称重系统设计

1、杭州电子科技大学 设计报告 课程名称：短学期PCB电路设计 学生姓名： 学生学号： 学生班级： 专业： 实验日期： 基于51单片机的称重系统设计 设计要求： 1. 89C52单片机最小系统的构成及设计；（包括：时钟、复位、电源、单片 机、按键和显示等） 2. 在此基础上完成称重系统的设计，称重量程为 080吨，误差正负100kg A为称重系统选择合适的4个压力传感器，注意量程和误差。 B设计放大电路，以便单片机对其信号进行后续处理。 C用7段数码管或其他显示模块进行重量的显示，单位为：kg。 D根据应用场合设计扩展功能（加分选做设计部分） 电源系统 系统流程图 压力传感器采集 信号 放大器放大

2、模拟 信号 51 单片机 MAX232上位机 1丿J 按键调节 A/D转换 数码管显示 复位 一_蜂鸣器 晶振 主要设计内容和功能： 本设计研究的是一基于51单片机的称重系统，称重范围为0到80吨，承重范围较大， 可以广泛地运用于汽车过磅，货物称重，也可以用来测体重。本设计主要通过压力传感器采 集货物重量信息，产生电压信号，通过运算放大器的放大，再经过一系列的A/D转换、单片 机的处理，把货物的重量显示到数码管上。如果有需要，也可以通过串口通信模块把数据到 PC上位机中，再由计算机分析处理数据。 本设计可以通过按键来选择称重的最大量程，如果超过选择的最大量程，则会有蜂鸣器 发出警报。 方案论证

3、： 传感器： 压力传感器选用 MPX2200 压强为200KPa时对应的最大电压为 40mv，所以传感器底座面积设置为1平方米。40mv时对应的重量为 20吨。 放大器设计： 量程为80吨，最大电压对应 20吨，故需要4个放大器，由于器件及参数限制，输岀电压为4V左右，最大 输入电压40mV,故放大倍数为100倍。故电阻成100倍关系。 传感器采集的信号从 Header2端口输入。 仿真结果： 从图中可以看到增益为101倍。 A/D转换： 因为设计要求为误差 100kg,最大电压时对应重量为 20吨，20 X 1000/100=200。2A8=256200。故采用8位 A/D转换器。本设计可以

4、采用ADC0809转换器。 ADC0809各引脚说明： IN0IN3 :从四个运放接四路模拟量输入。 D0D7 : 8位数字量的输岀，D0D7分别接单片机的 P10P17端。 ADDA、ADDB、ADDC : 3位地址输入线，用于选通 8路模拟输入中的一路。 ALE :地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。 START: A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100 ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下 降沿启动A/D转换）。 EOC : A/D转换结束信号，输岀端，当A/D转换结束时，此端输岀一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE:数据输岀允许信号，输入端，高电平有效

5、。当 A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输岀三态 门，输出数字量。 CLK :时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF （ + ）、REF （-）:基准电压。 VCC :接+5V电源。 GND :接地。 按键设置： 两个按键分别接单片机的P06和P07I/O 口。当按键没有按下，I/O 口端的信号为高电平；当按键按下，I/O 口端的信号为低电平，当单片机采集到低电平信号，根据程序做岀调节量程的相关反应。 数码管显示： 因为本设计要求测量重量范围为0到80吨，且可以测量较小的重量，如体重（约为几十千克），所以对显 示的位数要求较高，故采用六个八段数码管（最小可以显示到

6、0.1kg ）。 因为数码管位的显示要用掉单片机的8个I/O 口，控制显示位又要用掉 6个I/O 口，对单片机的资源消耗较多， 为节省单片机资源可以使用一个 74LS138数据选择器，用 3个I/O 口来控制6个数码管的显示，这样就可以节 约3个I/O 口。 拓展功能： 超重报警： 当测量的重物超过设置的量程，蜂鸣器报警。 用蜂鸣器的一段接 VCC，另一端接PNP三极管的发射极，三极管的基极通过一个电阻再接单片机的一个I/O 口，三极管的集电极接地，这样就可以通过单片机I/O 口的高低电平实现对蜂鸣器的控制。 串口通信： 本设计中通讯模块的主要功能是将STC89C52单片机采集到的数据，通过串

7、口传输到 RS-232中，最后在上 位机中得以显示。 由于标准串口的电平规定是接收时电平范围在+/-3+/-15V之间，发送时电平范围在 +/-5+/-15V之间，而一 般单片机系统的工作时候的电压是+3.3V或+5V，由于单片机的电平输岀范围并不能满足一般的标准串口电平的 基本要求，所有串口端口不能直接与PC上位机的串口端相连接，若要进行连接，则必须对单片机系统的工作电 压经过电平转换。所以必须要经过MAX232芯片进行电平转换。模块图如下： MUC的串口MAX232PC机串口 本设计采用的 MAX232芯片是美国公司为电脑的RS-232标准串口专门设计的单电源电平转换芯片，使用 的是+5V

8、单电源供电。MAX232芯片的引脚功能图如下图所示。 MAX232引脚功能分为三个部分，分别为电荷泵电路部分、数据转换通道部分和供电部分。电荷泵电路部 分由电容和1、2、3、4、5、6引脚构成，其功能是给 RS232的串口两个+12V和-12V的电源。数据转换通道部 分又分成第一数据通道和第二数据通道，其中第一数据通道是由11、12、13、14引脚构成，而第二数据通道是 由7、8、9、10引脚构成，TTL/CMOS的相关数据从11引脚、10引脚输入，由芯片功能转换成为RS232数据, 再从7引脚、14弓I脚送到电脑串口插头中；随后电脑串口插头的RS232数据由13引脚、8引脚输入再转换为 TT

9、L/CMOS的数据后，从12引脚、9引脚进行输岀。供电部分由15脚和16脚组成，15引脚接地，16引脚接 +5V。 供电系统： 由于本系统中元器件所需要的最大电压为+/-12V （运算放大器 OP37AZ ），本设计采用+/-12V供电。又由 于该系统中单片机及 AD转换芯片及液晶显示器所需供电电压均为5V。电压，所以要保证系统稳定可靠的工作， 需要设计一个可以稳定提供5V电压的供电系统。可以采用三端稳压器件LM7805作为系统电源的稳压器件以保 证系统电压为稳定的直流5V电压，输入12V电压输岀5V电压，系统电源输入接口要加滤波电容以确保工作电 压稳定。 电路仿真： 此仿真为验证运放放大增益为200。用一个20mv的直流电压源代替输入信号，输岀信号从外接电阻采集。 仿真软件为Multisin12.0。 仿真结果：输入为 40mv，输岀为4.04V，约为101倍。 原理图： PCB 图： 规则检查： 规则检查时，由于封装原因，J1的两个焊盘外径132mil过大，超过了最大焊盘外径100mil，违法了规则, 通过修改焊盘规则解决。 收获与体会： 在实际设计过程中，遇到很多问题，对软件和单片机都不太熟悉，但通过互联网和查阅资料，对这单