【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 論 24 參考文獻 26 附 錄 27 致 謝 37 1 第 1 章 緒論 1. 1 稱重和衡器技術的發(fā)展 稱重作為計量的一種手段，在國計民生的各個領域被廣泛的應用。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準，并開始普及。隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械秤已越來越難以滿足人們的需求 。在電子技術飛速發(fā)展的帶動下，電子秤應運而生，極大地方便了人們的需求。 50 年代中期 ， 電子技術的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。 60 年代初期 ，機電結合式電子衡器 初步形成 ，經(jīng)過 40 多年的不斷改進與完善，我國電子衡器從最初的機電結合型發(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裝備和檢測試驗手段 也 基本達到國際 90 年代中期的水平 ， 電子衡器制造技術及應用得到了新 的 發(fā)展。 總結過去， 電子稱重技術從靜態(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；技術性能 則 趨向 于 速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；功能 則 趨向 于 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。 衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。 21世紀，電力電子技術飛速發(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，廣泛應用于大型超市、商場、物流配送中心。但是在一些偏遠地區(qū)，電子秤仍難以普及，傳統(tǒng)的杠桿機械秤仍占據(jù)著主要地位。 目前市場上使用的稱量工具，或者是結構復雜，或者運行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)正時間長，易損件多，維修困難，裝機容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高等各種因素導致需要一種有實用價值的電子秤系統(tǒng)，既能滿足日常需求 ，克服上述諸多缺點，又能很好地普及，具有十分重大的現(xiàn)實意義。 設計目的 通過所學知識和相關資料，完成基于單片機的簡易的電子秤的設計，掌握以單片機為核心的控制電路和 LCD顯示技術。并通過設計，了解電子秤的基本工作原理，將理論知識與現(xiàn)實實際問題相結合，提高自己對所學知識的應用能力。 設計要求 （ 1）有重物時 LCD顯示重量 （ 2）開機時“單價”顯示為“ P： 0” （ 3）當輸入單價時，單片機自動將單價和重量兩個數(shù)據(jù)進行乘法運算，結果顯示在“ SUM”里。 （ 4）當按下“清零”鍵時，單價自動清零，可以 重新輸入。 （ 5）當結果溢出時（即結果大于 999999），“ SUM”將顯示最后一次單價輸入前的值 3 電子秤簡介 電子秤基本結構 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 當被稱物體放置在秤體的托盤上時，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，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系 (一般成正比關系 )的電信號 (電壓或電流等 )。此信號由調(diào)理放大電路進行放大濾波后再由模 /數(shù)（ A/D）器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到 CPU 進行處理， 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)容進行必要的判斷、分析、運算。運算結果送到內(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)方案的設計 系統(tǒng)整體設計 按照本設計功能的要求，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)實模塊組成，系統(tǒng)的整體設計框圖如圖 21所示： 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 測量部分是 運用稱重傳感器去檢測壓力信號，并將得到的微弱的電信號（本設計為電壓信號）經(jīng)處理電路（本設計為調(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)過運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴展 I/O 的控制，掃描鍵盤，對整個系統(tǒng)進行控制。數(shù) 據(jù)顯示部分 根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能，如單價和總金額等 。 各模塊設計與選擇 5 控制器部分 本設計由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器 ,而且以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結合在一起，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芯片中，ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器 。而且 AT89C51是一種比較應用比較廣泛的單片機。 AT89C51單片機引腳結構圖如圖 22所示： 圖 22 AT89C51單片機引腳結構 單片機的主要特性及各引腳功能特點已經(jīng)學習過，在這里不再介紹。 傳感器模塊 6 在設計中 ,傳感器是一個十分重要的元件 ,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計的難以程度和設計性價比等等 .本設計采用應變片電橋測量電路作為傳感器模塊，由應變片電阻 R1 和另外 3 個電阻 R R R4 構成電橋。電路圖如圖 23 所示： 圖 23 應變片電橋測量原理圖 電橋輸出為： 當 R1R4=R2R3時， V0=0，電橋處于 平衡狀態(tài)。當應變片受力后，電橋差動工作， R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R+△ R,R4=R△ R,則 應變片式傳感器有如下特點： （ 1） 應用和測量范圍廣，應變片可構成各種機械量傳感器； （ 2） 分辨率和靈敏度高，精度較高； 7 （ 3） 結構小，適用性好，能應用于多種特殊 場合，頻率響應好； （ 4） 經(jīng)濟性好，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，低電平信號進行處理，才能做進一步的應用。本設計利用 TLC1078和 INA122設計的調(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： 1. 前級采用運放 兩個 TLC1078 組成并聯(lián)型差動放大器。在運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)型差動放大器構成的前級放大器和由INA122 放大器構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，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不匹配導致共模干擾轉(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，進而得到很高的共模抑制比。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 本設計采用 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，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 ，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC0832的引腳結構如圖 25所示： 圖 25 ADC0832引腳結構 ADC0832 特點 : 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 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 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 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 ADC0832 是 8 位分辨率 的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，能 適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間為 32μS ， 具 有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快 ，而 且穩(wěn)定性 能強。獨立的芯片使能輸入，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，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 鍵盤模塊 方案一：采用獨立式按鍵作為輸入模塊。這種鍵盤的硬件比較容易實現(xiàn)