數(shù)字電子秤課程設(shè)計(jì) [文檔在線提供]

1、目錄第一節(jié)緒論 (31.1本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容 (31.2基本工作原理及原理框圖第二節(jié)硬件電路的設(shè)計(jì) (42.1 電阻應(yīng)變式傳感器的選擇 (42.2 三運(yùn)放大電路的設(shè)計(jì) (52.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器 (52.4 LED顯示電路的設(shè)計(jì) (72.5 總體工作電路原理圖.第三節(jié)軟件的設(shè)計(jì) (9第四節(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) (15參考書籍 (16程序附圖 (17摘要現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展對(duì)其稱重技術(shù)提出了更高的要求。目前,臺(tái)式電了秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍,但存在較大的局限性:體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場(chǎng)所受到制約。但是在工業(yè)測(cè)量中還沒有讓人們期待的電子秤出現(xiàn)。多年來,人們一直期

2、待測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉的在工業(yè)發(fā)展中起到巨大作用的電子秤投放市場(chǎng)。本文設(shè)計(jì)了一種電子秤,論述了儀器的工作原理,介紹了儀器的誤差來源與誤差分配,給出了儀器電路設(shè)計(jì)與軟件流程,探討了儀器的工程設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)應(yīng)變式稱重傳感器非線性影響大的問題,提出并建立了應(yīng)變式稱重傳感器的非線性影響模型與校正模型,為電子秤的低成本準(zhǔn)確稱量奠定了理論基礎(chǔ)。電子秤是主要由電源、稱重傳感器、單片機(jī)、鍵盤/開關(guān)、LED顯示器等部分構(gòu)成。主要技術(shù)指標(biāo)為:稱量范圍300kg500kg;分度值0.01kg;精度等級(jí)m級(jí);電源5v。儀器的技術(shù)指標(biāo)參考了目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上使用最多、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)量最大的電子衡器的技術(shù)指標(biāo),其合理性無疑加大了產(chǎn)品

3、投放市場(chǎng)后的競(jìng)爭(zhēng)能力。儀器主要功能有自檢、計(jì)價(jià)、累計(jì)、單價(jià)設(shè)定、過載報(bào)警等。目前國(guó)際化的趨勢(shì)是電子秤向小型化,模塊化,集成化,智能化,其技術(shù)性能趨向于速率高,準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性該,可靠性高等,其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的智能化電子秤。關(guān)鍵詞單片機(jī);應(yīng)變式電阻器;放大器;濾波器AbstractThe development of the modern society has put forward higher request on weighing technology. The desk-top electronic scales have been great appli

4、cation in commercial trade, but they have many shortcomings such as large volume, high cost, AC supply power and not cove nince to carry, so they are restricted to use. The usual portable scales are lever scales which are mostly used by residents, and spring balance which measure through compression

5、 or drawing of spring. They are being rejected for their big measuring errors. People have been expecting cheap portable electronic scales which can measure accurately and be carried conveniently for many years.This thesis designs new-type portable electronic scales. It discusses the instrumental wo

6、rking principle, and introduces its error sources and how to distribute the error. And, the instrumental circuit, software-flow-chart and engineering designing technology are presented. Because capacitance weighing sensor is of bad non-linearity, the author put forward and set up a math model to rev

7、ise non-linearity, which establishes the theory basis for the instrument to measure accurately and be low-cost.The portable electronic scales consist of power, weighing sensor, microchip, keyboard/switch LED and etc. Its technical indictors include10kg maximal measuring range,10g division value, III

8、 precision, 1.5V work voltage. Its technical indictors refer to the indictors of the electri conic measuring tools of most popularity in the markets and of large output at home and board, so the instrument is strengthened the competitive power after putting on markets. It possesses many intelligentf

9、unctions, such as shelling, lack-of-power display, overload alarm, unit price enactment, accumulation computation, self-calibrating and etc. It can "sleep" automatically in five minutes if it is not measuring.New-type portable electronic scales can measure mass rapidly and accurately and c

10、ommunicate value. Furthermore, it is small, simply structured, easy to operate and convenient to carry. The instrument is able to meet the needs of commercial trade and residents, so its application has a bright future.Key Words Portable Electronic Scales; Capacitance Weighing Sensor; Non-linearity

11、Revision; Microcontroller; Error distribution; Engineering Design.數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)第一節(jié)緒論本課程設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件,利用全橋測(cè)量原理,通過對(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)采用全橋測(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。而三運(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大,以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。ADC08

12、09 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。1.1本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下:1運(yùn)用電阻應(yīng)變式傳感器并采用全橋測(cè)量電路2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3電路由全橋測(cè)量電橋,三運(yùn)放大電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,LED顯示電路4寫出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.2基本工作原理及原理框圖基本工作原理框圖如下: 圖 1.2-1 基本工作原理框圖電路方框圖如下: 圖1.2-2 電路方框圖第二節(jié)硬件的設(shè)計(jì)2.1 傳感器的選擇電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力,通過它產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電

13、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

14、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,一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定,通過線性補(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1.2-3應(yīng)變式傳感器安裝示意圖全橋測(cè)量電路中,將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?當(dāng)應(yīng)變片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其變化值R1=R2=R3=R4時(shí),其橋路輸出電壓U out=KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍,非線性誤差和溫度誤差均得到改善。常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小,約為2

15、,機(jī)械應(yīng)變度約為0.0000010.001,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)來測(cè)量,所以電橋能夠精確地測(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^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。 圖 1.2-4 全橋

16、測(cè)量電橋圖 圖 1.2-5 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖它由電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成測(cè)量電橋,R 1=R 2=R 3=R 4=350,加熱絲阻值為50左右,測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源U in 供給。將差動(dòng)放大器調(diào)零,合上電源開關(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上,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。2.2

17、 三運(yùn)放大電路本次課程設(shè)計(jì)中,需要一個(gè)放大電路,我們將采用三運(yùn)放大電路,主要的元件就是三運(yùn)放大器。在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中,多數(shù)情況下,傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱,必須通過一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大,才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求,在此情況下,就必須選擇一種符合要求的放大器。 圖 1.2-6 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖2.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(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。 由上圖可知,ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼

18、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)。 IN0-IN7:8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0-5V,若信號(hào)太小,必須進(jìn)行放大;輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(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

19、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IN0-IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 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)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù);OE=0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線:因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路,所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供,通常

20、使用頻率為500KHZ,VREF(+,VREF(-為參考電壓輸入。1ADC0809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,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)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)光二極管的陽極為高電平時(shí),發(fā)光

21、二極管點(diǎn)亮;共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。在單片機(jī)應(yīng)用系統(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)或共陽極點(diǎn)分別由響應(yīng)的I/O口線控制。 圖 2.4-1LED顯示電路圖2.4總體工作電路原理圖 第三節(jié)軟件的設(shè)計(jì);ADC0809通道IN0地址7FF8H;8155

22、PA口地址7F01H; PB口地址7F02HFLAG BIT 7FHORG 0000HAJMP MAINORG 0013HAJMP INT1MAIN:SETB IT1SETB EASETB EX1LCALL AD_SORTLCALL BCD_SORTLCALL DISLEDLCALL DELAY_LOAJMP MAINAD_SORT:MOV R0,#60HSETR FLAGMOVX DPTR,#7FF8HMOVX DPTR,AWAIT:JB FLAG,WAITRETINT1:MOVX A,DPTRMOV R0,ACLR FLAGRET1DLSLED:MOV R3,#01HMOV A,R3LOOP:MOV DPTR,#7F01HMOVX DPTR,AINC DPTR