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正文內(nèi)容

基于51單片機的電子秤設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-25 02:10 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 并行比較型ADC采用多個比較器,僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換,又稱Flash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高,n位的轉(zhuǎn)換需要2n1個比較器,因此電路規(guī)模也極大,價格也高,只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間,最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成,用兩次比較實行轉(zhuǎn)換,所以稱為 Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級型ADC,而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線型ADC,現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高,電路規(guī)模比并行型小。(4)ΣΔ調(diào)制型ΣΔ型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型,將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號,用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。(5)壓頻變換型壓頻變換型是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率,然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加,只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低,但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換。2.A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則:(1)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低,在系統(tǒng)中,A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率應比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。(2)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。不同類型的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。積分型的轉(zhuǎn)換速率低,轉(zhuǎn)換時間從幾豪秒到幾十毫秒,只能構(gòu)成低速A/D轉(zhuǎn)換器,一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。逐次逼近型屬于中速A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換時間為納秒級,用于個通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。(3)是否加采樣/保持器。(4)A/D轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。有的A/D轉(zhuǎn)換器提供兩個輸入引腳,不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。(5)A/D轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。一般A/D轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號啟動轉(zhuǎn)換,這一啟動信號可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(fā)器置位,并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標志電平,通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。(6)A/D轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。其現(xiàn)象是在正常使用時,A/D轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增,時間一長就會燒壞芯片。 單片機型號的選定1.單片機選定準則市場上的單片機型號很多,功能也有差異,在選擇單片機型號的時候主要應該注意以下幾個方面:(1)市場貨源系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)品大批量生產(chǎn)的應用系統(tǒng),所選的單片機型號必須有穩(wěn)定、充足的貨源。(2)單片機性能應根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機的性能,選擇最容易實現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)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(nèi)硬件資源、運行速度、可靠性、指令系統(tǒng)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(shè)計的容易程度、相應的工作量大小,以及開發(fā)工具的性能價格比。(3)研制周期在研制任務(wù)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(tǒng)的設(shè)計。與研制周期有關(guān)的另一個重要因素是開發(fā)工具,性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進程。2.AT89S51單片機介紹根據(jù)以上對單片機選型知識的介紹,本設(shè)計選用AT89S51單片機,下面對此型號單片機進行簡介。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機。AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機,其指令集和傳統(tǒng)的51單片機指令集是一樣的。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AT89S51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89S51具有如下特點:40個引腳,4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外,AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式??臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖31為系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)方框圖,系統(tǒng)共分為三大部分:數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊以及鍵盤和顯示模塊。各模塊所采用的主要芯片型號已于圖中有所標示。圖31 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計方框圖 單片機主控單元的設(shè)計 單片機引腳說明AT89S51單片機芯片為40個引腳,圖32為單片機AT89S51引腳圖。下面簡單敘述各引腳的功能。VCC/GND:電源/接地引腳;P0口:P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口,端口置1(對端口寫1)時作高阻抗輸入端;P0還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復用管腳,用來操作外部存儲器。在這種工作模式下,P0口具有內(nèi)部上拉作用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接收指令字節(jié)、校驗程序、輸出指令字節(jié)時,要求外接上拉電阻;P1口:P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口,輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時,內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用; 另外,、()和觸發(fā)輸入();對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接收低8位地址信息;P2口:P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口;輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時,內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用; P2口在存取外部存儲器時,可作為高位地址輸出;內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接收高8位地址和控制信息;P3口:P3是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口,輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時,內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用。P3引腳功能復用見表31所示:表31 P3口引腳功能復用串行通訊輸入(RXD)串行通訊輸出(TXD)外部中斷0( INT0)外部中斷1(INT1)定時器0輸入(T0)定時器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RDRST:在振蕩器運行時,有兩個機器周期(24個振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時,將使單片機復位。只要這個管腳保持高電平,51芯片便循環(huán)復位。復位后P0—P3口均置1,管腳表現(xiàn)為高電平,程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r,芯片為ROM的00H處開始運行程序;XTALXTAL2:XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端,XTAL2則是輸出端,使用外部振蕩器時,外部振蕩信號應直接加到XTAL1,而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時,時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻,如晶振為12MHz,時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz至24MHz內(nèi)選擇,電容取30PF左右。ALE/PROG:訪問外部存儲器時,ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié),即使不訪問外部存儲器,ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6),在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,出現(xiàn)一個ALE脈沖;PSEN:外部程序存儲器的選通信號輸出端。當AT89S51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時,每個機器周期輸出2個脈沖,即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,將不會有脈沖輸出;EA/Vpp:外部訪問允許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時,應輸入低電平。要使AT89S51只訪問外部程序存儲器(地址為0000HFFFFH), 這時該引腳必須保持低電平。圖32單片機AT89S51引腳圖 AT89S51最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)包括:單片機、晶振電路、復位電路。其中復位電路采用上電復位。其最小系統(tǒng)電路圖見圖33所示:圖33 單片機最小系統(tǒng)圖對于AT89S51單片機,其最小系統(tǒng)只需要電源、復位電路、時鐘電路就能工作。由于我們的程序存儲器(ROM)采用內(nèi)部Flash存儲單元,所以單片機上的EA接高。微處理器系統(tǒng)在開始工作時必須對微處理器內(nèi)部的寄存器等進行復位,使各個寄存器的值設(shè)為預定狀態(tài)才能順利開始工作。復位電路的好壞決定著單片機能否正常工作。復位電路基本功能是在系統(tǒng)上電時提供復位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復位信號。復位電路可以使用專用復位芯片,也可以用電阻電容搭建。本文從可靠性和成本考慮最終選用電阻電容來搭建復位電路。對于51內(nèi)核的單片機,RST是復位信號輸入端,高電平有效。當此輸入端保持兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時,可以完成復位操作。 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計 傳感器單元設(shè)計根據(jù)第二章對各種類型傳感器特性的介紹,本設(shè)計決定采用LpsⅢ型稱重傳感器,該傳感器為雙孔平衡梁形式,是制作電子計價秤的專用產(chǎn)品,也可用于制造由單只傳感器構(gòu)成的電子案秤、臺秤及專用衡器等。其主要技術(shù)指如表32所示:表32 LpsⅢ型稱重傳感器技術(shù)指標額定載荷Kg3,6,10,20,30,50靈敏度mV/V177。準確度等級C3最大分度數(shù)3000最小檢定分度值Fmax/10000綜合誤差%.重復性%.蠕變%./30min177。最小靜載荷%Fmax1最大安全載荷%Fmax150極限過載荷%Fmax200輸入電阻415~445輸出電阻349~355溫度補償范圍℃10~+50使用溫度范圍℃20~+60接線方式輸入(+):紅,輸入():白,輸出(+):綠輸出():藍,屏蔽:黃 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計根據(jù)對各種A/D轉(zhuǎn)換器的介紹與分析,本設(shè)計選定ADC0832作為本設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換模塊。下面對該芯片的情況進行簡要的介紹。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。具有體積小,兼容性強,性價比高的特點,具體參數(shù)如下:178。 8位分辨率;178。 雙通道A/D轉(zhuǎn)換;178。 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容;178。 5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間;178。 工作頻率為250KHZ,轉(zhuǎn)換時間為32uS;178。 一般功耗僅為15mW;178。 8P、14PDIP(雙列直插)、PICC多種封裝;178。 商用級芯片溫寬為0℃~70℃,工業(yè)級芯片溫寬為40℃~85℃;下面對ADC0832的引腳進行說明,圖34為該芯片的引腳圖:圖34 ADC0832引腳圖178。 :片選端,低電平芯片使能;178。 CH0:模擬輸入通道0,或作為IN+/使用;178。 CH1:模擬輸入通道1,或作為IN+/使用;178。 GND:芯片參考零點位(地);178。 DI:數(shù)據(jù)信號輸入,選擇通道控制;178。 DO:數(shù)據(jù)信號輸出,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出;178。 CLK:芯片時鐘輸入;178。 Vcc/REF:電源輸入及參考電壓輸入(復用)。ADC0832的接口電路正常情況下,ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線,分別是CS、CLK、DO、DI,但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的,所以電路設(shè)計時可以將DO與DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。單片機與ADC0832的接口電路如圖35所示。圖35 單片機與ADC0832連接圖當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平,此時芯片禁用,CLK和DO/DI的電平可以任意,當要進行A/D轉(zhuǎn)換時,須先將CS使能端置于低電平并保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作,同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖,DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。 鍵盤和顯示電路單元設(shè)計 鍵盤電路設(shè)計在本設(shè)計中,采用的是44的矩陣式鍵盤,,列線通過電阻接+5V。商品的單價已由程序設(shè)定好,并可由鍵盤選擇各種商品的價格。 顯示電路設(shè)計本設(shè)計中顯示部分采用了當今常用的LM4229液晶顯示模塊。其與單片機的接線如圖36所示,為完善其功能,電路中添加了上拉電阻。圖36 液晶顯示模塊LM4229與單片機接線圖 系統(tǒng)總體原理圖在系統(tǒng)各部分的設(shè)計完成后,把各模塊根據(jù)其功能和信號處理的流程連接起來,便得到系統(tǒng)總體設(shè)計的原理圖,如圖37所示,為簡潔起見,其中的接線部分采用網(wǎng)絡(luò)標號連接。圖37 系統(tǒng)總體原理圖 硬件抗干擾設(shè)計電子秤在使用中,常常會出現(xiàn)各種各樣的異?,F(xiàn)象,電子秤本身的質(zhì)量問題是一個方面,但更重要的方面是外界干擾和接地引起的異常。本電子稱重器的核心部件是單片機,所以我們的抗干擾措施主要是針對單片機。還用到稱重傳感器,所采用的應變式傳感器是高阻抗器件,其絕緣性能、機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等,直接影響工作特性的穩(wěn)定。因此,應變片傳感器的絕緣材料必須有很高的絕緣性能、足夠的機械強度、高形狀穩(wěn)定性及良好的抗?jié)裥阅堋O旅嬷攸c介紹單片機的抗干擾措施。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展,人們對單片機測控系統(tǒng)的各種性能要求越來越高。而系統(tǒng)的可靠性更倍受人們的關(guān)注,這是因為系統(tǒng)的可靠性決定了系統(tǒng)能否達到所需要的精度。就單片機測控系統(tǒng)來講,其主要干擾是來自電源和信號傳輸通道的干擾。電源的抗干擾措施普通用電中含有多種高次諧波,它們很容易經(jīng)電源進入單片機系統(tǒng),還有一些射頻發(fā)射、電磁波等也會由電源線感應反饋進入單片機系統(tǒng)造成干擾。因此,在電源電路中必需采取有效地濾波措施
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