畢業(yè)設(shè)計27浙江師范大學電子秤的設(shè)計.doc

1 數(shù)理與信息工程學院 單片機原理及應用期末課程設(shè)計 題 目： 電子秤的設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電信 041 班 姓 名： 黃偉東 學 號： 04610115 指導老師： 余 水 寶 成 績： 10 格式不規(guī)范 ,自己的東西少 ( 2007.1 ) 2 目錄 第一節(jié) 緒論 .3 1.1 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 3 第二節(jié) 硬件電路設(shè)計 4 2.1 傳感器的選擇 .4 2.1.1 應變式電阻傳感器的測量原理 .4 2.1.2 傳感器的分類和選擇 .4 2.2 放大電路的設(shè)計 .5 2.3 采集電路的設(shè)計 .5 2.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 .5 2.3.2 數(shù)據(jù)采樣保持器 .6 2.3.3 A/D 轉(zhuǎn)換器 6 2.4 顯示電路的設(shè)計 7 2.5 鍵盤電路的設(shè)計 8 2.6 報警電路的設(shè)計 9 第三 節(jié) 軟件的設(shè)計 .9 3.1 監(jiān)控程序的設(shè)計 .9 3.2 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計 .9 3. 2.1 數(shù)制轉(zhuǎn)換 .9 3.3 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計 .10 3.4 數(shù)據(jù)顯示子程序的設(shè)計 .11 3.5 鍵盤掃描子程序的設(shè)計 .12 3.6 報警子程序的設(shè)計 .13 第 四 節(jié) 設(shè)計總結(jié) 15 參考書籍 .16 程序附圖 17 3 電子 秤的設(shè)計 數(shù)理與信息工程學院 電信 041 班 黃偉東 指導老師 余水寶 第一節(jié) 緒論 隨著時代科技的迅猛發(fā)展，微電子學和計算機等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被 更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。 做為重量測量儀器，智能電子秤在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測量準確，測量 速度快，易于實時測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量稱，成為測量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。 本文設(shè)計的電子秤以單片機為主要部件，用匯編語言進行軟件設(shè)計，硬件則以半橋傳感器為主 ,測量 0 500g 電子秤，隨時可改變上限閾值，并達到閾值報警的功能。稱重傳感 器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達不到 A/D 轉(zhuǎn)換接收的電壓范圍。所以送 A/D 轉(zhuǎn)換之前要對其進行前端放大、整形濾波等處理。然后， A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果才能送單片機進行數(shù)據(jù)處理并顯示。其數(shù)據(jù)顯示部分采用LCD 顯示，成本低且能很好地實現(xiàn)所要求的功能。 1.1 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 設(shè)計的 主要內(nèi)容如下 （ 1） 設(shè)計一款電子秤，用 LED 液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量 （ 2） 可以設(shè)定該秤所稱的上限 （ 3） 當物體超重時，能自動報警 （ 4） 寫出詳細的實驗報告 4 第 二節(jié) 電子秤的硬件設(shè)計 2.1 傳感器的選擇 2.1.1 應變 式電阻傳感器的測量原理 。 應變式電阻傳感器的工作原理：當導體或半導體受到外力作用時，會產(chǎn)生機械變形，從而導致阻值變化。導體與半導體的電阻與電阻率及其幾何尺寸有關(guān)。當導體受外力作用時，電阻率及幾何尺寸的變化會引起電阻的變化。因此，通過測量電阻值的大小，就可以反映外界力的大小。 電阻型應變片傳感器的測量電路可采用橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個電阻均可以是應變片。 R11KR21KR31KR41K+ 6 V- 6 VDBA Cbd圖 2.1.1 橋式測量電路圖 如能恰當?shù)倪x擇個橋臂的電阻，可以消除電橋的恒定輸出，使輸 出電壓只與應變片的電阻有關(guān)。 2.1.2 傳感器的分類和選擇 應變片式電阻傳感器按其測量電路（橋式）可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。 所謂半橋，即將電橋的四臂接入四應變片。其中：一片受拉，一片受壓，另外兩應變片不受力。全橋是兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。 本方案采用半橋式傳感器。 5 2.2 放大電路的設(shè)計 傳感器輸出電壓為毫伏級，而 A/D 轉(zhuǎn)換器所能處理的電壓是 0 5V，所以必須在 A/D 轉(zhuǎn)換器前加入 一個前置差動放大電路以實現(xiàn)電壓的放大，放大倍數(shù)為 100 200 倍，使輸出電壓為 0 5V。 由于單運放在應用中要求外圍電路匹配精度高、增益調(diào)整不便、差動輸入阻抗低，故采用三運放結(jié)構(gòu)。 三運放結(jié)構(gòu)具有差動輸入阻抗高、共膜抑制比高、偏置電流低等優(yōu)點，且有良好的溫度穩(wěn)定性，低噪單端輸出和和增益調(diào)整方便，適于在傳感器電路中應用。 如圖 3-2 所示，圖中 為增益調(diào)節(jié)電阻，整個芯片僅 為外接電阻，而運放 為增益為 1 的差動輸入放大器。 圖 2.2.1 放大電路硬件原理圖 2.3 采集電路的設(shè)計 2.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是計算機，他對整個系統(tǒng)進行控制和數(shù)據(jù)處理，他由采樣 /保持器，放大器， A/D 轉(zhuǎn)換器，計算機組成。 R1 R1 R2 R2 1 2 3 4 8 7 6 5 A3 AD626 1 2 3 4 8 7 6 5 A1 AD626 1 2 3 4 8 7 6 5 A2 AD626 RG R5 0R22 R2 0R22 Ui1 Ui2 U01 U02 Uout 6 2.3.1 數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)框圖 2.3.2 數(shù)據(jù)采樣保持器 進行模數(shù)變換時，從啟動變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時間，即 A/D 轉(zhuǎn)換的孔徑時間。當輸入信號頻率較高，由于孔徑時間的存在，會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差；為了防止誤差需在中間加一個功能器件采樣 /保持器，進行有效、正確的數(shù)據(jù)采集 。 采樣 /保持器通常由保持電容器、模擬開關(guān)和運算放大器組成。其中對于低速場合可以采用繼電器作為開關(guān)以減小開關(guān)漏電流的影響；在高速場合也可以用晶體管、場效應管來作為開關(guān)。 采樣保持器的原理：如圖，當開關(guān)閉合時， V1 通過限電流電阻向電容 C 充電，在電容值合理的情況下， V0 隨 Vi 的變化而變化；當 K 斷開時，由于電容 C有一定的容量，此時輸出 V0 保持輸入信號再開斷開瞬間的電平值。 圖 2.3.2 采樣保持原理圖 在模擬信號輸入通道中，是否需要 加采樣 /保持器，取決于模擬信號的變化頻率和 A/D 轉(zhuǎn)換器的孔徑時間；對快速過程信號，當最大孔徑誤差超過允許值時，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換器前加采樣 /保持器。但如果輸入模擬量是直流量或者被測信號模擬量隨時間變化非常緩慢，采樣 /保持（ S/H）電路可以省去 。 2.3.3 A/D 轉(zhuǎn)換器 設(shè)計中 A/D 轉(zhuǎn)換器用的是 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器，它是 8 路 8 位逐次逼近式3 2 6 4 7 8 5 1 U2 AD620 3 2 6 4 7 8 5 1 U3 AD620 輸入 高阻輸入 模擬開關(guān) 輸出 C4 1u 7 轉(zhuǎn)換器，結(jié)果為 8 位二進制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時間短（一般在級），滿足題目要求的“實時采樣”，并且它的轉(zhuǎn)換精度在 0.1%上下，比較適中，適用于一般場合。 由圖 2.3.3 可見，單片 機通過讀控制線 WR 和 0809 片選線控制啟動 A/D 轉(zhuǎn)換及輸入通道地址鎖存，寫控制線 WR 與 ADC0809 片選線控制輸出允許。由于ADC0809 具有通道地址鎖存功能，通道選擇 ADD.A、 ADD.B、 ADD.C 直接接單片機的數(shù)據(jù)口。模擬電壓由 IN0 通道輸入， A/D 采樣電壓在 0 5v 之間變化。所模擬通道 IN0 地址口為 0AOOOH，但是 ADC0809 無內(nèi)置時鐘，所以 CLOCK由外部時鐘信號控制。 E O CD0- - D7D7D6D5D4D3D2D1D0D0D1D2CL KP L D2. 1 3WR （ P L D2 . 2 ）A DC 0 8 0 9 C SRD （ P L D2 . 3 ）V-V+I N0I N1I N2I N3I N4I N5I N6I N7CL K2 - 1 M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( - )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 - 58E O C7O UT P UT E NA B L E9CLO C K10V C C112 - 220G ND132 - 7142 - 6152 - 8 L S B172 - 4182 - 319I N228I N127I N026A L E22U1A DC 0 8 0 9VCC123U 2 : A4 0 0 1564U 2 : B4 0 0 150%R V 11 0 kR12 4 kR21 0 k12U 3 : A4 0 6 934U 3 : B4 0 6 9C11 0 P圖 2.3.3 A/D 轉(zhuǎn)換器和單片機的接口電路 2.4 顯示電路的設(shè)計 顯示部分 可以將處理得出的信號在顯示器上顯示，讓人們直觀的看到被測體的質(zhì)量，也可以進行報警提示。 LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍時儀表到便攜式微型計算機以及一些文字處理機都廣泛利用了液晶顯示器。 本設(shè)計采用的顯示模塊是 128 64 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）?？膳c CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理 機： 8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標顯 示、畫面移位、睡眠模式等。 8 2.5 鍵盤電路的設(shè)計 利用鍵盤可選擇電子秤工作模式、設(shè)定測量上限等。鍵盤部分采用矩陣式的鍵盤，采用這種結(jié)構(gòu)的特點是把檢測線分為兩組，一組為行線，一組為列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。矩陣式的鍵盤的優(yōu)點是需要的測試線的數(shù)量少，對于一個 M N 的矩陣鍵盤與主機連接只需要 M+N 條測試線，這樣鍵盤的規(guī)模越大，矩陣時鍵盤的有點越顯著，當需要的按鍵數(shù)目大于 8 時，一般都采用矩陣式鍵盤。 RL3RL2RL1RL0X2X3X1X07 86 B3214CDEF095A掃描信號輸出端掃描信號輸出端圖 2.5.1 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)圖 2.6 報警電路的設(shè)計 報警電路是超過設(shè)定的范圍，單片機輸出信號 驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲警報，如圖 所示，當 BDLL 端為低電平時，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器報警，反之不報警，這里 設(shè)定當超過質(zhì)量的上限時通過軟件使 8031 的 P1.0 口清零，再過 P1.0 口出來的低電平信號連接到 BELL 端蜂鳴器發(fā)聲報警。 9 圖 2.6.1 報警電路 P 1 . 0 BUZ1 BUZZER Q1 2N5401 R1 2k + 5 V 10 第 三節(jié) 電子秤的軟件設(shè)計 3.1 監(jiān)控程序的設(shè)計 智能儀器的設(shè)計既要滿足設(shè)定的功能的完成如計算等功能的任務(wù)功能程序，也要有可以監(jiān)控儀器儀表正工作，保證其可靠性方面的監(jiān)控程序。整個智能 儀器的測量都是智能儀器自動完成的，所以設(shè)計一套功能完備的監(jiān)控程序是必須的也是必要的。 監(jiān)控程序的主要作用是實時的響應來自系統(tǒng)的各種信息，按信息的類別進行處理；當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能自動的采取有效的措施，消除故障，保證系統(tǒng)能夠繼續(xù)進行正常工作。 3.2 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計 數(shù)據(jù)處理子程序是整個程序的核心。主要用來調(diào)整輸入值系數(shù)，使輸出滿足量程要求。另外完成 A/D 的采樣結(jié)果從十六進制數(shù)向十進制數(shù)形式轉(zhuǎn)化。 3 2 1 系數(shù)調(diào)整 在 IN0 輸入的數(shù)最大為 5V，要求的質(zhì)量 500g 對應的是 4.8V，為十六進制向十進制轉(zhuǎn)換 方便，將系數(shù)放大 100 倍。并用小數(shù)點位置的變化體現(xiàn)這一過程。 因而系數(shù)為： 3 2 2 數(shù)制轉(zhuǎn)換 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換：在二進制數(shù)制中，每向左移一位表示數(shù)乘二倍。以每四位作為一組對數(shù)分組，當?shù)谒奈幌虻谖逦贿M位時，數(shù)由 8 變到 16，若按十進制數(shù)制規(guī)則讀數(shù)，則丟失 6，所以應進行加六調(diào)整。 DA 指令可完成這一調(diào)整。可見數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換可以通過移位的方法實現(xiàn)。 其中，移出數(shù)據(jù)的保存可以通過自乘再加進位的方法實現(xiàn)，因為乘二表示左移一位，左移后，低位進一，則需加一。否則，加零。而通過移位已將要移入的尾數(shù)保存在了進位位中，所以能實現(xiàn)。 11 圖 3.2.2 數(shù)據(jù)處理原理框圖 3.3 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集用 A/D0809 芯片來完成，主要分為啟動、讀取數(shù)據(jù)、延時等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元、繼續(xù)轉(zhuǎn)換（退出）幾個步驟。 ADC0809初始化后，就具有了將某一通道輸入的 0 5 模擬信號轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字量 00H FFH，然后再存入 8031 內(nèi)部 RAM 的指定單元中。在控制方面有所區(qū)別?？梢圆捎贸绦虿樵兎绞?，延時等待方式和中斷方式。 12 圖 3.3.1 數(shù)據(jù)采樣原理框圖 3.4 顯示子程序的設(shè)計 顯示子程序是字符 顯示，首先調(diào)用事先編好的 8279 的鍵盤顯示子程序。 調(diào)用 8279 初始化命令，然后輸出寫顯示命令。在顯示過程中一定要調(diào)用延時子程序。當輸入通道采集了一個新的過程參數(shù)，或儀表操作人員鍵入一個參數(shù)，或儀表與系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時顯示管理軟件應及時調(diào)用顯示驅(qū)動程序模塊，以更新當前的顯示數(shù)據(jù)顯示符號。 13 圖 3.4.1 顯示原理框圖 3.5 鍵盤掃描子程序的設(shè)計 如圖 3.4.1 所示：鍵盤電路設(shè)計成 4X4 矩陣式，由鍵盤編碼方式可以得出0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 各 鍵 對 應 的 鍵 值 ：0D8H,0D0H,0D1H,0D2H,0C8H,0C9H,0CAH,0C0H,0C1H,0C2H ，0C3H,0CBH,0D3H,0DBH,0DAH,0D9H 。在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應的存儲單元，再進行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。 14 圖 3.5.1 鍵盤掃描原理框圖 3.6 報警子程序的設(shè)計 由于要求要鍵盤設(shè)定閾值，所以要求有報警電路，報警電路可以有聲報警也可有光報警，將設(shè)定的閾值與實時顯示的值進行比較，如果設(shè)定值小于實時顯示的值，則將 P1.0 置為 1，將發(fā)光二極管點亮，或使蜂鳴器發(fā)出聲音。這就需要一段比較程序以及一小段置 1 清 0 程序。 15 圖 3.6.1 報警原理框圖 16 第四節(jié) 設(shè)計總結(jié) 隨著集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心 部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，越來越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息（物理量、 化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置 本次課設(shè)中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達到要求。 首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱重準確度。課設(shè)時由于傳感器發(fā)出的信號不是很穩(wěn)定，所以稱重 時誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會好的多。 其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號進行量化、采集，主要分為信號放大、采集，然后進行 A/D 轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對傳感器輸出的信號進行放大時，應選取合適的運算放大電路。最好是預先計算好應放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進行數(shù)據(jù)處理時，選取適當?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求。 17 參考文獻 1趙茂泰 .智能儀器原理及應用 .電子工業(yè)出版社， 2004： 2張毅剛 .MCS-51 單片機應用設(shè)計 .哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2003： 3賈伯年，俞樸 .傳感器技術(shù) .東南大學出版社， 2000： 4單成祥 .傳感器理論設(shè)計基礎(chǔ)及其應用 .國防工業(yè)出版社， 1999： 5李道華，李玲，朱艷 .傳感器電路分析與設(shè)計 .武漢大學出版社， 2000： 18 程序附圖 定義 中文 LCD 液晶 128X64 的地址 W_C_GLCD XDATA 0E000H W_D_GLCD XDATA 0E001H R_B_GLCD XDATA 0E002H R_D_GLCD XDATA 0E003H ;- TIMER0 DATA 30H ;延時時間的初值 TIMER1 DATA 31H ;調(diào)用延時子程序的次數(shù) DATA1 DATA 32H ;點陣顯示的變量 1 DATA2 DATA 33H ;點陣顯示的變量 2 X DATA 34H ;X 方向的位置 Y DATA 35H ;Y 方向的位置 COUNTER DATA 36H ;計數(shù)器 N DATA 37H ;行數(shù)變量 D1 DATA 38H ;點變量 1 D2 DATA 39H ;點變量 1 ADDR DATA 3AH ;起始的顯示位置 ADDR1 DATA 3BH ;起始的顯示位置臨時變量 N1 DATA 3CH ;行數(shù)的臨時變量 ;* ;* 主程序開始 ;* ORG 0000H AJMP START ORG 0030H START: CLR P1.0 SETB P1.1 MOV SP,#60H LCALL INITIAL_GLCD ; 調(diào)用 LCD 初始化 LCALL KAIJI ; 顯示開機畫面 LCALL DELAY500 LCALL DELAY500 19 LCALL DELAY500 LCALL TISHI ; 顯示主界面 LCALL INI_8279 - ；判斷是否繼續(xù) - KEY-A： MOV DPTR， #8101H MOVX A， DPTR ANL A,#07H CJNE A,#00H,LP1 SJMP KEY-A MOV DPTR,8100H MOVX A,DPTR CJNE A,0DBH,KEY-A AJMP K1 LCALL YUZHI LCAL celianjieguo LCALL CELINGJIEGUO AJMP $ 各界面顯示內(nèi)容 DHTABLE1: DB 歡迎使用 DHTABLE2: DB 半橋電子秤 DHTABLE3: DB * DHTABLE4: DB * DHTABLE5: DB * DHTABLE6: DB 設(shè)置警報上限 DHTABLE7: DB 確定 DHTABLE8: DB 請按 D 鍵 DHTABLE9: DB DHTABLE10: DB 報警上限重量 : DHTABLE11: DB . g DHTABLE12: DB 確定 (E) CELIANG1: DB 電子秤 CELIANG2: DB 重量是 : 20 CELIANG3: DB CELIANG4:DB 返回 (F) ;= ;開機界面子程序 ;= KAIJI: MOV ADDR1,#00H ; 第一行顯示 MOV N1,#08H ; 數(shù)量 8 個 MOV DPTR,#DHTABLE1 ; 需要顯示的漢字位置 CALL DHZ ; 調(diào)用漢字子序 MOV ADDR1,#10H ; 第二行顯示 MOV N1,#08H MOV DPTR,#DHTABLE2 CALL DHZ MOV ADDR1,#08H ; 第三行顯示 MOV N1,#08H MOV DPTR,#DHTABLE3 CALL DHZ MOV