稱重系統(tǒng)設計

1、桅州電子科技大學設計報告課程名稱：短學期PCB電路設計學生姓名：學生學號：學生班級：專業(yè)：實驗日期：基于51單片機的稱重系統(tǒng)設計設計要求：89C52單片機最小系統(tǒng)的構成及設計；（包括：時鐘、復位、電源、單 片機、按鍵和顯示等）在此基礎上完成稱重系統(tǒng)的設計，稱重量程為080噸，誤差正負 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設計放大電路，以便單片機對其信號進行后續(xù)處理。C用7段數(shù)碼管或其他顯示模塊進行重量的顯示，單位為：kg。D根據(jù)應用場合設計擴展功能（加分選做設計部分）本設計研究的是一基于51單片機的稱重系統(tǒng)，稱重范圍為0到80噸，承重范圍較 大，可以廣泛地運用于

2、汽車過磅，貨物稱重，也可以用來測體重。本設計主要通過壓力 傳感器采集貨物重量信息，產生電壓信號，通過運算放大器的放大，再經過一系列的A/D 轉換、單片機的處理，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上位機中，再由計算機分析處理數(shù)據(jù)。本設計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壓強為200KPa時對應的最大電壓為40mv，所以傳感器底座面積設置為1平方 米。40mv時對應的重量為20噸。放大器設計：量程為80噸，最大電壓對應20噸，故需要4個放大器，由于器件及參數(shù)限制，

3、 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 關系。傳感器采集的信號從Header2端口輸入。仿真結果：從圖中可以看到增益為101倍。A/D轉換：因為設計要求為誤差100kg,最大電壓時對應重量為20噸,20X1000/100=200。 2八8=256200。故采用8位A/D轉換器。本設計可以采用ADC0809轉換器。ADC0809各引腳說明：IN0IN3 :從四個運放接四路模擬量輸入。D0D7： 8位數(shù)字量的輸出，D0D7分別接單片機的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

4、，輸入端，高電平有效。START： A/D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟 動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉換）。EOC： A/D轉換結束信號，輸出端，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平 （轉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A/D轉換結束時，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。REF（ +）、REF（-）：基準電壓。VCC :接+5V電源。GND：接地。按鍵設置：兩個按鍵分別接單片機的P06和P07 I/O 口。當按鍵沒有按下，I/O 口端

5、的信 號為高電平；當按鍵按下，I/O 口端的信號為低電平，當單片機采集到低電平信號， 根據(jù)程序做出調節(jié)量程的相關反應。數(shù)碼管顯示：因為本設計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）。因為數(shù)碼管位的顯示要用掉單片機的8個I/O 口，控制顯示位乂要用掉6個I/O 口，對單片機的資源消耗較多，為節(jié)省單片機資源可以使用一個74LS138數(shù)據(jù)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：當測量的重物超過設置的量程，蜂鳴器報警。用蜂鳴器的一

6、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I/O 口的高低電平實現(xiàn)對蜂鳴器的控制。串口通信:本設計中通訊模塊的主要功能是將STC89C52單片機采集到的數(shù)據(jù)，通過串口 傳輸?shù)絉S-232中，最后在上位機中得以顯示。由于標準串口的電平規(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，而一般單片機系統(tǒng)的工作時候的電壓是+3.3V或+5V， 由于單片機的電平輸出范圍并不能滿足一般的標準串口電平的基本要求，所有串 口端口不能直接與PC上位機的串口端相連接，若要進行連接

7、，則必須對單片機系 統(tǒng)的工作電壓經過電平轉換。所以必須要經過MAX232芯片進行電平轉換。模塊圖 如下：MUC 的串口MAX232PC 機串口本設計采用的MAX232芯片是美國公司為電腦的RS-232標準串口專門設計的單 電源電平轉換芯片，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引腳構成，其功能是給 RS232的串口兩個+12V和-12V的電源。數(shù)據(jù)轉換通道部分乂分成第一數(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

8、引腳構成，而第二數(shù)據(jù)通 道是由7、8、9、10引腳構成，TTL/CMOS的相關數(shù)據(jù)從11引腳、10引腳輸入， 由芯片功能轉換成為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引腳輸入再轉換為TTL/CMOS的數(shù)據(jù)后，從12引腳、9引腳進行輸出。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（運算放大器OP37AZ），本設 計采用+/-12V供電。乂由于該系統(tǒng)中單片機及AD轉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，需要設計一個

9、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：此仿真為驗證運放放大增益為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:在實際設計過程中，遇到很多問題，對軟件和單片機都不太熟悉，但通過互聯(lián) 網和查閱資料，對這單片機最小系統(tǒng)和整個