單片機(jī)電子稱課程設(shè)計(jì)1

1、百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升白我單片機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目:電子秤的設(shè)計(jì)專業(yè)年級(jí)：08電子信息工程本科小組成員：楊婷(200800802035華娟(200800802041王尹怪(200800802048成績:完成時(shí)間:20110702【設(shè)計(jì)題目】電子稱的設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)要求】(1設(shè)計(jì)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(shí)，能自動(dòng)報(bào)警【設(shè)計(jì)過程】1 .【方案設(shè)計(jì)】在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)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(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)

2、碼管的功能，在顯示 時(shí)只能顯示單價(jià)、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，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(shí)需要另行擴(kuò)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(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)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(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足 設(shè)計(jì)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zf的方案目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī), 由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信

3、號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示出被測(cè)物體的重量。 單片機(jī)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(yùn)算功能強(qiáng).技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜、編程復(fù)雜。使用這種 方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。方案三采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（fpga為控制核心采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（fpga為控制核心，利用eda軟件編程，下載燒制實(shí) 現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片xilinx公司的spartan i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(diǎn),可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的 集成電路。采用fpga測(cè)頻測(cè)量精度高、測(cè)量頻率范圍大，而且編程靈活、

4、調(diào)試方便、設(shè)計(jì)要 求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。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(tái)，采用vhdl編 程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、led和lcd驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘芯片的12c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(shí)還可以提高設(shè)計(jì)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(jī)接口

5、卡的總線接口、程控交換 機(jī)的信號(hào)處理與接口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機(jī)床的測(cè)試系統(tǒng) 等方面有廣泛應(yīng)用。鑒于本電子稱的設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，單片機(jī)完全能實(shí)現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，采 用了第三種設(shè)計(jì)方案1.12 .【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(cè)物質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)以及可測(cè)上限值的任務(wù)，并且 經(jīng)濟(jì)耐用。同時(shí)led具有高亮度，高刷新率的優(yōu)點(diǎn)，能提供寬達(dá)160。的視角，可以在 較遠(yuǎn)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(diǎn)。方案

6、二:采用lcd（液晶屏顯示。lcd（液晶屏是liquid crystal display的縮寫， 它具有字符顯示的功能，不但可以同時(shí)顯示被測(cè)物質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)以及可測(cè)上限 值.還可以同時(shí)顯示相應(yīng)的控制命令、指示符號(hào)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(diǎn)。綜合比較二者的優(yōu)缺點(diǎn).本設(shè)計(jì)最終采用lcd 1602作為顯示器。l2ad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

7、，并帶有內(nèi)部時(shí)鐘。它的外圍接線極其簡單,ad7810的轉(zhuǎn)換時(shí) 間為2卜is,采用標(biāo)準(zhǔn)spi同步串行接口輸出和單一電源（2.7v5.5v供電。在自動(dòng)低功 耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為iksps時(shí)的功耗僅為27/w,因此特點(diǎn)適合于便攜 式儀表及各種電池供電的應(yīng)用場(chǎng)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(jī)兼容的控制邏輯的cmos組件。其內(nèi)部有一個(gè)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(hào),只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)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(jī)直接接口。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)

8、計(jì)要求，而且adc0809的 價(jià)格相對(duì)較低，所以本設(shè)計(jì)采用adc0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。l3cpu的選擇方案方案一:采用傳統(tǒng)的8位的51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。at89c52是一個(gè)低 電壓,高性能cmos 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存 儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram,器件采用atmel公司的高密度、 非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和 flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng) 合。而且我們做的很多產(chǎn)品都是在51的基礎(chǔ)上完成，對(duì)51系列的單片機(jī)相

9、對(duì)來說 較為熟悉。方案二:采用32位的arm2138作為系統(tǒng)控制器，arm2138具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)空 間，內(nèi)嵌32k片內(nèi)靜態(tài)ram和512k的flash存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程（isp、 在應(yīng)用可編程（iap,2個(gè)8路10位a/d轉(zhuǎn)換器,1個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換迅速準(zhǔn)確，引腳 資源豐富，多達(dá)47個(gè)可承受5v電壓的通用i/o 口,多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16c550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)uart、2個(gè)高速12c接口 （400kb/s、spi和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可 變功能的ssp。但價(jià)格相對(duì)較高。綜上分析，由于考慮到器件的價(jià)格、現(xiàn)有資源和對(duì)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(jì)】綜合考

10、慮本次設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)有元器件資源、元器件價(jià)格和 對(duì)元器件的熟悉掌握程度.本次設(shè)計(jì)選用at89c52作為cpu控制器,adc0809作為 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件,lcd1602作為顯示器件，再配以其他相關(guān)元器件來實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè) 計(jì)。圖2-1基于單片機(jī)控制的電子秤的基本組成框圖傳感器的測(cè)量電路選用全橋電路.由四個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)組成。無外力作用時(shí),橋路 平衡，輸出電壓為零:有外力作用時(shí),電阻應(yīng)變計(jì)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(hào)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(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后送 顯示器顯示。本設(shè)計(jì)還增加了

11、鍵盤和報(bào)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(jià)，如果被測(cè)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(bào)警.否 則顯示當(dāng)前的重量、單價(jià)和相對(duì)應(yīng)的總價(jià)。l4 4.【軟件設(shè)計(jì)主程序的設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)的流程如下圖所示，開機(jī)后先對(duì)lcd 1602進(jìn)行初始化、并顯示單價(jià)及 上限閾值，接下去則循環(huán)采集ad數(shù)據(jù)及鍵盤程序。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(jì)數(shù)據(jù)采集由adc0809芯片來完成，主要分為啟動(dòng)、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(gè)步驟。adc0809初始化后、就具 有了將某一通道輸入的5v模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量0x000xf

12、f,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(shí)等待方式和中斷方式三 種。本設(shè)計(jì)采用的是延時(shí)等待方式.具體程序流程圖如圖4-2所示。7百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我ad喋集:子程疔.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(gè)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(jìn)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：ad采集子程市1線性符合設(shè)計(jì)要求,且每個(gè)硅碼對(duì)應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)bcd碼后正好近似20,則無需 其他處理。l6鍵盤處理程序的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，總共用到三個(gè)按鍵。按鍵。是切換鍵、按一次切

13、換鍵進(jìn)入單價(jià)修改狀態(tài).按兩次進(jìn)入上限閾值修改狀態(tài)，按三次進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)單價(jià)或上限閾值加一的功能。按鍵2實(shí) 現(xiàn)對(duì)單價(jià)或上限閾值減一的功能。每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的流程圖如下所示。圖4-3按鍵。的子程序流程圖9百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升白我13、圖44按鍵1的子程序流程圖圖4-5按鍵2的子程序流程圖1.7【結(jié)果分析】設(shè)計(jì)結(jié)果本設(shè)計(jì)成功實(shí)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(jià)調(diào)節(jié)、 閾值報(bào)警和去皮稱重功能。利用lcd 1602同時(shí)顯示當(dāng)前重量值、當(dāng)前重量所對(duì)應(yīng) 的單價(jià)、總價(jià)以及可測(cè)重量的上限值，如圖5-1所示。其中“p”表示當(dāng)前的單價(jià),“m”表

14、示當(dāng)前重量值,s表示當(dāng)前物質(zhì)的總價(jià)max”表 示當(dāng)前設(shè)定的承載上限值?！皃”、“max”和(可以去皮稱重的調(diào)整操作如下：單價(jià)調(diào)節(jié)功能操作:先按一下切換鍵當(dāng)液晶屏上的后面顯示“? ”時(shí),在按加 一減一鍵調(diào)整價(jià)格值.調(diào)整好后在按切換鍵退出；測(cè)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“? ”時(shí), 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(shí)現(xiàn)智能電子稱的功能。但是由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)不是很穩(wěn)定，所以稱重時(shí)誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效 果會(huì)好很多。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量 化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，然后進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方 是對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì) 算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，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(jì)總結(jié)】1.設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題和相應(yīng)的解決方 案。2.個(gè)人體會(huì)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)】1劉敏，張強(qiáng)，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(dòng)向和發(fā)展趨勢(shì)jl科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2