畢業(yè)設計178數字電子秤課程設計.doc

目錄 第一節(jié) 緒論 3 1.1 本設計的任務和主要內容 3 1.2 基本工作原理及原理框圖 第二節(jié) 硬件 電路 的 設計 4 2.1 電阻 應變式 傳感器的選擇 4 2.2 三運 放大電路的設計 5 2.3 ADC0809 A/D 轉換器 5 2.4 LED 顯示電路的設計 7 2.5 總體工作電路 原理圖 第三 節(jié) 軟件的設計 9 第 四 節(jié) 設計總結 15 參考書籍 16 程序附圖 17 數字電子秤設計 第一節(jié) 緒論 本課程設計 的電子秤以單片機為主要部件 ， 利用全橋測量原理，通過對電路 輸出電壓和標準重量的線性關系，建立具體的數學模型，將 電壓量綱（ V）改為重量綱（ g）即成為 一臺原始電子秤。 其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種， 本設計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產生的誤差更小， 輸出的 數據更精確 。而 三運 放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數的放大，以滿足 A/D 轉換器對輸入信號電平的要求。 ADC0809 A/D 轉換的作用是把模擬信號轉變成數字信號，進行模數轉換，然后把數字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。 1.1 本設計的任務和主要內容 設計的主要內容如下 ： 1) 運用 電阻應變式傳感器 并采用全橋測量電路 2) 設計一款電子秤，用 LED 液晶顯示器顯示被稱物體的質量 3) 電路由 全橋 測量電橋 ，三運 放大電路， A/D 轉換電路， LED 顯示電路 4) 寫出詳細的實驗報告 1.2 基本工作原理及原理框圖 基本工作原理框圖 如下： 圖 1.2-1 基本工作原理框圖 電路方框圖 如下： 圖 1.2-2 電路方框圖 第 二節(jié) 硬件 的 設計 2.1 傳感器的選擇 2.1.1 電阻應變式傳感器的組成以及原理 電阻應變式 傳感器是將被測量的力，通過它產生的金屬彈性變形轉換成電阻變化的元件。由電阻應變片和測量線路兩部分組成。常用的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片，本設計中采用的是電阻絲應變片 ， 為獲得高電阻值，電阻絲排成網狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護作用。 電阻應變片也會有誤差，產生的因素很多，所以測量時我們一定要注意，其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： A. 電阻絲溫度系數引起的。 電阻應變式傳感器輸出信號 三運放大電路放大信號 顯示電路 A/D 轉換電路 傳感器 三運 放大器 ADC0809 A/D 轉換器 8031 8155 LED 顯示器 B. 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數的不同引起的。 對于因溫度變化對橋接零點和 輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應變片，也會因應變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳感器，必須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數的自動補償片，并從外部對它加以適當的補償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結構設計決定，通過線性補償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關于應變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內使用。 圖 1.2-3 應變式傳感器安裝示意圖 全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值： R1 R2 R3 R4，其變化值 R1 R2 R3 R4 時，其橋路輸出電壓 Uout KE 。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。 2.1.2 電阻應變式傳感器的測量電路 常規(guī)的電阻應變片 K 值很小，約為 2，機械應變度約為 0.000001 0.001，所以，電阻應變片的電阻變化范圍為 0.0005 0.1 歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應變傳感器中做常用的是橋式測量電路。 橋式測 量電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓 U，另一個對角線為輸出電壓 Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應盡量選擇好元件，調整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數據的誤差。 圖 1.2-4 全橋 測量電橋圖 圖 1.2-5 三運 放大電路結構圖 它由電阻應變片電阻 R1、 R2、 R3、 R4 組成測量電橋 ， R1 R2 R3 R4350，加熱絲阻值為 50左右 ， 測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 Uin 供給。 將差動放大器調零，合上電源開關，調節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數顯表顯示 0.00V。將Rw110 只 標準 砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節(jié)電位器 RW3（增益即滿量程調節(jié)）使數顯表顯示為 0.200V(2V 檔測量 )或 0.200V。拿去托盤上的所有砝碼，調節(jié)電位器 R W4（零位調節(jié)）使數顯表顯示為 0.0000V。重復 2、 3 步驟的標定過程，一直到精確為止，把電壓量綱 V 改為重量綱 g，就可以稱重。成為一臺原始的電子秤。 2.2 三運 放大電路 本次 課程 設計中， 需要 一個放大電路， 我們將采用三運 放大電路，主要的元件就是 三運 放大器。 在許多需要 用 A/D 轉換和數字采集的單片機系統(tǒng)中， 多數情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數的放大，才能滿足 A/D 轉換器對輸入信號電平的要求， 在此 情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 圖 1.2-6 三運 放大電路結構圖 2.3 ADC0809 A/D 轉換 器 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉換器、 8 路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。 2.3.1 ADC0809 的內部邏輯結構 ： 由上圖可知， ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。 2.3.2 引腳結構 ： IN0 IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0 IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉換啟動信號 ： 當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉換結束信號。當 EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。 OE 1，輸出轉換得到的數據； OE 0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。 D7 D0 為數字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線 ： 因 ADC0809 的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（）， VREF（）為參考電壓輸入。 2.3.3 ADC0809 應用說明 ： 1) ADC0809 內部帶有輸出鎖存器，可以與 8031 直接相連。 2) 初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 3) 送要轉換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 4) 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 5) 是否轉換完畢，我們根據 EOC 信號來判斷。 6) 當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。 2.4 LED 顯示 電路 設計 2.4.1 LED 顯示器結構與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是 七段 LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。 2.4.2 LED 顯示器與顯示方式 在單片機應用系統(tǒng)中使用 LED 顯示塊構成 N 位 LED 顯示器。 N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N 根段選線。根據顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮，暗。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動態(tài)顯示 LED 動態(tài)顯示方式 。 在多位 LED 顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，而共陰極點或共陽極點分別由響應的 I/O 口線控制。 圖 2.4-1LED 顯示 電路圖 2.4 總體工作電路原理圖 第 三 節(jié) 軟件 的設計 ;ADC0809 通道 IN0 地址 7FF8H ;8155 PA 口地址 7F01H ; PB 口地址 7F02H FLAG BIT 7FH ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT1 MAIN： SETB IT1 SETB EA SETB EX1 LCALL AD_SORT LCALL BCD_SORT LCALL DISLED LCALL DELAY_LO AJMP MAIN AD_SORT: MOV R0,#60H SETR FLAG MOVX DPTR,#7FF8H MOVX DPTR,A WAIT: JB FLAG,WAIT RET INT1: MOVX A,DPTR MOV R0,A CLR FLAG RET1 DLSLED: MOV R3,#01H MOV A,R3 LOOP: MOV DPTR,#7F01H MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A,R0 ADD A,#0DH MOVC A,A+PC DIR1: MOVX DPTR,A LCALL TIM2 INC R0 MOV A,R3 JB ACC.1,LOOP1 RL A MOV R3,A AJMP LOOP LOOP1: RET TIM2: MOV R7,#04H DLT1: MOV R6,#FFH DLT2: DJNZ R6,DLT2 DJNZ R7,DLT1 RET BCD_SORT: MOV A,R0 RL A MOV B,#10H DIV AB MOV R0,B INC R0 MOV R0,A RET DELAY_LO: PUSH 0 PUSH 1 PUSH 2 MOV 0,#01H; DELAY_LO1:MOV 1,#00H DELAY_LO2:MOV 2,#0B2H; DJNZ 2,$ DJNZ 1,DELAY_LO2 DJNZ 0,DELAY_LO1 POP 2 POP 1 POP 0 RET END 3、 附錄 3.1.力加載（全橋電路） -數字電子秤 采用全橋測量電路，經過三運放大電路進行信號放大， 具有精度高，性能穩(wěn)定，測量準確，使用方便等優(yōu)點。 基本原理 ： 本設計 由以下 四 部分組成： 電阻應變 傳感器、信號放大系統(tǒng)、模數轉換系統(tǒng)、顯示器。其原理圖如下所示