稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、杭州電子科技大學(xué)設(shè)計(jì)報(bào)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：89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)； (包括：時(shí)鐘、復(fù)位、電源、單片機(jī)、按鍵和顯示等 )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(gè)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。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 :壓力傳感器采集51 單片機(jī)MAX232上位機(jī)信

2、號放大器放大模擬信號按鍵調(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(huì)有蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。方案論證：傳感器：壓力傳感器選用MPX2200壓強(qiáng)為 20

3、0KPa 時(shí)對應(yīng)的最大電壓為40mv ，所以傳感器底座面積設(shè)置為1 平方米。 40mv 時(shí)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(gè)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(shí)對應(yīng)重量為20 噸， 20 1000/100=200。 28=256200 。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：IN

4、0 IN3 ：從四個(gè)運(yùn)放接四路模擬量輸入。D0D7：8位數(shù)字量的輸出，D0 D7分別接單片機(jī)的P10 P17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 ：位，下降沿啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少A/D 轉(zhuǎn)換）。100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)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(shí)， 此端輸出一個(gè)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(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出。三

5、態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK ：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。REF（ + ）、 REF （ -）：基準(zhǔn)電壓。VCC ：接 +5V 電源。GND ：接地。按鍵設(shè)置：兩個(gè)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(gè)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(gè) I/O

6、 口，控制顯示位又要用掉6 個(gè) 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(gè)74LS138 數(shù)據(jù)選擇器， 用 3 個(gè) I/O 口來控制6 個(gè)數(shù)碼管的顯示，這樣就可以節(jié)約 3個(gè) I/O 口。拓展功能：超重報(bào)警：當(dāng)測量的重物超過設(shè)置的量程，蜂鳴器報(bào)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(gè)電阻再接單片機(jī)的一個(gè)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

7、口的電平規(guī)定是接收時(shí)電平范圍在+/-3+/-15V之間，發(fā)送時(shí)電平范圍在+/-5+/-15V之間，而一般單片機(jī)系統(tǒng)的工作時(shí)候的電壓是+3.3V或 +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

8、功能分為三個(gè)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(gè) +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

9、，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)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(gè)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(gè)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(shí)， 由于封裝原因， J1 的兩個(gè)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(huì)：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