数字电子秤课程设计

1、目录第一节 绪论 2 1.1本设计的任务和主要内容 2 1.2基本工作原理及原理框图 3 第二节 硬件电路的设计 3 2.1电阻应变式传感器的选择 4 2.2 三运放大电路的设计 7 2.3 ADC0809 A/D转换器 8 2.4 LED 显示电路的设计 12 2.5总体工作电路原理图 13第三节 软件的设计 15 第四节 设计总结 18 参考书籍 18数字电子秤设计第一节 绪论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

2、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,然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2 设计一款电子秤,用 LED 液晶显示器显示被称物体的质量3 电路由全桥测量电桥,三运放大电路, A/D转换电路, LED

3、 显 示电路4 写出详细的实验报告1.2基本工作原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 硬件的设计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

4、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,解决的方法是在被粘贴的基 片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。 非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很 多, 一般来说主要是由结构设计决定, 通过线性补偿, 也可得到改善。 滞 后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其 特性随温度变化较大,

5、所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。图 1.2-3应变式传感器安装示意图全桥测量电路中,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:R 1=R 2=R 3=R 4,其变化值 R 1=R 2=R 3=R 4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。常规的电阻应变片 K 值很小,约为 2,机械应变度约为 0.000001 0.001,所以,电阻应变片的电阻变化范围为 0.0005 0.1欧姆。所以测 量电路应当能精确测量出很小的电阻变化,在电阻应变传感器中做常用 的是桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻,其中

6、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 1.2-4 全桥测量电桥图 图 1.2-5 三运放大电路结构图它由电阻应变片电阻 R1、 R2、 R3、 R4组成测量电桥, R 1=R 2= R 3=R 4=350,加热丝阻值为 50左右,测量电桥的电源由稳压

7、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 0.200V(2V档测量 或-0.200V 。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

8、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 1.2-6 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。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。 多路开关可选通 8个模拟 通道,允许 8路模拟量

9、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。 IN0-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

10、C 为地址输入线, 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

11、号必须由外界提供,通常使用频率为 500KHZ ,VREF (+ , VREF (-为参考电压输入。1 ADC0809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,转换的数就11输出给单片机了。2.4 LED显示电路设计2.4. 1 LED显示器结构与原理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

12、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

13、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。12 图 2.4-1LED显示电路图2.4总体工作电路原理图13 14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 BI T 7FHORG 0000HAJMP MAINORG 0013HAJMP INT1MAIN :SETB IT1SETB EASETB EX1LCALL AD_SORTLCALL BCD_SORTLCALL DISLEDLCALL DELA Y_LOAJMP MAINAD_SORT:MOV R0,#60HSET

14、R FLAGMOVX D PTR,#7FF8HMOVX DPTR,AWAIT:JB FLAG ,WAITRETINT1:MOVX A ,DPTR15MOV CLR RET1 DLSLED: MOV MOV LOOP: MOV MOVX INC MOV ADD MOVC DIR1: MOVX LCALL INC MOV JB RL MOV AJMP LOOP1: RET TIM2: MOV DLT1: MOV DLT2: DJNZ R0,A FLAG R3,#01H A,R3 DPTR,#7F01H DPTR,A DPTR A,R0 A,#0DH A,A+PC DPTR,A TIM2 R0 A,

15、R3 ACC.1,LOOP1 A R3,A LOOP R7,#04H R6,#FFH R6,DLT2 16 DJNZ RET BCD_SORT: MOV RL MOV DIV MOV INC MOV RET R7,DLT1 A,R0 A B,#10H AB R0,B R0 R0,A DELAY_LO: PUSH 0 PUSH 1 PUSH 2 MOV 0,#01H; DELAY_LO1:MOV 1,#00H DELAY_LO2:MOV 2,#0B2H; DJNZ 2,$ DJNZ 1,DELAY_LO2 DJNZ 0,DELAY_LO1 POP 2 POP 1 POP 0 RET END 17

16、 第四节 设计总结 过为期一个星期的课程设计，通过去图书馆查找翻阅有关检测和单 片机等相关图书和在网上查找资料，并结合自己已学的知识，同时在遇 到疑问时和同学们讨论，终于把这次课程设计完成了，这时，心里有一 种喜悦和充实的感觉。 这次课程设计，不仅让我了解了电子秤的构造和工作原理，而且还 巩固了我已学的知识，让我更进一步的掌握理解检测和单片机，等科学 知识，回顾这几天的课程设计，并进行总结思考，我得到以下几点收获； 第一：让我明白我们在学校里接受的科学知识不是那么的抽象。它其实 是跟实际紧密联系的。像市场上买的一些电子产品，其实我们自己也可 以做一个，只要我们肯多花心思去想，平时多思考多动手，经常参加一 些实践性活动，将我们学的科学知识与实际相结合，那么科学技术就是 生产力， 这促使我督