數(shù)字電子秤課程設(shè)計[文檔在線提供]

1、目錄第一節(jié)緒論 (31.1本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 (31.2基本工作原理及原理框圖第二節(jié)硬件電路的設(shè)計 (42.1 電阻應(yīng)變式傳感器的選擇 (42.2 三運放大電路的設(shè)計 (52.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器 (52.4 LED顯示電路的設(shè)計 (72.5 總體工作電路原理圖.第三節(jié)軟件的設(shè)計 (9第四節(jié)設(shè)計總結(jié) (15參考書籍 (16程序附圖 (17摘要現(xiàn)代社會的發(fā)展對其稱重技術(shù)提出了更高的要求。目前,臺式電了秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍,但存在較大的局限性:體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場所受到制約。但是在工業(yè)測量中還沒有讓人們期待的電子秤出現(xiàn)。多年來,人們一直期

2、待測量準(zhǔn)確、價格低廉的在工業(yè)發(fā)展中起到巨大作用的電子秤投放市場。本文設(shè)計了一種電子秤,論述了儀器的工作原理,介紹了儀器的誤差來源與誤差分配,給出了儀器電路設(shè)計與軟件流程,探討了儀器的工程設(shè)計技術(shù)。針對應(yīng)變式稱重傳感器非線性影響大的問題,提出并建立了應(yīng)變式稱重傳感器的非線性影響模型與校正模型,為電子秤的低成本準(zhǔn)確稱量奠定了理論基礎(chǔ)。電子秤是主要由電源、稱重傳感器、單片機、鍵盤/開關(guān)、LED顯示器等部分構(gòu)成。主要技術(shù)指標(biāo)為:稱量范圍300kg500kg;分度值0.01kg;精度等級m級;電源5v。儀器的技術(shù)指標(biāo)參考了目前國內(nèi)市場上使用最多、國內(nèi)外產(chǎn)量最大的電子衡器的技術(shù)指標(biāo),其合理性無疑加大了產(chǎn)品

3、投放市場后的競爭能力。儀器主要功能有自檢、計價、累計、單價設(shè)定、過載報警等。目前國際化的趨勢是電子秤向小型化,模塊化,集成化,智能化,其技術(shù)性能趨向于速率高,準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性該,可靠性高等,其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的智能化電子秤。關(guān)鍵詞單片機;應(yīng)變式電阻器;放大器;濾波器AbstractThe development of the modern society has put forward higher request on weighing technology. The desk-top electronic scales have been great appli

4、cation in commercial trade, but they have many shortcomings such as large volume, high cost, AC supply power and not cove nince to carry, so they are restricted to use. The usual portable scales are lever scales which are mostly used by residents, and spring balance which measure through compression

5、 or drawing of spring. They are being rejected for their big measuring errors. People have been expecting cheap portable electronic scales which can measure accurately and be carried conveniently for many years.This thesis designs new-type portable electronic scales. It discusses the instrumental wo

6、rking principle, and introduces its error sources and how to distribute the error. And, the instrumental circuit, software-flow-chart and engineering designing technology are presented. Because capacitance weighing sensor is of bad non-linearity, the author put forward and set up a math model to rev

7、ise non-linearity, which establishes the theory basis for the instrument to measure accurately and be low-cost.The portable electronic scales consist of power, weighing sensor, microchip, keyboard/switch LED and etc. Its technical indictors include10kg maximal measuring range,10g division value, III

8、 precision, 1.5V work voltage. Its technical indictors refer to the indictors of the electri conic measuring tools of most popularity in the markets and of large output at home and board, so the instrument is strengthened the competitive power after putting on markets. It possesses many intelligentf

9、unctions, such as shelling, lack-of-power display, overload alarm, unit price enactment, accumulation computation, self-calibrating and etc. It can sleep automatically in five minutes if it is not measuring.New-type portable electronic scales can measure mass rapidly and accurately and communicate v

10、alue. Furthermore, it is small, simply structured, easy to operate and convenient to carry. The instrument is able to meet the needs of commercial trade and residents, so its application has a bright future.Key Words Portable Electronic Scales; Capacitance Weighing Sensor; Non-linearity Revision; Mi

11、crocontroller; Error distribution; Engineering Design.數(shù)字電子秤設(shè)計第一節(jié)緒論本課程設(shè)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(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系,建立具體的數(shù)學(xué)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(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種,本設(shè)計采用全橋測量電路,使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小,輸出的數(shù)據(jù)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(shù)的放大,以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換的作用是

12、把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后把數(shù)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(jié)果。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運用電阻應(yīng)變式傳感器并采用全橋測量電路2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3電路由全橋測量電橋,三運放大電路,A/D轉(zhuǎn)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(shè)計2.1 傳感器的選擇電阻應(yīng)變式傳感器是將被測量的力,通過它產(chǎn)生的金屬彈性變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測量線路兩部分

13、組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種:電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片,本設(shè)計中采用的是電阻絲應(yīng)變片,為獲得高電阻值,電阻絲排成網(wǎng)狀,并貼在絕緣的基片上,電阻絲兩端引出導(dǎo)線,線柵上面粘有覆蓋層,起保護作用。電阻應(yīng)變片也會有誤差,產(chǎn)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(shù)引起的。B.電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)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(yīng)變片,也會因應(yīng)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(dāng)溫度系數(shù)的自動補

14、償片,并從外部對它加以適當(dāng)?shù)难a償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多,一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計決定,通過線性補償,也可得到改善。滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)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(nèi)使用。 圖1.2-3應(yīng)變式傳感器安裝示意圖全橋測量電路中,將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?當(dāng)應(yīng)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U out=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。常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小,約為2,機械應(yīng)變度約為0.00

15、00010.001,所以,電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為0.00050.1歐姆。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能精確測量出很小的電阻變化,在電阻應(yīng)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(yīng)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(dāng)四個橋臂電阻達到相應(yīng)的關(guān)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(shè)計電路中是一個重要的環(huán)節(jié),我們在制作的過程中應(yīng)盡量選擇好元件,調(diào)整好測量的范圍的精確度,以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。 圖 1.2-4 全橋測量電橋圖 圖 1.2-

16、5 三運放大電路結(jié)構(gòu)圖它由電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成測量電橋,R 1=R 2=R 3=R 4=350,加熱絲阻值為50左右,測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源U in 供給。將差動放大器調(diào)零,合上電源開關(guān),調(diào)節(jié)電橋平衡電位RW1,使數(shù)顯表顯示0.00V。將10只標(biāo)準(zhǔn)砝碼全部置于傳感器的托盤上,調(diào)節(jié)電位器RW3(增益即滿量程調(diào)節(jié)使數(shù)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(diào)節(jié)電位器R W4(零位調(diào)節(jié)使數(shù)顯表顯示為0.0000V。重復(fù)2、3步驟的標(biāo)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(shè)

17、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(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中,多數(shù)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(shù)的放大,才能滿足A/D轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)圖2.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)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(zhuǎn)換器,可以和單片機直接接口。 由上圖可知,ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D 轉(zhuǎn)換器和

18、一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)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(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,當(dāng)OE端為高電平時,才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 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(zhuǎn)換過程中應(yīng)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(dāng)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(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行

19、轉(zhuǎn)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。 數(shù)字量輸出及控制線:11條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號:當(dāng)ST上跳沿時,所有內(nèi)部寄存器清零;下跳沿時,開始進行A/D轉(zhuǎn)換;在轉(zhuǎn)換期間,ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC 為高電平時,表明轉(zhuǎn)換結(jié)束;否則,表明正在進行A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù);OE=0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線:因ADC0809的內(nèi)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,

20、VREF(+,VREF(-為參考電壓輸入。1ADC0809內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換完畢,我們根據(jù)EOC信號來判斷。6當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r,這時給OE為高電平,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。2.4 LED顯示電路設(shè)計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(yīng)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(dāng)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

21、顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)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(jù)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(yīng)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(shè)計;ADC0809通道IN0地址7FF8H;8155 PA口地址7F01H;

22、PB口地址7F02HFLAG BIT 7FHORG 0000HAJMP MAINORG 0013HAJMP INT1MAIN:SETB IT1SETB EASETB EX1LCALL AD_SORTLCALL BCD_SORTLCALL DISLEDLCALL DELAY_LOAJMP MAINAD_SORT:MOV R0,#60HSETR FLAGMOVX DPTR,#7FF8HMOVX DPTR,AWAIT:JB FLAG,WAITRETINT1:MOVX A,DPTRMOV R0,ACLR FLAGRET1DLSLED:MOV R3,#01HMOV A,R3LOOP:MOV DPTR,#7F01HMOVX DPTR,AINC DPTRM