电子秤硬件电路设计

中北大学 2013 届毕业设计说明书第 1 页 共 41 页摘要随着科技的迅猛发展和电子技术的广泛应用，人们生活节奏的加快和对生活质量的更高要求，使得原本市场上使用的传统称重工具无法继续满足人们的要求。针对传统称重工具在使用上存在的各种问题，在本设计中将智能化、自动化、高速化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要采用功能强大的单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及 A/D 转换器组成，加上数码管显示单元，此电子秤俱备了功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。本系统以 AT89C51 单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路等构成智能称重系统电路，从而实现自动称重系统的各种控制功能。本次设计所完成的电子秤很大程度上满足了应用需求。关键词： AT89C51 称重传感器 A/D 转换器 放大电路 数码管显示器 中北大学 2013 届毕业设计说明书第 2 页 共 41 页AbstractWith the wide application of the rapid development of science and technology and electronic technology,the higher requirements of the accelerated pace of life and quality of life,makes use of the original market traditional weighing tool cannot continue to meet the requirements of the people.Aiming at the problems existing in the traditional weighing tool use,in this design,the intelligent,automatic,high-speed and humanity,used in the control system of electronic weighing.This system mainly uses MCU powerful to control,measurement of body weight part consists of weighing sensor and A/D converter,and the digital tube display unit,this apparatus have low power consumption,the system design is simple,use convenient, fast,accurate measurement,high degree of automation.This system to AT89C51 microcontroller as the main control chip,peripheral attached to the weighing circuit,display circuit is composed of intelligent weighing system circuit,so as to realize the automatic weighing system of various control functions.The design of the electronic scale largely meet the application requirements.Key Words：AT89C51 Load Cell A/D Converter Amplifying circuit Digital display中北大学 2013 届毕业设计说明书第 3 页 共 41 页目 录第一章 绪论.11.1 课题研究背景.11.2 国内外研究现状 .21.3 电子秤的发展趋势.2第二章 硬件电路的设计.42.1 硬件电路设计基本思路.42.1.1 系统设计方案比较与选择.42.2 单片机的选择.52.2.1 选择原则.52.2.2 89C51 单片机的基本组成 .52.2.3 管脚及说明.72.2.4 主要特性.102.3 传感器的选择.102.3.1 传感器的比较.102.3.2 传感器的校准.132.4 放大电路的选择.132.4.1 反相比例运算电路基本组成 .142.4.2 电压放大倍数 .152.5 A/D 转换器的选择 .162.5.1 方案的比较与选择.162.5.2 ADC0832 芯片介绍 .172.5.3 单片机对 ADC0832 的控制原理.182.6 输出显示的选择.192.6.1 数码管原理和分类.202.6.2 数码管两种显示控制方式.19第三章 软件部分的设计.223.1 keil 软件介绍 .223.2 程序流程图 .22第四章 系统的仿真与调试.24中北大学 2013 届毕业设计说明书第 4 页 共 41 页4.1 proteus 软件介绍 .244.2 仿真.25附件 1：程序 .27附件 2：实物图 .34参考文献.35致谢.36中北大学 2013 届毕业设计说明书第 5 页 共 41 页1 绪论11 课题研究背景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。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。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。目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。12 国内外研究现状：随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入到生产工艺过程中去，对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗入衡器制造业。在 1954 年使用了带新式打印机的倾斜式秤。在 1960 年开发出了与衡器相联的专门称重值打印机。电子秤的发展过程与其他事物一样，也经历中北大学 2013 届毕业设计说明书第 6 页 共 41 页了由简单到复杂、又粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出信号的电子衡器。近年来电子秤已愈来愈多地参与到数据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子秤的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称量准确度的电子秤，并在 70 年代中期约对 75%的机械秤进行了机电结合式改造。50 年代中期电子技术的渗入推动了电子秤制造业的发展。60 年代初期出现机电结合式电子秤以来，经过 40 多年的不断改进与完善，我国电子秤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。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，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。据近期统计，工业用衡器（按销售量统计）中的电子产品已占三分之二左右，部分非自动衡器（如电子计价称、电子台秤、电子地上衡、电子皮带秤、电子吊秤和电子轨道衡等）已达到国际九十年代初期水平，有的产品达到了九十年代中期水平。随着我国加入 WTO 组织，经济市场的开放度加大，一批具有国际先进水平的衡器产品和技术（如定量包装秤、自动重量检测称、标签计价秤、电脑组合称、耐压式计量给煤机等，以及应变计、称重传感器、称重显示器生产技术）进入我国，这对电子秤的进一步普及和提高必将产生积极的、巨大的影响。但就总体而言，我国电子秤产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等 12。 13 电子秤的发展趋势：电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子秤到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用领域在不断地扩大。根据近年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子衡器总的发展动向为：1 小型化、模块化、智能化、集成化；2 其技术性能趋向于速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其应中北大学 2013 届毕业设计说明书第 7 页 共 41 页用性趋向于综合性、组合性。电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的方向发展。据悉,目前电子秤的附加功能主要有以下几种：1、电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理；2、具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动态称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差；3、附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。同时,功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽 6。中北大学 2013 届毕业设计说明书第 8 页 共 41 页2 硬件电路设计：2.1 硬件电路设计基本思路电子秤的工作原理以电子元件（传感器，放大电路,A/D 转换电路，单片机电路，显示电路，键盘电路等电路）组成。通过压力传感器将被测量的重量以转换成电压信号。由于信号小，需在前端信号处理电路进行准确的线性放大，再经 A/D 转换电路转换成数字量送入主控电路单片机中，经编译码显示即为被测物体的重量。本设计采用传感器采集被测物体质量的模拟量，再经运放大电路，把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，送入 A/D 转换器把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，经单片机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。本设计大致可分为五个模块数据采集模块、信号放大模块、模数转换模块、单片机控制模块、人机交换模块。2.1.1 系统设计方案比较与选择在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种：方案一 数码管显示方案 结构简图如下图所示图 2.1 方案一框图此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子秤基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字数据采集 单片机 数码显示中北大学 2013 届毕业设计说明书第 9 页 共 41 页和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。 方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子秤实现称重计价的功能。并且采用具有字符图文显示功能的 LCD 显示器显示，结构简图如下图所示：数据采集 单 片 机液晶显示键 盘图 2.2 方案二框图此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，能显示单价、购物信息以及购物总额等信息，但在具体实物制作时，编程方面遇到较大难题。不得不放弃这种方案。方案三 前端信号处理时，选用放大、A/D 转换等措施。这种方案不仅，而且满足设计要求相关内容。结构简图如下图所示：信 号放 大模 数转 换单片机 控 制信号放大 A/D 转换单片机显示人 机交 换报警数 据采 集称重传 感 器图 2.3 整体设计思路框图中北大学 2013 届毕业设计说明书第 10 页 共 41 页目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来一定的难度。综上所述，再结合课题具体要求及本人处理能力，最终选择第三种设计方案。2.2 单片机的选择2.2.1 选择原则选择单片机型号的出发点有以下几个方面：1、市场货源 系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量 生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。2、单片机性能 应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。影响性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。3、研制周期 在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。ATMEL、PHILIPS 和 SST 等公司生产的与 80C51 兼容的低功耗、高性能8 位 89C51 单片机具有比 80C31 更丰富的硬件资源，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器 FlashROM 给单片机的开发及应用带来了很大的方便，且芯片价格非常便宜，再结合自身所学，最终决定采用 AT89C51 单片机 2。2.2.2 89C51 单 片 机 的 基 本 组 成本设计采用 89C51 作为系统的主控芯片，芯片结构框图如下：中北大学 2013 届毕业设计说明书第 11 页 共 41 页外部事件计数输振荡器和时序 OSC89C51 CPU程序存储器4KB ROM数据存储器256B RAM/SFR RAM/SFRRAM/SFR2x16 位定时器/计数器可编程全双工串行口可编程 I/O口64KB 总线扩展控制器图 2.4 89C51 芯片结构框图89C51单片机包含：（1）一个8位的80C51微处理器（2）片内256字节数据存储器 RAM/SFR，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据等（3）片内4KB 程序存储器 FLASH ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格（4）4个8位并行 I/O 端口 P0-P3，每个端口既可用作输入也可用作输出（5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式（6）具有5个中断源、两个中断优先级和中断控制系统（7）一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与 PC 机之间的串行通信（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24MHz（9）89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式中北大学 2013 届毕业设计说明书第 12 页 共 41 页2.2.3 管 脚 及 说 明图 2.5 89C51 单 片 机 引 脚 图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 电流 。 当 P1 口 的 管 脚 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 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 输中北大学 2013 届毕业设计说明书第 13 页 共 41 页出 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 AT89C51 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 表 所 示 ：表 1 P3 口 特 殊 功 能P3.0 RXD（ 串 行 输 入 口 ）P3.1 TXD（ 串 行 输 出 口 ）P3.2 /INT0（ 外 部 中 断 0）P3.3 /INT1（ 外 部 中 断 1）P3.4 T0（ 记 时 器 0 外 部 输 入 ）P3.5 T1（ 记 时 器 1 外 部 输 入 ）P3.6 /WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ）P3.7 /RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ）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 ALE 才 起中北大学 2013 届毕业设计说明书第 14 页 共 41 页作 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 3。 2.2.4 主 要 特 性与 MCS-51 兼 容 4K 字 节 可 编 程 闪 烁 存 储 器 ， 寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 ， 数 据 保 留 时 间 ：10 年 全 静 态 工 作 ： 0Hz-24MHz 三 级 程 序 存 储 器 锁 定 128*8 位 内 部 RAM 32 可 编 程 I/O 线 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 5 个 中 断 源 可 编 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内 振 荡 器 和 时 钟 电 路2.3 传 感 器 的 选 择2.3.1 传感器的比较方案一 压电传感器 压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。 压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测中北大学 2013 届毕业设计说明书第 15 页 共 41 页频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点：高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。 方案二 电容式传感器 电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。 电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为 dCrA0式中 d两极板间的距离；A两平行极板相互覆盖的有效面积；r 介质的相对介电常数； 0真空中介电常数。 若被测量的变化使式中 d、A、r 三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：1、小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因 C 太小，故容抗 CX=1/C 很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率 P=U02C ，C 很小，则 P 也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。2、初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大 4。方案三 电阻应变式传感器 中北大学 2013 届毕业设计说明书第 16 页 共 41 页金属导体的电阻随着它所受机械变形（伸长或缩短）的大小而发生变化的现象成为金属电阻的应变效应。电阻应变式传感器就是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的传感器。电阻应变片是电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器，直接测量测试件的应力和应变外，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器，用于测量如力、压力、转矩、位移、震动、加速度等物理量。对于金属电阻应变片而言：kRd)21(其中为材料的泊松系数；k应变灵敏度系数；金属电阻的纵向应变。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。测量电路的任务就是把微弱的电阻变化转换成电压或电流的变化，因此常用测量电桥作为测量电路。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，图 2.6 桥式测量电路图 4 中，R 1R4 分别为四桥臂电阻，U 为供桥电压，U 为电桥输出电压。当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，当忽略电源的内阻时，中北大学 2013 届毕业设计说明书第 17 页 共 41 页由分压原理可得桥路的输出电压：为了使测量前的输出为零，应使：=04231R满足上式的条件成为电桥平衡条件。此时，每当桥臂电阻的变化远小于本身值，且负载电阻为无穷大时，输出电压可近似为URRU)()( 432121 当 R1=R2=R3=R4, R1R4 均为应变片，设 R1 和 R3 产生纵向应变，R 2 和 R4 产生横向应变，则 )(2)(kkrr这种情况称为全桥，其电压灵敏度最高，因此是最常用的一种桥路。应变片式传感器有如下特点：（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量 1。通过以上对传感器的比较分析，并结合所学，最终选择了第三种方案。2.3.2 传感器的校准：程序中，如何将 AD 值转换为重力值：在 5V 的供电电压下 20Kg 的传感器最大输出电压是 5v*2mv/V=10mV假设重力为 AKg（A#include /*端口定义*/sbit CS = P35;sbit Clk = P33;sbit DATI = P34;sbit DATO = P34;sbit P20=P20 ;/*定义全局变量*/unsigned char dat = 0x00; /AD 值unsigned char count = 0x00; /定时器计数unsigned char CH; /通道变量unsigned char dis = 0x00, 0x00, 0x00; /显示数值/*共阳 LED 段码表*/unsigned char code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;char code tablewe= 0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xfe ;/*函数功能:AD 转换子程序入口参数:CH出口参数:dat*/unsigned char adc0832(unsigned char CH)中北大学 2013 届毕业设计说明书第 32 页 共 41 页unsigned char i,test,adval;adval = 0x00;test = 0x00;Clk = 0; /初始化DATI = 1;_nop_();CS = 0;_nop_();Clk = 1;_nop_();if ( CH = 0x00 ) /通道选择Clk = 0;DATI = 1; /通道 0 的第一位_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk = 0;DATI = 0; /通道 0 的第二位_nop_();Clk = 1;_nop_(); elseClk = 0;DATI = 1; /通道 1 的第一位_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk = 0;DATI = 1; /通道 1 的第二位_nop_();Clk = 1;中北大学 2013 届毕业设计说明书第 33 页 共 41 页_nop_();Clk = 0;DATI = 1;for( i = 0;i = 1;if (DATO)test |= 0x80;else test |= 0x00;_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk = 0;if (adval = test) /比较前 8 位与后 8 位的值，如果不相同舍去。若一直出现显示为零，请将该行去掉dat = test;_nop_();CS = 1; /释放 ADC0832DATO = 1;Clk = 1;return dat;中北大学 2013 届毕业设计说明书第 34 页 共 41 页/*函数功能:延时子程序入口参数:出口参数:*/void delay(void)int k;for(k=0;k500;k+);/*函数功能:将 0-255 级换算成 0.00-9.00 的电压数值入口参数:i出口参数:*/void convdata(unsigned char i) dis0 = i/5; /个位dis1 = (i%5)*10/5; /小数点后第一位dis2 = (i%5)*10%5)*10/5; /小数点后第二位/*函数功能:数码管显示子程序中北大学 2013 届毕业设计说明书第 35 页 共 41 页入口参数:出口参数:*/void display(void) P2=0xff;P2=0xfd;P0=tabdis0 /显示个位和小数点delay();P2=0xff;P2=0xfb;P0=tabdis1; /显示小数点后第一位delay();P2=0xff;P2=0xf7; P0=tabdis2; /显示小数点后第二位delay();P2=0xff;P2=0xfe;P0=0xff; delay();/*函数功能:主程序入口参数:出口参数:中北大学 2013 届毕业设计说明书第 36 页 共 41 页*/void main(void)P2=0x00; /端口初始化P0=0xff; delay();CH = 0x00; /在这里选择通道 0x00 或 0x01TMOD = 0x01; /设置中断 TH0=(65536-50000)/256;/定时器 1 初值定时 50msTL0=(65536-50000)%256;IE = 0x82;TR0 = 1;while(1) /主循环 dat = adc0832(CH); convdata(dat); /数据转换display(); /显示数值/*函数功能:定时器中断延时程序 这一段的作用时隔一段时间抽样一次 否侧显示的最后一位会不稳定入口参数:出口参数:*/void timer0(void) interrupt 1 TMOD = 0x01;TH0=(65536-50000)/256;/定时器 1 初值定时 50msTL0=(65536-50000)%256;IE