基于單片機電子秤設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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。 是否加采樣 /保持器。 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。 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。 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=； 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=； 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 VF 控制的原理是產生一個震蕩頻率的電路叫做 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 LM331 LM331 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 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 ％，工作頻率低到 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。 LM331 的內部電路組成如圖所示。由輸入比較器、定時比較器、 R－ S 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 ～ 40V 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 放大到 0～ 10V 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。 控制單片機的選型 選擇單片機型號的出發點有以下幾個方面： 市場貨源 系統設計者只能在市場上 能夠提供的單片機中選擇，特別是作為產品大 批量生產的應用系統，所選的單片機型號必須有穩定、充足的貨源。 單片機性能 應根據系統的功能要求和各種單片機的性能，選擇最容易實現系統技術指標的型號，而且能達到較高的性能價格比。單片機性能包括片內硬件資源、運行速度、可靠性、指令系統功能、體積和封裝形式等方面。影響性能價格比的因素除單片機的性能價格外，還包括硬件和軟件設計的容易程度、相應的工作量大小，以及開發工具的性能價格比。 研制周期 在研制任務重、時間緊的情況下，還要考慮所選的單片機型號是否熟悉，是否能馬上著手進行 系統的設計。與研制周期有關的另一個重要因素是開發工具，性能優良的開發工具能加快系統地研制進程。 在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。再著， AT89C5 AT89S51 目前的售價比 8031 還低，市場供應也很充足。 8051 系列單片機的內部結構是各種邏輯單元及其之間的互連構成的。其主要由中央處理器（ CPU）、程序存儲器（ ROM）、數據存儲器（ RAM）、串行接口、并行 I/0 接口、定時 /計數器、中斷系統等幾大單元，以及數據總線、地址總線和控制總線組成。 AT89C51 是一種帶 4K 字節閃存可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節閃存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 MCS51 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 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 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[7]。 AT89C51 單片機特點能 與 MCS51 兼容，有 4K 字 節可編程閃爍存儲器，壽命能夠達到 1000 寫 /擦循環，數據可以保留時間長達 10 年，全靜態工作： 0Hz24MHz，三級程序存儲器鎖定， 1288 位內部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個 16 位定時器 /計數器， 5 個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路。所以 AT89C51 符合本次設計的主控芯片。 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。可實現 0～ 9 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。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信號的驅動， 74LS273 用于段信號的鎖存，其鎖存地址為 7FFFH。 圖 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 MN 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 168=128 個點組成，屏上 6416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 000H——00FH 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 68 或 88 點陣組成，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