数字电子秤课程设计

数字电子秤 摘要: 随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成，加上显示单元，此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。本系统以AT89S52单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。可以说,此设计所完成的电子秤在很大程度上满足了应用需求。 关键词：AT89S52，称重传感器，A/D转换器，LED显示器 Abstract: With the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatus's control system with intelligence and automation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energy, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on.The system is mainly controlled by the microcontroller AT89S52, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus. Keywords: AT89S52，ponderation –sensor，A / D converter，LEDDisplay 目      录 一、前言    1 二、总体设计    2 2.1 方案一    2 2.2 方案论证、比较与选择    2 三、单元模块设计    4 3.1各单元模块功能介绍及电路设计    4 3.1.1传感器模块    4 3.1.2 ADC0832与AT89C52接口电路    5 3.1.3 单片机模块（ATT89C52）    5 3.1.4 显示模块    6 3.1.5 键盘模块    7 3.1.6报警电路设计    8 3.2电路参数的计算及元器件的选择    9 3.2.1 电阻应变式传感器    9 3.2.2  ADC8032结构及特点    9 3.2.3  显示屏    11 3.2.4  键盘KEYPAD-SMALLCALA4X4    12 3.3特殊器件的介绍    13 3.3.1ADC8032介绍    13 四、软件设计    14 4.1程序主要设计    14 4.2 功能说明    15 五、系统调试    16 5.1调试软件介绍    17 六、系统功能、指标参数    17 6.1 系统实现功能    17 6.2 系统调试    17 七、设计总结    18 八、谢辞    19 九、参考文献    20 十、附录    21 1、前  言 国内电子秤的重技术基本达到国际上20世纪90年代中期的水平，少数产品的技术已处于国际领先水平。国内的电子秤的市场中，1009左右量程的电子秤精度一般为0.019。在研究方法上，电子称重系统的工作原理一般是将作用在承载器上的质量或力的大小，通过压力传感器转化为电信号，并通过控制电路来处理该电信号。 台式电子计价秤具在商业贸易中的使用相当普遍，但应用场所受到限制。电子秤产品的应用性能趋向上更综合性和组合性。 电子秤采用现代传感器技术，电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现代生活中提出的“快速，准确，连续，自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合计量管理和工业生产过程控制的应用要求。使计量更加精确。  它是利用全桥测量原理，通过对电路的输出电压和标准重量的线性关系。  测量电路中最主要的是电阻应变式传感器。  采用全桥测量电路是系统产生误差小，输出的数据更精确。放大器地作用就是把传感器输出的微弱信号进行放大，以满足A/D转化器对输入信号电平的要求。A/D转换是把模拟信号转换成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中，最后显示输出结果。 本次实验要达到的目标：实现计量范围0~5kg,测量精度为0.001kg，设有超限报警;键盘输入；键盘显示。 2、总体方案设计 2.1 方案 1、系统框图： 系统由电阻应变式L-PSIII型传感器、放大电路模块、ADC0832、单片机AT89C52、数码管、小键盘组成。如图2-1所示。 图2-1 基本工作框图 2、工作原理： 当商品放到秤盘上时，秤盘下的传感器产生的电信号，信号的强弱随商品重量的大小而发生变化，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，数字信号再进入单片机经过数据处理，单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示 电路显示出实际重量。物重与单价经过运算产生总价，在显示电路上同时显示出来。 2.2 方案论证、比较与选择 题目要求称重范围5kg，误差不大于0.001kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即5kg。本设计选择的是L-PSIII型传感器，最大量程20kg，精度为0.01%，满量程时误差0.002kg，可以满足本系统的精度要求。  本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化，即输出电压的变化反映出重力的变化。 单片机那个MCS-51系列单片机，由ATMEL公司生产的AT89C52是一个低能耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8k  bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储单元，系统兼容性强。 3.1各单元模块功能介绍及电设计： 3.1.1传感器模块： 全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值： R1＝R2＝R3＝R4，变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，桥路输出电压Uout＝KEε。 其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。电桥的输出 电压可由式（1）表示[6]，全桥测量电路图如图3-1、3-2所示： 图3-1 全桥测量电桥图 3-2桥式电阻传感器及放大电路 3.1.2 ADC0832与AT89C52接口电路 ADC0832为8位串行A/D转换器，本系统电路设计中外围传感器放大电路的输出端直接与ADC89C52的输入通道CHO相接，模数转换芯片的片选段（CS-片选端，低电平有效）与AT89C52的P3.5相接，DJ-两路模拟输入选择输入端与该单片机的P3.6引脚相连接。ADC0832转换芯片与AT89C52单片机接口电路如图3-3所示。 3-3  ADC0832与AT89C52接口电路图 3.1.3 单片机模块(AT89C52)： AT89C52单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内出事化，使单片机从一种确定的初态开始运行。 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部震荡方式和外部震荡方式。在引脚XTALL和XTAL2外接晶体振荡器或陶瓷振荡器，就构成了内部振荡方式。由于但单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振时，就构成了自激振荡器并产生震荡时钟脉冲。 当MCS-51系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就之星复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位，上电复位要求接通电源后，就自动实现复位操作。 上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC=0000H,这表明程序从0000H地址单元开始执行。如图3-4所示单片机最小系统电路。 3-4单片机最小系统电路 3.1.4显示模块： 该系统采用LCD显示模式，采用AMPIRE128X64液晶显示器件，LCD显示器件与AT89C52的接口电路如图3-5所示。 AMPIRE128X64液晶显示屏的输入引脚DBOO-DB7与AT89C52的P1.0.--P1.7引脚通过外接上拉电阻相连，CS1左半屏片选端，CS2右半屏片选端。VO液晶显示驱动电压，DBO-DB7数据传输端口。RST复位信号。 RS数据指令选择信号，H为数据，L为指令，有时资料上也叫D/I。 图 3-5显示模块连接 3.1.5键盘模块： 键盘输入是实现电子秤人机交互部门。根据功能要求，设计了由16个按键（4×4矩阵键盘）和1个板键开关组成的键盘、开关输入电路，扳键开关控器电源的通断；16个按键分别是10个数字键0～9、小数点键和5个功能键：清零、转换/校正、累计、保持。 如图3-6所示。 3-6  键盘模块 3.1.6报警电路设计: 报警主要用于系统运行出错、当测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。在本系统中，设置报警的目的是在超出电子秤技术范围时，发出声光警报提醒。本系统中物品质量通过调节半壁电桥一端的电位器使得电桥失去平衡而引起输出电压的变化来反映，而单价则通过键盘输入，当总额（重量和单价的乘积）数目大于100元时，即单价超过20元每千克，警报响起。通过程序使单片机的I/O值低电平，从而三级管导通，使蜂鸣器BUZZER发出报警声，同时报警灯D1发光。 图3-7  报警电路