硬件大型實驗說明書智能電子稱設計 2

1、硬件大型實驗說明書智能電子稱設計 1需求分析 1.1設計背景單片機以其功能強，體積小，功耗低，易開發(fā)等很多優(yōu)勢被廣泛應用。本次數(shù)字電子秤的設計就是需要通過選擇合適的單片機來進行主控，再結合A/D轉換、鍵盤、液晶顯示、復位電路和蜂鳴器報警驅動電路的知識，同時在軟件的設計過程中用到鍵盤掃描、液晶顯示驅動、模數(shù)轉換程序及漢字庫的的設計，做到對我們所學數(shù)電、模電、單片機等知識的綜合應用，最終實現(xiàn)所設計數(shù)字電子秤的各項功能，達到“鞏固知識，培養(yǎng)技能，學而用之”的實踐目的。通過這次課程設計，不但要提高我們在工作中的學習能力、探究能力、應用能力和動手能力，還要歷練我們不畏艱難、不懂便學、有漏必補的

2、認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，強化我們的社會適應力和社會競爭力，為走向社會提前試水，完善自我。1.2功能需求設計智能電子秤的軟硬件，實現(xiàn)如下功能。能隨時檢測在稱重盤上物體的重量，并顯示出來。根據(jù)輸入的單價，計算出需要的金額。并顯示出來。在此基礎上的物體的累加，可以直接計算第二種物體的重量，和累計金額重量和價格要求精確到小數(shù)點后三位。如果所有重量從稱重盤中取下，系統(tǒng)自動復位到初始狀態(tài)，等待下一次的稱重。1.3設計原理根據(jù)智能電子秤的性能及技術要求，選擇89C52單片機為核心，組成稱量系統(tǒng)。系統(tǒng)主要有89C52單片機、A/D轉換器ADC0832、4*4鍵盤系統(tǒng)、LM4229顯示系統(tǒng)、傳感器、鎖存器等組成。當

3、商品放到秤盤上時，秤盤下的重量電阻應變式傳感器產生一電信號，信號的強弱隨商品重量的大小而變，該電信號經放大電路放大后，送入A/D轉換芯片進行模數(shù)轉換，轉換后的數(shù)字量與物重成正比，再進入89C52單片機經過數(shù)據(jù)處理，89C52單片機產生一組滿足顯示要求的數(shù)據(jù)，送至顯示電路顯示出實際重量。另一方面，商品單價通過鍵盤掃描電路送入89C52單片機，經過數(shù)據(jù)處理，送至顯示電路顯示出商品單價。物重與單價經過運算產生總價，也在顯示電路上同時顯示出來。 2總體設計2.1 實現(xiàn)方式該系統(tǒng)采用應變片式傳感器進行測量，得出模擬信號；再進行放大和模數(shù)轉換，然后送入單片機行處理。由A/D接口模塊、主機接口模塊、鍵盤與顯

4、示模塊組成。（如圖2-1所示）圖2.1系統(tǒng)框圖2.2選用硬件處理器的選用：AT89S52單片機是AT89S系列中的增強型高檔機產品，它片內存儲器容量是AT89S51的一倍，即片內8KB的Flash程序存儲器和256B的RAM。另外，它還增加了一個功能極強的、具有獨特應用的16位定時計數(shù)器2等多種功能。 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路2。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產生的變化。電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化。即輸出電壓的變化反映出重力的變化。電橋的輸出電壓可由下式表示：上式說明電橋的輸出電壓V

5、和四個橋臂的應變片感受的應變量的代數(shù)和成正比。圖2.2 橋式測量電路鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。鍵盤是由若干個按鍵開關組成，鍵的多少根據(jù)單片機應用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關觸點，當鍵按下時，觸點閉合，當鍵松開時，觸點斷開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。 我們選擇4*4鍵盤。 顯示器采用LM4229lcd液晶顯示系統(tǒng)。LM4229液晶可以顯示圖像、文字、還可以畫圖。ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉

6、換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。因此我們選擇ADC0832芯片。2.3功能概述信號采集部分：利用稱重傳感器獲取外部重量信息；信號放大部分；模數(shù)轉換部分：利用A/D轉換器把輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號以送到單片機進行處理；單片機控制部分：單片機是中央控制系統(tǒng)，它接受外部送進的各種數(shù)據(jù)和控制信息，通過運算和處理，然后送到外部以實現(xiàn)顯示等需要；人機接口部分

7、：人機聯(lián)系部件有鍵盤、顯示器等，這些部件同主機電路的連接是由人機接口電路來完成的。人機接口技術是智能儀表和操作者進行聯(lián)系并得到實際應用的關鍵之一。2.4分工情況課設成員 ：李成 宋亞珍 許力仁 王若旭 劉小強 李成：與同組同學協(xié)商完成本設計的實現(xiàn)方法和原理，合理分配所設計的單片機資源，定義數(shù)據(jù)字典及存儲單元的分配，確定單片機外部擴展的器件的訪問方法；主要完成硬件電原理及各部分的控制原理設計；以及將全組其他同學的軟件進行協(xié)調與連接，完成整個設計任務。宋亞珍：充分掌握所設計系統(tǒng)的硬件原理，理解系統(tǒng)中各功能的實現(xiàn)方法及各部件的訪問方法，編制該系統(tǒng)中稱重數(shù)據(jù)的采集并將采集數(shù)據(jù)轉換成重量。許力仁：充分掌

8、握所設計系統(tǒng)的硬件原理，理解系統(tǒng)中各功能的實現(xiàn)方法，設計不同功能的顯示程序。王若旭：充分掌握所設計系統(tǒng)的硬件原理，理解系統(tǒng)中各功能的實現(xiàn)方法，編程實現(xiàn)用戶按鍵的處理（包括按鍵的識別，功能的實現(xiàn)），實現(xiàn)系統(tǒng)使用的功能設置及金額的累計等功能。劉小強：充分掌握所設計系統(tǒng)的硬件原理，理解系統(tǒng)中各功能的實現(xiàn)方法，編程實現(xiàn)與上位機的通信，完成數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ堋?3詳細設計系統(tǒng)硬件的結構框圖如下所示：稱重傳感器 L-PSIII濾波電路放大器 AD620A/D轉換器 ADC0832AT89S52單片機片外數(shù)據(jù)存儲器62256（32K）鍵盤控制芯片ZZLG72894*4鍵盤帶有中文字庫的點陣式128x64型的L

9、CDOOCM4X8C數(shù)據(jù)采集部分人機交互界面單片機控制模塊 。部分，不包括系統(tǒng)電源部分圖3.1 系統(tǒng)硬件結構框圖3.1 數(shù)據(jù)采集部分的方案確定 數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉換部分組成。3.1.1 傳感器 傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉換為適于傳輸和測量的電信號部分?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會進入了信息時代，在信息時代人們的社會活動將主要依靠對信息資源的開發(fā)和獲取、傳輸和處理，而傳感器處于自動檢測與控制系

10、統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測信息的窗口；傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學研究和生產過程要獲取的信息，都要通過它轉換為易傳輸與處理的電信號。因此，傳感器的地位與作用特別重要。電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片式電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應變效應。電阻應變片把機械應變信號轉換為R/R后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。

11、因此，要采用轉換電路把應變片的R/R變化轉換成電壓或電流變化。其轉換電路常用測量電橋。直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。下圖為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E： 圖3.2 傳感器結構原理圖當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。當忽略電源的內阻時，由分壓原理有： = （2.2）當滿足條件R1R3=R2R4時，即（2.3）=0，即電橋平衡。式（2.3）稱平衡條件。應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應

12、變所引起的電阻變化有關。若差動工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2），則電橋輸出為 (2.4) 應變片式傳感器有如下特點：（1）應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。（3）結構輕小，對試件影響小， 對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好。（4）商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。 通過以上對傳感器的比較分析，最終選擇了電阻應變式傳感器。題目要求稱重范圍09.999Kg，重量誤差不大于0.005Kg，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必

13、須大于額定稱重9.999Kg 。我們選擇的是L-PSIII型傳感器，量程20Kg，精度為 0.01%，滿量程時誤差0.002Kg，完全滿足本系統(tǒng)的精度要求。3.1.2 前級放大器部分經由傳感器或敏感元件轉換后輸出的信號一般電平較低；經由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行A/D轉換。為此，測量電路中常設有模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構成具有各種特性的放大器來完成。放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內阻高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對放大器有如下一些要求：1、輸入阻抗應遠大于信號源內阻。否則，放大器的負

14、載效應會使所測電壓造成偏差。2、抗共模電壓干擾能力強。3、在預定的頻帶寬度內有穩(wěn)定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。4、能附加一些適應特定要求的電路。如放大器增益的外接電阻調整、方便準確的量程切換、極性自動變換等。采用專用儀表放大器，如：AD620，INA126等。此類芯片內部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。 以AD620為例，內部結構如下圖所示：圖2.8 AD620的內部等效圖接口如下圖所示：圖2.9 AD620的接口圖電路的工作原理：A1、A2工作在負反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與

15、同相輸入端的電壓相等。即Rg兩端的電壓分別為Vin+、Vin-。因此 （2.5）設圖（2.8）中電阻R1=R2=R，則A1、A2兩輸出端的電壓差U12為 （2.6）將式（2.6）代入式（2.5）得 放大器的增益Av為 （2.7）可見，僅需調整一個電阻Rg，就能方便的調整放大器的增益。由于整個電路對稱，調整時不會造成共模抑制比的降低。在接口圖（2.9）中，通過改變可變電阻R3的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下： （2.8）AD620 具有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點。其最大輸入偏置電流為20nA，這一參數(shù)反映了它的高輸入阻抗。AD620在外接電阻Rg時，

16、可實現(xiàn)11000范圍內的任意增益；工作電源范圍為±2.3±18V；最大電源電流為1.3mA；最大輸入失調電壓為125V；頻帶寬度為120kHz（在G=100時）?；谝陨戏治?，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器AD620。4硬件大型實驗的總結 經過十幾天的努力，終于按照設計進度要求如期完成了實用智能電子秤的硬件設計任務。在做設計的過程中，雖然碰到了不少的困難，但是在同學的幫忙以及自己的努力下，終于取得了一定成果。 主要工作及結論：1、熟悉AT89S52芯片的功能及工作特性，掌握其接口擴展方法。2、通過對數(shù)據(jù)采集的分析，了解了各種傳感器、放大器及A/D轉換器，對

17、信號的轉換、傳輸有了更深的認識。3、對各種實用芯片價格了解不夠，選擇上任有欠缺，如所選的稱重傳感器價格較貴，達好幾百元。4、動手能力不強，電子秤的實物沒能最終實現(xiàn)。 總之，在這次課程實際中，我學會了怎樣把自己所學的書本知識應用到實處?？吹阶约涸O計的功能電路能在仿真軟件中運行，我有了很大的成就感。另外，通過具體的操作，我掌握了各個功能模塊的接口設計方法，無論是在設計思想還是在動手能力上都有了很大的提高，為以后的學習和工作打下了堅實的基礎。附件:/./ 電子秤程序/ 功能：./ 2./ 2013年1月15日 下午 / author : lc lxq wrx xlr syz / school : n

18、uc (the north university of china , the city of taiyuan shanxi province )#include<reg52.h> /系統(tǒng)頭文件 #include<lm4229.h>/包含lm4229 的 常用函數(shù)定義#include<intrins.h>/頭文件 包含 _nop()函數(shù)的 聲明#define uchar unsigned char #define uint unsigned int / 類型重定義float price,press,total_price,press1; /聲明的系統(tǒng)變量 u

19、int a;uint ad_data; /存放 abc8032()函數(shù)的返回結果uchar k,n,m,e,num,s; uint j; uchar ds7; / 臨時存儲單元 存放 float to char 轉化字符結果 uchar ds14;/ uchar ds24;int z=0;int t=0; sbit ADCS =P35; /片選信號sbit ADDI =P37; sbit ADDO =P37; sbit ADCLK =P36;/定義A/D轉換芯片引腳 時鐘頻率void keyscan(); void delay(uint ms)/延時子程序 uchar i; while(ms-

20、) for(i=0;i<120;i+); void flotocha(float t) /浮點型轉換為字符型 要有三位精確度 所以存儲7位 包括小數(shù)點 uint tt =t;tt=(t*1000+0.5); ds0=tt/10000+'0' ds1=tt%10000/1000+'0' ds2=46; ds3=tt%10000%1000/100+'0' ds4=tt%100/10+'0' ds5=tt%10+'0' ds6='0'/將ASCII字符串轉換為浮點數(shù)long calc_asciide

21、c (char *buffer)long data value=0;long data digit;/int q=t-1;value=0;while(*buffer!=' ')digit=*buffer-'0'value=value*10+digit;buffer+;return value;uchar adc0832(unsigned char channel) /AD轉換，返回結果 ad轉換芯片用的是 adc0832 uchar i=0; uchar j; uint dat=0; uchar ndat=0; if(channel=0)channel=2; i

22、f(channel=1)channel=3; ADDI=1; _nop_(); _nop_(); ADCS=0;/拉低CS端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;/拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;/拉高CLK端 ADDI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;/拉高CLK端 ADDI=(channel>>1)&0x1

23、; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;/控制命令結束 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i<8;i+) dat|=ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat<<=1; if(i=7)dat|=ADDO; for(i=0;i<8;i+) j=0; j=j|ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop

24、_(); _nop_(); j=j<<7; ndat=ndat|j; if(i<7)ndat>>=1; ADCS=1;/拉低CS端 ADCLK=0;/拉低CLK端 ADDO=1;/拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài) dat<<=8; dat|=ndat; return(dat); /return ad k void main() /主程序 EA=1; / 總開關 EX1=1;IT1=0;a=0; / 開外部中斷1 price =0;lcd_init(); /初始化 lm4229write_lcd(0,3, " 實用電子稱的設計 "); wri

25、te_lcd(16,0,"單價: 元/千克 ");write_lcd(36,0,"重量: 千克 ");write_lcd(68,0,"總價: 元 ");while(1) /死循環(huán) 不可缺少 /price =3; keyscan();void jisuan ()/調用adc0832 （）程序 得到 A/D轉換結果ad_data=adc0832(0) ; press=(0.019531*ad_data*5/4.98);/上下兩句為了讓0和5v時 顯示值都能滿足要求if(press<=0.02)press=0;total_price=

26、price*press;/flotocha(price); / write_lcd(16,5,ds); if(a!=1) flotocha(press);write_lcd(36,5,ds);flotocha(total_price);write_lcd(68,5,ds);void keyscan()/鍵盤處理函數(shù) uchar temp; P1=0xfe; temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(5);temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1; switch(temp)

27、 case 0xee:num=1;n=7;k=1,s+; ds1t+='7' break; case 0xde:num=2;n=8;k=1,s+; ds1t+='8' break; case 0xbe:num=3;n=9;k=1,s+; ds1t+='9'break; case 0x7e:num=4;k='/',s+; break; while(temp!=0xf0) temp=P1; temp=temp&0xf0; P1=0xfd; temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0)

28、delay(5);temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1; switch(temp) case 0xed:num=5;n=4;k=1;s+; ds1t+='4' break; case 0xdd:num=6;n=5;k=1;s+;ds1t+='5'break; case 0xbd:num=7;n=6;k=1;s+; ds1t+='6'break; case 0x7d:num=8;k='*'s+; break; while(temp!=0xf0) temp=P1; temp=temp&0xf0; P1=0xfb; temp=P1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(5);temp=P1; temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=P1; switch(temp) case