單片機電子稱課程設(shè)計1.

1、單片機技術(shù)及其應(yīng)用原理課程設(shè)計報告設(shè)計題目：電子秤的設(shè)計專業(yè)年級:08電子信息工程本科小組成員：楊婷(200800802035華娟（200800802041王尹懌（200800802048成績:完成時間:20110702【設(shè)計題目】電子稱的設(shè)計【設(shè)計要求】(1設(shè)計一款電子秤,用LED液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量(2可以設(shè)定該秤所稱的上限(3當(dāng)物體超重時，能自動報警【設(shè)計過程】1. 【方案設(shè)計】在設(shè)計系統(tǒng)時，針對各個模塊實現(xiàn)的功能來設(shè)計電子秤的方案有以下幾種方案一結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：圖1帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡圖此方案設(shè)計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計價功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示 時只能顯示單價

2、、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時，如果數(shù)碼管沒 有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管 使用，比較麻煩。方案二前端信號處理時，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有 字符圖文顯示功能的LCD顯示器。這種方案不僅加強了人機交換的能力，而且滿足 設(shè)計要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：圖2 LCD顯示的方案目前單片機技術(shù)比較成熟，功能也比較強大，被測信號經(jīng)放大整形后送入單片機， 由單片機對測量信號進行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示

3、出被測物體的重量。單片機控制適合于功能比較簡單的控制系統(tǒng)，而且其具有成本低，功耗低，體積小算術(shù) 運算功能強，技術(shù)成熟等優(yōu)點。但其缺點是外圍電路比較復(fù)雜，編程復(fù)雜。使用這種 方案會給系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的難度。方案二米用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA為控制核心采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA為控制核心利用EDA軟件編程，下載燒制實現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片Xilinx公司的SpartanU系列XC2S100E芯片上，體積大大減 小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點 ，可實現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的 集成電路。采用FPGA測頻測量精度高，測量頻率范圍大,而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計要 求的精度較高，所以要求系統(tǒng)

4、的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強。從下圖中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的核心器件。其中控制器采用Xilinx公司可編程器件FPGA為核心基于ISE軟件平臺，采用VHDL編 程實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、LED和LCD驅(qū)動、時鐘芯片的I2C通訊、鍵盤控制等模塊。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：圖2.4電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖FPGA的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時還可以提高設(shè)計的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。雖然以FPGA為核心的電子稱系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電 路中其高集成度才能更好得以體現(xiàn)。其主要在 PC機接口卡的總線接口、程控交換 機的信號處理與接口、雷達

5、聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機床的測試系統(tǒng) 等方面有廣泛應(yīng)用。鑒于本電子稱的設(shè)計并不太復(fù)雜，單片機完全能實現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計時，采 用了第三種設(shè)計方案2. 【器件選擇】顯示器的選擇方案方案一:采用LED（數(shù)碼管顯示。LED（數(shù)碼管是light-emitting diode的縮寫，它經(jīng) 過合理的設(shè)置可以完成顯示被測物質(zhì)量、單價、總價以及可測上限值的任務(wù) ，并且 經(jīng)濟耐用。同時LED具有高亮度，高刷新率的優(yōu)點，能提供寬達160°的視角，可以在較遠的距離上看清楚。但是它的顯示存在信息量少，顯示不直觀，不易理解，連線復(fù)雜 等缺點。方案二:采用LCD（液晶屏顯示。LCD（液晶屏是

6、Liquid Crystal Dis play的縮寫,它具有字符顯示的功能，不但可以同時顯示被測物質(zhì)量、單價、總價以及可測上限 值，還可以同時顯示相應(yīng)的控制命令、指示符號及單位等 ，信息量豐富且直觀易懂。另外，液晶顯示有功耗低，體積小,質(zhì)量輕,壽命長，不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點。綜合比較二者的優(yōu)缺點，本設(shè)計最終采用LCD1602作為顯示器。1.2AD芯片的選擇方案方案一:采用AD7810作為A/D轉(zhuǎn)換器件。AD7810是美國模擬器件公司 （Analog Devices生產(chǎn)的一種低功耗10位高速串行A/D轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有8腳DIP和SOIC兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時鐘。它的外圍接線極其簡單,AD7

7、810的轉(zhuǎn)換時 間為2卩s采用標(biāo)準SPI同步串行接口輸出和單一電源（2.7V5.5V供電。在自動低功 耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為1kSPS時的功耗僅為27卩W因此特點適合于便攜 式儀表及各種電池供電的應(yīng)用場合使用。方案二:采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器件。ADC0809是采樣分辨率為8位 的、微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS組件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可 以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行 A/D轉(zhuǎn) 換。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。，而且ADC0809的AT89C52是一個低綜上所述，由于考慮到8位模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)滿足本次設(shè)計要

8、求 價格相對較低，所以本設(shè)計采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。1.3CPU的選擇方案方案一:采用傳統(tǒng)的8位的51系列單片機作為系統(tǒng)控制器。Flash只讀程序存電壓,高性能CMOS 8位單片機片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、 非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。而且我們做的很多產(chǎn)品都是在51的基礎(chǔ)上完成對51系列的單片機相對來說 較為熟悉。方案二:采用32位的ARM2138作為系

9、統(tǒng)控制器。ARM2138具有強大的存儲空間，內(nèi)嵌32K片內(nèi)靜態(tài)RAM和512K的flash存儲器，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)可編程（ISP、 在應(yīng)用可編程（IAP,2個8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,1個D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換迅速準確，引腳 資源豐富多達47個可承受5V電壓的通用I/O 口,多個串行接口，包括2個16C550 工業(yè)標(biāo)準UART、2個高速I2C接口 （400Kb/s、SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可 變功能的SSPo但價格相對較高。綜上分析，由于考慮到器件的價格、現(xiàn)有資源和對器件的掌握程度，控制器模塊選擇方案一。3. 【系統(tǒng)電路設(shè)計】綜合考慮本次設(shè)計要求、現(xiàn)有元器件資源、元器件價格和 對元器件的熟悉掌握

10、程度，本次設(shè)計選用AT89C52作為CPU控制器,ADC0809作為 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件丄CD1602作為顯示器件，再配以其他相關(guān)元器件來實現(xiàn)硬件電路的設(shè) 計。被測質(zhì)最V CPU電陽馬變式傳憋器單片機a litADC08097報警電路圖2-1基于單片機控制的電子秤的基本組成框圖傳感器的測量電路選用全橋電路，由四個電阻應(yīng)變計組成。無外力作用時，橋路 平衡,輸出電壓為零；有外力作用時，電阻應(yīng)變計的阻值發(fā)生變化，橋路失去平衡，有相 應(yīng)的電壓輸出。但是由于此電壓信號過于微弱 難以被ADC0809采集,則需經(jīng)過放 大電路放大才能經(jīng)ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號經(jīng)單片機處理后送 顯示器顯示。本設(shè)計

11、還增加了鍵盤和報警電路，鍵盤的功能是調(diào)節(jié)滿量程的上限值 和當(dāng)前的單價，如果被測量的物質(zhì)重量超出所設(shè)定的滿量程上限值 ，則蜂鳴器報警，否 則顯示當(dāng)前的重量、單價和相對應(yīng)的總價。1.4 4.【軟件設(shè)計主程序的設(shè)計主程序設(shè)計的流程如下圖所示，開機后先對LCD1602進行初始化,并顯示單價及 上限閾值，接下去則循環(huán)采集AD數(shù)據(jù)及鍵盤程序。開焙圖4-1主程序流程圖1.5AD數(shù)據(jù)采集及處理子程序的設(shè)計數(shù)據(jù)采集由ADC0809芯片來完成，主要分為啟動、讀取數(shù)據(jù)、等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、采集的數(shù)據(jù)求和、取平均（退出幾個步驟。ADC0809初始化后,就具 有了將某一通道輸入的05V模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量

12、0x000xff,然后再存入 指定緩沖單元中。其轉(zhuǎn)換方式可以采用程序查詢方式，延時等待方式和中斷方式三 種。本設(shè)計采用的是延時等待方式，具體程序流程圖如圖4-2所示。AD采集r粘廠;建M I.F岀：圖4-2 AD數(shù)據(jù)采集及處理子程序流程圖數(shù)據(jù)處理子程序是整個程序的核心。主要用來調(diào)整輸入值系數(shù)，使輸出滿足量 程要求。另外完成A/D的采樣結(jié)果從二進制數(shù)向BCD碼轉(zhuǎn)化14。在硬件調(diào)試過 程中重量與電壓的關(guān)系如表一所示：f AD采集子禪庁'jly線性符合設(shè)計要求，且每個砝碼對應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)BCD碼后正好近似20,則無需 其他處理。1.6鍵盤處理程序的設(shè)計在本次設(shè)計中，總共用到三個按鍵。按鍵0是切

13、換鍵,按一次切換鍵進入單價修改狀態(tài)，按兩次進入上限閾值修改狀態(tài)，按三次進入電子稱去皮處理狀態(tài)，再按一次則返回正常顯示狀態(tài)。按鍵1實現(xiàn)對單價或上限閾值加一的功能。按鍵2實 現(xiàn)對單價或上限閾值減一的功能。每個按鍵對應(yīng)的流程圖如下所示。圖4-3按鍵0的子程序流程圖圖4-4按鍵1的子程序流程圖I按敘咖F丿（按鍵2 r程序圖4-5按鍵2的子程序流程圖】1.7【結(jié)果分析】設(shè)計結(jié)果本設(shè)計成功實現(xiàn)了電子稱量功能，在原始電子稱的基礎(chǔ)上還增加了單價調(diào)節(jié)、閾值報警和去皮稱重功能。利用 LCD1602同時顯示當(dāng)前重量值、當(dāng)前重量所對應(yīng) 的單價、總價以及可測重量的上限值，如圖5-1所示。其中“P”示當(dāng)前的單價，“M表示

14、當(dāng)前重量值，“$表示當(dāng)前物質(zhì)的總價，“ma表 示當(dāng)前設(shè)定的承載上限值?！?P' “ maX和“ M可以去皮稱重的調(diào)整操作如下：單價調(diào)節(jié)功能操作：先按一下切換鍵當(dāng)液晶屏上的“P”面顯示“?時，在按加 一減一鍵調(diào)整價格值，調(diào)整好后在按切換鍵退出；測量上限調(diào)節(jié)功能操作：先按兩下切換鍵，當(dāng)液晶屏上的“maX后面顯示“？ 在按加一減一鍵調(diào)整上限值，調(diào)整好后在按切換鍵退出；去皮功能操作：先按三下切換鍵，直到顯示屏上的“M值顯示“000 g再按一下 切換鍵則顯示去皮前重量值。本產(chǎn)品總體實現(xiàn)智能電子稱的功能。但是由于本次畢業(yè)設(shè)計由于傳感器發(fā)出的信號不是很穩(wěn)定，所以稱重時誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效 果會好很多。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號進行量化、采集，主要分為信號放大、采集，然后進行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對傳感器輸出的信號進行放大時，應(yīng)選取合適的運算放大電路。最好是預(yù)先計 算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進行數(shù)據(jù)處理時，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 系數(shù)，使輸出滿足量程要求?！驹O(shè)計總結(jié)】1.設(shè)計中出現(xiàn)的問題和相應(yīng)的解決方案。2.個人體會?！緟⒖嘉墨I】參考文獻 參考文獻】1劉敏,張強,郝樹虹，王 艷芬.稱重傳感器的選用原則A.電子科學(xué),2009, 01: 39. 2謝惠玲.應(yīng)變式稱重傳 感器技術(shù)動向和發(fā)展趨勢J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報,20