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1、 目录第一节 绪论.31.1本设计的任务和主要内容.3第二节 硬件电路设计.42.1传感器的选择.4 2.1.1应变式电阻传感器的测量原理.4 2.1.2传感器的分类和选择.42.2放大电路的设计.52.3采集电路的设计.5 2.3.1数据采集系统的组成.5 2.3.2数据采样保持器.62.3.3 A/D转换器.62.4显示电路的设计.72.5键盘电路的设计.82.6报警电路的设计.9第三节 软件的设计.93.1监控程序的设计.93.2数据处理子程序的设计.9 3. 2.1数制转换.93.3数据采集子程序的设计.103.4数据显示子程序的设计.113.5键盘扫描子程序的设计.123.6报警子程
2、序的设计 .13第四节 设计总结.15参考书籍.16程序附图.17电子秤的设计数理与信息工程学院 电信041班 黄伟东指导老师 余水宝第一节 绪论随着时代科技的迅猛发展微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高做为重量测量仪器智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确测量速度快易于实时测量和监控的巨大优点并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称成为测
3、量领域的主流产品本文设计的电子秤以单片机为主要部件用汇编语言进行软件设计硬件则以半桥传感器为主测量0500g电子秤随时可改变上限阈值并达到阈值报警的功能称重传感器输出的电量是模拟量数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理然后A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示其数据显示部分采用LCD显示成本低且能很好地实现所要求的功能1.1本设计的任务和主要内容设计的主要内容如下 （1）设计一款电子秤用LED液晶显示器显示被称物体的质量 （2）可以设定该秤所称的上限 （3）当物体超重时能自动报警 （4）写出详细的实验报告 第二节 电子秤的硬件设计
4、2.1 传感器的选择2.1.1应变式电阻传感器的测量原理应变式电阻传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时会产生机械变形从而导致阻值变化导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关当导体受外力作用时电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化因此通过测量电阻值的大小就可以反映外界力的大小电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路桥式测量电路有四个电阻其中任何一个电阻均可以是应变片 图2.1.1 桥式测量电路图如能恰当的选择个桥臂的电阻可以消除电桥的恒定输出使输出电压只与应变片的电阻有关2.1.2传感器的分类和选择应变片式电阻传感器按其测量电路（桥式）可分为单臂式、半桥式、全桥式三种所谓半桥即
5、将电桥的四臂接入四应变片其中：一片受拉一片受压另外两应变片不受力全桥是两片受拉两片受压故灵敏度比半桥式的大一倍本方案采用半桥式传感器2.2 放大电路的设计传感器输出电压为毫伏级而A/D转换器所能处理的电压是05V所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大放大倍数为100200倍使输出电压为05V由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低故采用三运放结构三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点且有良好的温度稳定性低噪单端输出和和增益调整方便适于在传感器电路中应用如图3-2所示图中 为增益调节电阻整个芯片仅 为外接电阻而运放 为
6、增益为1的差动输入放大器 图2.2.1 放大电路硬件原理图2.3采集电路的设计2.3.1数据采集系统的组成数据采集系统的核心是计算机他对整个系统进行控制和数据处理他由采样/保持器放大器A/D转换器计算机组成 2.3.1 数据采样系统框图2.3.2数据采样保持器进行模数变换时从启动变换到变换结束的数字量输出需要一定的时间即A/D转换的孔径时间当输入信号频率较高由于孔径时间的存在会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器进行有效、正确的数据采集采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可
7、以用晶体管、场效应管来作为开关 采样保持器的原理：如图当开关闭合时V1通过限电流电阻向电容C充电在电容值合理的情况下V0随Vi的变化而变化；当K断开时由于电容C有一定的容量此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值图2.3.2 采样保持原理图 在模拟信号输入通道中是否需要加采样/保持器取决于模拟信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间；对快速过程信号当最大孔径误差超过允许值时必须在A/D转换器前加采样/保持器但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢采样/保持（S/H）电路可以省去2.3.3 A/D转换器设计中A/D转换器用的是ADC0809 A/D转换器它是8路8位逐次逼近
8、式转换器结果为8位二进制数据转换时间短（一般在级）满足题目要求的实时采样并且它的转换精度在0.1%上下比较适中适用于一般场合由图2.3.3可见单片机通过读控制线WR和0809片选线控制启动A/D转换及输入通道地址锁存写控制线WR与ADC0809片选线控制输出允许由于ADC0809具有通道地址锁存功能通道选择ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接单片机的数据口模拟电压由IN0通道输入A/D采样电压在05v之间变化所模拟通道IN0地址口为0AOOOH但是ADC0809无内置时钟所以CLOCK由外部时钟信号控制 图2.3.3 A/D转换器和单片机的接口电路2.4 显示电路的设计 显示部分可以将处理
9、得出的信号在显示器上显示让人们直观的看到被测体的质量也可以进行报警提示LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器从电子表到计算器从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器本设计采用的显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块可显示汉字及图形内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）可与CPU直接接口提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等2.5 键盘电路的设计利用键盘可选择电子秤工作模式、设定测量上限等键盘部分采用矩阵式的键盘采用这种结构
10、的特点是把检测线分为两组一组为行线一组为列线按键放在行线和列线的交叉点上矩阵式的键盘的优点是需要的测试线的数量少对于一个MN的矩阵键盘与主机连接只需要M+N条测试线这样键盘的规模越大矩阵时键盘的有点越显著当需要的按键数目大于8时一般都采用矩阵式键盘图 2.5.1 矩阵式键盘结构图2.6 报警电路的设计报警电路是超过设定的范围单片机输出信号驱动蜂鸣器发声警报如图 所示当BDLL端为低电平时有电流通过蜂鸣器蜂鸣器报警反之不报警这里设定当超过质量的上限时通过软件使8031的P1.0口清零再过P1.0口出来的低电平信号连接到BELL端蜂鸣器发声报警图2.6.1 报警电路第三节 电子秤的软件设计3.1监
11、控程序的设计智能仪器的设计既要满足设定的功能的完成如计算等功能的任务功能程序也要有可以监控仪器仪表正工作保证其可靠性方面的监控程序整个智能仪器的测量都是智能仪器自动完成的所以设计一套功能完备的监控程序是必须的也是必要的监控程序的主要作用是实时的响应来自系统的各种信息按信息的类别进行处理；当系统出现故障时能自动的采取有效的措施消除故障保证系统能够继续进行正常工作3.2 数据处理子程序的设计数据处理子程序是整个程序的核心主要用来调整输入值系数使输出满足量程要求另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化321系数调整在IN0输入的数最大为5V要求的质量500g对应的是4.8V为十六进制向
12、十进制转换方便将系数放大100倍并用小数点位置的变化体现这一过程因而系数为： 322数制转换数制之间的转换：在二进制数制中每向左移一位表示数乘二倍以每四位作为一组对数分组当第四位向第五位进位时数由8变到16若按十进制数制规则读数则丢失6所以应进行加六调整DA指令可完成这一调整可见数制之间的转换可以通过移位的方法实现其中移出数据的保存可以通过自乘再加进位的方法实现因为乘二表示左移一位左移后低位进一则需加一否则加零而通过移位已将要移入的尾数保存在了进位位中所以能实现 图3.2.2 数据处理原理框图3.3 数据采集子程序的设计数据采集用A/D0809芯片来完成主要分为启动、读取数据、延时等待转换结束
13、、读出转换结果、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤ADC0809初始化后就具有了将某一通道输入的05模拟信号转换成对应的数字量00H-FFH然后再存入8031内部RAM的指定单元中在控制方面有所区别可以采用程序查询方式延时等待方式和中断方式 图3.3.1 数据采样原理框图3.4显示子程序的设计显示子程序是字符显示首先调用事先编好的8279的键盘显示子程序 调用8279初始化命令然后输出写显示命令在显示过程中一定要调用延时子程序当输入通道采集了一个新的过程参数或仪表操作人员键入一个参数或仪表与系统出现异常情况时显示管理软件应及时调用显示驱动程序模块以更新当前的显示数据显示符号图3.4.1
14、 显示原理框图3.5 键盘扫描子程序的设计如图3.4.1所示：键盘电路设计成4X4矩阵式由键盘编码方式可以得出0123456789ABCDEF各键对应的键值：0D8H0D0H0D1H0D2H0C8H0C9H0CAH0C0H0C1H0C2H0C3H0CBH0D3H0DBH0DAH0D9H 在程序中可以先判断按键编码然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元再进行功能选择或数据处理 图3.5.1键盘扫描原理框图3.6报警子程序的设计由于要求要键盘设定阈值所以要求有报警电路报警电路可以有声报警也可有光报警将设定的阈值与实时显示的值进行比较如果设定值小于实时显示的值则将P1.0置为1将发光二极管点
15、亮或使蜂鸣器发出声音这就需要一段比较程序以及一小段置1清0程序图3.6.1 报警原理框图第四节 设计总结随着集成电路和计算机技术的迅速发展使电子仪器的整体水平发生巨大变化传统的仪器逐步的被智能仪器所取代智能仪器的核心部件是单片机因其极高的性价比得到广泛的应用与发展从而加快了智能仪器的发展而传感器作为测控系统中对象信息的入口越来越受到人们的关注传感器好比人体五官的工程模拟物它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次课设中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的因此只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到
16、要求首先是传感器的精密度它将直接影响电子秤的称重准确度课设时由于传感器发出的信号不是很稳定所以称重时误差很大如果使用精密度较高的传感器效果会好的多其次是数据采集处理阶段此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集主要分为信号放大、采集然后进行A/D转换该阶段需注意的地方是对传感器输出的信号进行放大时应选取合适的运算放大电路最好是预先计算好应放大的倍数以便选取还有就是进行数据处理时选取适当的数据转换系数使输出满足量程要求参考文献1赵茂泰.智能仪器原理及应用.电子工业出版社2004： 2张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社2003： 3贾伯年俞朴.传感器技术.东南大学出版社2000
17、： 4单成祥.传感器理论设计基础及其应用.国防工业出版社1999： 5李道华李玲朱艳.传感器电路分析与设计.武汉大学出版社2000： 程序附图定义 中文LCD液晶 128X64 的地址W_C_GLCD XDATA0E000HW_D_GLCD XDATA0E001HR_B_GLCD XDATA0E002HR_D_GLCD XDATA0E003H;-TIMER0 DATA 30H ;延时时间的初值TIMER1 DATA 31H ;调用延时子程序的次数DATA1 DATA 32H ;点阵显示的变量1DATA2 DATA 33H ;点阵显示的变量2X DATA 34H ;X方向的位置Y DATA 35
18、H ;Y方向的位置COUNTER DATA 36H ;计数器N DATA 37H ;行数变量D1 DATA 38H ;点变量1D2 DATA 39H ;点变量1ADDR DATA 3AH ;起始的显示位置ADDR1 DATA 3BH ;起始的显示位置临时变量N1 DATA 3CH ;行数的临时变量;*;* 主程序开始;*ORG 0000HAJMP STARTORG 0030HSTART: CLR P1.0SETB P1.1MOV SP#60HLCALL INITIAL_GLCD ; 调用LCD初始化LCALL KAIJI ; 显示开机画面LCALL DELAY500LCALL DELAY500
19、LCALL DELAY500LCALL TISHI ; 显示主界面LCALL INI_8279-；判断是否继续-KEY-A： MOV DPTR#8101HMOVX ADPTRANL A#07HCJNE A#00HLP1SJMP KEY-AMOV DPTR8100HMOVX ADPTRCJNE A0DBHKEY-AAJMP K1LCALL YUZHILCAL celianjieguoLCALL CELINGJIEGUOAJMP $各界面显示内容DHTABLE1: DB 欢迎使用 DHTABLE2: DB 半桥电子秤DHTABLE3: DB * DHTABLE4: DB * DHTABLE5: D
20、B * DHTABLE6: DB 设置警报上限 DHTABLE7: DB 确定 DHTABLE8: DB 请按D 键 DHTABLE9: DB DHTABLE10: DB 报警上限重量: DHTABLE11: DB . g DHTABLE12: DB 确定(E) CELIANG1: DB 电子秤 CELIANG2: DB 重量是: CELIANG3: DB CELIANG4:DB 返回 (F) ;=;开机界面子程序;=KAIJI: MOV ADDR1#00H ; 第一行显示MOV N1#08H ; 数量 8 个MOV DPTR#DHTABLE1 ; 需要显示的汉字位置CALL DHZ ; 调用
21、汉字子序MOV ADDR1#10H ; 第二行显示MOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE2CALL DHZMOV ADDR1#08H ; 第三行显示MOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE3CALL DHZMOV ADDR1#18H ; 第四行显示MOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE4CALL DHZRET;=;提示界面子程序;=TISHI: LCALL CLEAR_GLCD ; 清除LCD显示屏幕MOV ADDR1#00HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE5CALL DHZMOV ADDR1#10HMOV N1#08HMOV DPT
22、R#DHTABLE6CALL DHZMOV ADDR1#08HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE7CALL DHZMOV ADDR1#18HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE8CALL DHZRETSHEDING: LCALL CLEAR-GLCDMOV ADDR1#00HMOV N1 08HMOV DPTR#DHTALBE9CALL DHZMOV ADDR1#10HMOV N1 08HMOV DPTR#DHTALBE10CALL DHZMOV ADDR1#08HMOV N1 08HMOV DPTR#DHTALBE11CALL DHZMOV ADDR1#18
23、HMOV N1 08HMOV DPTR#DHTALBE12CALL DHZRET测量界面子程序Celiangjieguo: LCALL CLEAR_GLCD ; 清除LCD显示屏幕MOV ADDR1#00HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE1CALL DHZMOV ADDR1#10HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE2CALL DHZMOV ADDR1#08HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE3CALL DHZMOV ADDR1#18HMOV N1#08HMOV DPTR#DHTABLE4CALL DHZEND?1我个人对生活一无所求,吃住都十分简单,上天给我的恩赐,我并没多要财产的奢求.假如此生能做多点对人类、民族、国家长治久安有益的事,我是乐此不疲的.