課程設(shè)計寫作論文

1、目錄第一節(jié)緒論 (21.1本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 (21.2基本工作原理及原理框圖 (2第二節(jié)硬件電路的設(shè)計和方案比較 (32.1 電阻應(yīng)變式傳感器的選擇 (42.2 三運放大電路的設(shè)計 (52.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器 (52.4 LED顯示電路的設(shè)計 (72.5 單片機的選擇第三節(jié)軟件的設(shè)計 (9第四節(jié)設(shè)計總結(jié) (15參考書籍 (16程序附圖 (17數(shù)字電子秤設(shè)計第一節(jié)緒論稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視,作為一種計量手段,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域,與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種,衡器是國家法定計量器具,是國計民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易

2、不可缺少的計量設(shè)備,衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低,將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。經(jīng)過多年的發(fā)展,電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化;其技術(shù)性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高;其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。本課程設(shè)計的電子秤以單片機為主要部件,利用全橋測量原理,通過對電路輸出電壓和標準重量的線性關(guān)系,建立具體的數(shù)學(xué)模型,將電壓量綱(V改為重量綱(g即成為一臺原始電子秤。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種,本設(shè)計采用全橋測量電路,使

3、系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小,輸出的數(shù)據(jù)更精確。而三運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大,以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,經(jīng)單片機AT89S52進行數(shù)據(jù)處理最后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去,最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。1.1本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容設(shè)計的主要內(nèi)容如下:1運用電阻應(yīng)變式傳感器并采用全橋測量電路進行數(shù)據(jù)采集2將采集的數(shù)據(jù)井三運放大器放大并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號3數(shù)字信號送入AT89S52單片機進行數(shù)據(jù)處理最后通過LED顯示,最小顯示單位為1g4寫出詳細的實驗報告1.2基本工作原

4、理及原理框圖基本工作原理框圖如下: 圖 1.2-1 基本工作原理框圖電路方框圖如下: 圖1.2-2 電路方框圖第二節(jié)硬件電路的設(shè)計和方案比較2.1 傳感器的選擇電阻應(yīng)變式傳感器是將被測量的力,通過它產(chǎn)生的金屬彈性變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測量線路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種:電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片,本設(shè)計中采用的是電阻絲應(yīng)變片,為獲得高電阻值,電阻絲排成網(wǎng)狀,并貼在絕緣的基片上,電阻絲兩端引出導(dǎo)線,線柵上面粘有覆蓋層,起保護作用。電阻應(yīng)變片也會有誤差,產(chǎn)生的因素很多,所以測量時我們一定要注意,其中溫度的影響最重要,環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是:A.電阻絲溫度系數(shù)引

5、起的。B.電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。對于因溫度變化對橋接零點和輸出,靈敏度的影響,即使采用同一批應(yīng)變片,也會因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差,所以對要求精度較高的傳感器,必須進行溫度補償。由于惠斯登電橋具諸如抑制溫度變化的影響,抑制干擾,補償方便等優(yōu)點,所以采用惠更斯測量電路精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點,廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成,其工作原理如圖1.2-3所示: 圖2.1-1稱重傳感器原理圖全橋測量電路中,將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?當(dāng)應(yīng)變片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其

6、變化值R1=R2=R3=R4時,其橋路輸出電壓U out=KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍,非線性誤差和溫度誤差均得到改善。應(yīng)變式傳感器安裝示意圖1.2-4所示: 圖2.1-2電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成R/R,而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小,例如傳感器的應(yīng)變片電阻值120,靈敏系數(shù)K=2,彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000,應(yīng)變電阻相對變化量為:R/R = K×= 2×1000×10-6 =0.002由式2-3可以看出電阻變化只有0.24,其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既難以直接精確測量,又不便直接處理。因此,必須采用轉(zhuǎn)換電路,

7、把應(yīng)變計的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化,但是這個電壓或電流信號很小,需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換芯片接收的信號。橋式測量電路有四個電阻,其中任何一個都可以是電阻應(yīng)變片電阻,電橋的一個對角線接入工作電壓U,另一個對角線為輸出電壓Uo。其特點是:當(dāng)四個橋臂電阻達到相應(yīng)的關(guān)系時,電橋輸出為零,或則就有電壓輸出,可利用靈敏檢流計來測量,所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。測量電路是電子秤設(shè)計電路中是一個重要的環(huán)節(jié),我們在制作的過程中應(yīng)盡量選擇好元件,調(diào)整好測量的范圍的精確度,以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。 圖 2.1-3 全橋測量電橋圖 圖 2.1-4 三運放大電路

8、結(jié)構(gòu)圖它由電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成測量電橋,R1=R2=R3=R4= 350,加熱絲阻值為50左右,測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源U in供給。將差動放大器調(diào)零,合上電源開關(guān),調(diào)節(jié)電橋平衡電位RW1,使數(shù)顯表顯示0.00V。將10只標準砝碼全部置于傳感器的托盤上,調(diào)節(jié)電位器RW3(增益即滿量程調(diào)節(jié)使數(shù)顯表顯示為2V(2V檔測量或-2V。拿去托盤上的所有砝碼,調(diào)節(jié)電位器R W4(零位調(diào)節(jié)使數(shù)顯表顯示為0.0000V。重復(fù)2、3步驟的標定過程,一直到精確為止,把電壓量綱V改為重量綱g,就可以稱重。成為一臺原始的電子秤。2.2 三運放大電路本次課程設(shè)計中,需要一個放大電路,我們將采用三運放

9、大電路,主要的元件就是三運放大器。在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中,多數(shù)情況下,傳感器輸出的模擬信號都很微弱,必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大,才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求,在此情況下,就必須選擇一種符合要求的放大器。 圖 2.2-1 三運放大電路結(jié)構(gòu)圖2.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,可以和單片機直接接口。 圖2.3-1由上圖可知,ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開

10、關(guān)可選通8個模擬通道,允許8路模擬量分時輸入,共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,當(dāng)OE端為高電平時,才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖2.3-2IN0-IN7:8條模擬量輸入通道ADC0809對輸入模擬量要求:信號單極性,電壓范圍是0-5V,若信號太小,必須進行放大;輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變,如若模擬量變化太快,則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線:4條ALE為地址鎖存允許輸入線,高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時,地址鎖存與譯碼器將A,B,C三條地址線的地址信號進行鎖存,經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A,B和C為

11、地址輸入線,用于選通IN0-IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 數(shù)字量輸出及控制線:11條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號:當(dāng)ST上跳沿時,所有內(nèi)部寄存器清零;下跳沿時,開始進行A/D轉(zhuǎn)換;在轉(zhuǎn)換期間,ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC 為高電平時,表明轉(zhuǎn)換結(jié)束;否則,表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號,用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù);OE=0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線:因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路,所需時鐘信號必須由外界提供,通常使用頻率為500KHZ,VREF(+,VR

12、EF(-為參考電壓輸入。1ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器,可以與8031直接相連。2初始化時,使ST和OE信號全為低電平。3送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A,B,C端口上。4在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。5是否轉(zhuǎn)換完畢,我們根據(jù)EOC信號來判斷。6當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r,這時給OE為高電平,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。2.4 LED顯示電路設(shè)計LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時,發(fā)光二極管點亮;共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管

13、陽極并接。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線和8*N根段選線。根據(jù)顯示方式不同,位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇,位選線控制顯示位的亮,暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動態(tài)顯示LED動態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時,為了簡化電路,降低成本,將所有位的段選線并聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制,而共陰極點或共陽極點分別由響應(yīng)的I/O口線控制。 圖 2.4-1LED顯示電路圖2.5單片機的選擇再則由于系統(tǒng)沒有其它高標準的要求,又考慮到本設(shè)計中程序部分比較大,根據(jù)總體方案設(shè)計的分析,設(shè)計這樣一個簡單的的系統(tǒng),可

14、以選用帶EPROM的單片機,由于應(yīng)用程序不大,應(yīng)用程序直接存儲在片內(nèi),不用在外部擴展存儲器,這樣電路也可簡化。INTEL公司的8051和8751都可使用,在這里選用ATMENL生產(chǎn)的AT89SXX系列單片機。AT89SXX 系列與MCS-51相比有兩大優(yōu)勢:第一,片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器,使程序?qū)懭敫臃奖?第二,提供了更小尺寸的芯片,使整個硬件電路體積更小。此外價格低廉、性能比較穩(wěn)定的MCPU,具有8K×8ROM、256×8RAM、2個16位定時計數(shù)器、4個8位I/O接口。這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求最后我們最終選擇了AT89S52這個比較常用的單片機來實

15、現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。AT89S52內(nèi)部帶有8KB的程序存儲器,基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。AT89S52有40個引腳,32個外部雙向輸入/輸出(I/O端口,同時內(nèi)含2個外中斷口,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起,特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如圖2.5-1所示。 圖2.5-1AT89S52引腳圖2.5.3.單片機管腳說明VCC:供電電壓。GND:接地。P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門流。當(dāng)P1口的管腳

16、第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉

17、高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的

18、一些特殊功能口,如下表所示:表3.1 P3.0口引腳功能表 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是AL

19、E才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH,不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。2.6總體工作電路圖第三節(jié)軟件的設(shè)計;ADC0809通道IN0地址7FF8H;8155 PA口地址7F01H; PB口地址7F02HFLAG BIT 7FH;位地址賦值偽指令ORG 0000HAJMP MAINORG 0013HAJMP INT1MAIN:SETB IT1SETB EASETB EX1;開外部中斷1LCALL AD_SORT;開始執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換LCALL BCD