1、機電與車輛工程學院畢業設計（論文）題 目：基于單片機的數字化傳感器V/F稱重系統計專 業： 電子信息工程班 級： 機電與車輛工程學院姓 名： 李亮亮學 號： 1665080115指導教師： 劉純利日 期： 2012年5月21日引言： 41.1選題背景和意義. 41.2中外電子秤發展及成果. 42體設計方案比較與論證. 62.1總體方案比較與論證. 62.1.1方案一 數碼管顯示 . 62.1.2方案二 LCD顯示 . 62.2 硬件的方案設計與論證 . 72.2.1電源 . 72.2.2 傳感器 . 82.2.3前級放大器部分 . 102.2.4信號轉換 . 112.2.5控制單片機的選型 .

2、 142.2.6顯示模塊 . 142.2.7鍵盤輸入 . 172.3 具體實施方案簡介 . 183. 系統硬件設計. 193.1 基于AT89C52的主控電路. 193.1.1 AT89C52引腳功能 . 193.1.2 復位電路 . 203.1.3 晶振電路 . 203.2 信號放大電路 . 213.2.1 芯片INA126簡介 . 213.2.2 INA126特點及引腳說明 . 213.2.3 具體電路設計 . 223.3 信號轉換電路 . 223.3.1 芯片LM331應用 . 223.3.2 LM331功能介紹 . 233.3.3 具體電路設計 . 243.4 鍵盤電路 . 243.5

3、 顯示電路 . 254. 系統軟件設計. 274.1 C語言在單片機中的應用. 274.2 電子稱的軟件設計與實現 . 274.3主程序流程圖. 274.4 子程序設計 . 294.4.1 V/F轉換啟動及數據讀取程序設計 . 294.4.2顯示子程序設計 . 294.4.3按鍵子程序設計 . 304.4.4按鍵處理設計 . 31參考資料. 33附錄A 電路原理圖 . 34 附錄B 程序清單 .錯誤！未定義書簽。 2摘 要： 基于單片機的數字傳感器V/F稱重系統設計目前，電子計價秤的使用非常普及，逐漸會取代傳統的桿秤。由壓力傳感器制作的電子秤已廣泛地應用到各行各業, 特別是微處理機的出現，工業

4、生產過程自動化程度的不斷提高，壓力傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置。 本文介紹了一種以AT89C52單片機微處理器最小系統，并配以幾個主要的集成電路器件設計成的智能電子秤。本系統是利用壓力傳感器采集當前壓力，根據輸入單價，準確計算出物品的金額，同時把重量、金額顯示到LCD數碼管上。 關鍵詞：壓力傳感器 放大器 單片機引言：在我們生活中經常都需要測量物體的重量，于是就用到秤，但是隨著社會的進步、科學的發展，我們對其要求操作方便、易于識別。隨著計量技術和電子技術的發展，傳統純機械結構的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準確、快速、方便、顯示直觀等諸多優點

5、而受到人們的青睞。電子秤向提高精度和降低成本方向發展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。通過分析近年來電子衡器產品的發展情況及國內外市場的需求，電子衡器總的發展趨勢是小型化、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。1.緒 論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、1.1選題背景和意義 科研、交通、內外貿易等各個領域。電子秤與機械秤比較有體積小、重量輕、結構簡單、價格低、實用價值強、維護方便等特點，可在各種環境工作，

6、重量信號可遠傳，易于實現重量顯示數字化，易于與計算機聯網，實現生產過程自動化，提高勞動生產率。例如標簽秤在超市中的應用已經是耳聞目睹的了。50年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業的發展。60年代初期出現機電結合式電子衡器以來，隨著時代科技的迅猛發展，微電子學和計算機等現代電子技術的成就給傳統的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。經過40多年的不斷改進與完善，衡器技術也在不斷進步和提高。從世界水平看，衡器技術已經經歷了四個階段，從傳統的全部由機械元器件組成的機械稱到用電子線路代替部分機械元器件的機電結合秤，再從集成電路式到目前的單片機系統設計的電子計價秤。1.2中外電子秤發展及成果隨

7、著第二次世界大戰后的經濟繁榮，為了把稱重技術引入到生產工藝過程中去，對稱重技術提出了心動要求，希望稱重過程自動化，為此電子技術滲入衡器制造業。近年來電子稱已愈來愈多地參與到數據的處理和控制過程中。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子稱的發展奠定了基礎，國外如美國、西歐等一些國家在20世紀60年代就出現了0.1%稱量準確度的電子稱，并在70年代中期約對75%的機械稱進行了機電結合式改造。我國的衡器在20世紀40年代以前還全是機械式的，40年代開始發展了機電結合式的衡器。50年代開始出現了以稱重傳感器為主的電子衡器。80年代以來，我國通過自行研究引進消化吸收和技術改造。已由傳統的機械式衡器步入

8、集傳感 4器、微電子技術、計算機技術與一體化的電子衡器發展階段。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數方便、能在惡劣條件下工作、便于與計算機技術相結合而實現稱重技術和過程控制的自動化特點，已被廣泛應用于工礦企業、能源交通、商業貿易和科學技術等各個部門。單片機以其功能強，體積小，功耗低，易開發等很多優勢被廣泛應用。但單片機不是萬能的，也存在不適合的場合，我們要充分利用單片機的內部資源和選擇合適的單片機來完成我們的設計。本數字電子秤的設計過程中需要用到A/D轉換、鍵盤、液晶顯示、復位電路和蜂鳴器報警驅動電路的知識，同時在軟件的設計過程中需要用到鍵盤掃描、液晶顯示驅動、模數轉換程序，可以很好的將數電、模

9、電、單片機知識進行綜合應用。在綜合應用中進一步熟悉單片機設計的開發各個流程，最終達到"鞏固基礎、注重設計、培養技能、追求創新、走向實用"目的。 52體設計方案比較與論證2.1總體方案比較與論證2.1.1方案一 數碼管顯示結構簡圖如下：圖2.1 數碼管顯示方案2.1.2方案二 LCD顯示整個電子秤電路由傳感器、放大電路、V/F轉換電路、89c52單片機、量程控制電路、鍵盤和顯示電路等7部分組成。其功能是被測信號經放大整形后送入單片機，由單片機對測量信號進行處理并根據相應的數據關系譯碼顯示出被測物體的重量。單片機控制適合于功能比較簡單的控制系統,而且其具有成本低,功耗低,體積小

10、算術運算功能強,技術成熟等優點。但其缺點是外圍電路比較復雜,編程復雜。圖2.2 LCD顯示方案結合上面所講，本次設計采用第三種設計方案2.2 硬件的方案設計與論證2.2.1電源圖2.3所示為CW7800系列三端固定輸出采集集成穩壓器的基本應用電路。圖中表明了從交流電網電壓經電源變壓器降壓，又經橋式整流和電容濾波后加在穩壓器的輸入端的連接方法，并提供各種有關元器件的參考參數。正常工作時，穩壓器的輸入輸出電壓差一般為2-3V。圖中V5是保護二極管，當輸入端短路時，給輸出電容器C4存儲的電荷提供一個放大電路，防止C4兩端電壓作用于集成穩壓器內部調整管的發射結，造成發射結擊穿而損壞三端集成穩壓器。圖2

11、.3 電源電路2.2.2 傳感器傳感器的定義：能感受規定的被測量，并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器的靜態特性是指對靜態的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態特性的主要參數有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。傳感器動態特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用

12、實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態特性也常用階躍響應和頻率響應來表示3。方案一 壓電傳感器壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應的特定表面產生電荷的壓電效應。壓電傳感器體積小、重量輕、結構簡單、工作可靠，適用于動態力學量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態量。目前多用于加速度和動態力或壓力的測量。壓電器件的弱點：高內阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對

13、外接電路要求很高。方案二 電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片式電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。導體的電阻隨著機械變形而發生變化的現象叫做電阻應變效應。電阻應變片把機械應變信號轉換為R/R后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉換電路把應變片的R/R變化轉換成電壓或電流變化。其轉換電路常用測量電橋。直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力

14、強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩定性的放大器放大。下圖為一直流供電的平衡電阻電橋，Ein接直流電源E：圖2.4感器結構原理圖UIN圖2.5 工作電路圖當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。當忽略電源的內阻時，由分壓原理有：uo=uBD=uAB-uADR1R4（2.3）=E(E）(R1+R2)(R3+R4)R1+R2R3+R4R1R3-R2R4-)當滿足條件R1R3=R2R4時，即R1R2=R4R3uo=0，即電橋平衡。式（2.3）稱平衡條件。應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的

15、電阻變化有關。若差動工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2），則電橋輸出為=kE=uo=(R+R)RRE2-(R-R)E2(R+R)+(R-R)(R+R)+(R-R) (2.4)應變片式傳感器有如下特點：（1）應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。（3）結構輕小，對試件影響小， 對復雜環境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環境中使用，頻率響應好。（4）商品化，使用方便，便于實現遠距離、自動化測量5。通過以上對傳感器的比較分析，最終選擇了第三種方案。2.2.3前級放大器部分經由傳感器或敏感元件轉換后輸出的信號一

16、般電平較低；經由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行信號轉換。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

17、的外接電阻調整、方便 10準確的量程切換、極性自動變換等。我們考慮了以下幾種方案：方案一 利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。由于信號轉換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。方案二 采用專用儀表放大器，如：AD620，INA126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。以 INA126為例,接口如下圖所示：圖2.6 INA126儀表放大結構圖放大器增益 ，通過改變RG的大小來改變放大器的增益。INA126 具有體積小、功耗低、精度

18、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。INA126在外接電阻RG時，可實現11000范圍內的任意增益；工作電源范圍為±2.3±18V；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）。基于以上分析，我決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126。2.2.4信號轉換方案一 采用A/D轉換A/D轉換原理：1、逐次逼近法逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉換電路，轉換的時間為微秒級。 采用逐次逼近法的A/D轉換器是由一個比較器、D/A轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯

19、電路組成。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉換器，經D/A轉換后生成的模擬量送入比較器，稱為 o，與送入比較器的待轉換的模擬量i進行比較，若o<i，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數字量送D/A轉換器，輸出的 o再與i比較，若o<i，該位1被保留，否則被清除。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。轉換結束后，將逐次逼近寄存器中的數字量送入緩沖寄存器，得到數字量的輸出。逐次逼近的操作過程是

20、在一個控制電路的控制下進行的。2、雙積分法采用雙積分法的A/D轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成?；驹硎菍⑤斎腚妷鹤儞Q成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉換成數字量，屬于間接轉換。雙積分法A/D轉換的過程是：先將開關接通待轉換的模擬量i，i采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間的正向積分，時間到后，開關再接通與i極性相反的基準電壓F，將F輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為0V時停止積分。i越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。計數器在反向積分時間內所計的數值，就是輸入模擬電壓i所對應的數字量，實現了A/D轉換。A/D轉換器選用的原則：1、A/D

21、 轉換器的位數。A/D 轉換器決定分辨率的高低。在系統中，A/D 轉換器的分辨率應比系統允許引用誤差高一倍以上。2、A/D 轉換器的轉換速率。不同類型的A/D 轉換器的轉換速率大不相同。積分型的轉換速率低，轉換時間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構成低速A/D 轉換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數測試。逐次逼近型屬于中速A/D 轉換器，轉換時間為納秒級，用于個通道過程控制和聲頻數字轉換系統。3、是否加采樣/保持器。4、A/D 轉換器的有關量程引腳。有的A/D 轉換器提供兩個輸入引腳，不同量程范圍內的模擬量可從不同引腳輸入。5、A/D 轉換器的啟動轉換和轉換結束。一般A/D 轉換器可由外部控

22、制信號啟動轉換，這一啟動信號可由CPU提供。轉換結束后A/D 轉換器內部轉換結束信號觸發器置位，并輸出轉換結束標志電平。通知微處理器讀取轉換結果。 126、A/D 轉換器的晶閘管現象。其現象是在正常使用時，A/D 轉換器芯片電流驟增，時間一長就會燒壞芯片。為防止這種現象，可采取如下措施：（1）加強抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進入電路；（2）加強電源穩壓濾波措施， 在A/D 轉換器電源入口處加退耦濾波電路，為防止窄脈沖波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容；（3）在A/D 轉換器的電源端接一限流電阻，可在出現晶閘管現象時，有效地把電流限定在允許范圍內，以防止燒壞器件。選擇A/D 轉換器除考慮

23、上述要點外，為防止對A/D 轉換器的技術指標的影響，還要注意以下幾個問題：（1）工作電源電壓是否穩定；（2）外接時鐘信號的頻率是否合適；（3）工作環境溫度是否符合器件要求；（4）與其它器件是否匹配；（5）外接是否有強的電磁干擾；（6）印刷線路板布線是否合理。由上面對傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉換器誤差應在3g以下。12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g；14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g；考慮到其他部分所帶來的干擾，12位A/D轉換器無法滿足系統精度要求。所以我們需要選擇14位或者精度更高的A/D轉換器17。方案二 采用V/F轉換V-F控制的原理是產生一個震蕩

24、頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個壓敏電容，當受到一個變化的電壓時候它的容量會變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產生變頻。列如LM331LM331是性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉換器、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器及其他相關器件。LM331采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態范圍寬，可達100dB；線性度好，最大非線性失真小于0.01，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性；變換精度高，數字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構成V/F或F/V等變換電路，并且容易保證轉

25、換精度。LM331的內部電路組成如圖所示。由輸入比較器、定時比較器、RS觸發器、輸出驅動管、復零晶體管、能隙基準電路、精密電流源電路、電流開關、輸出保護管等部分組成。輸出驅動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流 13和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。LM331可采用雙電源或單電源供電，可工作在4.040V之間，輸出可高達40V，而且可以防止Vcc短路18。當前，12位以上的A/D轉換器的價格仍較昂貴，用V/F變換器來代替A/D轉換器，在要求速度不太高的場合是一種較好的選擇。從傳感器來的毫伏級的電壓信號經低溫漂運算放大器INA126

26、放大到010V后加到V/F變換器LM331的輸入端，從頻率輸出端f0輸出的頻率信號加到單片機的輸入端T1上。根據分辨率的要求利用軟件處理，最后得到A/D轉換的結果。所以我決定采用LM331芯片V/F轉換作為信號轉換的方案。2.2.5控制單片機的選型AT89C52單片機是宏晶公司推出的一款完全兼容MCS51的單片機，單片機片內集成了8K的FLASH程序存儲器，512字節的RAM數據存儲器，至少1K的E2PROM，2個數據指針，1個UART，8個中斷源，4個中斷優先級，3個定時器。單片機可通過32個I/O口與外部電路連接。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引

27、腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在線可編程，也適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統上可編程閃爍存儲單元，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供靈活、有效的解決方案。AT89C52具有以下標準功能：8K字節閃爍存儲器，256字節讀寫存儲器，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許讀寫存儲器、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，讀寫存儲器內容被保存，

28、振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。本次設計中選擇AT89C52為主控芯片。2.2.6顯示模塊方案一 LED顯示LED就是light emitting diode ，發光二極管的英文縮寫，簡稱LED。它是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED顯示器結構：基本的半導體數碼管是由七個條狀發光二極管芯片排列而成的?？蓪崿F09的顯示。其具體結構有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數字式”等LED顯示器與顯示方式:LED顯示塊是由發光二極管顯示字段的顯示器件。通常使用的是七段LED。

29、這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極LED顯示塊的發光二極管陰極共地。當某個發光二極管的陽極為高電平時，發光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發光二極管陽極并接。在設計中使用LED顯示塊構成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線和8*N根段選線。根據顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態顯示與動態顯示兩種方式。我們使用的為動態顯示方式。在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極點或共陽極點分別由響應的I/O口線控制。其中兩片74LS244分別用于段信號和位

30、信號的驅動，74LS273用于段信號的鎖存，其鎖存地址為7FFFH。圖2.7 LED數碼管顯示方式方案二 LCD顯示LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱，LCD 的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。比LED要好的多，但是價錢較其貴。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子 15產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方

31、式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。發光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節已經介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應用。在單片機系統中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優點：（1）顯示質量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。（2）數字式接口：液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳

32、統顯示器要輕得多。（4）功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。液晶顯示器各種圖形的顯示原理（1）線段的顯示：點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節的8位，即每行由16字節，共16×8=128個點組成，屏上

33、64×16個顯示單元與顯示RAM區1024字節相對應，每一字節的內容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區的000H00FH的16字節的內容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。（2）字符的顯示：用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6×8或8×8點

34、陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區的8字節，還要使每字節的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內帶字符發生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼 16即可。（3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數可找出顯示

35、RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節，光標位置加1，送第二個字節，換行按列對齊，送第三個字節直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字。SMG12864G2-ZK標準中文字符型液晶顯示模塊(LCM)，采用點陣型液晶顯示器(LCD)，可顯示128X64點陣或8個X4行漢字，點尺寸為 0.48X0.48(WXH)mm，內置ST7920接口型液晶顯示控制器，內帶GB2312碼簡體中文字庫（16X16點陣），可與MCU單片機直接連 接，具有8位并行及串行的連接方式，廣泛應用于各類儀器儀表及電子設備。由于本次設計的顯示模塊需要顯示多位數字，如果采用數碼管顯示的話將會占用多個單片機I

36、/O口,使得電路變得更為復雜。所以選用液晶顯示，SMG12864G2-ZK標準中文字符型液晶顯示模塊(LCM)符合基本條件，能夠采用。2.2.7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。操作者通過鍵盤向系統發送各種指令或置入必要的數據信息。因此鍵盤模塊設計的好壞，直接關系到系統的可靠性和穩定性。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。方案一 專

37、用芯片式設計專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問題的處理，甚至還集成了顯示接口功能。列如Intel8279是一種為8位微處理器設計的比較成熟的通用鍵盤/顯示器接口芯片，其功能有：接收來自鍵盤的輸入數據，并作預處理；數據顯示的管理和數據顯示器的控制。專用鍵盤處理芯片的優點很明顯，可靠性高，口簡單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。但在很多應用場合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。方案二 矩陣式鍵盤設計矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結構，按鍵設置在行列的交點上。例如，用2×2的行列結構可構成4個鍵的鍵盤，4×4行

38、列結構可構成16個鍵的鍵盤。因此，在按鍵數量較多時，可以節省I/O口線。相對于專用芯片式可以節省成本，且更為靈活。缺點就是需要用軟件處理消抖、重鍵等 17問題?？紤]到成本方面，我們決定采用矩陣鍵盤。2.3 具體實施方案簡介根據以上設計方案，硬件部分采用51系列單片機AT89C52為控制核心部件，實現電子秤的基本控制功能。AT89C52是一款8位的內帶4K程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實現電子秤系統的各項功能時，所需的軟件量并不是很大，不需要太大的程序存儲空間，因此在對AT89C52實際設計時不需要在片外再擴展程序存儲器，這樣不僅節省了硬件資源，也優化了電路的設計。系統的硬件部分不僅包括以單

39、片機AT89C52為核心的最小系統部分，而且還包括數據采集、人機接口界面、系統電源部分。數據采集部分由壓力傳感器、信號放大處理和V/F轉換部分組成。在具體選擇傳感器時，考慮到在稱量物品時必要的精度、準確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在一定的范圍之內。另外由于秤臺的自身重量、振動和沖擊分量，以及還要避免物體超重時對傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時要保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應該比系統設計要求的要大。一般選擇滿量程時候的誤差不能大于規定量。由于傳感器的輸出信號中含有一定的干擾噪聲，所以必須要對傳感器的輸出信號進行濾波，在濾波電路的設計時利用普通小電容濾除高頻干擾，利用大的電解電容

40、濾除低頻干擾。傳感器輸出的電信號比較微弱，一般為毫伏級，必須采用適當的電路進行信號放大處理，這樣才能保證整個系統的精度和穩定性能。這時需要共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口簡單的專用儀表放大器INA126。在選擇V/F轉換器時根據系統精度的要求，選擇了具有很強抗干擾能力V/F轉換器LM331，雖然轉換速度慢，但精度高，輸入阻抗高，可自動調零，具有超量程信號，全部輸出的TTL電平信號兼容。作為電子秤，系統對V/F轉換的速度要求不高，而且LM331的轉換精度足以滿足系統的誤差要求。人機交互部分的鍵盤在系統中，可以輸入數字和已經固定的控制命令等。在這次設計中我們采用了4

41、15;4鍵盤控制。顯示用的LCD我們根據要求選用了字符點陣式液晶顯示器LCD1602，可以一次滿屏幕顯示多個個中文字符或英文字符，滿足電子秤在稱物時的購物清單顯示要求。3. 系統硬件設計3.1 基于AT89C52的主控電路3.1.1 AT89C52引腳功能VCC：電源。GND：地。P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在閃爍編程時，P0口也用來接收指令字節；在程序校驗時，輸出指令字節。程序校驗時，需要

42、外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發送“1”

43、。在使用8位地址訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在閃爍編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。RST：復位輸入。當晶振工作時，RST引腳持續2個機器周期高電平將使單片機復位。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執行內部程序指令，EA應該接Vcc。在閃爍

44、編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖3.1 AT89C52引腳圖3.1.2 復位電路單片機上電時，當振蕩器正在運行時，只要持續給出RST引腳兩個機器周期的高電平，便可完成系統復位。外部復位電路是為提供兩個機器周期以上的高電平而設計的。系統采用上電自動復位，上電瞬間電容器上的電壓不能突變，RST上的電壓是Vcc上的電壓與電容器上的電壓之差，因而RST上的電壓與Vcc上的電壓相同。隨著充電的進行，電容器上的電壓不斷上升，RST上的電壓與Vcc上的電壓相同。隨著充電的進行，電容器上的電壓不斷上升，RST

45、上的電壓就隨著下降，RST腳上只要保持10ms以上高電平，系統就會有效復位。電容C1可取1033F，R取10k，充電時間常數為10×10-6×10×103=100ms。3.1.3 晶振電路AT89C52單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端，外接石英晶體或陶瓷振蕩器以及補償電容C2、C3構成并聯諧振電路。當外接石英晶體時，電容C2、C3選30pF±10pF；當外接陶瓷振蕩器時，電容C2、C3選40pF±10pF。STC89C52系統中晶振頻率一般在1.212MHz選擇。外接電容C2、C3的大

46、小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩頻率的穩定度、起振時間及溫度穩定性。在設計電路板時，晶振和電容應靠近單片機，以便減少寄生電容，保證振蕩器穩定可靠工作。在本系統中，選擇了12MHz石英晶振，電容C1、C2為30pF。其電路圖如圖2.3。圖3.2AT89C52單片機復位、晶振電路3.2 信號放大電路3.2.1 芯片INA126簡介INA126 是精密低噪聲差分信號采集儀表放大器，內部采用兩個運放設計，使之具有非常低的靜態電流 (175 A) 和有很寬電源供電范圍 (±1. 35 ± 18V) ，可用于便攜式儀表和數據采集系統。 INA126 的增益通過外部電阻設置，增益范圍從 5

47、V/V to 10000V/V 。激光平衡輸入電路提供低偏移電壓、低溫漂偏移電壓和良好的共模抑制比。3.2.2 INA126特點及引腳說明（1）INA126 器件特點：低靜態電流： 175 A/chan寬電壓范圍： ± 1.35V to ± 18V低偏移電壓： 250 V max低溫度漂移： 3 V/ ° C max低噪聲： 35nV/ Hz低輸入偏移電流： 35nV/ HzINA126引腳圖如下圖3.3 INA126 引腳圖（2）引腳說明1、8腳：接電位器，控制放大倍數2腳： 差分輸入負端3腳： 差分輸入正端4腳： 電源輸入負端，-5V5腳： 接地端6腳： 單端

48、輸出端7腳： 電源輸入正端，+5V3.2.3 具體電路設計圖3.4 INA126 電路設計圖3.3 信號轉換電路3.3.1 芯片LM331應用一般應用于人員不能進入或不易進入的場合，通過傳感器將被測量轉換為電壓，經運算放大器放大為010V電壓信號，由LM331進行V/F變換為脈沖信號，通過長雙絞線傳輸到測量室，在測量室內通過光電耦合器轉換為幅度穩定的脈沖電壓，此脈沖電壓再經LM331進行F/V變換為電壓進行測量，從而可避免直接導線連接到測量室而造成的線路衰減或干擾，提高測量精度。3.3.2 LM331功能介紹V/F 變換和 F/V 變換采用集成塊 LM331，LM331是美國 NS 公司生產的

49、性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉換器用。LM331 采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和低到 4.0V 電源電壓下都有極高的精度。同時它動態范圍寬，可達 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 0.01，工作頻率低到0.1Hz 時尚有較好的線性；變換精度高，數字分辨率可達 12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且容易保證轉換精度。圖3.5 LM331 組成的電壓頻率變換電路LM331 內部由輸入比較器、定時比較器、RS 觸發器、輸出驅動、復零晶體管、能隙基準電路和電流開關等部分組成。輸出驅動管采用集電極開路

50、形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。 當輸入端 Vi輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使 RS 觸發器置位，輸出高電平，輸出驅動管導通，輸出端 f0 為邏輯低電平，同時電源 Vcc 也通過電阻 R2 對電容C2 充電。當電容 C2 兩端充電電壓大于 Vcc 的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使 RS 觸發器復位，輸出低電平，輸出驅動管截止，輸出端 f0為邏輯高電平，同時，復零晶體管導通，電容 C2 通過復零晶體管迅速放電；電子開關使電容 C3 對電阻 R3 放電。當電容 C3放電電壓等于輸入電壓 V

51、i 時，輸入比較器再次輸出高電平，使 RS 觸發器置位，如此反復循環，構成自激振蕩。輸出脈沖頻率 f0 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實現了電壓頻率變換18。3.3.3 具體電路設計圖3.6 LM331 電路設計圖3.4 鍵盤電路電子秤需要實現計價功能，需要配備輸入式人機接口（如鍵盤等）。電子的輸入鍵盤，必須具備0到9的數字鍵，以實現操作的方便快捷性。矩陣鍵盤工作原理:判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的

52、位置在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。圖3.7鍵盤連接3.5 顯示電路SMG12864G2-ZK標準中文字符型液晶顯示模塊(LCM)，采用點陣型液晶顯示器(LCD)，可顯示128X64點陣或8個X4行漢字，點尺寸為 0.48X0.48(WXH)mm，內置ST7920接口型液晶顯示控制器，內帶GB2312碼簡體中文字庫（16X16點陣），可與MCU單片機直接連 接，具有8位并行及串行的連接方式，廣泛應用于各類儀器儀表及電子設備。LCD12864液晶的引腳接線圖 如圖3.8表1 SMG12864G2-ZK 液晶顯示器引腳說明編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 符號 VSS VDD NCRS(CS) R/W(STD)E(SCLK) DB0 DB1 DB2 DB3 引腳說明 電源地電源正極（+5V） 懸空數據/命令選擇端 讀/寫控制信號（串行數據輸入）串行移位脈沖輸入 Data 1/0