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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-04 10:20 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 14 據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí), P0 口作為原碼輸入口,當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí), P0輸出原碼,此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口: P1口是一個(gè)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(mén)電流。 P1口管腳寫(xiě)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(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí), P1口作為第八位地址接收。 P2口: P2口為一個(gè)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(gè) TTL門(mén)電流,當(dāng) P2口被寫(xiě)“ 1”時(shí),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(shí), 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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí), P2口輸出地址的高八位。在給出 地址“ 1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí), 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口: P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口,可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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(shí)器 0外部脈沖輸入) T1(定時(shí)器 1外部脈沖輸入) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖輸出) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出) P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 15 ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),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(shí), ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí), 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(wú)效。 /PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期 兩次 /PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP:當(dāng) /EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器( 0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí), /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET;當(dāng) /EA端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成 AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn),復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化,使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)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(jiǎn)稱(chēng)晶振 )或陶瓷諧振器,就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,當(dāng)外接晶振后,就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。 當(dāng) 5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST(全稱(chēng) RESET)出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上的高 電平時(shí),單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平,單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求,復(fù)位操作通常有兩種基本形式:上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后,單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位,并且在單片機(jī)運(yùn)行期間,用開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài),其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC= 0000H,這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 16 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步,使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來(lái)控制的,此引腳與高電平相接超過(guò) 24 個(gè)振蕩周期后,51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)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(huì)執(zhí)行外部程序。 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 17 電源電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)需要,本系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)兩種不同級(jí)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(shè)計(jì)的實(shí)際要求,使系統(tǒng)穩(wěn)定工作,提高產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比,電源電路的 設(shè)計(jì)決定采用如下方案: 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 18 圖 電源電路圖 220V 的交流電經(jīng)過(guò)變壓器后輸出 15V 的電壓,經(jīng)整流濾波電路后, 通過(guò) LM7812和 LM7905 進(jìn)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(hù)裝置和 MFC 網(wǎng)絡(luò),使得系統(tǒng)獲得的電源更穩(wěn)定,效果更好,且電路短路時(shí),熔斷裝置會(huì)迅速切斷電源,保護(hù)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(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號(hào)放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路。 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計(jì) 傳 感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器 首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境,這點(diǎn)對(duì)正確 使 用傳感器至關(guān)重要,它關(guān)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(gè)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(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 傳感器 檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)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(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 19 橋具有很多優(yōu)點(diǎn),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(chēng)重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等 ,又 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`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(shè)計(jì)中選用最終方案我們選擇的是上海開(kāi)沐自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的 NSTH1 系列稱(chēng)重傳感器,額定載荷 20Kg,該 稱(chēng)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(hào)很小,是 mV 級(jí)的電壓信號(hào),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(shè)計(jì)過(guò)程中,增加了由普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器增益調(diào)節(jié)電阻 Rg 選用 10K 電阻,是為了滿(mǎn)足系統(tǒng)抗干擾的要求而設(shè)計(jì)。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(gè)電阻應(yīng)變片式稱(chēng)重傳感器,將電阻應(yīng)變片貼在金屬的彈性體(即力敏感器)上,并連接成一差動(dòng)全橋電路。 電阻應(yīng)變片實(shí)心軸沿軸向線(xiàn)應(yīng)變?yōu)椋? lll ??? ( 31) 實(shí)心軸沿圓周向線(xiàn)應(yīng)變?yōu)椋? rrr ??? ( 32) 金屬材料的電阻相對(duì)變化公式為: ? ?? ? ???? KERdRRR ?????? 21 (33) 基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 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(yīng)變片,則其輸出為 FhEb lkUkUU 200 6?? ? (35) SP20CG501 的輸出電壓為 15V相應(yīng)壓力為 150KPa。供電電流變動(dòng)會(huì)直接影響傳感器的輸出電壓,因此希望電流變動(dòng)要小。此外,增大或減小驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)整輸出電壓,但電流過(guò)小,輸出電壓 降低同時(shí)抗噪聲能力減弱;電流過(guò)大,會(huì)使傳感器發(fā)熱等,將對(duì)傳感器特性影響加大。因此在電路中使用 1mA的驅(qū)動(dòng)電流。即使用的電流為 1mA 左右。電路中,采用通用運(yùn)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(zhǔn)電壓,作為運(yùn)放 A1輸入電壓,并供給 1mA 的電流。傳感器的驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)基準(zhǔn)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(bǔ)償電阻,阻值選擇 500k? ? 。輸入 采用高輸入阻抗的差動(dòng)輸入方式,再有差動(dòng)放大器電路進(jìn)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(shí),壓力為 0KPa 時(shí)輸出電壓為 1V,調(diào)整 RP1,當(dāng)壓力為達(dá)到 20Kg 的力時(shí),輸出電壓為 5V即可。 而有式 (35)得 三運(yùn)放放大電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系式為: ? ?2112340 21 UURRRRU ????????? ??? (36) 通過(guò)上式可以看出,放大系數(shù)為 ???????? ??? 1234 21 RRRRK (37) 代入數(shù)值可以計(jì)算出,其放大系數(shù)在 70~ 150之間,完全符合設(shè)計(jì)要求。 有 (36)可以得到電橋輸入電壓 U0與被測(cè)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(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 21 A/D 轉(zhuǎn)換芯片與 AT89C51 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)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(gè) 8通道多路開(kāi)關(guān),它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào),只選通8路模擬輸入信號(hào)
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