【正文】 ，使其實現(xiàn)單片機(jī)控制下的稱重顯示功能。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 共 38 頁 圖 protues 模擬仿真圖 . 硬件模塊調(diào)試 . A/D 轉(zhuǎn)換與顯示電路調(diào)試 在電路調(diào)試成功以后，根據(jù)設(shè)計好的電路進(jìn)行電路板的制作與焊接，將實際電路連接上，從而進(jìn)行硬件電路的調(diào)試，如圖 所示，將實際電信號作為電路的輸入信號，測試電路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與顯示功能，當(dāng)輸入電壓為 時，制作電路顯示為 ，當(dāng)輸入電壓為 時，制作電路顯示為 ，由此可得出，在一定的誤差允許范圍內(nèi)，實際設(shè)計出的 A/D 轉(zhuǎn)換與顯示電路硬件調(diào)試成功，各部分元器件運轉(zhuǎn)正常，可以實現(xiàn)電信號的轉(zhuǎn)換與顯示功 能。但在一定誤差允許范圍內(nèi)，可以得出稱重儀設(shè)計基本成功。初始化 START: MOV SP,60H 。ADC0808 的 START 和 ALE 端 ADD0 BIT 。 基于以上構(gòu)建的重量與輸出電壓之間的關(guān)系，系統(tǒng)中設(shè)計信號放大系統(tǒng) 的放大倍數(shù)為 2020 倍，可得出重量與顯示輸入之間的關(guān)系，即物體重量每增加 ，顯示系統(tǒng)輸入電壓變化 。因此靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試是互相補充、相輔相成的，缺少其中任何一種方法都會使查找錯誤的效率降低。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進(jìn)行譯碼。為此，在設(shè)計系統(tǒng)后， 一般都會 添加 一個 報 警部分電路 。 . ADC0809 CLK 信號產(chǎn)生電路 ADC0809 的 CLK(10 號引腳 )所需的時鐘輸入信號的典型值為 500kHz，鑒于 500kHz頻率的獲取比較復(fù)雜，采用在 89C51 的 ALE 信號的基礎(chǔ)上分頻的方法。由于現(xiàn)實材料的限制，并且出于本次設(shè)計的低精度要求。 同時 , 為了提高測力傳感器測力的靈敏度 , 還應(yīng)使貼片部位達(dá)到較高的應(yīng)力 (應(yīng)變 )水平。由于結(jié)構(gòu)簡單、價格廉價和接口容易，而得到廣泛的應(yīng)用。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收 。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)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(jī)。 EOC＝ 1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 DC0808/0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 OP07 芯片引腳圖 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 38 頁 管腳功能說明： 1 和 8 為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 為反向輸入端， 3 為正向輸入端， 4 接電源 負(fù) 端， 5空腳 6為輸出， 7接電源 正 端。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。 因此此次設(shè)計采用 電阻應(yīng)變式傳感器 作為稱重傳感器。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 38 頁 2. 稱重 儀的總體方案設(shè)計 . 稱重儀的工作原理 基于單片機(jī)設(shè)計的稱重儀是以電子元件 :稱重傳感器，放大電路 ,AD 轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，顯示電路等電路組成 。組裝 3一 30kg 電子平臺秤 ,準(zhǔn)確度可達(dá) 4000d。因此，有針對性地開發(fā)出一套有實用價值的電子稱重系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。 . 本課題的研究背景與意義 稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。隨著計量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置 ，包括 電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量工具，電子秤具有 體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低、實用價值強、維護(hù)方便等特點，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠(yuǎn)傳，易于實現(xiàn)重量顯示數(shù)字化，易于與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率 [911]。 (4)德國塞特內(nèi)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。其中數(shù)據(jù)采集模塊由 稱重 傳感器、信號的前級處理和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成，總計五個部分。 電源電路 超重報警 稱重傳感器 單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換 LED顯示 前端信號處理 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 38 頁 . 稱重儀各模塊的設(shè)計選型 . 稱重傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，已廣泛地應(yīng)用于航空、機(jī)械、電力、化工、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域中的力、壓力、力矩以及位移、加速度等參數(shù)的測量。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 38 頁 . 前級放大部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)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(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。 OP07 同時具有輸入偏置電流低（ OP07A 為177。 ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個 地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 ADC0809 內(nèi)部沒有時鐘電路，需由外部提供時鐘脈沖信號。 . 主控制器（單片機(jī)）的選型 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實用，它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)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。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 其最小系統(tǒng)的外圍電路圖如圖 所示： 圖 AT89C51 最小系統(tǒng)電路圖 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 38 頁 . 稱重傳感器 . 彈性體的分析與貼片位置的選定 在設(shè)計稱重傳感器時， 為了改善懸臂梁的特性，在提高 動態(tài) 特性的同時也增加 其 靈敏度， 通常 將梁做成各種形狀，以改變其應(yīng)力分布并增強剛度，雙 孔梁是其中有代表性的一種作為彈性體其具有良好的性能。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器一般采用全橋式等臂電橋。在設(shè)計程序時可以利用 EOC 信號來通知單片機(jī)（查詢法或中斷法）讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動 AD0809 后經(jīng)適當(dāng) 的延時再讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。 設(shè)計中， 單片機(jī)的輸出 分別通過上拉電阻與四位七段數(shù)碼管的 AG 和 DP相連，上拉電阻起分壓保護(hù)作用；單片機(jī)的 輸出引腳分別與四位七段數(shù)碼管的位選端口相連，來控制數(shù)碼管的位選。 是 圖 42 A/D 轉(zhuǎn)換子程序框圖 . 顯示子程序設(shè)計 顯示子程序主要完成對稱重信息的數(shù)字顯示功能，本設(shè)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、成本低、亮度高等優(yōu)點，再加上驅(qū)動簡單，容易利用單片機(jī)對其進(jìn)行控制和編程等特點 選用 LED 顯示。根據(jù)程序編譯、連接和運行時計算機(jī)給出的錯誤信息進(jìn)行程序調(diào)試，這是程序調(diào)試中最常用的方法，也是最初步的動態(tài)調(diào)試。實驗結(jié)果證明， 稱重傳感器 成功將物體的重量裝換成2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 29 頁 共 38 頁 相應(yīng)電壓輸出， 硬件設(shè)計成功 。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 31 頁 共 38 頁 附錄 A 程序清單 設(shè)計程序 ： OE BIT 。送字型碼表首地址 SETB ADD0 SETB ADD1 CLR ADD2 。實現(xiàn)了稱重儀的稱重與智能顯示功能，具備使用方便，直觀，測量準(zhǔn)確，成本低等特點，適應(yīng)了現(xiàn)代社會發(fā)展的需求。如下圖 與圖 所示。編完 計算機(jī)程序 ，必須送入計算機(jī)中測試。主程序的作用為程序初始化，調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而調(diào)用顯示子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，為整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的主線流程。 圖 ADC0809與 AT89C51單片機(jī)接口電路 從 ADC0809的通道 IN3輸入 0－ 5V 之間的模擬量，通過 ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成顯示出來。如下圖 所示為利用 0P07 構(gòu)成的 反饋通路，并且根據(jù)反饋通路的特點，可以設(shè)置放大倍數(shù)為 1000倍，符合稱重儀設(shè)計要求。 該理論結(jié)果與實際分析結(jié)果對應(yīng)，得出此次有限元分析的正確性。 時鐘電路：單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。所以 AT89C51 符合本次設(shè)計的主控芯片。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入 鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)它為上升沿后，將內(nèi)部寄存器清 0。采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。 能附加一些適應(yīng)特定要求的電路。 采用差動電橋可以消除非線性誤差。 圖 系統(tǒng)組成框圖 信號采集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應(yīng)用 [2023]。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子稱的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國外如美國、西歐等一些國家在 20 世紀(jì) 60年代就出現(xiàn)了 %稱 量準(zhǔn)確度的電子稱，并在 70 年代中期約對 75%的機(jī)械稱進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式改造 [13]。應(yīng)用微電子技術(shù)控制的電子式定量秤進(jìn)行測量已給化工、食品等諸多行業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 [7]。2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計說明書 基于單片機(jī)的稱重儀設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2020 年 6 月 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 基于單片機(jī)的稱重儀設(shè)計 摘要 電子稱重儀是將檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器 ，它 是科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)與人民生活必需的計量器具。手工磅秤計量，定容式轉(zhuǎn)盤計量或機(jī)械式 計量設(shè)備由于準(zhǔn)確度低、維修頻繁、通訊困難等原因已不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要 [6]。現(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。 電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。 按照本設(shè)計功能的要求，系統(tǒng)可具體分為 5 個部分組成：控制器部分、信號采集部分、報警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計總體方案框圖如圖 所示。 下圖 為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 圖 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 因此，應(yīng)變式稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片與電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由式（ ）給出 [28]： ? ?inERRRRRRRRRR RRU ??????? ??????????? 4 43 32 21 142 420 （ ） 若其中第一臂為電阻應(yīng)變片，由應(yīng)變引起的電阻變化為△ R1，當(dāng) R1=R R3=R4時，R3ΔR3 R4+ΔR4 R2+ΔR2 R1ΔR1 U0 Ein 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 38 頁 此時有電橋的 輸出 電壓： 11110211 141RRRREU in ????? （ ） 當(dāng)應(yīng)變很小時： 110 41