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1、数字电子秤设计一、设计目的2二、设计要求2三、总体设计2四、各部分硬件电路的设计34. 1传感器的选择34.2 三运放大电路的设计64.3 3ADC0809A/D转换器64.4 1.ED显示电路的设计84. 5操纵器单片机的选择9五、整体电路图135. 1总体电路图135.2程序流程图145. 3软件设计14六、设计总结1617参考书籍一、设计目的称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备,衡器产品技术水平的
2、高低，将直接影响各行各业的现代化水平与社会经济效益的提高。通过多年的进展，电子衡器总的进展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳固性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的操纵信息与非操纵信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性与组合性。本课程设计的电子秤以单片机为要紧部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压与标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最要紧的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计使用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精
3、确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADCO809A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，经单片机AT89S52进行数据处理最后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。二、设计要求设计的要紧要求如下：1）运用电阻应变式传感器并使用全桥测量电路进行数据采集2）将采集的数据井三运放大器放大并经模数转换器转换为数字信号3）数字信号送入AT89S52单片机进行数据处理最后通过LED显示，最小显示单位为Ig4）写出全面的实验报告三、总体设计基本工作原理框图如图3-1所示：图3-1基本工作
4、原理框图电路方框图如图3-2所电阻应变式传感输出信号器三运放大电路放大信号KA/D转换电路显示电路I/J/图3-2电路方框图四、各部分硬件电路的设计4.1 传感器的选择4.1.1 电阻应变式传感器的构成与原理电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片与测量线路两部分构成。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片与半导体应变片，本设计中使用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，因此测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度
5、影响电阻值变化的原因要紧是：A.电阻丝温度系数引起的。B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不一致引起的。关于因温度变化对桥接零点与输出，灵敏度的影响，即使使用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，因此对要求精度较高的传感器，务必进行温度补偿。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，因此使用惠更斯测量电路精度高、温度特性好、工作稳固等优点，广泛用于各类结构的动、静态测量及各类电子秤的一次仪表。该称重传感器要紧由弹性体、电阻应变片电缆线等构成，其工作原理如图4.IT所示：R1-R1R2+R2R4+ R4sV R3-R3EoutOEinO图4.IT称重
6、传感器原理图全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1=R2=R3=R4,其变化值AR=AR2=AR3=AR4时,其桥路输出电压Uout=KEo其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差与温度误差均得到改善。应变式传感器安装示意图4.1-2所示：应变片托盘图4.1-24.1.2电阻应变式传感器的测量电路电阻应变片构成的传感器是把机械应变转换成RR,而应变电阻的变化通常都很微小，比如传感器的应变片电阻值120Q,灵敏系数K=2,弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000,应变电阻相对变化量为：RR=K=21000106=0.002由上式能够看出电阻变化只有0.2
7、4Q,其电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，务必使用转换电路，把应变计的AR/R变化转换成电压或者电流变化，但是这个电压或者电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或者电流信号转换成能够被A/D转换芯片接收的信号。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都能够是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U,另一个对角线为输出电压Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时.，电桥输出为零，或者则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，因此电桥能够精确地测量微小的电阻变化。测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，我们在制作的过程中应尽量选择好
8、元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。图4.1-4三运放大电路结构图它由电阻应变片电阻RI、R2、R3、R4构成测量电桥,R1=R2=R3=R4=350,加热丝阻值为50。左右，测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。将差动放大器调零，合上电源开美,调节电桥平衡电位RW1,使数显表显示O.OOL将10只标准祛码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为2V（2V档测量）或者一2V。拿去托盘上的所有硅码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.0000V。重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g,就能够称重。成为一台
9、原始的电子秤。4.2三运放大电路的设计本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将使用三运放大电路，要紧的元件就是三运放大器。在许多需要用A/D转换与数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，务必通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就务必选择一种符合要求的放大器。_申_+15。LI1Ii卜RW4图4.2-1三运放大电路结构图4.3ADC0809A/D转换器ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关与微处理机兼容的操纵逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，其转换速度快、精度高。同时能够与单片机直接接
10、口。4.3.1ADC0809的内部逻辑结构：图4.3-1内部逻辑结构由上图可知，ADCO809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器与一个三态输出锁存器构成。多路开关可选通8个模拟通道，同意8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平常，才能够从三态输出锁存器取走转换完的数据。4.3.2引脚结构:1DM3DST2IN4INlTN5INOIN6AS7BSTCEOCALED3D7OED6CLKD5VCCD4VREFDOCiNDVRFF-DlD228227326425524623722821920IO1911181217
11、13161415图4.3-2引脚结构IN0-IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V,若信号太小，务必进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入与操纵线：4条ALE为地址锁存同意输入线，高电平有效。当ALE线为高电平常，地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B与C为地址输入线，用于选通INOIN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所zjsOCBA选择的通道000INO001INl010IN2011IN3100IN4
12、101IN5110IN6111IN7数字量输出及操纵线：11条ST为转换启动信号：当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EoC为转换结束信号。当EOC为高电平常，说明转换结束；否则，说明正在进行A/D转换。OE为输出同意信号，用于操纵三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=I,输出转换得到的数据；OE=O,输出数据线呈高阻状态。D7-D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线：因ADCO809的内部没有的时候钟电路，所需时钟信号务必由外界提供，通常使用频率为500KHZ,VREF(+),VREF(一)为参考电压输入。4.3.3A
13、DCO809应用说明：1)ADCo809内部带有输出锁存器，能够与8031直接相连。2)初始化时，使ST与OE信号全为低电平。3)送要转换的哪一通道的地址到A,B,C端口上。4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。5)是否转换完毕，我们根据EOC信号来推断。6)当EOC变为高电平常，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。4.4LED显示电路设计4.4.1LED显示器结构与原理1.ED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平常，发光
14、二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。4.4.2LED显示器与显示方式在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线与8*N根段选线。根据显示方式不一致，位选线与段选线的连接方法不一致。段选线操纵字符选择，位选线操纵显示位的亮，暗。1.ED显示器有静态显示与动态显示两种方式。我们使用的为动态显示LED动态显示方式。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口操纵，而共阴极点或者共阳极点分别由响应的I/O口线操纵。XTALI 4XrAL2RSTPSEN ALE 演P1.0/T2 111T2EXP1.
15、2P1.3P1.4P1.5 Pl .6 P1.7LE WRCERD8155gJdM21lhidld10l一JdiJPOQ 小DO POnADI PO.2/AD2 PO.3AD3 PO .4/AM PO.5D5 PO .6/ADe PO.7AD7P2.0/的 P28 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12P2.5/A13 P2.6/A14P2.7/A15P3.D/RXD P3.1/TXD P3.2iNlDP3.3iNTf P3.4/TD P3.51P3.6遮 P3.7/RD 图4.4TLED显示电路图4.5操纵器单片机的单片机的选择4.5.1单片机的比较：本设计由于要求务必使用单片
16、机作为系统的主操纵器,而且以单片机为主操纵器的设计,，能够容易地将计算机技术与测量操纵技术结合在一起，构成新型的只需要改变软件程序就能够更新换代的“智能化测量操纵系统:这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理与功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，能够选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。INTEL公司的8051与8751都可使用，在这里选用ATMENL生产的AT89SXX系列单片机。AT89SX
17、X系列与MCS-51相比有两大优势：第一，片内存储器使用闪速存储器，使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳固的MCPU,具有8KX8R0M、2568RAM2个16位定时计数器、4个8位I/O接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测量与操纵要求最后我们最终选择了AT89S52这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。AT89S52内部带有8KB的程序存储器，基本上已经能够满足我们的需要。4.5.2AT89S52单片机的介绍：单片机使用MCS-51系列单片机。由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMoS8位微操纵器，具有8
18、K在系统可编程FlaSh存储器。使用AtmeI公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令与引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU与在线系统可编程FIaSh,使得AT89S52为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有下列标准功能：8k字节FIaSh,256字节RAM,32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，同意RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被储存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下
19、一个中断或者硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，假如程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还能够在程序陷入死循环的时候,让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片上FlaSh同意程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器与FlaSh存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FIaSh存储器可有效地降低开发成本。其芯片引脚图如图4.5-1所示。12123INTOPlOPllP12P20P13P21P14P
20、22P15P23P16P17P24P25P26AT89S52P07PSEJSTP06TOP05TlPO4EWVPP03TXDP02RESETPOlPOORXDXlX2INTlALEP3.0214225236247825322627282933143415353136113793S39IO17191816133040图4.5-1AT89S52引脚图4. 5.3.单片机管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0:PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可汲取8TTL门流。当PI口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。Po能够用于外部程序数据存储器，它能够被定义为数据/地址的第八位。在FlASH
21、编程时，PO口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，PO输出原码,如今PO外部务必被拉高。PIO：PI口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，Pl口缓冲器能接收输出4TTL门电流。Pl口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，Pl口被外部下拉为低电平常，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程与校验时，Pl口作为第八位地址接收。P2:P2为一个内部上拉电阻的8位双向I0口,P2缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2当用于外部程序存储器或者
22、16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2输出其特殊功能寄存器的内容。P2在FLASH编程与校验时接收高八位地址信号与操纵信号。P3:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向1/0口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如下表所示：表4.1表.O口引脚功能表P3口引脚第二功能P3.ORXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）
23、P3.2INTO（外部中断O输入）P3.3INTI（外部中断1输入）P3.4TO（定时器O外部脉冲输入）P3.5Tl（定时器1外部脉冲输入）P3.6WR（外部数据存储器写脉冲输出）P3.7RD（外部数据存储器读脉冲输出）P3口同时为闪烁编程与编程校验接收一些操纵信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平常间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存同意的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平常，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或者用于定时目的。然
24、而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。如今，ALE只有在执行MoVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平常，则在此期间外部程序存储器(OoOoH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平常，此间内部
25、程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。五、整体电路图5.1总体电路图总体工作电路图如图5.1-1所示：am eg nwz PBJlAra A4 PljU6 N， PWMMXC .-X.-TH，一 .X-s-khh-5-F7flJU W.IJ P3JA0 raaA P2A2 F3JiA9 FSJiAiA P2JVU3P1Rjr PiiWP pnHT 1 , 5- , utm2 AOrZZ 2 r K3 K K.图5.IT总体工作电路图5. 2程序流程图程序流程图如图5
26、.2-1所示：图5.2T程序流程图5. 3软件设计;ADC0809通道INO地址7FF8H;8155PA口地址7F01H;PB口地址7F02HFLAGBIT7FH；位地址赋值伪指令ORG0000HAJMPMAINORG0013HAJMPINTlMAIN：SETBITlSETBEASETBEXl；开外部中断11.CALLAD_SORT；开始执行模数转换1.CALLBCD-SORT；进行数据处理1.CALLDISLED；LED显示AJMPMAINAD_S0RT:MOVRO,#60HSETBFLAGMOVXDPTR,#7FF8H；指向模拟通道INOMOVXDPTR,A；开始进行数模转换WAIT:JB
27、FLAG,WAIT；等待中断RETINTI:MOVXA,DPTR；将转换后的数字量给累加器AMOVR0,A；将转换后的数据储存CLRFLAGRETIDLSLED:MOVR3,01H;送位控信号选中最低位MOVA,R31.OOP:MOVDPTR,#7FOlH；指向PA口MOVXDPTR,AINCDPTR；指向PB口MOVA,R0MOVDPTR,DSEG;指向表首地址MOVCA,A+PC；查表DIRl:MOVXDPTR,A；送段选信号1.CALLTIM2；延时INCROMOVA,R3JBACC.1,LOOP1；推断是否显示到最高位RLAMOVR3,AAJMPLOOP1.OOPl:RETTIM2:M
28、OVR7,#04HDLTl:MOVR6,#FFHDLT2:DJNZR6,DLT2DJNZR7,DLTlRETBCD_SORT:MOVA,R0RLAMOVB,#10HDIVABMOVR0,BINCROMOVR0,A；进行数据处理RETDSEG:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH;显示段码表DB07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EHDB79H,71H,OOHEND六、设计总结单片机课程设计结束了，在设计之初并没象想象的那么简单，由于平常总是学的理论,而这次是亲手的动手操作，尽管说很累，但感受收获却特别大。此次设计的课题是电子秤的设计，由于此设计涉及到的模块较
29、多，有些模块在仿真时仿真软件中没有此种模块，而且模块与模块之间的连接也很繁琐，使设计具有一定的困难,但我通过上网与图书馆借书的方式查询资料从而解决问题。在这次的课程设计中我对常用芯片的原理有了更加深刻的懂得与领会。像AT89S52等芯片在平常学习时并没过多的涉及，通过查资料明白它与8031单片机相比具有内部程序存储器，在设计程序不是很大时不用进行程序存储器的扩展，简化了电路，同时AT89S52的功能更加强大使用方便，因此最终我们选择使用AT89S52作为本次的操纵器件。通过此次的课程设计明白了，理论与实际是有很大的差距的，有些设计在理论上是成功的，但应用的实际的环境中时需要考虑方方面面的因素，
30、因此，我们会在以后的学习中，尽可能地扩大自己的知识面，不能仅仅只局限课本，要更加刻苦地努力地去学习专业知识,充分利用图书馆与网络资源，多查多学多练，打好扎实功底，同时要多锻炼自己的动手能力，理论与实际相结合，理论明白实践，实践证明理论，为以后的更好的进展奠定一个坚实的基础。通过此次课程设计也更加坚定了我们学好后续课程与温习学过的知识还有利用课余时间拓展自己知识面的决心与多锻炼自己的实践能力的决心！相信在系里各位老师的指导下，再加上自己不懈努力，我们一定不可能辜负社会，老师，家长的期望，成为一名真真正正学有专长而又兼有广博知识的现代化的高素养人才！我觉得这不仅仅是一个设计，更重要的是一个人生的锻炼，相信我会从中走向成熟，走向自己新的目标，并为此努力！参考书籍：1张毅坤，陈善久，裘雪红.单片微型计算机原理及应用.西安：先电子科技大学，19972余成波.传感器与自动检测技术.2版.北京：高等教育出版社，2007.73贾伯年,俞朴.传感器技术IxI.东南大学出版社，20004童诗白，华成英模拟电子技术基础.4版.北京：北京高等教育出社,2006
