稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、杭州電子科技大學(xué) 設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱：短學(xué)期PCB電路設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生班級(jí)： 專業(yè)： 實(shí)驗(yàn)日期： 基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1. 89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)；（包括：時(shí)鐘、復(fù)位、電源、單片 機(jī)、按鍵和顯示等） 2. 在此基礎(chǔ)上完成稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，稱重量程為 080噸，誤差正負(fù)100kg A為稱重系統(tǒng)選擇合適的4個(gè)壓力傳感器，注意量程和誤差。 B設(shè)計(jì)放大電路，以便單片機(jī)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理。 C用7段數(shù)碼管或其他顯示模塊進(jìn)行重量的顯示，單位為：kg。 D根據(jù)應(yīng)用場合設(shè)計(jì)擴(kuò)展功能（加分選做設(shè)計(jì)部分） 電源系統(tǒng) 系統(tǒng)流程圖 壓力傳感器采集 信號(hào) 放大器放大

2、模擬 信號(hào) 51 單片機(jī) MAX232上位機(jī) 1丿J 按鍵調(diào)節(jié) A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)碼管顯示 復(fù)位 一_蜂鳴器 晶振 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和功能： 本設(shè)計(jì)研究的是一基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)，稱重范圍為0到80噸，承重范圍較大， 可以廣泛地運(yùn)用于汽車過磅，貨物稱重，也可以用來測體重。本設(shè)計(jì)主要通過壓力傳感器采 集貨物重量信息，產(chǎn)生電壓信號(hào)，通過運(yùn)算放大器的放大，再經(jīng)過一系列的A/D轉(zhuǎn)換、單片 機(jī)的處理，把貨物的重量顯示到數(shù)碼管上。如果有需要，也可以通過串口通信模塊把數(shù)據(jù)到 PC上位機(jī)中，再由計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì)可以通過按鍵來選擇稱重的最大量程，如果超過選擇的最大量程，則會(huì)有蜂鳴器 發(fā)出警報(bào)。 方案論證

3、： 傳感器： 壓力傳感器選用 MPX2200 壓強(qiáng)為200KPa時(shí)對(duì)應(yīng)的最大電壓為 40mv，所以傳感器底座面積設(shè)置為1平方米。40mv時(shí)對(duì)應(yīng)的重量為 20噸。 放大器設(shè)計(jì)： 量程為80噸，最大電壓對(duì)應(yīng) 20噸，故需要4個(gè)放大器，由于器件及參數(shù)限制，輸岀電壓為4V左右，最大 輸入電壓40mV,故放大倍數(shù)為100倍。故電阻成100倍關(guān)系。 傳感器采集的信號(hào)從 Header2端口輸入。 仿真結(jié)果： 從圖中可以看到增益為101倍。 A/D轉(zhuǎn)換： 因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求為誤差 100kg,最大電壓時(shí)對(duì)應(yīng)重量為 20噸，20 X 1000/100=200。2A8=256200。故采用8位 A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)可以

4、采用ADC0809轉(zhuǎn)換器。 ADC0809各引腳說明： IN0IN3 :從四個(gè)運(yùn)放接四路模擬量輸入。 D0D7 : 8位數(shù)字量的輸岀，D0D7分別接單片機(jī)的 P10P17端。 ADDA、ADDB、ADDC : 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路。 ALE :地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。 START: A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100 ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下 降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC : A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸岀端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸岀一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE:數(shù)據(jù)輸岀允許信號(hào)，輸入端，高電平有效

5、。當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸岀三態(tài) 門，輸出數(shù)字量。 CLK :時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF （ + ）、REF （-）:基準(zhǔn)電壓。 VCC :接+5V電源。 GND :接地。 按鍵設(shè)置： 兩個(gè)按鍵分別接單片機(jī)的P06和P07I/O 口。當(dāng)按鍵沒有按下，I/O 口端的信號(hào)為高電平；當(dāng)按鍵按下，I/O 口端的信號(hào)為低電平，當(dāng)單片機(jī)采集到低電平信號(hào)，根據(jù)程序做岀調(diào)節(jié)量程的相關(guān)反應(yīng)。 數(shù)碼管顯示： 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求測量重量范圍為0到80噸，且可以測量較小的重量，如體重（約為幾十千克），所以對(duì)顯 示的位數(shù)要求較高，故采用六個(gè)八段數(shù)碼管（最小可以顯示到

6、0.1kg ）。 因?yàn)閿?shù)碼管位的顯示要用掉單片機(jī)的8個(gè)I/O 口，控制顯示位又要用掉 6個(gè)I/O 口，對(duì)單片機(jī)的資源消耗較多， 為節(jié)省單片機(jī)資源可以使用一個(gè) 74LS138數(shù)據(jù)選擇器，用 3個(gè)I/O 口來控制6個(gè)數(shù)碼管的顯示，這樣就可以節(jié) 約3個(gè)I/O 口。 拓展功能： 超重報(bào)警： 當(dāng)測量的重物超過設(shè)置的量程，蜂鳴器報(bào)警。 用蜂鳴器的一段接 VCC，另一端接PNP三極管的發(fā)射極，三極管的基極通過一個(gè)電阻再接單片機(jī)的一個(gè)I/O 口，三極管的集電極接地，這樣就可以通過單片機(jī)I/O 口的高低電平實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制。 串口通信： 本設(shè)計(jì)中通訊模塊的主要功能是將STC89C52單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，通過串

7、口傳輸?shù)?RS-232中，最后在上 位機(jī)中得以顯示。 由于標(biāo)準(zhǔn)串口的電平規(guī)定是接收時(shí)電平范圍在+/-3+/-15V之間，發(fā)送時(shí)電平范圍在 +/-5+/-15V之間，而一 般單片機(jī)系統(tǒng)的工作時(shí)候的電壓是+3.3V或+5V，由于單片機(jī)的電平輸岀范圍并不能滿足一般的標(biāo)準(zhǔn)串口電平的 基本要求，所有串口端口不能直接與PC上位機(jī)的串口端相連接，若要進(jìn)行連接，則必須對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的工作電 壓經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。所以必須要經(jīng)過MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。模塊圖如下： MUC的串口MAX232PC機(jī)串口 本設(shè)計(jì)采用的 MAX232芯片是美國公司為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口專門設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用 的是+5V

8、單電源供電。MAX232芯片的引腳功能圖如下圖所示。 MAX232引腳功能分為三個(gè)部分，分別為電荷泵電路部分、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道部分和供電部分。電荷泵電路部 分由電容和1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成，其功能是給 RS232的串口兩個(gè)+12V和-12V的電源。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道部 分又分成第一數(shù)據(jù)通道和第二數(shù)據(jù)通道，其中第一數(shù)據(jù)通道是由11、12、13、14引腳構(gòu)成，而第二數(shù)據(jù)通道是 由7、8、9、10引腳構(gòu)成，TTL/CMOS的相關(guān)數(shù)據(jù)從11引腳、10引腳輸入，由芯片功能轉(zhuǎn)換成為RS232數(shù)據(jù), 再從7引腳、14弓I腳送到電腦串口插頭中；隨后電腦串口插頭的RS232數(shù)據(jù)由13引腳、8引腳輸入再轉(zhuǎn)換為 TT

9、L/CMOS的數(shù)據(jù)后，從12引腳、9引腳進(jìn)行輸岀。供電部分由15腳和16腳組成，15引腳接地，16引腳接 +5V。 供電系統(tǒng)： 由于本系統(tǒng)中元器件所需要的最大電壓為+/-12V （運(yùn)算放大器 OP37AZ ），本設(shè)計(jì)采用+/-12V供電。又由 于該系統(tǒng)中單片機(jī)及 AD轉(zhuǎn)換芯片及液晶顯示器所需供電電壓均為5V。電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作， 需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以穩(wěn)定提供5V電壓的供電系統(tǒng)?？梢圆捎萌朔€(wěn)壓器件LM7805作為系統(tǒng)電源的穩(wěn)壓器件以保 證系統(tǒng)電壓為穩(wěn)定的直流5V電壓，輸入12V電壓輸岀5V電壓，系統(tǒng)電源輸入接口要加濾波電容以確保工作電 壓穩(wěn)定。 電路仿真： 此仿真為驗(yàn)證運(yùn)放放大增益為200。用一個(gè)20mv的直流電壓源代替輸入信號(hào)，輸岀信號(hào)從外接電阻采集。 仿真軟件為Multisin12.0。 仿真結(jié)果：輸入為 40mv，輸岀為4.04V，約為101倍。 原理圖： PCB 圖： 規(guī)則檢查： 規(guī)則檢查時(shí)，由于封裝原因，J1的兩個(gè)焊盤外徑132mil過大，超過了最大焊盤外徑100mil，違法了規(guī)則, 通過修改焊盤規(guī)則解決。 收獲與體會(huì)： 在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，遇到很多問題，對(duì)軟件和單片機(jī)都不太熟悉，但通過互聯(lián)網(wǎng)和查閱資料，對(duì)這單