單片機(jī)電子稱課程設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)電子稱課程設(shè)計(jì)1單片機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：電子秤的設(shè)計(jì)專業(yè)年級(jí):08電子信息工程本科小組成員：楊婷(200800802035華娟（200800802041王尹輝（200800802048成績(jī)完成時(shí)間：20110702【設(shè)計(jì)題目】電子稱的設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)要求】(1設(shè)計(jì)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(dāng)物體超重時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警【設(shè)計(jì)過程】1 .【方案設(shè)計(jì)】在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)電子秤的方案有以下幾種:方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖1帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖比方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，

2、在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。方案二前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD顯示器。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求,可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖2LCD顯示的方案目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯

3、碼顯示出被測(cè)物體的重量0單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，而且其具有成本低，功耗低，體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜，編程復(fù)雜。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。方案三采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA為控制核心采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA為控制核心，利用EDA軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片Xilinx公司的SpartanII系列XC2S100E芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路0采用FPGA測(cè)頻測(cè)量精度高，測(cè)量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計(jì)要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)白

4、穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。從下圖中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的核心器件。具中控制器采用Xilinx公司可編程器件FPGA為核心，基于ISE軟件平臺(tái)，采用VHDL編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、LED和LCD驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘芯片的I2C通訊、鍵盤控制等模塊。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示圖2.4電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖FPGA的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時(shí)還可以提高設(shè)計(jì)的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。雖然以FPGA為核心的電子稱系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中具高集成度才能更好得以體現(xiàn)。其主要在PC機(jī)接口卡的總線接口、程控交換機(jī)的信號(hào)處理與接口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的

5、成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機(jī)床的測(cè)試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。鑒于本電子稱的設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，單片機(jī)完全能實(shí)現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，采用了第三種設(shè)計(jì)方案1.12 .【器件選擇】顯示器的選擇方案方案一:采用LED（數(shù)碼管顯示。LED（數(shù)碼管是light-emittingdiode的縮寫，它經(jīng)過合理的設(shè)置可以完成顯示被測(cè)物質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)以及可測(cè)上限值的任務(wù)，并且經(jīng)濟(jì)耐用。同時(shí)LED具有高亮度，高刷新率的優(yōu)點(diǎn)，能提供寬達(dá)160。的視角，可以在較遠(yuǎn)的距離上看清楚。但是它的顯示存在信息量少，顯示不直觀，不易理解，連線復(fù)雜等缺點(diǎn)。方案二:采用LCD（液晶屏顯示。LCD（液晶屏是LiquidCrystalD

6、isplay的縮寫，它具有字符顯示的功能，不但可以同時(shí)顯示被測(cè)物質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)以及可測(cè)上限值，還可以同時(shí)顯示相應(yīng)的控制命令、指示符號(hào)及單位等，信息量豐富且直觀易懂。另外，液晶顯示有功耗低，體積小質(zhì)量輕，壽命長(zhǎng),不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)0綜合比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)最終采用LCD1602作為顯示器。1.2AD芯片的選擇方案方案一:采用AD7810作為A/D轉(zhuǎn)換器件。AD7810是美國(guó)模擬器件公司（AnalogDevices生產(chǎn)的一種低功耗10位高速串行A/D轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有8腳DIP和SOIC兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時(shí)鐘。它的外圍接線極其簡(jiǎn)單，AD7810的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2小詠用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行

7、接口輸出和單一電源（2.7V5.5V供電。在自動(dòng)低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為1kSPS時(shí)的功耗僅為27仙W因此特點(diǎn)適合于便攜式儀表及各種電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合使用。方案二:采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器件。ADC0809是采樣分辨率為8位的、微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(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)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。綜上所述，由于考慮到8位模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)滿足本次設(shè)計(jì)要求，而且ADC0809的價(jià)格相對(duì)較低，所以本設(shè)計(jì)采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。3 .3CPU的選擇方

8、案方案一:采用傳統(tǒng)的8位的51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。AT89C52是一個(gè)低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。而且我們做的很多產(chǎn)品都是在51的基礎(chǔ)上完成，對(duì)51系列的單片機(jī)相對(duì)來說較為熟悉。方案二:采用32位的ARM2138作為系統(tǒng)控制器。ARM2138具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)空問，內(nèi)嵌32K片內(nèi)靜態(tài)RAM

9、和512K的flash存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程（ISP、在應(yīng)用可編程（IAP,2個(gè)8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換迅速準(zhǔn)確，引腳資源豐富，多達(dá)47個(gè)可承受5V電壓的通用I/O口,多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個(gè)高速I2C接口（400Kb/s、SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的SSP。但價(jià)格相對(duì)較高綜上分析，由于考慮到器件的價(jià)格、現(xiàn)有資源和對(duì)器件的掌握程度，控制器模塊選擇方案一。3.【系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)】綜合考慮本次設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)有元器件資源、元器件價(jià)格和對(duì)元器件的熟悉掌握程度，本次設(shè)計(jì)選用AT89C52作為CPU控制器，ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，L

10、CD1602作為顯示器件，再配以其他相關(guān)元器件來實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)。CPU小片機(jī)圖2-1基于單片機(jī)控制的電子秤的基本組成框圖傳感器的測(cè)量電品&選用全橋電路，由四個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)組成。無外力作用時(shí)，橋路平衡,輸出電壓為零；有外力作用時(shí)，電阻應(yīng)變計(jì)的阻值發(fā)生變化，橋路失去平衡，有相應(yīng)的電壓輸出。但是由于此電壓信號(hào)過于微弱，難以被ADC0809采集，則需經(jīng)過放大電路放大才能經(jīng)ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后送顯示器顯示。本設(shè)計(jì)還增加了鍵盤和報(bào)警電路，鍵盤的功能是調(diào)節(jié)滿量程的上限值和當(dāng)前的單價(jià)，如果被測(cè)量的物質(zhì)重量超出所設(shè)定的滿量程上限值，則蜂鳴器報(bào)警，否則顯示當(dāng)前的重量

11、、單價(jià)和相對(duì)應(yīng)的總價(jià)。1.4 4.【軟件設(shè)計(jì)主程序的設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)的流程如下圖所示，開機(jī)后先對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化，并顯示單價(jià)及上限閾值，接下去則循環(huán)采集AD數(shù)據(jù)及鍵盤程序。圖4-1主程序流程圖1.5 AD數(shù)據(jù)采集及處理子程序的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集由ADC0809芯片來完成，主要分為啟動(dòng)、讀取數(shù)據(jù)、等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、采集的數(shù)據(jù)求和、取平均（退出幾個(gè)步驟。ADC0809初始化后，就具有了將某一通道輸入的05V模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量0x000xff,然后再存入指定緩沖單元中。其轉(zhuǎn)換方式可以采用程序查詢方式，延時(shí)等待方式和中斷方式三種o本設(shè)計(jì)采用的是延時(shí)等待方式，具體程序流程圖如圖4-2所

12、示。線性符合設(shè)計(jì)要求，且每個(gè)整碼對(duì)應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)BCD碼后正好近似20,則無需具他處理。1.6 鍵盤處理程序的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，總共用到三個(gè)按鍵。按鍵0是切換鍵，按一次切換鍵進(jìn)入單價(jià)修改狀態(tài)，按兩次進(jìn)入上限閾值修改狀態(tài)，按三次進(jìn)入電子稱去皮處理狀態(tài)，再按一次則返回正常顯示狀態(tài)。按鍵1實(shí)現(xiàn)對(duì)單價(jià)或上限閾值加一的功能。按鍵2實(shí)現(xiàn)對(duì)單價(jià)或上限閾值減一的功能。每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的流程圖如下所示。圖4-3按鍵0的子程序流程圖圖4-4按鍵1的子程序流程圖（按搬2子程序）JLNVCount=17".1-k；Count=2?二7產(chǎn)"ffl.丫vY單二T量程二限TI即主程日?qǐng)D4-5按鍵2的子程序流程

13、圖1.7 【結(jié)果分析】設(shè)計(jì)結(jié)果本設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了電子稱量功能，在原始電子稱的基礎(chǔ)上還增加了單價(jià)調(diào)節(jié)、閾值報(bào)警和去皮稱重功能。利用LCD1602同時(shí)顯示當(dāng)前重量值、當(dāng)前重量所對(duì)應(yīng)的單價(jià)、總價(jià)以及可測(cè)重量的上限值，如圖5-1所示。其中“P表示當(dāng)前的單價(jià)，“MW示當(dāng)前重量值，“銖示當(dāng)前物質(zhì)的總價(jià)，“ma攵表示當(dāng)前設(shè)定的承載上限值。"P：”ma攵和以去皮稱重的調(diào)整操作如下：?jiǎn)蝺r(jià)調(diào)節(jié)功能操作：先按一下切換鍵當(dāng)液晶屏上的“P后面顯示“？時(shí),在按加一減一鍵調(diào)整價(jià)格值，調(diào)整好后在按切換鍵退出；測(cè)量上限調(diào)節(jié)功能操作：先按兩下切換鍵，當(dāng)液晶屏上的“ma攵后面顯示“？時(shí)，在按加一減一鍵調(diào)整上限值，調(diào)整好后在

14、按切換鍵退出；去皮功能操作：先按三下切換鍵，直到顯示屏上的“MT值顯示“000g”招按一下切換鍵則顯示去皮前重量值。本產(chǎn)品總體實(shí)現(xiàn)智能電子稱的功能。但是由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)不是很穩(wěn)定，所以稱重時(shí)誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會(huì)好很多。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì)算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求?！驹O(shè)計(jì)總結(jié)】1.設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題和相應(yīng)的解決方案。2.個(gè)人體會(huì)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)】1劉敏，張強(qiáng)，郝樹虹，王艷芬.稱重傳感器的選用原則A.電子科學(xué)2009,01:39.2謝惠玲.應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)動(dòng)向和發(fā)展趨勢(shì)J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，