51CTO下载-基于单片机微型电子秤.doc

安徽工程大学单片微型计算机及接口技术课程设计专 业：计算机科学与技术题 目：微型电子秤 姓 名： 指导老师： 时 间：2014年6月13日 摘 要在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，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。微型电子秤体积小、计量准确、携带方便、操作简单、称量速度快， 并集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求，具有广阔的应用前景。关键字：压力传感器、应变片电桥、微型电子秤、ADC0809、MCS-51单片机目录第一章 绪论11.1 设计的主要内容11.2 设计目的以及参考1第二章 功能分析12.1控制系统总体框架图12.2 各模块基本原理2第三章 硬件电路设计23.1 电路主要结构23.2 放大电路33.3 采集电路43.4 A/D转换电路53.5 键盘电路53.6 数字显示电路5第四章 软件电路设计64.1 电子秤的软件设机与实现74.2 总程序模块设计74.3 A/D电路模块设计74.4 拆字程序模块设计84.5 数据处理子程序的设计94.6 数据采集子程序的设计94.7 键盘扫描子程序的设计104.8 显示子程序设计10第五章 设计总结11参考文献13程序源代码15第一章 绪论1.1 设计的主要内容利用组合压力传感器设计一个微型电子秤，通过数码显示管来实时显示所测得的质量。2.2 设计的参考以及目的压力传感器表面金属片在外力的作用下发生变形，导致电阻应变片电阻值的变化，用力越大，电阻变化越大，该微弱的电压信号经LM3247运算放大器到05V，05V对应01012g，RW2为调零电位器，当电桥平衡时，VP输出应调到0V，由VP端输出，作为ADC0809的模拟量输入信号。（即VP输出作为ADC0809实验的输入端，接IN0）模拟量到数字转换实验请参考有关A/D转换的实验，当压力变化时，数码管上显示的电压值作相应变化，根据上述工作原理，当被测质量是01020g时，先将压力分度值制成分度值表，由电压值的变化通过软件查表法查出对应压力值，显示在数码管上，假设05V电压近似正比于01020g。（调整R12的大小可改变VP输出增益的大小）。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。第二章 功能分析 2.1控制系统总体框架图利用传感器与检测技术实验室已有的应变式称重台，将四片应变片采用全桥形式接入测量电路，经过运放OP07组成的仪表放大器放大，再由串行模数转换芯片TLC549进行A/D转换，转换结果送入单片机AT89C51，通过同向门7407驱动四位数码管显示。仪表放大器的输出需经采集卡采集，经过CSY9.0虚拟仪器软件分析，得到较好的线性度和灵敏度后，再送入AD芯片进行转换。系统框图如图1所示。图1 电子秤系统框图2.2 各模块基本原理应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。图2为应变片电桥测量电路，有应变片电阻R1和另外三个电阻R2、R3、R4构成桥路，当电桥平衡时（电阻应变片未受到力的作用时），R1=R2=R3=R4=R，此时电桥的输出U。近似等于0，R1发生变化，使R1/R3不等于R2/R4,电桥输出U。不等于0图2 应变片电桥测量电路第三章 硬件电路设计3.1 电路主要结构主要功能特性： 标准MCS-51内核和指令系统 4kB内部ROM（外部可扩展至64kB） 32个可编程双向I/O口 128x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器) 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-16MHz 5个中断源 5.0V工作电压 可编程全双工串行通信口 布尔处理器 2层优先级中断结构 电源空闲和掉电模式 快速脉冲编程 2层程序加密位 PDIP和PLCC封装形式 兼容TTL和CMOS逻辑电平表1 单片机89C51主要功能特性利用传感器与检测技术实验室已有的应变式称重台，将四片应变片采用全桥形式接入测量电路，经过两级放大电路放大，再由串行A/D转换芯片TLC549进行A/D转换，转换结果送入单片机89C51，通过7407驱动四位数码管显示电压值。接线如图3所示。图3 硬件系统电路结构3.2放大电路传感器输出电压为毫伏级，而A/D转换器所能处理的电压是05V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100200倍，使输出电压为05V。由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。如图4所示，图中 为增益调节电阻，整个芯片仅 为外接电阻，而运放 为增益为1的差动输入放大器。R1R1R2R212348765A3AD62612348765A1AD62612348765A2AD626RGR50R22R20R22Ui1Ui2U01U02Uout图4 放大电路硬件原理图3.3采集电路 数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样保持器，放大器，A/D转换器，计算机组成。数据采样系统框见图5图5 数据采样系统框图3.4 A/D转换电路一般电子秤的A/D转换精度越高越好，A/D精度越高，电子秤的灵敏度越高。但12的A/D芯片价格比较贵，考虑到实验室条件，本次设计采用8位串行A/D芯片TLC549。TLC549与89C51接线如图6所示。图6 A/D转换电路图3.5 键盘电路矩阵式的键盘的优点是需要的测试线的数量少，对于一个MN的矩阵键盘与主机连接只需要M+N条测试线，这样键盘的规模越大，矩阵时键盘的有点越显著，当需要的按键数目大于8时，一般都采用矩阵式键盘。见图7：图7 矩阵式键盘结构图3.6 数字显示电路采用4位共阴数码管动态显示显示电压值。统一采用7407驱动数码管。数码管、7407与89C51接线如图8所示。图8 数字显示电路图第四章 软件电路设计在单片机应用系统的开发中，软件的设计是最复杂和困难的，大部分情况下工作量都较大，特别是对那些控制系统比较复杂的情况。如果是机电一体化的设计人员，往往需要同时考虑单片机的软硬件资源分配。本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键、显示处理及信号频率输入处理。程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。其步骤可概括为以下三点： 分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出高质量程序的关键。 根据算法画流程图：画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性。编写程序：根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。程序数据的一种理想方法是结构化程序设计方法。结构化程序设计是对利用到的控制结构类程序做适当的限制，特别是限制转向语句(或指令)的使用，从而控制了程序的复杂性，力求程序的上、下文顺序与执行流程保持一致性，使程序易读易理解，减少逻辑错误和易于修改、调试。根据系统的控制任务，本系统的软件设计主要由主程序、初始化程序、显示子程序、数据采集子程序和延时程序等组成。4.1电子秤的软件设机与实现电子称软件设计均采用模块化设计，整个程序包括主程序、定时中断程序、INTO中断程序按键程序、数据处理子程序(双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序)、LED数码管显示子程序等模块。所有程序均采用汇编语言编写。电子计价秤的软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化，计算单价木单重(单价和单重分别在定时中断程序和INT0外部中断程序中获得)，并时时显示十进制的单重，单价，总价。设定T0为计数工作方式，T1为定时工作方式。其中R0为标志位寄存器当为OOH时为正常显示方式。当为01H时为累计显示方式，在T1定时中断程序中。一秒钟采样物料重量(已转成脉冲频率)，并赋值重量计算RAM区和显示RAM区。在INTO外部中断程序中，采样单价并赋值单价计算。4.2总程序模块设计在总程序中先将系统初始化，然后循环调用A/D转换程序、把A/D转换后的数拆成BCD码程序和数码管显示程序。程序流程图如图9所示。图9 总程序模块程序流程图4.3 A/D电路模块设计当为低电平时DATA OUT为高阻状态。转换开始之前，必须为低电平，以确保完成转换。89C52产生8个时钟脉冲，以提供作为549的I/O CLK的引脚输入。当为低电平时，最先出现在引脚上的信号为转换值的最高位。依次转换8个数据，直至8位转换完毕。程序流程图如图10所示。图10 A/D转换程序流程图4.4 拆字程序模块设计拆字程序既把A/D转换所得数据转换成BCD码，流程图如图11所示4.5 数据处理子程序的设计数据处理子程序是整个程序的核心。主要用来调整输入值系数，使输出满足量程要求。另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。4.6 数据采集子程序的设计数据采集用A/D0809芯片来完成，主要分为启动、读取数据、延时等待转换结束、读出转换结果、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤。ADC0809初始化后，就具有了将某一通道输入的05模拟信号转换成对应的数字量00HFFH，然后再存入8031内部RAM的指定单元中。在控制方面有所区别。可以采用程序查询方式，延时等待方式和中断方式。数据采样原理框图12如下所示图12 数据采样原理框图4.7 键盘扫描子程序的设计键盘电路设计成4X4矩阵式，由键盘编码方式可以得出0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 各键对应的键值：0D8H,0D0H,0D1H,0D2H,0C8H,0C9H,0CAH,0C0H,0C1H,0C2H，0C3H,0CBH,0D3H,0DBH,0DAH,0D9H 。在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。 4.8显示子程序设计显示子程序主要是来判断是否需要显示,以及如何去显示,也是十分重要的程序之一。在单片机中实际的工作流程如下：先打开P2.0，送个位，然后关掉P2.0，打开P2.1送十位，再关掉P2.1，打开P2.2 送百位 , 再关掉P2.2，打开P2.3 送千位，由于速度足够快，那么我们将看到4个数显示。显示电路模块流程图如图13所示。图13 显示电路模块流程图第五章 设计总结随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官”的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次课设中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。首先是传感器的精密度，它将直接影响电子秤的称重准确度。课设时由于传感器发出的信号不是很稳定，所以称重时误差很大。如果使用精密度较高的传感器，效果会好的多。其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要分为信号放大、采集，然后进行A/D转换。该阶段需注意的地方是对传感器输出的信号进行放大时，应选取合适的运算放大电路。最好是预先计算好应放大的倍数，以便选取。还有就是进行数据处理时，选取适当的数据转换系数，使输出满足量程要求。通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为自己的东西。我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。参考文献1谢永宁，单片微型计算机及接口技术，中国铁道出版社2 施汉谦，宋文敏. 电子秤技术. 北京：中国计量出版社，19913 施昌彦. 电子称重技术现状和发展趋势.2005-1-154 国家质量技术监督局. 1999年第3季度弹簧度盘秤、电子计价秤产品质量国家监督抽查结果. 轻工标准与质量，1999.65李道华，李玲，朱艳.传感器电路分析与设计.武汉大学出版社，20006 贾伯年，俞朴. 传感器技术. 南京：东南大学出版社，19927 李名兆.低成本低功耗电子秤的设计. 电子技术，19978 查明华，陈晓勤，张如一.电子秤中平行梁弹性元件的性能分析，19979 宗伟林.电容传感器的数字化测量方法. 煤炭科学技术，199910 张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，200311 凌志浩. 智能仪表原理与设计技术. 上海： 华东理工大学出版社，200312 蒋焕文， 孙续. 电子测量. 北京： 计量出版社， 1983部分程序源代码:ML8155 EQU 0DF00HK8155A EQU 0DF01HK8155B EQU 0DF02HK8155C EQU 0DF03HDTIMER0 EQU 30H DTIMER1 EQU 31H SET_VH EQU 50H SET_VL EQU 51H SET_VL1 EQU 52H SET_VL2 EQU 53H ADVAL EQU 3FH TEMP EQU 32H TEMP1 EQU 33H TEMP2 EQU 34H ORG 0000HLJMP MAINORG 1000HMAIN:MOV SP,#60H SETB P1.0 CLR P1.1 MOV SET_VH,#05H MOV SET_VL,#00H MOV SET_VL1,#00H MOV SET_VL2,#00H LCALL INIT_8155START1:LCALL AD_LED LCALL SET_KEY LCALL ARM SJMP START1AD_LED:LCALL ADC0809 LCALL ZHH MOV A,40H CALL HEX_LEDD MOV 5FH,TEMP MOV A,41H CALL HEX_LED MOV 5EH,TEMP1 MOV 5DH,TEMP2 MOV 5CH,#6FH LCALL WRITE_LED RETADC0809:PUSH DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV P2,#7FH MOV R1,#78H L1: MOVX R1,A MOV R2,#10H L4: DJNZ R2,L4 L2: JNB P3.3,L2 MOVX A,R1 MOV ADVAL,A POP ACC POP DPH POP DPL RET ZHH:PUSH PSW PUSH ACC SETB RS0 MOV A,#0C4H MOV B,ADVAL MUL AB MOV R6,B MOV R7,A HB2:CLR A MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R2,#10H HB3:MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,HB3 MOV 40H,R3 MOV 41H,R4 POP ACC POP PSW RETHEX_LEDD:PUSH DPHPUSH DPLPUSH ACCANL A,#0FHMOV DPTR,#BCD_CODED MOVC A,A+DPTR MOV TEMP,APOP ACCPOP DPLPOP DPHRETBCD_CODED:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHDB 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H,00H,40HHEX_LED:PUSH DPHPUSH DPLPUSH ACCPUSH ACCSWAP A ANL A,#0FHMOV DPTR,#BCD_CODE MOVC A,A+DPTR MOV TEMP1,A POP ACCANL A,#0FHMOV DPTR,#BCD_CODE MOVC A,A+DPTR MOV TEMP2,A POP ACCPOP DPLPOP DPHRETBCD_CODE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHDB 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H,00H,40HWRITE_LED:PUSH DPHPUSH DPLPUSH ACCMOV R0,#5CHMOV R3,#0F7HMOV A,R3AGAIN:MOV DPTR,#K8155AMOVX DPTR,AMOV A,R0MOV DPTR,#K8155BMOVX DPTR,ALCALL DELAY01INC R0MOV A,R3JNB ACC.0,OUTRR AMOV R3,AAJMP AGAINOUT:POP ACCPOP DPLPOP DPHRETSET_KEY:MOV R7,#00HMOV R6,#00HMOV R5,#00HLCALL READ_KEY1MOV A,BCJNE A,#04H,END_STMOV 5FH,#76HMOV 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