单片机电子称课程设计.docx

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单片机电子称课程设计

一、绪论……………………………………………………………………………1

1.0引言……………………………………………………………………………1

1.1问题的提出……………………………………………………………………1

1.2任务与分析………………………………………………………………………1

二、总体方案设计…………………………………………………………………2

2.1设计任务…………………………………………………………………………2

2.2系统设计框图……………………………………………………………………3

3、系统硬件设计…………………………………………………………………3

3.15V直流电源设计模块…………………………………………………………3

3.2传感器数据采集模块……………………………………………………………5

3.3信号电路放大模块………………………………………………………………8

3.4A/DC0832数模转换模块……………………………………………………9

3.5AT89C51单片机控制模块……………………………………………………11

3.6LED显示模块…………………………………………………………………13

四、系统软件设计…………………………………………………………………14

4.1C语言在单片机中的用………………………………………………………14

4.2电子称的软件设计与实现……………………………………………………15

4.3主程序流程图…………………………………………………………………15

4.4子程序设计……………………………………………………………………16

4.4.1A/DC0832采样程序…………………………………………………………16

4.4.2LED显示程序………………………………………………………………16

5、Protues仿真调试……………………………………………………………17

5.1仿真调试结果…………………………………………………………………17

设计总结……………………………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………20

附录A程序清单…………………………………………………………………20

附录B原理图……………………………………………………………………26

附录CPCB图………………………………………………………………………27

一、绪论

1.0引言

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。

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。

1.1问题的提出

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。

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。

随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

经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。

1.2任务与分析

本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过控制外部AD0832芯片来检测滑动变阻器模拟物体质量。

并且通过LED数码管显示。

首先在protus软件环境中进行硬件电路图的设计，再运用keil软件编程，然后在Proteus软件环境中运行仿真。

该系统具有简单清晰的操作界面，可随时进行物体质量测量观察。

系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。

本设计的系统主要由:

AT89C51为中央处理芯片，用于数据处理，初值设定。

传感器模块进行物体质量测量，将传感器采集到的数据经A/D转换送入单片机，再由单片机处理后由LED显示。

本设计方案主要有六大模块：

1、5V直流电源设计模块

2、传感器数据采集模块

3、信号电路三放大模块

4、A/DC0832数模转换模块

5、AT89C51单片机控制模块

6、LED显示模块

二、总体方案设计

2.1设计任务

设计要求掌握电子秤的基本原理；掌握电子秤硬件电路的设计；掌握电子秤软件程序设计，掌握仿真软件的使用。

1、采用MCS-51系列单片机为中央处理器

2、实现10公斤称重，称量精度：

克

3、采用LED显示器显示

4、要求设计出电路原理图、印制板图

5、要求写出程序清单

6、Protus仿真程序

2.2系统总体设计框图

其工作原理为：

前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，在显示方面采用具有字符图文显示功能的LED显示器。

这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求。

电子秤的总体方框图如图2.2所示。

信号放大传输

压力传感器

AT89C51单片机

LED数码管显示

A/D数模转换

图2.2系统总体方框图

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。

3、系统硬件设计

3.15V直流电源设计模块

需要多种电源，单片机需要＋5V电源，运放需要±5V，传感器需要＋5V以上的线性电源。

稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

如图3.1所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。

它由电源变压器B，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便地搭成的。

220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。

此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。

本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。

三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。

图3.15V直流电源设计原理

3.2传感器数据采集模块

3.2.1电阻应变式传感器的组成以及原理

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。

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，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。

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：

R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uout＝KEε。

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。

安装示意图如图3.2.1所示

图3.2.1应变式传感器安装示意图

3.2.2电阻应变式传感器的测量电路

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。

它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右，测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。

传感器全桥测量电桥如图3.2.2所示：

Rw1

图3.2.2全桥测量电桥图

3.3信号电路放大模块

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。

经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行信号转换。

为此，测量电路中常设有模拟放大环节。

这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。

放大器的输入信号一般是由传感器输出的。

传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。

因此，一般对放大器有如下一些要求：

1、输入阻抗应远大于信号源内阻。

放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。

2、抗共模电压干扰能力强。

3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。

从而保证放大器输出性能稳定。

4、能附加一些适应特定要求的电路。

如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等.

图为3.