基于51單片機(jī)的電子秤設(shè)計

..電子工程學(xué)院12級藍(lán)電杯競賽方案設(shè)計報告書項目名稱:基于51單片機(jī)的電子秤設(shè)計項目負(fù)責(zé)人:本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89S52為控制核心,實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)板,數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面三大部分。最小系統(tǒng)部分主要是擴(kuò)展了外部數(shù)據(jù)存儲器,數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。人機(jī)界面部分為鍵盤輸入,12864點(diǎn)陣式液晶顯示,可以直觀的顯示中文,使用方便。軟件部分應(yīng)用單片機(jī)C語言實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計的全部控制功能,包括基本的稱重功能,和發(fā)揮部分的顯示購物清單的功能,可以設(shè)置日期和重新設(shè)定10種商品的單價,具有超重報警功能,由于系統(tǒng)資源豐富,還可以方便的擴(kuò)展其應(yīng)用關(guān)鍵詞壓力傳感器單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器LED顯示器第一部分：方案論證與比較一、控制器部分本系統(tǒng)基于51系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn),因為系統(tǒng)需要大量的控制液晶顯示。不宜采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷篊PLD、FPGA來實(shí)現(xiàn)。另外系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求,我們最終選擇了AT89S52通用的比較普通單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。內(nèi)部帶有8KB的程序存儲器,在外面擴(kuò)展了32K數(shù)據(jù)存儲器,以滿足系統(tǒng)要求。二、數(shù)據(jù)采集部分〔1、傳感器題目要求最大量值為5千克。我們選擇的是L-PSIII型傳感器,量程5Kg,精度為,滿量程時誤差0.02Kg?？梢詽M足系統(tǒng)的精度要求。其原理如下圖所示。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成,內(nèi)部線路采用惠更斯電橋,當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時,輸出信號電壓可由下式給出：〔2、前級放大器部分壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級,所以對運(yùn)算放大器要求很高。具體方案：高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗,增益高的特點(diǎn),可以利用普通運(yùn)放<如OP07>做成一個差動放大器。電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲,C1、C2為普通小電容,可以濾除高頻干擾,C3、C4為大的電解電容,主要用于濾除低頻噪聲。優(yōu)點(diǎn)：輸入級加入射隨放大器,增大了輸入阻抗,中間級為差動放大電路,滑動變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn),最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù),使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器,所以輸出電阻不是很大,比較符合應(yīng)用要求。缺點(diǎn)：此電路要求R3、R4相等,誤差將會影響輸出精度,難度較大。實(shí)際測量,每一級運(yùn)放都會引入較大噪聲。對精度影響較大。〔3、A/D轉(zhuǎn)換器由上面對傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在以下12位A/D精度：5Kg/4096=1.22g8位A/D精度：5Kg/256=19.53g考慮到題目的要求,誤差控制在20g以內(nèi)。所以我們需要選擇8位或者精度更高的A/D。具體方案雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL7135、ICL7109。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高,但速度較慢<如：ICL7135>,具有精確的差分輸入,輸入阻抗高〔大于,可自動調(diào)零,超量程信號,全部輸出于TTL電平兼容。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對正負(fù)對稱的工頻干擾信號積分為零,所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強(qiáng),對高于工頻干擾〔例如噪聲電壓已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零,對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng),緩慢變化的壓力信號,很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤,系統(tǒng)對AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高,精度上8位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強(qiáng)的抗干擾能力,和精確的差分輸入,低廉的價格。綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),我們最終選擇了ICL7135具體方案、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL7135、ICL7109。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高,但速度較慢<如：ICL7135>,具有精確的差分輸入,輸入阻抗高〔大于,可自動調(diào)零,超量程信號,全部輸出于TTL電平兼容。三、人機(jī)交互界面顯示輸出：雖然ZLG7289具有控制數(shù)碼管顯示的功能,但考慮到本題目要求中文顯示,數(shù)碼管無法滿足,只能考慮用帶有中文字庫的液晶顯示器。由于可以分頁顯示,無需太大屏幕,我們選擇了點(diǎn)陣式128×64型LCD—OCM4X8C。第二部分：具體實(shí)現(xiàn)方案一、硬件組成：〔一、硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：〔二、各部分硬件電路實(shí)現(xiàn)<1>、基于AT89S52的主控電路圖主控電路以89C52為核心擴(kuò)展32KRAM；單片機(jī)使用6M晶振,P0口外接上拉電阻,增大了帶負(fù)載能力；A12～A15接74LS138譯碼器,輸出作外部片選信號。擴(kuò)展了幾個接口用于其它部分于單片機(jī)的通信〔2前端信號處理INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路：通過調(diào)節(jié)的阻值來改變放大倍數(shù)。微弱信號Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的輸入電壓變化范圍是-2V～+2V,傳感器的輸出電壓信號在0～20mv左右,因此放大器的放大倍數(shù)在200～300左右,可將接成的滑動變阻器。由于ICL7135對高頻干擾不敏感,所以濾波電路主要針對工頻及其低次諧波引入的干擾。因為壓力信號變化十分緩慢,所以濾波電路可以把頻率做得很低。〔3A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)源選用芯片MC14032.5V分壓得到：由于ICL7135內(nèi)部沒有振蕩器,所以需要外接。但A/D轉(zhuǎn)換器精度與時鐘頻率的漂移無關(guān)。正向積分時間T1和反向積分時間T2按相同比例增加并不影響測量的結(jié)果。ICL7135的時鐘頻率典型值為200kHz最高允許為1200kHz,時鐘頻率越高,轉(zhuǎn)換速度越快。每輸出一位BCD碼的時間為200個時鐘周期,選通脈沖位于數(shù)據(jù)脈沖的中部,如果時鐘頻率太高,則數(shù)據(jù)的接受程序還沒有接受完畢,數(shù)據(jù)就已經(jīng)消失了?？紤]到此系統(tǒng)頻率要求不是太高,且單片機(jī)的工作頻率也不是很高,因此我們?nèi)r鐘頻率的典型值：200kHz。由于頻率比較低,對時鐘漂移要求不高,我們采用阻容方式實(shí)現(xiàn)了基本的振蕩電路。如下：振蕩頻率約為160kHz。此外ICL7135外部還需要外接積分電阻、積分電容,但A/D轉(zhuǎn)換器精度與外接的積分電阻、積分電容的精度無關(guān),故可以降低對元件質(zhì)量的要求。不過積分電容和積分電容的介質(zhì)損耗會影響到A/D轉(zhuǎn)換器的精度,所以應(yīng)采用介質(zhì)損耗較小的聚丙乙烯電容ICL7135還需要外接基準(zhǔn)電源,這是因為芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)源一般容易受到溫度的影響,而基準(zhǔn)電源的變化會直接影響轉(zhuǎn)換精度。所以當(dāng)精度要求較高時,應(yīng)采用外接基準(zhǔn)源。一般接其典型值1V。<4>、人機(jī)交互界面LCD顯示接口電路.LCD復(fù)位信號通過反相器接到單片機(jī)的RESET上,上電或手動復(fù)位時將隨單片機(jī)同時復(fù)位。由于復(fù)位后并行口輸出高電平,LCD處于選中狀態(tài),此時LCD將輸出內(nèi)部狀態(tài)字,將會影響數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸。所以外接一個反相器。二、軟件組成：〔一、流程圖主程序流程如圖所示：中斷服務(wù)程序流程圖如下：〔2、軟件說明由于涉及到大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算,程序不宜采用匯編語言,C語言大大縮短了開發(fā)時間,且程序可讀性非常好。程序中對AD采入的數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)字濾波,進(jìn)一步減小AD讀入數(shù)據(jù)的誤差。7289鍵盤控制采用中斷方式,加快了程序的執(zhí)行效率。九、設(shè)計體會單片機(jī)課程設(shè)計建立了初型,在設(shè)計之初并沒象想象的那么簡單,因為作為大一的新生很多東西還沒有接觸,而是從網(wǎng)上找的資源,雖然說很多不懂,但感覺收獲卻特別大。我們現(xiàn)在還需要老師和學(xué)長的幫助,以上的設(shè)計內(nèi)容大都從網(wǎng)上收集而來,有很多是我們現(xiàn)在所不懂的。但是我們會正面困難在老師的幫助和自己的努力下爭取實(shí)現(xiàn)這個設(shè)計！同時我也們也明白了自己有很多不足,雖然這是個相對簡單的課題用上,但對于我們來說都很困難,目前對很多芯片都沒有了解甚至可以說是不知道。