课程设计写作论文

1、目录第一节绪论 (21.1本设计的任务和主要内容 (21.2基本工作原理及原理框图 (2第二节硬件电路的设计和方案比较 (32.1 电阻应变式传感器的选择 (42.2 三运放大电路的设计 (52.3 ADC0809 A/D转换器 (52.4 LED显示电路的设计 (72.5 单片机的选择第三节软件的设计 (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称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段,广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域,与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种,衡器是国家法定计量器具,是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易

2、不可缺少的计量设备,衡器产品技术水平的高低,将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。经过多年的发展,电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其应用性能趋向于综合性和组合性。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

3、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,经单片机AT89S52进行数据处理最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进行数据采集2将采集的数据井三运放大器放大并经模数转换器转换为数字信号3数字信号送入AT89S52单片机进行数据处理最后通过LED显示,最小显示单位为1g4写出详细的实验报告1.2基本工作原

4、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电路的设计和方案比较2.1 传感器的选择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

5、起的。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。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响,抑制干扰,补偿方便等优点,所以采用惠更斯测量电路精度高、温度特性好、工作稳定等优点,广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秤的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,其工作原理如图1.2-3所示: 图2.1-1称重传感器原理图全桥测量电路中,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

6、变化值R1=R2=R3=R4时,其桥路输出电压U out=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。应变式传感器安装示意图1.2-4所示: 图2.1-2电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成R/R,而应变电阻的变化一般都很微小,例如传感器的应变片电阻值120,灵敏系数K=2,弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000,应变电阻相对变化量为:R/R = K×= 2×1000×10-6 =0.002由式2-3可以看出电阻变化只有0.24,其电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化既难以直接精确测量,又不便直接处理。因此,必须采用转换电路,

7、把应变计的R/R变化转换成电压或电流变化,但是这个电压或电流信号很小,需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。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 2.1-3 全桥测量电桥图 图 2.1-4 三运放大电路

8、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=R4= 350,加热丝阻值为50左右,测量电桥的电源由稳压电源U in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10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2V(2V档测量或-2V。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

9、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 2.2-1 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。 图2.3-1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

10、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。 图2.3-2IN0-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

11、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。 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(+,VR

12、EF(-为参考电压输入。1ADC0809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

13、阳极并接。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2.5单片机的选择再则由于系统没有其它高标准的要求,又考虑到本设计中程序部分比较大,根据总体方案设计的分析,设计这样一个简单的的系统,可

14、以选用带EPROM的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器,这样电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用,在这里选用ATMENL生产的AT89SXX系列单片机。AT89SXX 系列与MCS-51相比有两大优势:第一,片内存储器采用闪速存储器,使程序写入更加方便;第二,提供了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳定的MCPU,具有8K×8ROM、256×8RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求最后我们最终选择了AT89S52这个比较常用的单片机来实

15、现系统的功能要求。AT89S52内部带有8KB的程序存储器,基本上已经能够满足我们的需要。AT89S52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其芯片引脚图如图2.5-1所示。 图2.5-1AT89S52引脚图2.5.3.单片机管脚说明VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚

16、第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉

17、高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S52的

18、一些特殊功能口,如下表所示:表3.1 P3.0口引脚功能表 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是AL

19、E才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。2.6总体工作电路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7F02HFLAG BIT 7FH;位地址赋值伪指令ORG 0000HAJMP MAINORG 0013HAJMP INT1MAIN:SETB IT1SETB EASETB EX1;开外部中断1LCALL AD_SORT;开始执行模数转换LCALL BCD