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数字电子称系统设计【毕业论文说明书】,数字,电子称,系统,设计,毕业论文,说明书,仿单
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目 录摘 要 .IIAbstract.III第一章 绪论 .11.1 课题的研究背景 .11.2 主要的设计工作及思路 .1第二章 电子称原理及各个部分电路 .22.1 电子称的元器件 .22.2 电子称的工作原理 .22.3 信号采集部分的选择 .22.4 控制器 .32.5 报警电路的选择 .42.6 数据显示部分的电路选择 .42.7 键盘电路的选择 .4第三章 电子称电路的设计 .53.1 AT89C51 的最小系统电路 .53.2 数据采集电路部分的电路设计 .63.3 显示电路与单片机接口电路的设计 .73.4 报警电路的设计 .83.5 键盘电路的设计 .9第四章 系统软件的设计 .104.1 系统开发环境（平台）的介绍 .104.2 主要流程图 .104.3 仿真调试 .14第五章 结论 .16参考文献 .17附录 .18致谢 .31I数字电子称系统设计摘 要近年来，电子称取得了巨大的发展。由传统的称重工具到现在的数字化电子称，越来越方便着人们的生活。本次设计根据任务书的要求，以单片机为核心的数字电子称基本满足设计要求。本次设计主要由硬件电路和软件电路组成，硬件电路设计之后再通过程序进行软件仿真。该电子称主要由单片机为控制中心，当物体进行称重时，首先进行称重传感器和信号的模数转换，通过显示电路把物体的重量显示出来，并且结合报警电路和键盘电路，从而实现电子称的人机交换功能 2。另外，数字电子称具有测量精准，误差小，功耗低的特点，而且最主要的是能够自动称重，简单方便操作，还能直观显示数字。关键词 ：AT89C51；A/D 转换器；LCD 显示器；传感器；IIDesign of digital electronic system AbstractIn recent years, the great development is happened in electronic scale.From the traditional weighing instruments to todays digital electronic said, electronic scale has made the peoples lives more and more convenient. According to the requirements of the design, this system should be controlled by the single chip microcomputer and the design can satisfy the the demands. The design is made up of circuit of hardware and software design, through software program for simulation. The MCU（micro-controller unit) is used as the central control unit. The digital electronic scale realizes the functions of weighing which is acquired from the circuit of weighing sensor and the conversion of signal from analog to digital.it also has the function of weight display which is realized on the LCD circuit.Through the combination of alarm circuit and a keyboard circuit, so this system can realize human-computer exchange function.In addition, digital electronic scale has the characteristics of accurate measurement, small error, low power consumption, and the most important is to be able to automatically weigh, simple and convenient operation, but also intuitive display figures.KEYWORDS: AT89C51；A/D converter ；LCD Display；sensor0第一章 绪论1.1 课题的研究背景电子秤作为一种新型的称重器件，我们的生活已经越来越离不开它。和机械称相比，数字电子秤的小体积、轻重量、低价格、简单的结构、维护方便的特点，让越来越多的人使用，而且可以在各种环境工作，还可以实现称重显示的数字化以及自动化，能够简单地和互联网相连，有利于提高人们的工作效率。自从人们进入现代化生活之后，称重器的技术得到了快速发展，从以前的机械称到现在的数字电子称，电子称内部结构也从之前的机械元器件到现在的电子线路，以及原来的集成电路到现在的单片机系统，无一不都体现了电子称的飞速发展。如今电子称的制造技术也取得了巨大的发展，称重方式由之前的静态称重到现在的动态称重，尤其现在的数字电子称，都极大地方便了人们的生活。这种电子称的特点不仅能够精准的测量出物体的重量，还能根据自己的需要设置不同的单价，从而快速准确的计算出物体的总额。1.2 主要的设计工作及思路本课题的主要设计思路是：首先物体称重通过滑动变阻器来模拟不同的物体，利用压力传感器采集滑动变阻器产生的电信号，再把电信号送进模数转换器，得到的数字信号被单片机采集。最后单片机经过内部的处理后，电子称的显示器上显示出物体的重量及总额。主要设计思路如图 1.1 所示。图 1.1 设计流程图1第二章 电子称原理及各个部分电路2.1 电子称的元器件这次设计的电子称的主要的元器件有单片机、AD 转换器、传感器、放大器，显示器。工作电路包括：信号采集、A/D 数模转换、键盘、报警、显示各部分电路。2.2 电子称的工作原理称重传感器其实就是一种力的转换器，在电子秤中起到非常关键的作用。它把物体的质量转换成电信号，这样更方便数据采集。是电子秤的核心器件，称重传感器就是把非电量转换为电量的元件，非电量包括质量或者重量。称重传感器有直接位移和应变式两种类型，在数字电子称的基本电路中一般都包括采集、转换、控制和显示等模块 1。 通过电子秤把物体的重量传给称重传感器，传感器将重量转换成力和电信号，当然这个电信号和物体的重量有一定的关系，一般为函数关系。电信号然后经过 A/D 模数转换，再把数字信号送到控制器处理，这时控制器不断的扫描键盘，检测键盘上是否有数据输入，或者其他的功能开关，根据开关的状态或者输入的内容来判断。其中各种判断运算是由控制器来控制。最后存储器保存送来的运算结果，由控制器发出指令，把运算结果送到显示器中显示出来。控制器完成数据信号的处理。2.3 信号采集部分的选择信号采集这个部分主要包括称重传感器、A/D 转换电路，所以下面分别介绍称重传感器和转换电路的设计。2.3.1 传感器的原理和分类传感器常见的有压力传感器和温度传感器，顾名思义，传感器就是能感受一定的该变量的器件，而且按照一定的函数关系转换成输出信号。传感器有敏感器件和转换器件两种分类。敏感元件简单地说就是直接感受被测量的部分，而转换元件就是把被测量的量转换为电信号，可以更加方便地测量和传输 2。需要强调的是传感器是属于精密部件，需要轻拿轻放，不可以剧烈晃动，这都可能造成传感器的损坏以及精度。传感器是电子称的关键部分。按照传感器的工作方式可以分为电阻应变式、电容式、以及压电式。这三种传感器各有各的好处，我们可以根据稳定性，灵敏度等实际需要来选择不同的传感器。 4三种传感器比较如表 1 所示：2表 1 传感器的分类及优缺点传感器 优点 缺点电容式 高精度、高灵敏度 稳定性较差，寿命较短，不宜长距离传输，且对安装环境要求高压电式 较好的稳定性，灵敏度高，精度高，具有较长的使用年限电阻应变式 较好的稳定性、高精度、高灵敏度对测量环境要求不太严格根据任务书的具体要求，再考虑到电子称的可实现性，以及未来方便设计电路和更好的模拟仿真，我们选择电阻式传感器，我们可以通过滑动变阻器来模拟不同物体的不同重量。 2.3.2 A/D 转换我们选择合适的 A/D 转换器是设计的关键。A/D 转换器有很多不同的选择，但是考虑到 ADC0832 的低价格，性价比高等优点，我们选择 ADC0832 来模数转换。ADC0832 是一种可供数模转换的芯片。最大的特点就是兼容性好，体积小，性价高，实用性好，被广泛应用于各个设计当中。目前很多的 A/D 转换器发展的速度惊人，品种繁多，性能不同。ADC0832 的功能特点有很多， （1）ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，它的最高分辨可达 256 级，一般的模拟量转换要求都可以满足。（2）它的芯片的模拟电压的输入范围较小，一般在 0 到 5V 之间。（3）芯片转换时间仅仅为 32S，转换速度非常快而且稳定性强据，并且数据误差小。（4）ADC0832 和微处理器的连接简单或者可以单独使用，这使得处理器的控制和器件之间的连接都变得更加简单，易操作。（5）ADC0832 可以进行双通道的选择，只要数据输入端的输入值不同。 32.4 控制器根据设计任务书，系统的主要控制器就可以使用单片机,这种系统设计可以很容易地将计算机硬件技术和测量控制技术结合在一起，最终我们可以通过改变软件程序来更新换代，我们把它称作智能化控制测量系统。在电子称测量过程和测量结果的数据显示方面，新型的智能仪表都取得了极大地发展，实现了功能的多样化。我们设计的而是一个简单的电子称系统，没有其它高标准的要求，所以根据任务书的要求，带有 EPROM 的单片机比较符合我们设计的要求我，我们设计的电子称不需要太大的应用程序，而且带有EPROM 的单片机可以利用片内存储器来储存程序，而不需要用到外部存储器，这样可以使3得我们设计的电路更加简单。常用的单片机有 8051 和 8751，在这里选用 AT89C51 系列单片机。AT89C51 系列与 MCS-51 相比有两大优点 4：（1）片内存储器采用闪速存储器，这样可以更加方便的写入程序。（2）89C51 提供了尺寸更小的芯片，这样可以设计出更小的硬件电路。另外，89C51 的 MCPU 性能稳定，这些优点基本都能满足本次设计的要求。综合比较，AT89C51 单片机是我们的不二选择，来实现电子称电路的具体设计。所以本次设计是基于 AT89C51 单片机上进行的，带有 4Kb 的程序存储器。基本能满足我们的实验要求。2.5 报警电路的选择现在大部分的智能测量仪器都有报警这个功能，主要用于系统运行报错的时候来提醒用户，防止造成仪器的损坏。数字电子称也应该有这个功能，当物体超重时，就会启动报警电路，从而提醒使用的人。2.6 数据显示部分的电路选择人机交换的主要部分就是显示器，电子称的显示器可以直观的反应物体的重量，测量电路吧测得的数据送到单片机内，经过单片机处理后显示出来。数据显示有两种方式：（1）LED（全称：Light Emitting Diode）数码管显示。（2）LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示。 5而 LCD 更适合于字符和图形的显示,所以本设计采用的是 LM4229 液晶显示。2.7 键盘电路的选择一般的电子称都有 16 个键盘，本次设计采用的是矩阵式键盘，可以通过不同的按键来设定商品的价格。矩阵式键盘的特点就是把检测线分为两组，如图 2.1 就是一个 4X4的矩阵式键盘的接口电路。其中两组检测线分别是行线和列线，D0-D3 位行线，D4-D7 为列线，行线和列线的交叉点就是每一个按键点。而每一个按键点都和主机相连，这样当键盘上有数据做改动时，主机能够最快的反应。44 矩阵式键盘一共有 16 个键，但是只要 4 跟行线和 4 根列线，这 8 条测试线方便我们电路的设计。图 2.1 键盘的接口电路45第三章 电子称电路的设计3.1 AT89C51 的最小系统电路3.1.1 控制器 AT89C51单片机作为典型的嵌入式系统，无论是体系结构还是指令系统，单片机都是根据嵌入式应用特点专门设计的，对于面对控制对象，现场的可运行性、应用系统的嵌入式，单片机都能很好地满足这些要求。因此，单片机的品种繁多，并具有较大数量使用的嵌入式系统。之中 AT89C51 单片机为典型机，本次设计采用 89C51 单片机来实现，因为芯片的价格非常便宜，近年来得到广泛的应用 6。AT89C51 单片机是一种低电压、低功耗、高性能的 8 位单片机。此单片机的存储器技术是采用非易失性的，高密度的，因为采用的 CMOS 工艺，避免了其输出引脚和程序系统与 MCS-5 的非兼容性。此外片内的 flash Rom 允许在系统内改编程序或用非易失性存储器编程器来编程，所以可方便应用在各种控制领域 1。AT89C51 的各个引脚如图 3.1 所示：图 3.1 AT89C51 引脚图3.1.2 单片机的最小系统电路AT89C51 单片机的最小系统电路包括：电源电路、复位电路、时钟电路。对于每一个完整的
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