單片機(jī)課程設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字電子稱設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章、設(shè)計(jì)方案簡介 01設(shè)計(jì)內(nèi)容 01設(shè)計(jì)要求 01實(shí)驗(yàn)流程圖 01第二章、測量系統(tǒng)的電路分析 04傳感器系統(tǒng) 04放大系統(tǒng)04模數(shù)轉(zhuǎn)換 06顯示系統(tǒng)08第三章、單片機(jī)的主控程序 09單片機(jī)89c2051芯片 09電子秤工作流程 10第四章、設(shè)計(jì)結(jié)果 15電子秤工作流程 15電子秤原理圖 16 第五章、設(shè)計(jì)評(píng)述 17 心得體會(huì) 17第六章、參考文獻(xiàn) 18參考相關(guān)資料 18第七章、元器件清單 18第一章 設(shè)計(jì)方案簡介數(shù)字電子稱通過傳感器將被測物體的重量轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號(hào)，較小的電壓信號(hào)通過應(yīng)用放大系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確、線性的放大，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號(hào)電平的要求。放大電路采用四運(yùn)放集成電路

2、lm324中的三個(gè)運(yùn)放組成的儀表用放大電路。儀表用放大器具備足夠大的放大倍數(shù)、高輸入電阻和高共模抑制比的特點(diǎn)。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字量，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片7107實(shí)現(xiàn)。然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果，顯示電路采用四塊分立的七段led顯示電路進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)中通過改變放大電路的增益，從而達(dá)到轉(zhuǎn)換量程的目的。由于被測物體的重量相差較大，根據(jù)不同的側(cè)重范圍要求，需對量程進(jìn)行切換。1、 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1） 制作一個(gè)具有數(shù)字顯示功能的數(shù)字電子稱；（2） 調(diào)試數(shù)字電子稱的歌單元電路及系統(tǒng)電路；（3） 掌握數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法；（4） 熟

3、悉集成電路7107的使用方法；（5）采用電阻應(yīng)變式傳感器；2、 設(shè)計(jì)要求（5） (1)測量范圍： 019.99kg（6） (2)用數(shù)字顯示被測重量，小數(shù)點(diǎn)位置對應(yīng)不同的量程顯示。3、 實(shí)驗(yàn)流程圖感器荷傳感器放大器a/d轉(zhuǎn)換數(shù)碼顯示器單片機(jī)微控制器調(diào)零電路 圖20 小型電子秤的系統(tǒng)構(gòu)成（7） 本系統(tǒng)采用了低功能單片機(jī)89c2051作為測量儀表的核心，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。（8） 電子秤測量系統(tǒng)的工作原理:（9） 儀表通電后，在秤重過程中由貨物重量經(jīng)荷重傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換，輸出相應(yīng)的毫伏電壓，這個(gè)微弱信號(hào)通過運(yùn)算放大器放大和標(biāo)度變換轉(zhuǎn)送a/d轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)的a/d轉(zhuǎn)換器采用了v/

4、f型積分轉(zhuǎn)換器，它將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的以脈沖序列方式的頻率輸出。單片機(jī)89c2051嚴(yán)格控制每一次采樣時(shí)間，保持每一次計(jì)數(shù)的閘門時(shí)間間隔的一致性。單片機(jī)通過應(yīng)用程序,把當(dāng)次的采樣頻率f進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換形成顯示器可使用的串行代碼數(shù)據(jù)。在測量荷重期間，系統(tǒng)可隨時(shí)接受人機(jī)對話請求。人機(jī)對話僅通過鍵盤接受校正值。 校正有兩個(gè)內(nèi)容，其一，“零點(diǎn)校正”，按“設(shè)置”鍵，將空負(fù)荷下的采樣值記錄下來存入eeprom型號(hào)為24lc02b；其二，“斜率校正”，將標(biāo)準(zhǔn)重量（砝碼）作為秤重對象放入托盤，按“校正”鍵，單片機(jī)將采樣值記錄下來并通過計(jì)算將新的斜率存入eeprom型號(hào)為24lc02b。這兩種校正的方法如下

5、： （10） （1）零點(diǎn)校正：電子秤的長期使用，由于傳感器，放大器的零點(diǎn)漂移，使得出廠時(shí)調(diào)整好的零點(diǎn)發(fā)生偏移而導(dǎo)致秤重時(shí)引起恒定誤差，經(jīng)過“設(shè)置”鍵校正，實(shí)際上把零漂值存儲(chǔ)起來，以后每次側(cè)重時(shí)采樣值調(diào)整： xy = xi - 去除零漂誤差。（11） （2）斜率校正：系統(tǒng)除了零點(diǎn)漂移不可避免外，秤重機(jī)構(gòu)的靈敏度，放大器的增益也會(huì)受到使用時(shí)間的影響而發(fā)生變化，斜率校正實(shí)際上是滿度調(diào)整。（12）（13） 關(guān)系式： k =f / xy （14） 其中，可k為斜率， f 為采樣頻率，xy荷重。（15） 圖21 斜率校正第二章 測量系統(tǒng)的電路分析1、傳感器（16） 電子秤傳感器的測量電路通常使用電橋測量電

6、路，它將應(yīng)變阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這就是可用的輸出信號(hào)。（17） 電橋電路有四個(gè)電阻組成，如下圖所示：（18）（19） 電子秤的傳感器在不加負(fù)荷時(shí)，橋路的電阻應(yīng)平衡，也就是電橋初始平衡狀態(tài)輸出應(yīng)為零。但實(shí)際上橋路各臂阻值不可能絕對相同，接觸電阻及導(dǎo)線電阻也有差異，致使輸出不為零。因此必須設(shè)置調(diào)零電路使初始狀態(tài)達(dá)到平衡，即輸出為零。2、 放大器（20） 絕大多數(shù)的電子秤都采應(yīng)變式傳感器作為荷重變換器。這是因?yàn)閼?yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，精度高，非線性誤差小，量程調(diào)整容易等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的是平行梁式，這是一種根據(jù)彈性材料受到壓力后變形產(chǎn)生應(yīng)變，使粘貼在彈性材料上的應(yīng)變元件或壓縮或拉

7、伸，引起應(yīng)變元件的電阻相應(yīng)變化。為了提高靈敏度，一般采用4個(gè)性能完全相同應(yīng)變元件構(gòu)成全臂差動(dòng)電橋，電橋的輸出關(guān)系式： （21） (3-2) （22） 標(biāo)稱值：r = 120 ，e= 6v，額定輸出: 1.3mv/v, 實(shí)際滿度輸出7.8mv/6v（23） 顯然,由應(yīng)變元件構(gòu)成全臂差動(dòng)電橋的輸出信是微弱的,必須通過信號(hào)放大才有讀數(shù)意義。 應(yīng)變傳感器 放大器rdwrqu0u01234567844%55%64%81%32184u1:a145856784u1:b145832184u2:a1458+12r210kr110k-5-5-5+5+5+5+88.8ac volts48%vin+6vin-7vre

8、f/29clk in4a gnd8rd2wr3intr5cs1d gnd10db7(msb)11db612db513db414db315db216db117db0(lsb)18clk r19vcc20u3adc0804a/d轉(zhuǎn)換器圖22 一次與二次儀表本系統(tǒng)采用單電源工作的三運(yùn)算放大器與電橋電路連接成反向放大電路。3、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中a/d轉(zhuǎn)換器用的是adc08094a/d轉(zhuǎn)換器，它是8路8位逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時(shí)間短（一般在級(jí)），滿足題目要求的“實(shí)時(shí)采樣”，并且它的轉(zhuǎn)換精度在0.1%上下，比較適中，適用于一般場合。由圖2.3.3可見，單片機(jī)通過讀控制線wr和08

9、04片選線控制啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換及輸入通道地址鎖存，寫控制線wr與adc0804片選線控制輸出允許。模擬電壓由vin+,vin_通道輸入，a/d采樣電壓在05v之間變化。所模擬通道vin+,vin地址口為0aoooh，但是adc0804無內(nèi)置時(shí)鐘，所以clkin,clir由外部時(shí)鐘信號(hào)控制。 圖2.3.3 a/d轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的接口電路 工作原理： 圖23為電壓/頻率轉(zhuǎn)換器0804的簡化功能框圖。內(nèi)能隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生1.9v直流電壓,送到2腳,外接rs形成基準(zhǔn)電流 i= 1.9/rs。（i=50500ua）。 輸入電壓vin送比較器，引腳6通常與1腳連接，當(dāng)k合上后流過恒電流在rl上產(chǎn)生壓降vx作為

10、閾值電壓。 在單脈沖定時(shí)器上設(shè)有定時(shí)比較器，一個(gè)輸入端恒接2/3vcc作為參考電壓，另一個(gè)輸入端接引腳5。 v52/3vcc單脈沖定時(shí)器內(nèi)部的rs觸發(fā)器產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)使k斷開,又迫使驅(qū)動(dòng)晶體管截止。復(fù)位后使引腳5與地短接，電容c1上的電荷釋放，電壓下降。使v5vx, 輸入比較器使rs觸發(fā)器產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)使k閉合, 基準(zhǔn)電流向cl充電。使vx上升，直至vxvin。 輸入比較器翻轉(zhuǎn), 迫使單脈沖定時(shí)器產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)使k斷開, cl向rl放電,使vxvin。然后輸入比較器再次啟動(dòng)定時(shí)器，開始下一次循環(huán)。4、顯示器本設(shè)計(jì)采用的顯示數(shù)碼管是一個(gè) 4 位 8 段 led 數(shù)碼管，其由單片機(jī)諸位掃描控制其點(diǎn)亮的位

11、和段，在單片機(jī)通過p3口把數(shù)據(jù)送到led數(shù)碼管的ag端口，同時(shí)在驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)重量值的顯示。 第三者 單片機(jī)的主控程序如前所述，單片機(jī)是系統(tǒng)的核心控制部件。電路各部分都完全按照單片機(jī)內(nèi)含的工作程序，正確有序的運(yùn)行。為此，有必要對本系統(tǒng)的程序流程作簡要介紹。1、單片機(jī)89c2051芯片 89c2051為mcs-51系列的一種低功能單片機(jī)，其特點(diǎn)是：體積縮小為原來的1/4，引腳少一半，沒有p1口，p2口，以及省掉了psen，ale，ea，p3.7(rd)。很顯然, 89c2051失去了對外尋址功能， 對外讀寫數(shù)據(jù)功能。但是，p1.2p1.7具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)功能,可以直接帶負(fù)載(20ma).其他

12、保留下來的引腳與原來的功能一致所采用的指令系統(tǒng)與原來的mcs-51系列完全相同。只是某些指令是無效的。 89c2051只有p1，p3口作為i/o口，允許對外傳輸數(shù)據(jù)或輸入輸出控制信號(hào)。如圖25所示，p1.5p1.7負(fù)責(zé)輸出顯示數(shù)據(jù); p1.2p1.4負(fù)責(zé)鍵盤輸入;p3.2,p3.3 負(fù)責(zé)校正參數(shù)存儲(chǔ).整個(gè)系統(tǒng)由于功能比較簡單,采用89c2051低功能單片機(jī)的性能價(jià)格比高。 圖26 小型電子秤的鍵盤與顯示器接口 2、電子秤軟件設(shè)計(jì) 每個(gè)系統(tǒng)程序都具有一個(gè)“初始化”程序段，所謂“初始化”就是定義某些特殊寄存器的功能，如定時(shí)器t0/t1的含義，中斷字的設(shè)置，內(nèi)部ram的清理和預(yù)設(shè)等，這些工作是依據(jù)系

13、統(tǒng)要求而設(shè)定的。如main: clr a mov p1,a； p1口清零。 mov tmod #51h； t0為定時(shí)器，且自動(dòng)賦初始值。 mov th0,#0f8h； 設(shè)置定時(shí)器初始值。 mov tl0,#0ch mov r6,#80h； 將內(nèi)部ram清零，范圍#20h#7fh。 mov r0,#20h clr a mmm: mov r0,a inc r0 djnz r6,mmm mov sp,#40h； 堆棧入口地址為#40。 setb ea 打開中斷 setb tr0; 啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)。 clr 20h； 控制標(biāo)志號(hào)預(yù)置。 鍵盤管理程序，單片機(jī)的鍵盤設(shè)計(jì)可以有兩種方式來實(shí)現(xiàn)。一種是中斷法，

14、即在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)任何時(shí)刻按下其中任一個(gè)按鍵都會(huì)向單片機(jī)提出中斷申請。單片機(jī)立刻響應(yīng)，停止當(dāng)前工作轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。完成人機(jī)對話后再繼續(xù)原來的工作。由于中斷方式響應(yīng)及時(shí)、優(yōu)先權(quán)高，修改或補(bǔ)充任務(wù)不會(huì)破壞整個(gè)程序結(jié)構(gòu)。但是有時(shí)會(huì)帶來不利的因素，如電子秤處在信號(hào)采集時(shí)一旦中斷，信號(hào)采集數(shù)據(jù)遭到破壞，讀數(shù)發(fā)生明顯錯(cuò)誤。另外為了隨時(shí)接收中斷，外部中斷始終開放著，容易受到電磁干擾的影響，導(dǎo)致誤操作。另一種是查詢方式，即在規(guī)定時(shí)刻才主動(dòng)詢問外部是否有按鍵按下，如果發(fā)現(xiàn)有按鍵信號(hào)，接下來根據(jù)按鍵入口位置來決定進(jìn)行何種管理工作。這種方式受到時(shí)間段限制，靈活性不夠并且程序編制比較困難。但是它能保證數(shù)據(jù)采集的完整性，

15、也能防止電磁干擾的影響。本系統(tǒng)采用的是查詢方式鍵盤管理。圖28所示，電子秤儀表設(shè)有三個(gè)鍵位，分別執(zhí)行零點(diǎn)校正，斜率校正和任務(wù)確定。當(dāng)開機(jī)后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)空載條件下讀數(shù)不為零，就按零點(diǎn)校正鍵會(huì)自動(dòng)復(fù)零。在秤臺(tái)上放入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，觀察儀表讀數(shù)是否符合砝碼重量，如果存在誤差，就按斜率校正鍵會(huì)自動(dòng)調(diào)整斜率k值來滿足測量范圍。任務(wù)確定鍵是切換儀表狀態(tài)，是處在校正還是秤重。中斷服務(wù)程序主要是完成定時(shí)對顯示器各數(shù)碼位進(jìn)行刷新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。同時(shí)提供了基準(zhǔn)時(shí)間，給出v/f轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)的采樣閘門時(shí)間（100毫秒）。如下是一段可以支持上述功能的中斷服務(wù)程序的典型程序。#30h#33ham為顯示緩沖區(qū)，#3fh為顯示緩沖區(qū)

16、指針，p1.7為串行數(shù)據(jù)線,p1.6為時(shí)鐘線,#6ch為閘門時(shí)間計(jì)數(shù)器。p1.0p1.3為數(shù)碼管選通線(這與圖28所示的原理圖不同)。tob: pushpsw pushacc setb psw.3 setb psw.4 clr p1.6 anl p1,#0f0h mov a,3fh mov r0,a mov a,r0 mov r7,#08h add a,#1eh movc a,a+pc sss: clr c clr p1.6nop rlc a jc sst1 nop clr p1.7 ajmp sst2sst1: setb p1.7sst2： setb p1.6 clr p1.6 djnz r

17、7,sss ajmp bbb nop db 3fh,06h,5dh,4fh,66h,6bh; 0,1,2,3,4,5; 七段碼表格。 db 7bh,0eh,7fh,6fh,7eh,7ch; 6,7,8,9,a,p, db 39h,76h,79h,78h,0bfh,86h; c,h,e,f,0.1. bbb: mov a,3fh cjne a,#30h,rr1 setb p1.0 ajmp rr5 rr1: cjne a,#31h,rr2 setb p1.1 ajmp rr5 rr2: cjne a,#32h,rr3 setb p1.2 ajmp rr5 rr3: cjne a,#33h,rr4

18、 setb p1.3 rr4: mov a,#2fh rr5: inc a mov 3fh,a mov a,6ch inc a mov 6ch,a popacc poppsw reti第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果1、電子秤工作流程軟件設(shè)計(jì)主要是程序的編寫，包括主程序和adc0804數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。其中主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀取并處理adc0804的測量的當(dāng)前重量值和重量的實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)工作流程如下圖所示：開始初始化adc0804啟動(dòng)adc0804轉(zhuǎn)換從adc0804讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)顯示信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示重量值結(jié)束圖27 電子秤主程序流程 2、電子秤原理圖第五章 設(shè)計(jì)評(píng)述電子秤課程設(shè)計(jì)心得： 這側(cè)的任

19、務(wù)是在兩周的時(shí)間設(shè)計(jì)一個(gè)電子稱，當(dāng)接到這個(gè)課題時(shí)，感覺很簡單，不就用應(yīng)用應(yīng)變傳感器，及就是更據(jù)電阻的應(yīng)變效應(yīng)，在用一個(gè)三級(jí)運(yùn)算放放大器，a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器及顯示器就ok!兩周？說不定兩天都要不了！不以為然，弄咯三天不知道該用哪號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，就在這里卡住了。后來又改用單片機(jī)，已不是那么順利，好的是成功啦！ 回顧起此次課程設(shè)計(jì)，感慨頗多，可以說，這次課程設(shè)計(jì)比較不容易，因?yàn)楹芏鄡?nèi)容還未進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以這次學(xué)到很多很多的以前沒學(xué)到的東西，同時(shí)又鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)。這次設(shè)計(jì)使自己有機(jī)會(huì)使用到原來所學(xué)知識(shí)，并且可以有更深的認(rèn)識(shí)，可見我收獲收獲不小喲。 在設(shè)計(jì)的過程中可以說得是困難重重，這畢竟是第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，設(shè)計(jì)的過程中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠