸空）4RS（CS）H：數據，L：指令5R/W（SID）H：讀，L：寫6E（SCLK）使能7DB0數據08DB1數據19DB2數據210DB3數據311DB4數據412DB5數據513DB6數據614DB7數據715PSBH：并行，L：串行16NC空腳17RST復位（低電平有效）智能電子秤設計22電路圖中PSB接低電平，進入串行接口模式；串行數據線SID接P3.1口；串行時鐘線SCLK接P1.6；RS固定接高電平。此為典型二線串行模式。字符顯示RAM

52、地址與字符顯示位置關系：表表 3-4 RAM 地址與字符顯示位置關系地址與字符顯示位置關系80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH2/3線串行接口方式：當模塊的PSB腳接低電平時，模塊即進入串行接口模式。串行模式使用串行數據線SID與串行時鐘線SCLK來傳送數據，即構成2線串行模式。OCM4x8C還允許同時接入多個液晶顯示模塊以完成多路信息顯示功能。此時，要利用片選端“CS”構成3線串行接口方式，當“CS”接高電位時，模塊可正常接收并顯示數據，

53、否則模塊顯示將被禁止。通常情況下，當系統僅使用一個液晶顯示模塊時，“C18NC空腳19LEDA背光源正極（LED+5V）20LEDK背光源負極（LED-0V）智能電子稱設計23S”可連接固定的高電平。模塊2線串行工作操作時序如下圖所示：圖圖 3-10 2 線串行時序圖線串行時序圖由圖3.12可以看出，單片機與液晶模塊之間傳送1字節的數據共需24個時鐘脈沖。首先，單片機要給出數據傳輸起始位，這里是以5個連續的“1”作數據起始位，如模塊接收到連續的5個“1”，則內部傳輸被重置并且串行傳輸將被同步。緊接著，“RW”位用于選擇數據的傳輸方向（讀或寫），“RS”位用于選擇內部數據寄存器或指令寄存器，最后

54、的第8位固定為“0”。在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1個字節后，下一個字節的數據或指令將被分為2個字節來串行傳送或接收。數據或指令的高4位，被放在第2個字節串行數據的高4位，其低4位則置為“0”；數據或指令的低4位被放在第3個字節的高4位，其低4位也置為“0”，如此完成一個字節指令或數據的傳送。需要注意的是，當有多個數據或指令要傳送時，必須要等到一個指令完成執行完畢后再傳送下一個指令或數據，否則，會造成指令或數據的丟失。這是因為液晶模塊內部沒有發送/接收緩沖區。3.4報警電路的設計下圖為系統報警電路原理圖，用于超載和欠量程提示。系統設計了兩個發光二極管作為超載和欠量程指示燈，使系統更加

55、完善。當系統判斷為超載或欠量程時，ICL7135給輸出一個高電平信號OR（超載）或UR（欠量程），經非門后形成低電平從而驅動發光二極管發光提示。智能電子秤設計24 圖圖3-114 4 電子秤的軟件電子秤的軟件設計設計4.1軟件流程圖及程序設計為了方便程序調試和提高可靠性，程序設計采用自上而下、模塊化、結構化的程序設計方法，把總的編程過程逐步細分，分解成一個個功能模塊，每個功能模塊相互獨立，每個模塊都能完成一個明確的任務，實現某個具體的功能。本設計按任務模塊劃分的程序主要有初始化程序、主程序， A/D轉換子程序、顯示子程序、鍵盤處理子程序。4.1.1初始化程序設計流程圖單片機系統上電后，進入初始

56、化程序，完成單片機片內各模塊的設置和A/D轉換器的功能設置初始化，然后進入主程序。智能電子稱設計25圖圖 4-14.1.2主程序設計流程圖單片機完成初始化程序后進入主程序，主程序主要完成對存儲參數的讀取，對檢測到的數據進行數據處理，鍵處理，顯示處理等。智能電子秤設計26圖圖 4-24.2主程序設計及其相關程序設計4.2.1主程序設計uint max_weight;/最大稱量uchar dsel;/分度值uchar dp;/小數點float beilv;/倍率ulong zero_save;/傳感器零位值智能電子稱設計27bdf;uint code num_ten4=1,10,100,1000;

57、uchar code adcount24=2,4,5;/數據處理進平均次數uchar code tab_dsel4=1,2,5,10;/分度值表/0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9uchar code tab=0 xB7,0 x03,0 xD6,0 xC7,0 x63,0 xE5,0 xF5,0 x83,0 xF7,0 xE7,/A , b , C , d , E , F , 暗, - , t , P0 xF3,0 x75,0 xB4,0 x57,0 xF4,0 xF0,0 x00,0 x40,0 x74,0 xF2,/H , L , o , J , r

58、 , n , U, =, - i0 x73,0 x34,0 x55,0 x07,0 x50,0 x51,0 x37,0 x44,0 x04,0 x01;/顯示位碼表/0, 1, 2, 3, 4, 5, 6uchar code digit=0 xfe,0 xdf,0 xef,0 xfd,0 xfb,0 xbf,0 xF7;/顯示位碼表sbit P_OE =P21;/顯示控制sbit P_LE =P20;sbit buz0 =P36;/蜂鳴器sbit buz1 =P37;/*/bit b_follow;/啟動零位跟蹤標記bit b_serial;/串口發送完標記bit b_followdelay;

59、/第一次不進行零位跟蹤bit b_steady;/穩定標記/*/void (* data task)(void);/函數指針變量，接受下一步要做的任務uint idata fendushu;/分度數uchar weight_led6 ;/重量窗顯示緩存uchar idata temp_var;uchar weight_dp;/小數點位數uchar fu_number;/負號顯示位置uchar wdcount;/穩定計數uchar adup_count;/異常值計數智能電子秤設計28uchar addcount3;/累加次數/*/extern void key_scan(void);/按鍵掃描e

60、xtern void weight_disp(void);/重量計算，超載報警extern void start_set(void);/單片機初始化設置extern void adc (void);/讀取AD值extern void ad_processor(void);/AD數據濾波處理extern void fun_weight(void);/正常稱重狀態extern void bd_start(void);/重量或電壓標定選擇extern void dy_disp(void);/電壓顯示extern void led_disp(ulong temp,uchar num);extern u