基于單片機(jī)的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、數(shù)字電子稱的設(shè)計(jì)數(shù)字電子稱的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子 測(cè)量與儀器帶來(lái)了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先 進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方 面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng) 用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。 做為重量測(cè)量?jī)x器，智能電子秤在各行各業(yè)開(kāi)始顯現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量速度快，易 于實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量稱，成為測(cè)量領(lǐng) 域的主流產(chǎn)品。 本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，用匯編語(yǔ)言進(jìn)

2、行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以半橋傳感 器為主,測(cè)量 019.99Kg 電子秤，隨時(shí)可改變上限閾值，并達(dá)到閾值報(bào)警的功能。本課程 設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，利用單臂電橋測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)電路輸出電壓和標(biāo) 準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一 臺(tái)原始電子秤。其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳 感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，本設(shè)計(jì)采用單臂電橋測(cè)量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更 小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，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(cè)量結(jié)果 關(guān)

3、鍵詞：?jiǎn)伪垭姌?；AD 轉(zhuǎn)換；LED That the design of digital electronics Abstract In this paper, the design of the electronic scale to single-chip microcomputer as the main components, with assembly language for software design, hardware-based sensors with half- bridge, measuring 0 19.99Kg electronic scale, at any

4、time can change the upper limit threshold, and to achieve the alarm threshold function. This course is designed for single-chip electronic scale as the main components, the use of Wheatstone bridge measuring principle, the output voltage of the circuit and the standard weight of a linear relationshi

5、p, the establishment of a specific mathematical model, the dimensionless voltage (V) changed Weight Class (g) becomes a primitive electronic scales. Measuring circuit in which the most important components is the resistance strain sensor. Resistance strain sensor is the most widely used sensors in a

6、, the design uses a Wheatstone bridge measurement circuit, the system error resulting from a smaller, more accurate output data. ADC0809 A / D conversion is the analog signal into digital signal for analog-to-digital conversion, digital signal and then transmitted to the display circuit, and the fin

7、al circuit from the display shows the measurement results Keywords: Wheatstone bridge; AD conversion; LED 目目 錄錄 中文摘要中文摘要 .0 英文摘要英文摘要.0 1.1. 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) .1 1 2 2硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) .2 2 2.12.1 傳感器的選擇傳感器的選擇.2 2 2.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理 .2 2 2.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 .3 3 2.22.2 ADC0809ADC0809 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器.3 3 2.32.

8、3 ADC0809ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：.4 4 2.3.1 引腳結(jié)構(gòu)： .4 4 2.3.2 ADC0809 應(yīng)用說(shuō)明： .6 6 2.42.4 LEDLED 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì).6 6 2.4.1 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 .6 6 2.4.2 LED 顯示器與顯示方式 .6 6 2.52.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路的設(shè)計(jì) .7 7 3.3. 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) .8 8 3.13.1監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì) .8 8 3.23.2 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) .8 8 3.2.13.2.1 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì).8 8

9、322 系數(shù)調(diào)整 .9 9 323 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) .9 9 3.43.4 顯示子程序的設(shè)計(jì)顯示子程序的設(shè)計(jì) .1111 4.4. 調(diào)試分析調(diào)試分析 .1212 4.14.1 調(diào)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介調(diào)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .1212 4.24.2 調(diào)試故障及原因分析調(diào)試故障及原因分析 .1313 5.5. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想 .1313 致謝致謝 .1414 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1515 附錄附錄 1 1 電路原理圖電路原理圖 .1818 附錄附錄 2 2 程序清單程序清單 .1717 數(shù)字電子稱的設(shè)計(jì) 1. 總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)由以下四部分組成：電阻應(yīng)變傳感器、信號(hào)放大系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、顯

10、示器。 其原理圖如下所示。 測(cè)量過(guò)程是把被測(cè)物體的重量通過(guò)傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，放大系統(tǒng)把 來(lái)自傳感且微弱信號(hào)放大，放大后的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù) 字量通過(guò)數(shù)字顯示器顯示重量。傳感器的測(cè)量電路我們選用單臂電橋測(cè)量電路，應(yīng)變電 阻作為橋臂電阻接在電橋電路中。無(wú)壓力時(shí)，電橋平衡，輸出電壓為零；有壓力時(shí)，電 橋的橋臂電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有相應(yīng)電壓輸出。 圖 1 基于 LED 顯示的電子秤基本組成框圖 2硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 傳感器的選擇 2.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理 電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)它產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的元

11、 8051 單片機(jī) 放大電路 ADC0809 壓力傳感器 LED 顯示 8155 鍵盤(pán) 8279 鍵盤(pán) 報(bào)警電路 待測(cè)重量 件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻絲應(yīng)變片和 半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計(jì)中采用的是電阻絲應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀， 并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。 電阻應(yīng)變片也會(huì)有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測(cè)量時(shí)我們一定要注意，其中溫度的 影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： A.電阻絲溫度系數(shù)引起的。 B.電阻絲與被測(cè)元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。 對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的

12、影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因 應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫 度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對(duì) 它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因 很多，一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線性補(bǔ)償，也可得到改善。 滯后和蠕變是 關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以 稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 圖 2 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 單臂電橋測(cè)量電路中，將一個(gè)應(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值： R1R2R3R4，其變化值 R1R

13、2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓 UoutKE/4。 本設(shè)計(jì)采用 LPSIII 型電阻應(yīng)變式傳感器 2.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 常規(guī)的電阻應(yīng)變片 K 值很小，約為 2，機(jī)械應(yīng)變度約為 0.0.001，所以，電阻應(yīng)變片 的電阻變化范圍為 0.00050.1 歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化， 在電阻應(yīng)變傳感器中做常用的是橋式測(cè)量電路。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角 線接入工作電壓 U，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓 Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng) 的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能 夠

14、精確地測(cè)量微小的電阻變化。 測(cè)量電路是電子秤設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，我們?cè)谥谱鞯倪^(guò)程中應(yīng)盡量選擇好 元件，調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。 350 350 R2 350 R3 350 R4 350 -4V 3 2 1 84 U1:A 4227G +4V RV1 1k 圖 3 單臂電橋測(cè)量電橋圖 它由電阻應(yīng)變片電阻 R1、R2、R3、R4 組成測(cè)量電橋，R1R2R3R4350，加 熱絲阻值為 50 左右，測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 Uin供給。將差動(dòng)放大器調(diào)零，合上 電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數(shù)顯表顯示 0.00V。將 10 只標(biāo)準(zhǔn)砝碼全部置于傳 感器的托盤(pán)上，

15、調(diào)節(jié)電位器 RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.200V(2V 檔測(cè) 量)或0.200V。拿去托盤(pán)上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器 R W4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.0000V。重復(fù) 2、3 步驟的標(biāo)定過(guò)程，一直到精確為止，把電壓量綱 V 改為重量綱 g，就 可以稱重。成為一臺(tái)原始的電子秤。 2.22.2 ADC0809ADC0809 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 2.3 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)： 由上圖可知，ADC0

16、809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器 和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入， 共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高 電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 2.3.1 引腳結(jié)構(gòu)： 放大電路 IN0IN7：8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行 放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前 增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4 條 ALE 為

17、地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行轉(zhuǎn)換。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇 表如下表所示。 CBA選擇的通道 000IN0 001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5 110IN6 111IN7 數(shù)字量輸出及控制線：11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)：當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平

18、時(shí)，表 明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖 存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線 呈高阻狀態(tài)。D7D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線：因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提 供，通常使用頻率為 500KHZ， 時(shí)鐘電路 VREF（） ，VREF（）為參考電壓輸入。 2.3.2 ADC0809 應(yīng)用說(shuō)明： 1)ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 8031 直接相連。 2)初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。 3)送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A，B

19、，C 端口上。 4)在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 5)是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號(hào)來(lái)判斷。 6)當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 2.4 LED 顯示電路設(shè)計(jì) 2.4.1 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的 是七段 LED。這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極 共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極 LED 顯示塊的發(fā) 光二極管陽(yáng)極并接。 2.4.2 LED 顯示器與顯示方式 在單片機(jī)應(yīng)用

20、系統(tǒng)中使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N 根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段 選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮，暗。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示 LED 動(dòng)態(tài)顯 示方式。 在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一 個(gè) 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由響應(yīng)的 I/O 口線控制。 圖 5 MCS-51 的接口電路 LED 顯示電路圖 2.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 報(bào)警電路是超過(guò)設(shè)定的范圍，單片機(jī)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)

21、聲警報(bào)，如圖 所示， 當(dāng) BDLL 端為低電平時(shí)，有電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器報(bào)警，反之不報(bào)警，這里設(shè)定當(dāng)超 過(guò)質(zhì)量的上限時(shí)通過(guò)軟件使 8031 的 P1.0 口清零，再過(guò) P1.0 口出來(lái)的低電平信號(hào)連接到 BELL 端蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。 圖 6 報(bào)警電路 P 1 0 BUZ1 BUZZE R Q1 2N5401 R1 2k + 5 V D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7

22、37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 U1 8255A 3. 軟件設(shè)計(jì) 3.1 監(jiān)控程序的設(shè)計(jì) 智能儀器的設(shè)計(jì)既要滿足設(shè)定的功能的完成如計(jì)算等功能的任務(wù)功能程序，也要有 可以監(jiān)控儀器儀表正工作，保證其可靠性方面的監(jiān)控程序。整個(gè)智能儀器的測(cè)量都是智 能儀器自動(dòng)完成的，所以設(shè)計(jì)一套功能完備的監(jiān)控程序是必須的也是必要的。 監(jiān)控程序的主要作用是實(shí)時(shí)的響應(yīng)來(lái)自系統(tǒng)的各種信息，按信息的類(lèi)別進(jìn)行處理； 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)

23、，能自動(dòng)的采取有效的措施，消除故障，保證系統(tǒng)能夠繼續(xù)進(jìn)行正常 工作。 3.23.2 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理子程序是整個(gè)程序的核心。主要用來(lái)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)果從十六進(jìn)制數(shù)向十進(jìn)制數(shù)形式轉(zhuǎn)化。 3.2.1 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì) 對(duì)于重量與傳感器的電壓之間的關(guān)系，為了確保測(cè)量的準(zhǔn)確度，用 MATLAB 軟件編 程。Lsline 指令實(shí)現(xiàn)了對(duì)多組測(cè)量數(shù)據(jù)的最小二乘擬合，得到了比較理想的線性關(guān)系，又 運(yùn)用回歸函數(shù) polyfit(x,y,1)得到壓力與電壓的函數(shù)關(guān)系，使壓力的測(cè)量的精度進(jìn)一步提高。 數(shù)據(jù)采集由 ADC0809 芯

24、片來(lái)完成，主要分為啟動(dòng)、讀取數(shù)據(jù)、延時(shí)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、 讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元、繼續(xù)轉(zhuǎn)換（退出）幾個(gè)步驟。ADC0809 初始化后，就 具有了將某一通道輸入的 05V 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 00HFFH，然后再存入 8051 內(nèi)部 RAM 的指定單元中。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 8 所示。 開(kāi)始 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 啟動(dòng)ADC0809 延時(shí) 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 送暫存單元 返回 回 圖 7 數(shù)據(jù)采集程序流程圖 3.2.2 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì) 對(duì)于重量與傳感器的電壓之間的關(guān)系，為了確保測(cè)量的準(zhǔn)確度，用 MATLAB

25、軟件編 程。Lsline 指令實(shí)現(xiàn)了對(duì)多組測(cè)量數(shù)據(jù)的最小二乘擬合，得到了比較理想的線性關(guān)系，又 運(yùn)用回歸函數(shù) polyfit(x,y,1)得到壓力與電壓的函數(shù)關(guān)系，使壓力的測(cè)量的精度進(jìn)一步提高。 所得擬合曲線如圖 7 所示： 圖 7 擬合曲線圖 323 系數(shù)調(diào)整 在 IN0 輸入的數(shù)最大為 5V，要求的質(zhì)量 500g 對(duì)應(yīng)的是 4.8V，為十六進(jìn)制向十進(jìn)制 轉(zhuǎn)換方便，將系數(shù)放大 100 倍。并用小數(shù)點(diǎn)位置的變化體現(xiàn)這一過(guò)程。 324 數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理子程序是整個(gè)程序的核心。主要用來(lái)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)果從十六進(jìn)制數(shù)向十進(jìn)制數(shù)形式轉(zhuǎn)化。在

26、硬件調(diào)試過(guò)程中重 量與電壓的關(guān)系如表一所示： 表一： 重量0.020.040.060.080.10 電壓0.1450.3000.4450.5930.742 重量0.120.140.160.180.20 電壓0.8901.0401.1891.3371.486 重量0.220.0.240.260.280.30 電壓1.6351.7841.9322.0812.230 重量0.320.340.360.380.40 電壓2.3782.5272.6762.8262.973 重量0.420.440.460.480.50 電壓3.1213.2703.4193.5683.717 經(jīng) MATLAB 軟件編程，得擬

27、合函數(shù)為： （4-1） 001 aVagF 式中 物體所受的重量；F 傳感器輸出的壓力值 0 V (其中=7.3458 = -0.0012) 1 a 0 a 數(shù)據(jù)處理過(guò)程是對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量的處理，即 （4-2）DU 12 5 8 式中 數(shù)據(jù)的模擬量；U 數(shù)據(jù)的數(shù)字量D 再對(duì)和進(jìn)行十進(jìn)制與十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 =（ ） （4-3）101Ua H （4-4）100Ua H 所以在編程中實(shí)際的運(yùn)算過(guò)程為 （4-5） 0 VgF 因此在數(shù)據(jù)處理中要進(jìn)行的是將 A/D 值轉(zhuǎn)換值進(jìn)行乘法和減法運(yùn)算進(jìn)行處理和調(diào)整， 經(jīng)過(guò)系數(shù)調(diào)整后，送入暫存單元進(jìn)行進(jìn)制間的調(diào)整，使二進(jìn)制數(shù)變換為十進(jìn)制數(shù)存放在 顯緩單元

28、以供顯示。 具體的流程圖如圖 9 所示： 圖 8 數(shù)據(jù)采集程序流程圖 3.4 顯示子程序的設(shè)計(jì) 顯示程序是用來(lái)實(shí)時(shí)顯示所測(cè)質(zhì)量值，該部分程序是將顯緩單元數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示， 其流程圖如圖 12 所示。 開(kāi)始 A/D 轉(zhuǎn)化結(jié)果196 返回 進(jìn)制轉(zhuǎn)換 送顯緩單元 進(jìn)制轉(zhuǎn)換 減去(.001219.6) 乘以 7.3458 送顯緩單元 圖 9 顯示子程序流程圖 就繼續(xù)掃描。當(dāng)有鍵按下時(shí)，利用按鍵的特征碼判斷是哪一個(gè)鍵按下，再轉(zhuǎn)入到按 下該鍵所要執(zhí)行的功能子程序中進(jìn)行鍵值處理，完成后返回繼續(xù)進(jìn)行掃描。且將最后一 次輸入值 保存在暫存單元用于報(bào)警比較。由鍵盤(pán)編碼方式可以得出 0、1、2、3、4、5、6、7、

29、8、9 各鍵對(duì)應(yīng)的鍵值： 0D8H、0D0H,、0D1H、0D2H、0C8H、0C9H、0CAH、0C0H、0C1H、0C2H 該模塊的 程序流程圖如 13 所示。 4. 調(diào)試分析 4.1 調(diào)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介 調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和樣機(jī)調(diào)試。 軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試都是獨(dú)立進(jìn)行的，軟件部分包括數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處 理子程序、顯示子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、報(bào)警子程序。軟件調(diào)試中需要用到的測(cè)量信 號(hào)可以用仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電壓信號(hào)進(jìn)行模擬，而不需要進(jìn)行硬件的連接。同樣硬件部分 的調(diào)試也是不需要軟件連接而獨(dú)立進(jìn)行的。 當(dāng)軟件調(diào)試和硬件調(diào)試都正確無(wú)誤的時(shí)候，就可以進(jìn)行連接調(diào)試，在調(diào)試中繼續(xù)找 出單獨(dú)調(diào)試中

30、無(wú)法指出的故障，反復(fù)進(jìn)行修改軟件、修改硬件設(shè)計(jì)的工作，直到所設(shè)計(jì) 顯示程序 R0：顯緩地址 R2：最左位選 碼 取段碼 段碼送 B 口 位碼送 A 口 延時(shí) 35ms 返回 R0+1 R2 右移 5 位顯示完？ 的電子秤顯示數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)誤差不大。最后進(jìn)行軟件的固化與整機(jī)的組裝工作。 硬件調(diào)試系統(tǒng)和軟件調(diào)試系統(tǒng)。其中硬件調(diào)試系統(tǒng)主要是CSY2000 傳感器與檢測(cè) 技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱（含 A/D 轉(zhuǎn)換） ，其中單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱（含 A/D 轉(zhuǎn)換）提供了 單片機(jī)、A/D 轉(zhuǎn)換、LED 顯示器和蜂鳴器；CSY2000 傳感器與檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)提供 所需的+4V+30V 電源還有電阻應(yīng)變式傳感器及傳感

31、器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逄峁┬盘?hào)調(diào)理、整形和放 大電路。 4.2 調(diào)試故障及原因分析 故障一：傳感器顯示電壓示數(shù)范圍與要求的 LED 顯示器的質(zhì)量示數(shù)范圍不符。 原因分析：沒(méi)有選擇好轉(zhuǎn)換系數(shù)，使質(zhì)量范圍不能滿足要求。 解決方法：修改程序中的轉(zhuǎn)換子程序部分，在進(jìn)制轉(zhuǎn)換時(shí)計(jì)算出轉(zhuǎn)換系數(shù)值。 故障二：經(jīng)過(guò)放大器的傳感器信號(hào)不穩(wěn)定，且不滿足設(shè)定的放大倍數(shù)。 原因分析：信號(hào)不穩(wěn)定是由于傳感器精度不夠準(zhǔn)確，以及連線時(shí)線路不穩(wěn)定等因素 的影響；不滿足放大倍數(shù)是由于放大器選擇不合適，導(dǎo)致不能滿足設(shè)定的放大倍數(shù)。 解決方法：選擇精度高的傳感器，預(yù)先計(jì)算好運(yùn)放放大倍數(shù)，以便于選擇合適的運(yùn) 算放大器。 5. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想 隨

32、著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，傳 統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機(jī)，因其極高的性價(jià)比 得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信 息的入口，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種 能將特定的被測(cè)量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào) 輸出的器件或裝置本次課設(shè)中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。因此， 只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機(jī)、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。 首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱重準(zhǔn)確度。課設(shè)時(shí)

33、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 的多。 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。 致 謝 指導(dǎo)老師張鳳炳治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，品德高尚，平易近人，在我做論文期間不僅 傳授了做學(xué)問(wèn)的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。這些都將使我終生受益。無(wú)論是在平時(shí)的 階段，還是在論文的選題、資料查詢、

34、開(kāi)題、研究和撰寫(xiě)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到導(dǎo)師 的悉心指導(dǎo)和幫助。借此機(jī)會(huì)向?qū)煴硎局孕牡母兄x！非常感謝學(xué)院這些年的栽培！ 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，老師們言傳身教，以他們廣博的知識(shí)，敏銳的洞察力， 多年的教學(xué)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)上給予我很大的幫助。在本次設(shè)計(jì)中我學(xué)到的 不僅是科學(xué)知識(shí)和工作方法，更學(xué)到了作為一個(gè)研究人員應(yīng)有的治學(xué)態(tài)度以及為人處世 的道理，這一切都將使我終身受益。謹(jǐn)在此向羅中劍院長(zhǎng)，董承廷老師，尤聯(lián)榮老師致 以崇高的敬意和衷心的感謝！ 同時(shí)，對(duì)在設(shè)計(jì)中給予我支持和幫助的各位同學(xué)表示感謝！ 參考文獻(xiàn) 1 趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004：100-156

35、2 張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003：142-169 3 賈伯年，俞樸.傳感器技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社，2000：33-62 4 單成祥.傳感器理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999：78-133 5 李道華，李玲，朱艷.傳感器電路分析與設(shè)計(jì).武漢大學(xué)出版社，2000：61-88 6 李剛，林凌，姜葦單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技巧北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 附錄附錄 1 電路原理圖電路原理圖 2 -1MSB 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF(+) 12 VREF(-) 16 IN3 1 IN4 2 IN

36、5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 2 -5 8 EOC 7 OUTPUT ENABLE 9 CLOCK 10 VCC 11 2 -2 20 GND 13 2 -7 14 2 -6 15 2 -8LSB 17 2 -4 18 2 -3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 U3 ADC0809 BAT1 5V XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6

37、33 P0.7/AD7 32 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 U2 80C31 1 2 3 U3:A 4001 32 U4:A 4009 5 6

38、 4 U3:B 4001 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 U2 8155 R1 4.7K R2 4.7K BAT1 5V BAT2 5V

39、R4 0R1 R5 0R1 R6 0R1 R7 0R1 R8 0R1 R9 0R1 R10 0R1 R11 0R1 R12 0R1 LS1 SPEAKER 26 3 4 U1 AD680J 26 3 4 U5 AD680J R1 350R R2 350R R3 350R R4 350R R5 350R RV1 RES-VAR BAT1 4V 附錄 2 程序清單 ML8155 EQU 0DF00H K8155A EQU 0DF01H K8155B EQU 0DF02H K8155C EQU 0DF03H DTIMER0 EQU 30H ;；延時(shí)時(shí)間的初值 DTIMER1 EQU 31H ;；調(diào)用

40、延時(shí)子程序的次數(shù) SET_VH EQU 50H ; 預(yù)置值的高位 SET_VL EQU 51H ; 預(yù)置值的低位 SET_VL1 EQU 52H ; 預(yù)置值的低位的高位 SET_VL2 EQU 53H ; 預(yù)置值的低位的低位 ADVAL EQU 3FH ; AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 TEMP EQU 32H ; 存放中間結(jié)果 TEMP1 EQU 33H ;存放中間結(jié)果 TEMP2 EQU 34H ; 存放中間結(jié)果 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 1000H MAIN:MOV SP,#60H SETB P1.0 CLR P1.1 MOV SET_VH,#05H MOV SET_VL,#00

41、H MOV SET_VL1,#00H MOV SET_VL2,#00H LCALL INIT_8155 START1:LCALL AD_LED LCALL SET_KEY LCALL ARM SJMP START1 AD_LED:LCALL ADC0809 ; 調(diào)用 0809 采樣程序 LCALL ZHH ;采樣值轉(zhuǎn)換為電壓值 MOV A,40H CALL HEX_LEDD MOV 5FH,TEMP MOV A,41H CALL HEX_LED MOV 5EH,TEMP1 MOV 5DH,TEMP2 MOV 5CH,#6FH ;U LCALL WRITE_LED RET ADC0809:PUS

42、H DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV P2,#7FH MOV R1,#78H L1: MOVX R1,A MOV R2,#10H L4: DJNZ R2,L4 L2: JNB P3.3,L2 MOVX A,R1 MOV ADVAL,A POP ACC POP DPH POP DPL RET ZHH:PUSH PSW PUSH ACC SETB RS0 MOV A,#0C4H MOV B,ADVAL MUL AB MOV R6,B MOV R7,A HB2:CLR A MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R2,#10H HB3:MOV A,R7 RLC

43、 A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,HB3 MOV 40H,R3 MOV 41H,R4 POP ACC POP PSW RET HEX_LEDD:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC ANL A,#0FH MOV DPTR,#BCD_CODED ; DPTR 到 SCII-CODE MOVC A,A+DPTR ; 取得段碼 MOV TEMP,

44、A POP ACC POP DPL POP DPH RET BCD_CODED:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH DB 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H,00H,40H HEX_LED:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC PUSH ACC SWAP A ANL A,#0FH MOV DPTR,#BCD_CODE ; DPTR 指到 ASCII-CODE MOVC A,A+DPTR ; 取得段碼 MOV TEMP1,A ;；顯存位置 POP ACC ANL A,#0FH MOV DPTR,#BCD_

45、CODE ;；留下低四位單元 MOVC A,A+DPTR ;；取得 ASCII 碼 MOV TEMP2,A ; 后加 POP ACC POP DPL POP DPH RET BCD_CODE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH DB 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,73H,00H,40H WRITE_LED:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV R0,#5CH MOV R3,#0F7H MOV A,R3 AGAIN:MOV DPTR,#K8155A MOVX DPTR,A MOV A,R0 MOV

46、DPTR,#K8155B MOVX DPTR,A LCALL DELAY01 INC R0 MOV A,R3 JNB ACC.0,OUT RR A MOV R3,A AJMP AGAIN OUT:POP ACC POP DPL POP DPH RET SET_KEY:MOV R7,#00H MOV R6,#00H MOV R5,#00H LCALL READ_KEY1 MOV A,B CJNE A,#04H,END_ST MOV 5FH,#76H MOV 5EH,#00H MOV 5DH,#00H MOV 5CH,#00H LCALL WRITE_LED SETH:LCALL READ_KEY

47、1 MOV A,B CJNE A,#0FFH,GGG LCALL WRITE_LED LJMP SETH GGG:CJNE A,#05H,SET_L MOV A,R7 CJNE A,#06H,SET_H MOV A,#00H MOV R7,A SET_H:MOV SET_VH,R7 MOV DPTR,#BCD_CODED MOVC A,A+DPTR MOV 5EH,A LCALL WRITE_LED INC R7 LJMP SETH SET_L:CJNE A,#06H,SET_LL MOV A,R6 CJNE A,#0AH,SET_L1 MOV A,#00H MOV R6,A SET_L1:M

48、OV SET_VL1,R6 MOV DPTR,#BCD_CODE MOVC A,A+DPTR MOV 5DH,A LCALL WRITE_LED INC R6 LJMP SETH SET_LL:CJNE A,#07H,KEYJS MOV A,R5 CJNE A,#0AH,SET_LL1 MOV A,#00H MOV R5,A SET_LL1:MOV SET_VL2,R5 MOV DPTR,#BCD_CODE MOVC A,A+DPTR MOV 5CH,A LCALL WRITE_LED INC R5 LJMP SETH KEYJS:MOV A,SET_VL1 SWAP A ORL A,SET_

49、VL2 MOV SET_VL,A END_ST:RET READ_KEY1:LCALL READ_KEY JNZ INK1 MOV B,#0FFH RET INK1:LCALL DELAY10 LCALL DELAY10 LCALL READ_KEY JNZ INK2 MOV B,#0FFH RET INK2:LCALL GETVAL LCALL KEYSF RET READ_KEY:MOV DPTR,#K8155A MOV A,#00H MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#03H LCALL WRITE_LED RET

50、 GETVAL:MOV R2,#0FEH MOV R4,#00H COLUM: MOV DPTR,#K8155A MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR JB ACC.0,LONE MOV A,#00H AJMP KCODE LONE:JB ACC.1,NEXT MOV A,#04H KCODE:ADD A,R4 MOV B,A LCALL WRITE_LED RET NEXT:INC R4 MOV A,R2 JNB ACC.3,KERR RL A MOV R2,A AJMP COLUM KERR:MOV B,#0FFH LCALL WRITE_LED RET KEYSF:LCALL WRITE_LED MOV DPTR,#K8155A MOV A,#00H MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#03H CJNE A,#00H,KEYSF RET ARM:CLR C MOV R0,#40H MOV