单片机多功能人体秤设计 第4页
传感器的驱动
传感器的驱动电路可以分为恒压和恒流两种，我们运用恒压驱动。而在CZL-672的主要技术参数中有推荐使用的电压10V，所以直接将10V电压源与传感器输入相接构成传感器的恒压驱动。
2.6 放大电路的选择
由传感器输出的信号一般为毫伏级，所以对运算放大器要求很高，因为输入信号太小A/D转换器无法进行转换，所以要通过放大电路将其信号值放大到伏级才能被A/D转换器转换成合适的数字信号，所以在此设计放大电路是非常关键。试验了以下几种方案：
方案 一 ：利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。
普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。
方案二：由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。
差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如 OP07) 做成一个差动放大器。电阻 R1、R2 和电容 C1、C2 、C3、 C4 用于滤除前级的噪声， C1 、 C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰， C3 、 C4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。
此电路要求 R3 、 R4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。
方案 三 ：采用专用仪表放大器，如： INA126，INA121等。
此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。放大器增益可调，通过改变RG的大小来改变放大器的增益。
基于实际验证和具体分析，最后决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 INA126 。
2.7 A/D转换模块
无论是选择或评价A/D转换器芯片的性能，还是分析或设计A/D转换器接口电路，都会涉及有关A/D转换器的一些主要技术参数或指标。
量化误差：量化误差是由A/D转换器有限分辨率所引起的误差。A/D转换过程实质上是量化取整过程，即用有限小的数字量表示一个在理论上变化无限小的模拟量，二者之间必然会产生误差，这种舍入误差是量化过程中的固有误差，只能减小，不可能完全消除。
分辨率：指的是输入一个数值就有一个相应的最小能识别的量化输出电压，称为量化单位或量化步长。分辨率通常用输入数字量只有最低有效位为1时的最小输出电压与输入数字有效位全为1时的对应最大输出电压之比表示。
转换精度：A/D转换器的转换精度有绝对精度和相对精度之分。绝对精度指的是转换器实际输出电压与理论值之间的误差，该误差是由于A/D转换器的增益误差、零点误差、非线性误差和噪声等因素造成的。相对精度是指满刻度已校准的情况下，对应于一个数字的模拟量与理论值之差相对于满刻度的百分比。
转换时间：又称建立时间，是描述转换器转换速度快慢的重要参数。
由上面对传感器量程和精度的综合分析，我们需设计选择的 A/D 转换器误差应在0.2kg以下 。
10位 A/D 精度： 200Kg/1024=0.2kg
12 位 A/D 精度：200Kg/4096=0.05kg
考虑到其他部分所带来的干扰 ,系统对 AD的转换速度要求并不高，精度上10位的AD无法满足要求。所以选用12位的AD芯片。双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点。最终选择了ICL7135.
3 硬件电路的设计
3.1 CPU及其外围电路
主控电路由AT89S52单片机及其时钟电路与复位电路组成。
MCS-51系列单片机是8位增强型，其主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线和具有多级识别功能的串行通讯接口（USART），规范了功能单元的SFR控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统。国内以MCS-51系列单片机应用最广，具有易于开发、使用灵活、而且体积小、抗干扰能力强、可以工作于各种恶劣的条件下和工作稳定等特点。设计本着应用性、经济性和可靠性，因此选择MCS-51系列的AT89C52单片机作为中央处理器，提供了一种灵活性高且价廉的方案。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-52指令集和输出管脚相兼容。
AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 AT80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
3.1.1 AT89C52具有以下几个特点
•AT89C52与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；
•片内有8k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；
•全静态工作,工作范围:0Hz～24MHz；
•256位内部RAM；
•32位双向输入输出线；
•3个十优位定时器/计数器；
•8个中断源,两级中断优先级；
•全双工UART串行通道；
•低功耗空闲和掉电模式；
•掉电后中断可唤醒；
•看门狗定时器；
•双数据指针；
•掉电标识符。
3.1.2 工作模式
工作模式：AT89C52有间歇和掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的,当外围器件仍然处于工作状态时,CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态,内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中断终止或通过硬件复位。
掉电模式是VCC电压低于电源下限,振荡器停止振动,CPU停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变,直到掉电模式被终止。只有VCC电压恢复到正常工作范围而且振荡器稳定振荡后,通过硬件复位掉电模式可被终止。
3.1.3 时钟电路
AT89C52单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。本设计采用内部时钟电路产生电路时钟信号，选用晶振频率为11.0592MHZ,可以计时精确，确保系统准确性。
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