毕业设计178数字电子秤课程设计.doc

目录 第一节 绪论 3 1.1 本设计的任务和主要内容 3 1.2 基本工作原理及原理框图 第二节 硬件 电路 的 设计 4 2.1 电阻 应变式 传感器的选择 4 2.2 三运 放大电路的设计 5 2.3 ADC0809 A/D 转换器 5 2.4 LED 显示电路的设计 7 2.5 总体工作电路 原理图 第三 节 软件的设计 9 第 四 节 设计总结 15 参考书籍 16 程序附图 17 数字电子秤设计 第一节 绪论 本课程设计 的电子秤以单片机为主要部件 ， 利用全桥测量原理，通过对电路 输出电压和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。 其中测量电路中最主要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， 本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小， 输出的 数据更精确 。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。 ADC0809 A/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，然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。 1.1 本设计的任务和主要内容 设计的主要内容如下 ： 1) 运用 电阻应变式传感器 并采用全桥测量电路 2) 设计一款电子秤，用 LED 液晶显示器显示被称物体的质量 3) 电路由 全桥 测量电桥 ，三运 放大电路， A/D 转换电路， LED 显示电路 4) 写出详细的实验报告 1.2 基本工作原理及原理框图 基本工作原理框图 如下： 图 1.2-1 基本工作原理框图 电路方框图 如下： 图 1.2-2 电路方框图 第 二节 硬件 的 设计 2.1 传感器的选择 2.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理 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。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采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，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是： A. 电阻丝温度系数引起的。 电阻应变式传感器输出信号 三运放大电路放大信号 显示电路 A/D 转换电路 传感器 三运 放大器 ADC0809 A/D 转换器 8031 8155 LED 显示器 B. 电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。 对于因温度变化对桥接零点和 输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。 滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。 图 1.2-3 应变式传感器安装示意图 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 R1 R2 R3 R4 时，其桥路输出电压 Uout KE 。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 2.1.2 电阻应变式传感器的测量电路 常规的电阻应变片 K 值很小，约为 2，机械应变度约为 0.000001 0.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为 0.0005 0.1 欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。 桥式测 量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，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，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以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 1.2-4 全桥 测量电桥图 图 1.2-5 三运 放大电路结构图 它由电阻应变片电阻 R1、 R2、 R3、 R4 组成测量电桥 ， R1 R2 R3 R4350，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，合上电源开关，调节电桥平衡电位 RW1，使数显表显示 0.00V。将Rw110 只 标准 砝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 0.200V(2V 档测量 )或 0.200V。拿去托盘上的所有砝码，调节电位器 R W4（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，就可以称重。成为一台原始的电子秤。 2.2 三运 放大电路 本次 课程 设计中， 需要 一个放大电路， 我们将采用三运 放大电路，主要的元件就是 三运 放大器。 在许多需要 用 A/D 转换和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，必须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，就必须选择一种符合要求的放大器。 图 1.2-6 三运 放大电路结构图 2.3 ADC0809 A/D 转换 器 ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、 8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 2.3.1 ADC0809 的内部逻辑结构 ： 由上图可知， ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 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 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 2.3.2 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 0 5V，若信号太小，必须进行放大；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。 地址输入和控制线： 4 条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，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 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0 IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 C B A 选择的通道 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 数字量输出及控制线： 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为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE 1，输出转换得到的数据； OE 0，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 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ， VREF（）， VREF（）为参考电压输入。 2.3.3 ADC0809 应用说明 ： 1) ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 8031 直接相连。 2) 初始化时，使 ST 和 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 信号来判断。 6) 当 EOC 变为高电平时，这时给 OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 2.4 LED 显示 电路 设计 2.4.1 LED 显示器结构与原理 LED 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时，发光二极管点亮；共阳极 LED 显示块的发光二极管阳极并接。 2.4.2 LED 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 根位选线和 8*N 根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮，暗。 LED 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 口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的 I/O 口线控制。 图 2.4-1LED 显示 电路图 2.4 总体工作电路原理图 第 三 节 软件 的设计 ;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、 附录 3.1.力加载（全桥电路） -数字电子秤 采用全桥测量电路，经过三运放大电路进行信号放大， 具有精度高，性能稳定，测量准确，使用方便等优点。 基本原理 ： 本设计 由以下 四 部分组成： 电阻应变 传感器、信号放大系统、模数转换系统、显示器。其原理图如下所示