单片机原理与应用课程设计说明书电子秤.docx
- 文档编号:9547191
- 上传时间:2023-02-05
- 格式:DOCX
- 页数:41
- 大小:54.42KB
单片机原理与应用课程设计说明书电子秤.docx
《单片机原理与应用课程设计说明书电子秤.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机原理与应用课程设计说明书电子秤.docx(41页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单片机原理与应用课程设计说明书电子秤
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
1 设计任务和性能指标...............................................................................................1
1.1 设计任务............................................................................................................................1
1.2 性能指标............................................................................................................................1
1.2.1 电子秤的工作原理...............................................................................................1
1.2.2 电子秤的计量性能...............................................................................................1
2 设计方案...................................................................................................................2
2.1 需求分析............................................................................................................................2
2.2 方案论证............................................................................................................................2
2.2.1 控制部分...............................................................................................................2
2.2.2 数据采集部分.......................................................................................................2
2.2.3 显示电路部分的选择............................................................................................4
2.2.4 超量程报警部分选择............................................................................................4
2.2.5 键盘处理部分.......................................................................................................4
3 系统硬件设计...........................................................................................................5
3.1 AT89S52 的最小系统电路 ................................................................................................5
3.2 电源电路设计....................................................................................................................6
3.3 数据采集部分电路设计.....................................................................................................6
3.3.1 传感器和其外围以及放大电路设计....................................................................6
3.3.2 A/D 转换芯片与 AT89S52 单片机接口电路设计................................................7
3.4 显示电路与 AT89S52 单片机接口电路设计 ...................................................................7
3.5 键盘电路与 AT89S52 单片机接口电路设计 ...................................................................8
3.6 报警电路的设计.................................................................................................................9
4 系统软件设计.........................................................................................................10
4.1 主程序设计.......................................................................................................................10
4.2 子程序设计......................................................................................................................10
4.2.1 A/D 转换启动及数据读取程序设计..................................................................10
4.2.2 数制转换子程序设计..........................................................................................11
4.2.3 显示子程序设计..................................................................................................12
4.2.4 键盘扫描子程序的设计.....................................................................................13
4.2.5 报警子程序的设计..............................................................................................13
5 系统调试.................................................................................................................15
5.1 调试步骤..........................................................................................................................15
5.2 性能分析..........................................................................................................................15
6 总结.........................................................................................................................16
参考文献.....................................................................................................................16
附录 1 系统硬件电路图............................................................................................17
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
附录 2 程序清单........................................................................................................18
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
1 设计任务和性能指标
1.1 设计任务
1) 设计一款电子秤,用LCD液晶显示器显示被称物体的质量
2) 可以设定该秤所称的上限
3) 当物体超重时,能自动报警
4) 写出详细的实验报告
1.2 性能指标
1.2.1 电子秤的工作原理
当被称物体放置在秤体的秤台上时,其重量便通过秤体传递到称重传感器,
传感器随之产生力-电效应,将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数
关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。
此信号由放大电路进行放大、
经滤波后再由模/数(A/D)转换器进行转换,单片机对转换后的数字信号进行
必要的判断、分析,再送到显示电路
1.2.2 电子秤的计量性能
电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有:
量程、分度值、分度数、准确
度等级等。
1)量程:
电子衡器的最大称量 Max,即电子秤在正常工作情况下,所能称
量的最大值。
2)分度值:
电子秤的测量范围被分成若干等份,每份值即为分度值。
用 e
或 d 来表示。
3)分度数:
衡器的测量范围被分成若干等份,总份数即为分度数用 n 表示。
电子衡器的最大称量 Max 可以用总分度数 n 与分度值 d 的乘积来表示,即
Max = n •d
1
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
2 设计方案
2.1 需求分析
随着微电子技术的应用,市场上使用的传统称重工具已经满足不了人
们的要求。
为了改变传统称重工具在使用上存在的问题,在本设计中将智
能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。
本系统主要由单片
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,加上显示
单元,此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、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 AT89S52 单片机为主控芯片,外围附以称重电路、显示电路、
报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板,从而实现自动称重系统
的各种控制功能。
可以说,此设计所完成的电子秤很大程度上满足了应用需
求。
2.2 方案论证
2.2.1 控制部分
本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主
控制器的设计,在这里我们选用的是 AT89S52,它具有以下优势:
第一,片内
存储器采用闪速存储器,使程序写入更加方便;第二,提供了更小尺寸的芯片,
使整个硬件电路体积更小。
此外价格低廉、性能比较稳定的 MCPU,具有
8K×8ROM、256×8RAM、2 个 16 位定时计数器、4 个 8 位 I/O 接口。
这些配置
能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。
2.2.2 数据采集部分
电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路和A/D转换电路。
1) 传感器的选择
在设计中,传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的
重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以
2
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
程度和设计性价比等等。
综合考虑,本设计采用 SP20C-G501 电阻应变式传感器,其最大量程为 7.5
Kg.称重传感器由组合式 S 型梁结构及金属箔式应变计构成,具有过载保护装置。
该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,其工作原理如图 2.1
所示:
图 2.1 称重传感器原理图
2) 放大电路的选择
本设计采用的是主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器,差动放
大器具有高输入阻抗,增益高的特点,可以利用普通运放(如 OP07)做成一个差
动放大器。
称重传感器输出电压振幅范围 0~20mV。
而 A/D 转换的输入电压要
求为 0~2V,因此放大环节要有 100 倍左右的增益。
其设计电路如图 2.2 所示:
+
U1
+
A1
R3
10K
R4
20K
-
R2
R1
1.1K
20K
-
A3
U0
R4
+
R2
10K
-
R3
-
U2
A2
+
10K
R4
20K
图 2.2 利用普通运放设计的差动放大器
3) A/D转换器的选择
目前,世界上有多种类型的ADC,多种类型的ADC各有其优缺点并能满足
3
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
不同的具体应用要求。
根据设计需求,本设计所选择的是逐次逼近型A/D转换
器AD574。
这一类型ADC的优点:
高速,采样速率可达1MSPS;与其它ADC
相比,功耗相当低;在分辨率低于12位时,价格较低,符合本设计的需求。
2.2.3 显示电路部分的选择
数据显示是电子秤的一项重要功能,是人机交换的主要组成部分,它可以
将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。
数据显示部分可
以有以下两种方案供选择:
一是 LED 数码管显示,二是 LCD 液晶显示两种选
择。
LCD 液晶显示器是一种极低功耗显示器,从电子表到计算器,从袖珍时仪
表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。
2.2.4 超量程报警部分选择
智能仪器一般都具有报警和通讯功能,报警主要用于系统运行出错、当测
量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。
在
本系统中,设置报警的目的就是在超出电子秤测量范围时,发出声光报警信号,
提示用户,防止损坏仪器。
2.2.5 键盘处理部分
由于电子秤需要设置单价(十个数字键),还具有确认、删除等功能,总共
需设置 17 个键(包括一个复位键使用独立式按键实现)。
采用矩阵式键盘:
其特点是把检测线分成两组,一组为行线,一组列线,
按键放在行线和列线的交叉点上。
图 2.4 给出了一个 4×4 的矩阵键盘结构的键
盘接口电路,图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。
4×4
矩阵式键盘共可以安装 16 个键,但只需要 8 条测试线。
当键盘的数量大于 8 时,
一般都采用矩阵式键盘。
4
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
图 2.4 矩阵式键盘
3 系统硬件设计
根据设计要求与设计思路,此电路由一块 AT89S52、按键输入电路、时钟
电路、复位电路、LCD 显示段码驱动电路、LCD 显示位码驱动电路、12 位
LCD 显示器电路、蜂鸣器电路。
16 个按键输
入电路
复位电路
时钟电路
蜂鸣器电路
单
片
机
LCD 显示器段
码驱动电路
10 位 LCD 显示
器电路
LCD 显示器位
码驱动电路
图 3.1 硬件电路设计框图
在本系统中,硬件电路的构成主要有以下几部分:
AT89S52 的最小系统
构成、电源电路、数据采集、人-机交换电路等。
5
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
3.1 AT89S52 的最小系统电路
图3.2 AT89S52引脚图
3.2 电源电路设计
根据设计需要,本系统中需要设计两种不同级别的电源,即传感器需要
+12V 的电源,而系统其他芯片使用的是+5V 电源。
考虑本次设计的实际要求,
使系统稳定工作,提高产品的性价比,电源电路的设计如图 3.3 所示:
1
U9 LM7805 +5
Vin Vout 3
1
U10 LM7905
Vin Vout 3
FUSE1
T
4
1
DD1
2
C1 C4
D1 1
U8 LM7812
Vin Vout 3
+12v
C7
J2
1
2
MFC1
3
220μF
BRIDGE
104μF
LED
R11 10K
C5
104μF
C6
104μF
104μF
~220V子子
TRANS1
T2
1
U9 LM7805 +5
Vin Vout 3
Q?
COMPONENT_2
3 Vin 1
J2
1
2
~220V子子
FUSE2
MFC2
TRANS2
DD2
220μF
BRIDGE
C8 C9
104μF
D2
LED C10
1
U8 LM7812
104μF
C11
104μF
C12
104μF
图 3.3 电源电路图
3.3 数据采集部分电路设计
数据采集部分电路包括传感器输出信号放大电路、A/D 转换器与单片机接
6
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
口电路。
3.3.1 传感器和其外围以及放大电路设计
R11
12K
+10V
R15
RP1
14K
R12
5K
LM324
+
-
A2
R3
10K
R4
20K
+
R2
V1
-
R1
1.1K
20K
-
A4
U0
2.5V
R16
12K
R4
R2
+
10K
-
R3
1K
R17
13K
A3
+
10K
R4
20K
R14
-
+
R13
2K
图 3.4 传感器和其外围电路图
3.3.2 A/D 转换芯片与 AT89S52 单片机接口电路设计
AD574 是 12 位单片 A/D 转换器。
AD574 采用 28 脚双列直插标准封装,
其引脚图如下:
图 3.5 AD574 管脚图
单极性接法,电路接线图如下图 3.6 所示:
7
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
图 3.6 AD574 与 AT89S52 的接线图
3.4 显示电路与 AT89S52 单片机接口电路设计
在 2.3 显示电路论证中,本设计采用是 LCD 显示。
在 LCD 驱动时,需在
段电极和公共电极上施加交流电压。
若只在电极上施加 DC 电压时,液晶本身
发生劣化。
液晶驱动方式包括静态驱动、动态驱动等驱动方式。
如图 3.7 所示:
8
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
图 3.7
3.5 键盘电路与 AT89S52 单片机接口电路设计
键盘电路与 AT89S52 单片机接口如图 3.8 所示:
VC C
R3
4&1K
U2
2 3
AND
12
1
2
3
4
5
6
7
8
39
38
37
36
35
34
33
32
AT89S52
INT0
P10
P11
P12
P13
P14
P15
P16
P17
P00
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07
P20 21
P21 22
P22 23
P23 24
P24 25
P25 26
P26 27
P27 28
PSEN 29
T0 14
T1 15
EA/VP 31
TXD 11
RESET 9
17
16
13
30
RD
WR
INT1
ALE/P
RXD 10
X1 19
X2 18
图 3.8 键盘电路与 AT89S52 单片机接口电路图
3.6 报警电路的设计
当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时,将产生一个信号给报警
电路。
使报警电路报警从而提醒工作人员注意,超限报警电路如图 3.9 所示:
234
9
P2.6
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
R15
300
D1
LED
图 3.9 报警电路图
+5V
Q1
PNP
LS1
SPEAKER
10
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
4 系统软件设计
4.1 主程序设计
主程序模块主要完成编程芯片的初始化及按需要调用各模块(子程序),
在系统初始化过程中,将系统设置成 5Kg 量程,并写 5Kg 量程标志。
设计流程
图如图 4.1 所示
图 4.1 系统主程序流程图
4.2 子程序设计
系统子程序主要包括 A/D 转换启动及数据读取程序设计、键盘输入控制程
序设计、显示程序设计、以及中断程序设计等。
4.2.1 A/D 转换启动及数据读取程序设计
A/D 转换子程序主要指在系统开始运行时,把称重传感器传递过来的模拟
11
单片机原理与应用课程设计说明书——电子秤
信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序设计。
流程图如图 4.2 所
示。
开始
A/D574 初始化
启动A/D转换
N
A/D转换完成
Y
数据储存
数据显示
4.2 A/D 转换启动及数据读取程序流程图
4.2.2 数制转换子程序设计
开始
R3存16位二进制的低八位
R2存16位二进制的高八位
R
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 原理 应用 课程设计 说明书 电子秤
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)