【文章內(nèi)容簡介】 83。 22 仿真程序 22 調(diào)試過程中遇到的問題 22 結(jié) 論 24 參考文獻(xiàn) 26 附 錄 27 致 謝 37 1 第 1 章 緒論 1. 1 稱重和衡器技術(shù)的發(fā)展 稱重作為計(jì)量的一種手段，在國計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。而衡器的發(fā)展水平，很大程度的影響了各行業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會的經(jīng)濟(jì)效益。人們由最初的等量交換，逐漸發(fā)展為利用簡單的秤來作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，并開始普及。隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械秤已越來越難以滿足人們的需求 。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的帶動下，電子秤應(yīng)運(yùn)而生，極大地方便了人們的需求。 50 年代中期 ， 電子技術(shù)的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。 60 年代初期 ，機(jī)電結(jié)合式電子衡器 初步形成 ，經(jīng)過 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。我國電子衡器的技術(shù)裝備和檢測試驗(yàn)手段 也 基本達(dá)到國際 90 年代中期的水平 ， 電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新 的 發(fā)展。 總結(jié)過去， 電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展 ； 計(jì)量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點(diǎn)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。通過分析 這些年 電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；技術(shù)性能 則 趨向 于 速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；功能 則 趨向 于 稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的 “ 智能化 ” 功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。 衡器是國家法定計(jì)量器具，是國計(jì)民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟(jì)效益的提高。 21世紀(jì)，電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，使得電子產(chǎn)品也變得十分豐富，給人們帶來了極 大的方便。作為人們生活中不可缺少的一部分，電子秤的發(fā)展也2 十分重要。種類豐富，功能多樣的電子秤為人們節(jié)省了時(shí)間，提高了工作效率。 選題背景和意義 電子秤是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應(yīng)用于大型超市、商場、物流配送中心。但是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，電子秤仍難以普及，傳統(tǒng)的杠桿機(jī)械秤仍占據(jù)著主要地位。 目前市場上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運(yùn)行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)正時(shí)間長，易損件多，維修困難，裝機(jī)容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高等各種因素導(dǎo)致需要一種有實(shí)用價(jià)值的電子秤系統(tǒng)，既能滿足日常需求 ，克服上述諸多缺點(diǎn)，又能很好地普及，具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。 設(shè)計(jì)目的 通過所學(xué)知識和相關(guān)資料，完成基于單片機(jī)的簡易的電子秤的設(shè)計(jì)，掌握以單片機(jī)為核心的控制電路和 LCD顯示技術(shù)。并通過設(shè)計(jì)，了解電子秤的基本工作原理，將理論知識與現(xiàn)實(shí)實(shí)際問題相結(jié)合，提高自己對所學(xué)知識的應(yīng)用能力。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）有重物時(shí) LCD顯示重量 （ 2）開機(jī)時(shí)“單價(jià)”顯示為“ P： 0” （ 3）當(dāng)輸入單價(jià)時(shí)，單片機(jī)自動將單價(jià)和重量兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行乘法運(yùn)算，結(jié)果顯示在“ SUM”里。 （ 4）當(dāng)按下“清零”鍵時(shí)，單價(jià)自動清零，可以 重新輸入。 （ 5）當(dāng)結(jié)果溢出時(shí)（即結(jié)果大于 999999），“ SUM”將顯示最后一次單價(jià)輸入前的值 3 電子秤簡介 電子秤基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)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(fù)位系統(tǒng) （ 2）稱重傳感器 （ 3）測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置 電子秤的工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的托盤上時(shí)，其重量便通過托盤傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力－電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系 (一般成正比關(guān)系 )的電信號 (電壓或電流等 )。此信號由調(diào)理放大電路進(jìn)行放大濾波后再由模 /數(shù)（ A/D）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到 CPU 進(jìn)行處理， CPU 根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由 LCD 顯示出來，再根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容進(jìn)行必要的判斷、分析、運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，并由 CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示。 4 第 2 章 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 按照本設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由：傳感器模塊、調(diào)理放大模塊， A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤模塊、現(xiàn)實(shí)模塊組成，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如圖 21所示： 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 測量部分是 運(yùn)用稱重傳感器去檢測壓力信號，并將得到的微弱的電信號（本設(shè)計(jì)為電壓信號）經(jīng)處理電路（本設(shè)計(jì)為調(diào)理放大電路）處理后，送給 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。控制器部分接受來自 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過運(yùn)算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴(kuò)展 I/O 的控制，掃描鍵盤，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù) 據(jù)顯示部分 根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能，如單價(jià)和總金額等 。 各模塊設(shè)計(jì)與選擇 5 控制器部分 本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器 ,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。本文采用的 AT89C51是 一種 帶 4K字節(jié) FLASH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 ，由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器 。而且 AT89C51是一種比較應(yīng)用比較廣泛的單片機(jī)。 AT89C51單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 22所示： 圖 22 AT89C51單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的主要特性及各引腳功能特點(diǎn)已經(jīng)學(xué)習(xí)過，在這里不再介紹。 傳感器模塊 6 在設(shè)計(jì)中 ,傳感器是一個(gè)十分重要的元件 ,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要 ,不僅要注意其量程和參數(shù) ,還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等 .本設(shè)計(jì)采用應(yīng)變片電橋測量電路作為傳感器模塊，由應(yīng)變片電阻 R1 和另外 3 個(gè)電阻 R R R4 構(gòu)成電橋。電路圖如圖 23 所示： 圖 23 應(yīng)變片電橋測量原理圖 電橋輸出為： 當(dāng) R1R4=R2R3時(shí)， V0=0，電橋處于 平衡狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)變片受力后，電橋差動工作， R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R+△ R,R4=R△ R,則 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)： （ 1） 應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可構(gòu)成各種機(jī)械量傳感器； （ 2） 分辨率和靈敏度高，精度較高； 7 （ 3） 結(jié)構(gòu)小，適用性好，能應(yīng)用于多種特殊 場合，頻率響應(yīng)好； （ 4） 經(jīng)濟(jì)性好，使用方便。 調(diào)理放大模塊 經(jīng)由傳感器敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低，經(jīng)由電橋變換后的信號也難以直接用來顯示、記錄、控制或信號轉(zhuǎn)換。因此需要對傳感器的輸出信號進(jìn)行處理，就要采用調(diào)理放大電路，對傳感器輸出的高阻抗，低電平信號進(jìn)行處理，才能做進(jìn)一步的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)利用 TLC1078和 INA122設(shè)計(jì)的調(diào)理放大電路如圖 24所示： 圖 24 調(diào)理放大模塊 本電路具有以下特點(diǎn)： 1. 前級采用運(yùn)放 兩個(gè) TLC1078 組成并聯(lián)型差動放大器。在運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。 8 2． 阻容耦合電路放在并聯(lián)型差動放大器構(gòu)成的前級放大器和由INA122 放大器構(gòu)成的后級放大器之間，這樣不僅為后級儀器放大器提高了增益，還提高了電路的共模抑制比。而且，由于前置放大器的輸出阻抗較低，又采用共模驅(qū)動技術(shù)，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不匹配導(dǎo)致共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾情況發(fā)生。 3. 后級電路采用經(jīng)濟(jì)的儀器放大器，將雙端信號轉(zhuǎn)換為單端信號輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級的儀器放大器可以做到很高的增益，進(jìn)而得到很高的共模抑制比。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 本設(shè)計(jì)采用 ADC0832模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，將放大后的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機(jī)，然后由 LCD液晶顯示器顯示出來，即為所稱物體的重量。 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體 積小，兼容性 好 ，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC0832的引腳結(jié)構(gòu)如圖 25所示： 圖 25 ADC0832引腳結(jié)構(gòu) ADC0832 特點(diǎn) : 9 8 位分辨率； 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS ； 一般功耗僅為 15mW； 8P 、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C ，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C ； 芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作 為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 ADC0832 是 8 位分辨率 的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級，能 適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS ， 具 有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快 ，而 且穩(wěn)定性 能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。10 通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 鍵盤模塊 方案一：采用獨(dú)立式按鍵作為輸入模塊。這種鍵盤的硬件比較容易實(shí)現(xiàn)