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正文內(nèi)容

基于單片機的簡易電子秤的設計_畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-10-29 14:58本頁面
  

【正文】 1 1 緒論 1 1 緒論 選題的背景和意義 電子秤是日常生活中常用的稱重器材,廣泛應用于超市、大中型商 場、物流配送中心。 AT89C51。 本文以單片機 MCS51 系列的 AT89C51 集成電路為信息處理核心,提出電子秤的硬件設計方案,詳細的分析了各單元的硬件電路,給出了儀器電路設計和軟件流程,及相關電路圖、原理圖,最后介紹了系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。 電子與信息工程學院 本 科 畢 業(yè) 論 文 論文題目 簡易電子秤的設計 學生姓名 周 盼 學 號 073521029 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 073521 指導教師 鄧方雄 2020 年 5 月 摘 要 I 摘 要 隨著微電子技術的應用,市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求,為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題,在本設計中將智能化、自動化用在了電子秤系統(tǒng)中。此電子秤很大程度上滿足了應用需求,具有很大的應用前景。 關 鍵 詞 :電子秤; AT89C51;硬件設計;電路圖 湖北科技學院學士學位論文 II ABSTRACT With the application of microelectronics technology, traditional weighing tools used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to change the traditional weighing tools problems, in this design, I apply intelligent and automation to electronic scales system. This electronic scale is largely to meet the application requirements, and has great application prospects. This article take SCM MCS51 series AT89C51 integrated circuit as information processing core, Put forward the scheme of hardware design of electronic scales, a detailed analysis of the various units of the hardware circuit, gives the instrument circuit design and software flow, and the related circuit diagram, schematic diagram, finally introduced the system of hardware debugging and software debugging. KEY WORDS: Electronic scale。 Hardware design。電子秤在結構和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量工具。電子秤的設計首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。 研究現(xiàn)狀 電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展 ,而且更需向多種功能的方向發(fā)展。 、凈重顯示等特種功能。 。今后 ,隨著電子高科技的飛速發(fā)展 ,電子秤技術的發(fā)展定將日新月異。 論文主要研究內(nèi)容 本文主要是設計的內(nèi)容是簡易電子秤,它用單片機作為處理核心,信號由壓力傳感器感受后經(jīng)放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到單片機處理,同時該電子秤具有 LCD 顯示和鍵盤輸入。 湖北科技學院學士學位論文 2 2 總體方案設計 電子秤整體方案 電子秤設計的整體方案是:傳感器采集到因壓力變化產(chǎn)生的電信號,但是一般這樣產(chǎn)生的電信號很小,需要利用放大電路將其放大,放大的電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入 到微處理器中處理,微處理器處理后輸出信號控制顯示器顯示出來。 其整體設計方案 如圖 21 所示: 圖 21 電子秤整體設計方案圖 主控制器的方案 主控制器是電子秤的核心部分,它需要接受轉(zhuǎn)換后的傳感器信號,同時也能掃描接受到鍵盤的輸入信號,計算價格后控制顯示器的輸出,當超過稱重量量程時還要控制報警裝置報警。 方案一:單片機作為主控制器 [1] 單片機控 作 為主控制器 其優(yōu)點有:可以做成專用的控制系統(tǒng),程序被固化,可靠性較高,操作簡單,易于維護 , 并且 成本低 。 但 在大型 的 控制系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)各方面性能 要求很高 , 或者工作環(huán)境很惡劣, 有很強的電噪聲、電磁干擾、機械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中 , 如果利用單片機作為控制系統(tǒng),其性能會受到相應的影響 。 本文設計的簡易電子秤精度不需要很高,它需要控制器及程序被固化,并且工作放大電路 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 報警電路 主控制器 LCD 顯示 鍵盤輸入 2 總體方案 設計 3 環(huán)境適宜。 稱重傳感器的方案 稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等 8 類,我選擇應用最廣泛的電阻應變式傳感器。 這種應變片式傳感器是基于材料的電阻應變效應,電阻應變片即可單獨作為傳感器使用,又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。因此,要采用轉(zhuǎn)換電路把應變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。如圖 22 所示為常見的直流供電的平衡差動測量電橋: R 1 ▲ R 1R 2 + ▲ R 2R 4 + ▲ R 4R 3 ▲ R 3E i nE o u t 圖 22 直流供電的平衡差動測量電橋 圖中, 錯誤 !未找到引用源。 時,則電橋輸出電壓或電流為零,這時電橋處于平衡狀態(tài)。當彈性體受力變形時,應變片的 敏感柵也隨同變形,其電阻值發(fā)生相應變化,通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。 千克;考慮到與其相配置的各種電路的設計的難易程度和設計性價比,最終選擇了CZAF605[8]電阻應變式稱重傳感器 ,其稱重規(guī)模為 5kg。為此,測量電路中需要模擬放大環(huán)節(jié)。 所采用的傳感器輸出電壓振幅范圍 0~ 10mV。根據(jù)本設計的實際情況增列出了兩種方案。 差動放大器 具有高輸入阻抗,增益高的特點,可以利用普通運放 ( 如 OP07) 做成一個差動放大器,其內(nèi)部電路圖如圖 23所示。 優(yōu)點:輸入級加入射隨放大器,增大了輸入阻抗,中間級為差動放大電路,滑動變阻器 R6 可以調(diào)節(jié)輸出零點,最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù),使輸出滿足滿量程要求。 缺點:此電路要求 R R4 相等,誤差將會影響輸出精度,難度較大。 方案二:采用專用儀表放大器 [12],如: INA128, INA129 等。 2 總體方案設計 5 以 INA128 為例 ,引腳圖如 33 所示: V4IN+3IN2OUT6REF5RG1RG8+V7INA128 圖 24 INA128 引腳圖 放大器增益 G=1+50k/Rg,通過改變 Rg 的大小來改變放大器的增益。 基于以上分析,采用專用儀表放大器能跟好的滿足要求,我最終選擇了 INA128。這就需要在單片機前段加上模數(shù)轉(zhuǎn)換器,模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 現(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本方法有十幾種,常用的有計數(shù)法、逐次比較法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。 圖 34 為AD0832 雙列直插式封裝引腳圖。 由于電子秤需要設置單價(十個數(shù)字鍵),還具有確認、清零等功能,總共需設置13 個鍵(包括一個復位鍵),其中復位可以單獨拿出 來。 3 4 矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組,一組為行線,一組列線,按鍵放在行線和列線的交叉點上。 3 4 矩陣式鍵盤共可以安裝 12 個鍵,但只需要 7 條測試線。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇:一是 LED 數(shù)碼管顯示,二是 LCD 液晶。 LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器,其能夠多行顯示,并且能夠顯示漢字或英文字母,應用于電子秤中能夠 更人性化,更容易操作。 圖 27 液晶顯示器 LCD1602 2 總體方案設計 7 過載報警部分的方案 智能儀器一般都具有報警和通訊功能,報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為提醒用戶而設置。 超限報警電路是由單片機的 I/O 口來控制的,當稱重物體重量超過系統(tǒng)設計所允許的重量時,通過程序使單片機的 I/O 值為高電平,從 而三極管導通,使蜂鳴器SPEAKER 發(fā)出報警聲,同時使二極管發(fā)光。微處理器根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⒔Y果輸出到顯示器,直到顯示結果。 圖 31 硬件設計的總體思路 單片機 AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器 , 128 字節(jié) RAM, 32 個雙向 I/O 口線,兩個 16 位定時器 /計數(shù)器, 5 個 中斷 源 ,一個 全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路??臻e方式停止 CPU的工作,但允許RAM,定時 /計數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C51 的 P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口, P P2 和 P3 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,同時 P3 口還作為 AT89C51 的一些特殊功能口 [16]。 時鐘電路 AT89C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路,但要形成時鐘,必須外部附加電路。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。所以本設計中,振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 22pF[11]。只需給復位引腳 RST 加上大于 2 個機器周期的高電平就可使其復位。本設計就是用的按鍵手動復位。 電源電路 AT89C51 的電源腳分別為 20 腳 Vss 和 40 腳 Vcc(圖中已默認連接,未顯示出來)。 放大電路 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?,本設計中選湖北科技學院學士學位論文 10 用的是 CZAF605 電阻應變式稱重傳感器,因為通過其得到的電壓信號很小,為所以還需要放大器放大信號。 Rd RaRc RbVCC10K10K200pF 100pF200pF 100pFV4IN+3IN2OUT6REF5RG1RG8+V7INA128VCC1K 圖 33 傳感器與放大器的接口電路 INA128 的 2 和 3 腳為信號輸入端, 5 和 7 腳為電源引腳。通過調(diào)節(jié) Rg 的阻值可以來改變放大倍數(shù),使得輸出電壓在 A/D轉(zhuǎn)換的基準電壓要求范圍之內(nèi)。因此代入公式501 KG Rg??? , 5 0 k 1 0 0 .2499Rg ?? ? ?。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。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。 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。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 的電平可任意。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。在第 3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 [9]。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時,可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內(nèi),從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。 ADC0832 與單片機的接口電路如圖 34。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用,正因為 如此所以他不能顯示圖形 。 1602 采用標準的 16 腳接口,其中 1 和 2 腳為電源正負極, 3 腳為對比度調(diào)整端,4 腳 RS 為寄存器選擇 , 5 腳 RW為讀寫信號線 , 6 腳為使能端, 7 到 14 腳為 8 為雙向數(shù)據(jù)端。 LCD1602 與單片機的連接如圖 35。調(diào)試歡動變阻器的值可以改變 LCD 的對比度。 鍵盤電路與單片機接口電路 矩陣式鍵盤的結構與工作原理:在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時,為了減少 I/O 口的占用,
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