基于單片機(jī)的實(shí)用電子秤設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的實(shí)用電子秤設(shè)計(jì) 作者： 日期：13 個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途基于MCS-51的電子秤設(shè)計(jì)摘要：本文設(shè)計(jì)一種利用電阻應(yīng)變式壓力傳感器和MCS-51單片機(jī)等器件制作的電子秤。該秤可以對(duì)200g量程范圍內(nèi)的物體進(jìn)行稱量，能實(shí)現(xiàn)稱重、數(shù)碼顯示、去皮/清零等功能。該電子秤利用電橋測(cè)量原理，將壓力應(yīng)變傳感器阻值轉(zhuǎn)換為電壓值,再經(jīng)過(guò)放大器將電壓放大,通過(guò)確定輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的關(guān)系，形成一臺(tái)原始電子秤。將此輸出電壓經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，送入MCS51單片機(jī)處理，再控制數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，最后顯示出測(cè)量結(jié)果.關(guān)鍵詞：電子秤；應(yīng)變式壓力傳感器;電橋；放大電路；單片機(jī)1 總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)由以下幾部分組成：電阻

2、應(yīng)變傳感器、信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、顯示器。其結(jié)構(gòu)圖如下所示。由電阻應(yīng)變式傳感器感受被測(cè)物體的質(zhì)量，通過(guò)電橋輸出電壓信號(hào)，通過(guò)放大電路將輸出信號(hào)放大，而后送入A/D轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)；單片機(jī)接收數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的重量信息，送液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。單片機(jī)同時(shí)也可以進(jìn)行去皮調(diào)零操作，因此單片機(jī)還需查尋鍵盤是否有輸入，執(zhí)行相應(yīng)的功能.2 硬件電路設(shè)計(jì)2。1電阻應(yīng)變傳感器電阻應(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)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線路兩部分組成。電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的誤差,主要來(lái)源于溫度的影響，本設(shè)計(jì)主要在實(shí)驗(yàn)室

3、內(nèi)進(jìn)行，溫度的影響暫不處理。在電橋測(cè)量電路中，將一對(duì)變化相反的應(yīng)變片接入電橋一臂，另一臂接兩個(gè)相同的阻值作為基準(zhǔn)值;當(dāng)橋臂電阻初始值R1R2R3R4=350時(shí)平衡,其變化值為R1R2R3R4=d時(shí)，其橋路輸出電壓Uout與d成正比.2。2放大電路設(shè)計(jì)由于傳感器輸出的信號(hào)比較微弱，必須通過(guò)一個(gè)放大器對(duì)其進(jìn)行放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。本設(shè)計(jì)中選用由三運(yùn)放構(gòu)成的具有高輸入阻抗，高共模抑制比的儀表放大器作為前級(jí)，再接一個(gè)反相比例放大器作為后級(jí)輸出。另外，儀表放大電路中電阻Rw1可用于微調(diào)放大倍數(shù)；而后級(jí)放大器原接地端現(xiàn)在通過(guò)Rw2接入一電壓值，可以對(duì)輸出電平進(jìn)行平移.2。3單片機(jī)

4、電路設(shè)計(jì)2.3。1單片機(jī)最小系統(tǒng)對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，一般教科書推薦C 取10u,R取8。2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平.晶振電路:典型的晶振取11。0592MHz（因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場(chǎng)合）/12MHz（產(chǎn)生精確的us級(jí)時(shí)歇，方便定時(shí)操作）2.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)接口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。

5、它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。(1）引腳說(shuō)明:IN0IN7:8條模擬量輸入通道，要求信號(hào)單極性,電壓范圍是05V；地址輸入和控制線：4條 數(shù)字量輸出及控制線:11條 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線：所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供；VREF（)，VREF（）：參考電壓輸入。（2）工作過(guò)程：請(qǐng)參考ADC0809時(shí)序圖.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。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

6、，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線. （3）接口電路：ADC0809的時(shí)鐘由51 ALE信號(hào)給出；數(shù)字量輸出和51 P0口直接相接;地址控制線同樣使用P0口，用一片74373鎖存地址，然后連入ADDAADDC，373的使能由51 ALE控制；ADC0809各個(gè)使能端們由P2。0和讀寫標(biāo)志口共同控制，任意寫一個(gè)數(shù)時(shí)允許AD ALE并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換（AD START端）；讀入時(shí)應(yīng)該使AD讀端口使能（AD ENABLE端）；數(shù)字量傳輸使用中斷方式，將AD EOC接入51 INT0，轉(zhuǎn)換完成后可以觸發(fā)51執(zhí)行中斷程序。這樣連接的ADC由于使用51 P2。0口和AD IN0，地址應(yīng)該是0xFEF8

7、；實(shí)際使用的實(shí)驗(yàn)箱中有唯一地址譯碼器，地址為0xcfa0；另外,實(shí)驗(yàn)箱部分電路已經(jīng)連好，包括51最小系統(tǒng)和AD、顯示輸出的必要連線，Vref也已經(jīng)連為5V不能改變.2。3.3顯示輸出單元與單片機(jī)接口利用8279鍵盤顯示接口電路和實(shí)驗(yàn)箱上提供的數(shù)碼顯示，可以完成該功能.利用8279可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤/顯示器的自動(dòng)掃描，以減輕CPU的負(fù)擔(dān)，且具有顯示穩(wěn)定、程序簡(jiǎn)單、不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作等特點(diǎn)。8279操作命令字較多，根據(jù)需要來(lái)靈活使用.實(shí)驗(yàn)箱中數(shù)碼顯示地址為0xcfe8,將七段顯示編碼送入即可；顯示控制單元地址為0xcfe9，可以控制輸出到哪一位數(shù)碼顯示塊上.2.3。4去皮清零鍵與單片機(jī)的接口將一手動(dòng)控制的高

8、低電平信號(hào)（手動(dòng)單脈沖）送入單片機(jī)P1。0口，通知單片機(jī)進(jìn)行去皮操作。2.4 Protel與PCB制版使用Protel進(jìn)行PCB制版時(shí)應(yīng)遵循相應(yīng)的步驟。（1)連接原理圖，選好參數(shù)以及封裝，還可以對(duì)放大部分進(jìn)行仿真(2）電器檢查（3）新建pcb圖（4)創(chuàng)建NET表，導(dǎo)入/更新pcb圖（5)排位置，自動(dòng)布線(6）手動(dòng)修補(bǔ)，完成設(shè)計(jì)3軟件與算法設(shè)計(jì)3。1數(shù)據(jù)采集與放大倍數(shù)傳感器輸入:選擇一個(gè)合適的電橋基準(zhǔn)電壓，傳感器電橋輸出電壓為300。50mV301.45mV,對(duì)應(yīng)020g重物，平均每克變動(dòng)不到0。1mV；由于它的變動(dòng)范圍很小，因而設(shè)計(jì)300mV的偏移量，不讓其在0 mV上下變動(dòng),以減少運(yùn)放零漂的

9、影響。輸出到AD：ADC0809的Vref在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)已經(jīng)設(shè)定為5V，因而其分辨率約為5V/256=20mV.這樣，信號(hào)的放大倍數(shù)應(yīng)該在200400左右.為了使輸出更準(zhǔn)確，使用+/-15V電源給集成運(yùn)放供電，最后采用分壓電阻使其符合05V的AD輸入。根據(jù)選取的參數(shù)值以及Rw1所調(diào)的阻值1k，總的放大倍數(shù)為25/147/5。1*33/101/3=253。3。2數(shù)字量的處理放上秤盤，調(diào)節(jié)Rw2，使放大器輸出約為0.5V。這時(shí)放上重物200g，放大器輸出約2.7V左右。根據(jù)放大器輸出電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字值，以及重物重量(輸出顯示值），可以確定它們的關(guān)系.砝碼個(gè)數(shù)012345678910數(shù)字量值3143555

10、97188104112119131139重量顯示020406080100120140160180200Linear model Poly1： f（x) = p1*x + p2Coefficients （with 95 confidence bounds)： p1 = 1。784 （1.66， 1.908) p2 = -54.37 （65.95, 42。8）式中的常數(shù)可以通過(guò)去皮清零鍵補(bǔ)償,比例系數(shù)可以通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行乘法運(yùn)算調(diào)整.3。3單片機(jī)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)程序主要是輸出顯示和去皮清零兩大部分。輸出顯示時(shí)需要做乘法運(yùn)算，同時(shí)換成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù);去皮清零時(shí)需要根據(jù)操作者的指示預(yù)存一個(gè)數(shù)字信號(hào)。設(shè)計(jì)的

11、程序如下。include <reg51。h>#include <absacc。h#defineLed_datXBYTE0xcfe8defineLed_ctlXBYTE0xcfe9definead_portXBYTE0xcfa0 unsigned char table1=0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66,0x6d,0x7d，0x07，0x7f,0x6f; /0-9 / unsigned char resig=0,renow=0,vbase=0；void Display_byte(unsigned char loc，unsigned char dat)/*將ad轉(zhuǎn)

12、換的數(shù)字值處理并顯示為十進(jìn)制/ unsigned int m； unsigned char tab3; loc &=0xf; m=dat1。75；/換算倍數(shù)關(guān)系，根據(jù)3。2節(jié)中p1 = 1.784/ tab0=m/100； /計(jì)算各位 tab1=m/10; tab1=tab110； tab2=m%10； Led_ctl = loc0x80; Led_dat = table1tab0； /顯示由ad轉(zhuǎn)換得到數(shù)(對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù))的高位/ loc+； Led_ctl = loc0x80; Led_dat = table1tab1； /顯示由ad轉(zhuǎn)換得到數(shù)(對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)）的中位*/ loc+

13、； Led_ctl = loc|0x80; Led_dat = table1tab2； void delay（unsigned int t) for（;t0;t-); void main(void) Led_ctl = 0xd1；/init while(（Led_ctl&0x80)=0x80)； Led_ctl = 0x31; while(1） ad_port = 0;/準(zhǔn)備讀ad while（INT0); while（!INT0); renow=P1； if(renow！=resig）/清零按鍵 vbase=ad_port； resig=renow; else /輸出顯示 Displ

14、ay_byte（0,ad_portvbase）; delay（20000); 4總結(jié)本課程設(shè)計(jì)制作的電子秤，集傳感器技術(shù)、微機(jī)技術(shù)于一體,實(shí)現(xiàn)了基本的秤重顯示功能，稍加擴(kuò)展，還可與其他生產(chǎn)質(zhì)量管理系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換記錄分析等功能，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。我們小組幾人分工學(xué)習(xí)，相互配合，終于完成了課程設(shè)計(jì)的要求。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們將課上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)加以運(yùn)用，鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力，遇到不懂的查資料，出現(xiàn)問(wèn)題相互討論，實(shí)際操作中鍛煉的動(dòng)手能力。姜老師對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助功不可沒,她還教會(huì)了我們使用Protel軟件的方法，我們向她表示由衷的感謝.在實(shí)際操作中，放大器部分遇到的問(wèn)題最大.由于傳感器輸出電壓較小,使得放大電路的調(diào)適任務(wù)比較困難.對(duì)此,我們先是選用合適的電路形式,即儀表放大接一級(jí)可調(diào)電平高低的比例放大;接下來(lái)給放大器各級(jí)輸入一個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的電壓,看看各級(jí)放大倍數(shù)是否與理論相符；這之后再使傳