稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、杭州電子科技大學(xué)設(shè)計(jì)報告課程名稱：短學(xué)期PCB電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：學(xué)生班級：專業(yè)：實(shí)驗(yàn)日期：基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：1. 89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)；(包括：時鐘、復(fù)位、電源、單片機(jī)、按鍵和顯示等)2. 在此基礎(chǔ)上完成稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，稱重量程為080噸，誤差正負(fù)100kg。A 為稱重系統(tǒng)選擇合適的4個壓力傳感器，注意量程和誤差。B 設(shè)計(jì)放大電路，以便單片機(jī)對其信號進(jìn)行后續(xù)處理。C 用7段數(shù)碼管或其他顯示模塊進(jìn)行重量的顯示，單位為：kg。D 根據(jù)應(yīng)用場合設(shè)計(jì)擴(kuò)展功能（加分選做設(shè)計(jì)部分）電源系統(tǒng)系統(tǒng)流程圖:51單片機(jī)壓力傳感器采集信號上位機(jī)MAX232放大器放大模擬

2、信號按鍵調(diào)節(jié)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示復(fù)位蜂鳴器晶振主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和功能：本設(shè)計(jì)研究的是一基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)，稱重范圍為0到80噸，承重范圍較大，可以廣泛地運(yùn)用于汽車過磅，貨物稱重，也可以用來測體重。本設(shè)計(jì)主要通過壓力傳感器采集貨物重量信息，產(chǎn)生電壓信號，通過運(yùn)算放大器的放大，再經(jīng)過一系列的A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)的處理，把貨物的重量顯示到數(shù)碼管上。如果有需要，也可以通過串口通信模塊把數(shù)據(jù)到PC上位機(jī)中，再由計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)可以通過按鍵來選擇稱重的最大量程，如果超過選擇的最大量程，則會有蜂鳴器發(fā)出警報。方案論證：傳感器：壓力傳感器選用MPX2200壓強(qiáng)為200KPa時對應(yīng)的最大電壓為40mv

3、，所以傳感器底座面積設(shè)置為1平方米。40mv時對應(yīng)的重量為20噸。放大器設(shè)計(jì)：量程為80噸，最大電壓對應(yīng)20噸，故需要4個放大器，由于器件及參數(shù)限制，輸出電壓為4V左右，最大輸入電壓40mV,故放大倍數(shù)為100倍。故電阻成100倍關(guān)系。傳感器采集的信號從Header2端口輸入。仿真結(jié)果：從圖中可以看到增益為101倍。A/D轉(zhuǎn)換：因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求為誤差100kg,最大電壓時對應(yīng)重量為20噸，20×1000/100=200。28=256>200。故采用8位A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)可以采用ADC0809轉(zhuǎn)換器。 ADC0809各引腳說明： IN0IN3：從四個運(yùn)放接四路模擬量輸入。 D0D7

4、：8位數(shù)字量的輸出，D0D7分別接單片機(jī)的P10P17端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入端，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHz。

5、 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 VCC：接+5V電源。 GND：接地。 按鍵設(shè)置：兩個按鍵分別接單片機(jī)的P06和P07 I/O口。當(dāng)按鍵沒有按下，I/O口端的信號為高電平；當(dāng)按鍵按下，I/O口端的信號為低電平，當(dāng)單片機(jī)采集到低電平信號，根據(jù)程序做出調(diào)節(jié)量程的相關(guān)反應(yīng)。數(shù)碼管顯示：因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求測量重量范圍為0到80噸，且可以測量較小的重量，如體重（約為幾十千克），所以對顯示的位數(shù)要求較高，故采用六個八段數(shù)碼管（最小可以顯示到0.1kg）。因?yàn)閿?shù)碼管位的顯示要用掉單片機(jī)的8個I/O口，控制顯示位又要用掉6個I/O口，對單片機(jī)的資源消耗較多，為節(jié)省單片機(jī)資源可以使用一個74LS138數(shù)據(jù)

6、選擇器，用3個I/O口來控制6個數(shù)碼管的顯示，這樣就可以節(jié)約3個I/O口。拓展功能：超重報警：當(dāng)測量的重物超過設(shè)置的量程，蜂鳴器報警。用蜂鳴器的一段接VCC，另一端接PNP三極管的發(fā)射極，三極管的基極通過一個電阻再接單片機(jī)的一個I/O口，三極管的集電極接地，這樣就可以通過單片機(jī)I/O口的高低電平實(shí)現(xiàn)對蜂鳴器的控制。串口通信：本設(shè)計(jì)中通訊模塊的主要功能是將STC89C52單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，通過串口傳輸?shù)絉S-232中，最后在上位機(jī)中得以顯示。由于標(biāo)準(zhǔn)串口的電平規(guī)定是接收時電平范圍在+/-3+/-15V之間，發(fā)送時電平范圍在+/-5+/-15V之間，而一般單片機(jī)系統(tǒng)的工作時候的電壓是+3.3V或

7、+5V，由于單片機(jī)的電平輸出范圍并不能滿足一般的標(biāo)準(zhǔn)串口電平的基本要求，所有串口端口不能直接與PC 上位機(jī)的串口端相連接，若要進(jìn)行連接，則必須對單片機(jī)系統(tǒng)的工作電壓經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。所以必須要經(jīng)過MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。模塊圖如下：MUC的串口MAX232PC機(jī)串口本設(shè)計(jì)采用的MAX232芯片是美國公司為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口專門設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用的是+5V單電源供電。MAX232芯片的引腳功能圖如下圖所示。MAX232引腳功能分為三個部分，分別為電荷泵電路部分、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道部分和供電部分。電荷泵電路部分由電容和1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成，其功能是給RS232的串口兩個+

8、12V和-12V的電源。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道部分又分成第一數(shù)據(jù)通道和第二數(shù)據(jù)通道，其中第一數(shù)據(jù)通道是由11、12、13、14引腳構(gòu)成，而第二數(shù)據(jù)通道是由7、8、9、10引腳構(gòu)成，TTL/CMOS的相關(guān)數(shù)據(jù)從11引腳、10引腳輸入，由芯片功能轉(zhuǎn)換成為RS232數(shù)據(jù)，再從7引腳、14引腳送到電腦串口插頭中；隨后電腦串口插頭的RS232數(shù)據(jù)由13引腳、8引腳輸入再轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS的數(shù)據(jù)后，從12引腳、9引腳進(jìn)行輸出。供電部分由15腳和16腳組成，15引腳接地，16引腳接+5V。供電系統(tǒng)：由于本系統(tǒng)中元器件所需要的最大電壓為+/-12V（運(yùn)算放大器OP37AZ），本設(shè)計(jì)采用+/-12V供電。又由于該系統(tǒng)

9、中單片機(jī)及 AD 轉(zhuǎn)換芯片及液晶顯示器所需供電電壓均為 5V 。電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要設(shè)計(jì)一個可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)?？梢圆捎萌朔€(wěn)壓器件 LM7805 作為系統(tǒng)電源的穩(wěn)壓器件以保證系統(tǒng)電壓為穩(wěn)定的直流 5V 電壓，輸入12V電壓輸出5V電壓，系統(tǒng)電源輸入接口要加濾波電容以確保工作電壓穩(wěn)定。電路仿真：此仿真為驗(yàn)證運(yùn)放放大增益為200。用一個20mv的直流電壓源代替輸入信號，輸出信號從外接電阻采集。仿真軟件為Multisin12.0。仿真結(jié)果：輸入為40mv，輸出為4.04V，約為101倍。原理圖：PCB圖：規(guī)則檢查：規(guī)則檢查時，由于封裝原因，J1的兩個焊盤外徑132mil過大，超過了最大焊盤外徑100mil，違法了規(guī)則，通過修改焊盤規(guī)則解決。收獲與體會：在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，遇到很多問題，對軟件和單片機(jī)都不太熟悉，但通過互聯(lián)網(wǎng)和查閱資料，對這單片機(jī)最