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：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 )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。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51 单片机MAX232上位机信

2、号放大器放大模拟信号按键调节A/D 转换数码管显示复位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：传感器：压力传感器选用MPX2200压强为 20

3、0KPa 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，输出电压为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 1000/100=200。 28=256200 。故采用8位A/D转换器。本设计可以采用ADC0809转换器。ADC0809各引脚说明：IN

4、0 IN3 ：从四个运放接四路模拟量输入。D0D7：8位数字量的输出，D0 D7分别接单片机的P10 P17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 ：位，下降沿启动A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少A/D 转换）。100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复EOC ： A/D 转换结束信号，输出端， 当 A/D 转换结束时， 此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出。三

5、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 P07 I/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，根据程序做出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0.1kg ）。因为数码管位的显示要用掉单片机的8 个 I/O

6、 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，通过串口传输到RS-232中，最后在上位机中得以显示。由于标准串

7、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出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 单电源供电。 MAX232芯片的引脚功能图如下图所示。MAX232引脚

8、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 引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 TTL/CMOS的数据后

9、，从12 引脚、 9引脚进行输出。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 电压输出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，输出信号从外接电阻采集。仿真软件为Multisin12.0 。仿真结果：输入为40mv ，输出为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