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正文內(nèi)容

基于單片機的電子秤設計-畢業(yè)設計(編輯修改稿)

2025-01-04 10:20 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)基于單片機的電子秤設計 14 據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時, P0 口作為原碼輸入口,當 FIASH進行校驗時, P0輸出原碼,此時 P0外部必須被拉高。 P1口: P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P1口緩沖器能接收輸 出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入, P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時, P1口作為第八位地址接收。 P2口: P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P2口緩沖器可接收,輸出 4個 TTL門電流,當 P2口被寫“ 1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時, P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時, P2口輸出地址的高八位。在給出 地址“ 1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時, P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 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。當P3口寫入“ 1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3口將輸出電流( ILL)這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89S52的一些特殊功能口,如下表所示: 表 P3口引腳 第二功能 RXD(串行口輸入) TXD(串行口輸出) INT0(外部中斷 0輸入) INT1(外部中斷 1輸入) T0(定時器 0外部脈沖輸入) T1(定時器 1外部脈沖輸入) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出) P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 基于單片機的電子秤設計 15 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖 存地址的地位字節(jié)。在 FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時, ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時, ALE只有在執(zhí)行 MOVX, MOVC指令是 ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止,置位無效。 /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期 兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP:當 /EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器( 0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時, /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET;當 /EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間,此引腳也用于施加 12V編程電源( VPP)。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 的最小系統(tǒng)電路構成 AT89C51單片機的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復位電路、電源電路及單片機構成。 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準,復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化,使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶瓷諧振器,就構成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器,當外接晶振后,就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 當 5l 系列單片機的復位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2個機器周期以上的高 電平時,單片機就執(zhí)行復位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平,單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求,復位操作通常有兩種基本形式:上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后,自動實現(xiàn)復位操作。 上電或開關復位要求電源接通后,單片機自動復位,并且在單片機運行期間,用開關操作也能使單片機復位。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài),其中包括使程序計數(shù)器 PC= 0000H,這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。 基于單片機的電子秤設計 16 系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步,使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復位是由 RESET 引腳來控制的,此引腳與高電平相接超過 24 個振蕩周期后,51單片機即進入芯片內(nèi)部復位狀態(tài),而且一直在此狀態(tài)下等待,直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后,才檢查 EA 引腳是高電平或低電平,若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼,若為低電平便會執(zhí)行外部程序。 基于單片機的電子秤設計 17 電源電路設計 根據(jù)設計需要,本系統(tǒng)中需要設計兩種不同級別的電源,即傳感器需要 +12V 的電源,而系統(tǒng)其他芯片使用的是+ 5V 電源??紤]本次設計的實際要求,使系統(tǒng)穩(wěn)定工作,提高產(chǎn)品的性價比,電源電路的 設計決定采用如下方案: 基于單片機的電子秤設計 18 圖 電源電路圖 220V 的交流電經(jīng)過變壓器后輸出 15V 的電壓,經(jīng)整流濾波電路后, 通過 LM7812和 LM7905 進行 DC/DC 變換得到+ 12V 和 +5V、 5V供器和系統(tǒng)的其他芯片使用。在變壓器的原邊加入熔斷保護裝置和 MFC 網(wǎng)絡,使得系統(tǒng)獲得的電源更穩(wěn)定,效果更好,且電路短路時,熔斷裝置會迅速切斷電源,保護其他電路元件不被損壞,供電電路如圖 所示。 數(shù)據(jù)采集部分電路設計 數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路。 傳感器和其外圍以及放大電路設計 傳 感器實際上是一種將質(zhì)量信號 轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器 首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境,這點對正確 使 用傳感器至關重要,它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個衡器的可靠性和安全性。 因此傳感器外圍電路的抗干擾能力是數(shù)據(jù)采集部分電路設計的關鍵環(huán)節(jié)。 傳感器 檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?,由于 惠斯登電基于單片機的電子秤設計 19 橋具有很多優(yōu)點,如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等 ,又 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 抵消 ,所以 在本 設計中選用最終方案我們選擇的是上海開沐自動化有限公司生產(chǎn)的 NSTH1 系列稱重傳感器,額定載荷 20Kg,該 稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 由于傳感器輸出的電壓信號很小,是 mV 級的電壓信號,因此為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力,在傳感器外圍電路的設計過程中,增加了由普通運放設計的差動放大器增益調(diào)節(jié)電阻 Rg 選用 10K 電阻,是為了滿足系統(tǒng)抗干擾的要求而設計。其電路圖如 所示。 +++A2A3A4R11 .1 KR31 0KR42 0KR31 0KR21 0KR44KR22 0KR42 0KU0R 1 71 3KR 1 61 2KR 1 51 4KR 1 25KR 1 11 2KR 1 32KR 1 41KR P 1+V12 .5 V+L M 3 24+ 10 V 圖 傳感器和其外圍電路圖 這是一個電阻應變片式稱重傳感器,將電阻應變片貼在金屬的彈性體(即力敏感器)上,并連接成一差動全橋電路。 電阻應變片實心軸沿軸向線應變?yōu)椋? lll ??? ( 31) 實心軸沿圓周向線應變?yōu)椋? rrr ??? ( 32) 金屬材料的電阻相對變化公式為: ? ?? ? ???? KERdRRR ?????? 21 (33) 基于單片機的電子秤設計 20 把 3 31代入 33可以得到其 輸出電壓為: ? ? AEFU ??? 12kU0 (34) 其中 F為壓力(即重物重量) A為受力面積 E為彈性材料的彈性模量。如果在電阻的兩側(cè)都加入應變片,則其輸出為 FhEb lkUkUU 200 6?? ? (35) SP20CG501 的輸出電壓為 15V相應壓力為 150KPa。供電電流變動會直接影響傳感器的輸出電壓,因此希望電流變動要小。此外,增大或減小驅(qū)動電流可調(diào)整輸出電壓,但電流過小,輸出電壓 降低同時抗噪聲能力減弱;電流過大,會使傳感器發(fā)熱等,將對傳感器特性影響加大。因此在電路中使用 1mA的驅(qū)動電流。即使用的電流為 1mA 左右。電路中,采用通用運算放大器 LM324,由穩(wěn)態(tài)二極管 VS 提供 的輸出電壓經(jīng)電阻 R2和 R3分壓得到基準電壓,作為運放 A1輸入電壓,并供給 1mA 的電流。傳感器的驅(qū)動電流流過基準電阻 R4,其上的壓降等于輸入電壓。 R13和 R14為失調(diào)電壓的溫度補償電阻,阻值選擇 500k? ? 。輸入 采用高輸入阻抗的差動輸入方式,再有差動放大器電路進行放大,輸出 15V 的電壓。 RP2用于調(diào)整電路輸入的靈敏度 , RP1用于失調(diào)電壓的調(diào)整,調(diào)整時,壓力為 0KPa 時輸出電壓為 1V,調(diào)整 RP1,當壓力為達到 20Kg 的力時,輸出電壓為 5V即可。 而有式 (35)得 三運放放大電路的輸出信號與輸入信號的關系式為: ? ?2112340 21 UURRRRU ????????? ??? (36) 通過上式可以看出,放大系數(shù)為 ???????? ??? 1234 21 RRRRK (37) 代入數(shù)值可以計算出,其放大系數(shù)在 70~ 150之間,完全符合設計要求。 有 (36)可以得到電橋輸入電壓 U0與被測重量 x 成正比,即 rUxKU 00 ? ( 38) 式中: rU —— 電橋的電源電壓 0K —— 傳感器系數(shù) 基于單片機的電子秤設計 21 A/D 轉(zhuǎn)換芯片與 AT89C51 單片機接口電路設計 ADC0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道, 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8通道多路開關,它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號,只選通8路模擬輸入信號
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