单片机课程设计报告基于单片机的电子秤设计.docx
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1、2023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告基于单片机的电子秤设计一、【设计题目】基于单片机的电子秤设计二、【设计要求】设计要求如下:(1) 设计一款电子秤,用 LCD 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。三、【设计过程】1. 【方案设计】微掌握器技术、传感器技术的进展和计算机技术的广泛应用,电子产品的更速度到达了日月异的地步。本系统在设计过程中,除了能实现系统的根本功能外,还增加了打印和通讯功能,可以实现和其他机器或设备包括上位 PC机和数据存储设备交换数据.除此之外,系统的微掌握器局部选择了兼容性比较好的AT89系列单片机,在
2、系统更换代的时候,只需要增加很少的硬件电路, 甚至仅仅删改系统掌握程序就能够实现。另外由于实际应用当中,称可以有肯定量的过载,但不能超出要求的范围,为此本设计供给了过载提示和声光报警功能。综上所述,本课题的主要设计方案是:利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号,经过电压放大电路放大,然后再经过模数转换器转换为数字信号, 最终把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后,得出当前所称物品的重量及总额,然后再显示出来。此外,还可通过键盘设定所称物品的价格。主要技术指标为:称量范围05kg;分度值0.01kg;精度等级级;电源DC1.5V一节5号电池供电。其设计框图如图3.1所示。这种高精度智能
3、电子秤体积小、计量准确、携带便利 ,集质量称量功能与价格计算功能于一体,能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。12023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告2. 【器件选择】图 3.1 系统设计框图放大电路A/D 转换器阀值报警压力传感器AT89S52 单片机键盘设定LCD 显示器2.1 单片机选择本设计由于要求必需使用单片机作为系统的主掌握器 ,而且以单片机为主掌握器的设计,可以简洁地将计算机技术和测量掌握技术结合在一起,组成型的只需要转变软件程序就可以更换代的“智能化测量掌握系统”。考虑到本设计中程序局部比较大,依据总体方案设计的分析,设计这样一个简洁的的系统,可以选用带EPROM
4、 的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器,这样电路也可简化。INTEL 公司的 8051 和 8751 都可使用,在这里选用ATMENL生产的AT89SXX系列单片机。AT89SXX系列与 MCS-51 相比有两大优势: 第一,片内存储器承受闪速存储器,使程序写入更加便利;其次,供给了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小1。此外价格低廉、性能比较稳定的 MCPU,具有 8K8ROM、2568RAM、2 个 16 位定时计数器、4 个 8 位 I/O 接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测量和掌握要求最终我们选择了 AT89S52 这个比较常用的单片机来实现系
5、统的功能要求。AT89S52 内部带有 8KB 的程序存储器,根本上已经能够满足我们的需要。2.2 压力传感器的选择在本设计中,传感器是个格外重要的元件,因此对传感器的选择也显得格外重要。不仅要留意其量程和参数,还要考虑与其相配置的各种电路的设计的难易程度22023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告和设计性价比等等。综合考虑,本设计承受SP20C-G501 电阻应变式传感器,其最大量程为 7.5 Kg.称重传感器由组合式 S 型梁构造及金属箔式应变计构成,具有过载保护装置。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响,抑制干扰,补偿便利等优点,所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等
6、优点,广泛用于各种构造的动、静态测量及各种电子秤的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,其工作原理如图 3.2 所示。R1- DR1R2 + DR2R4 + DR4R3 - DR3图 3.2传感器工作原理图其工作原理2:用应变片测量时,将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时, 应变片的的敏感栅也随之变形,其阻值发生相应的变化,通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路承受惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,输出信号电压可由下式 3.1 给出:Eout =R2 R4 R1 + R2+ R3 + R4 Ein 3.1(R2 + R4)R1R2R3R42.3 放大电路
7、选择主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器,而构成的前级处理电路差动放大器具有高输入阻抗,增益高的特点,可以利用一般运放做成一个差动放大器。其设计电路如图 3.3 所示:32023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告图 3.3利用一般运放设计的差动放大器电路图2.4 A/D 转换器选择A/D 转换局部是整个设计的关键,这一局部处理不好,会使得整个设计毫无意义。目前,世界上有多种类型的ADC,有传统的并行、逐次靠近型、积分型ADC, 也有近年来进展起来的- 型和流水线型 ADC,多种类型的 ADC 各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求3。目前, ADC 集成电路主要有以下几种类型:
8、(1) 并行比较 A/D 转换器:如 ADC0808、 ADC0809 等 。并行比较 ADC 是现今速度最快的模/数转换器,采样速率在 1GSPS 以上,通常称为“闪耀式”ADC。它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。这种构造的 ADC 全部位的转换同时完成,其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。缺点是:并行比较式A/D 转换的抗干扰力量差,由于工艺限制,其区分率一般不高于 8 位,因此并行比较式A/D 只适合于数字示波器等转换速度较快的仪器中,不适合本系统。(2) 逐次靠近型 A/D 转换器:如:ADS7805、ADS7804 等。逐次靠近型 ADC 是应
9、用格外广泛的模/数转换方法,这一类型 ADC 的优点:高速,采样速率可达1MSPS;与其它 ADC 相比,功耗相当低;在区分率低于 12 位时,价格较低。缺点: 在高于 14 位区分率状况下,价格较高;传感器产生的信号在进展模/数转换之前需要进展调理,包括增益级和滤波,这样会明显增加本钱。(3) 积分型 A/D 转换器:如:ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433 等。积分型 ADC 又称为双斜率或多斜率 ADC,是应用比较广泛的一类转换器。它的根本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此42023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报
10、告同时,在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进展计数,从而实现A/D 转换。积分型 ADC 两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定,因此所得到的表达式与时钟频率无关,其转换精度只取决于参考电压 VR。此外,由于输入端承受了积分器,所以对沟通噪声的干扰有很强的抑制力量。假设把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍,可把由工频噪声引起的误差减小到最小,从而有效地抑制电网的工频干扰。这类 ADC 主要应用于低速、周密测量等领域,如数字电压表。其优点是:区分率高,可达22 位;功耗低、本钱低。缺点是:转换速率低,转换速率在 12 位时为 100300SPS。(4) 压频变换型 ADC:其
11、优点是:精度高、价格较低、功耗较低。缺点是:类似于积分型 ADC,其转换速率受到限制,12 位时为 100300SPS。考虑到本系统中对物体重量的测量和使用的场合,精度要求不是很苛刻,转换速率要求也不高,依据系统的精度要求以及综合的分析,本设计承受了 12 位并行 A/D 转换器 AD1674。2.5 键盘处理局部由于电子秤需要设置单价十个数字键,还具有确认、删除等功能,总共需设置 17 个键包括一个复位键。键盘的扩展有使用以下方案:承受矩阵式键盘:矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组,一组为行线,一组列线,按键放在行线和列线的穿插点上。本设计承受一个 44 的矩阵键盘构造的键盘接口电路,每一个
12、按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。44 矩阵式键盘共可以安装 16 个键,但只需要 8 条测试线。当键盘的数量大于 8 时,一般都承受矩阵式键盘。结合本设计的实际要求,16 个按键使用 44 矩阵式键盘, 另外一个复位键使用独立式按键实现。2.6 显示器局部的选择显示器是人机交换的主要局部,他可以将测量电路测得的数据经过 cpu 处理后直观的显示出来。数据显示有两种方案:LED 数码显示和 LCD 液晶显示。LCD 液晶显示器是一种极低功耗显示器,从电子表到计算器,从袖珍仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都用到了液晶显示器。考虑到液晶显示器的直观便利,这次设计选择了 LCD 液晶显
13、示器。2.7 超量程报警局部选择智能仪器一般都具有报警和通讯功能,报警主要用于系统运行出错、当测量52023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告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示用户而设置。在本系统中,设置报警的目的就是在超出电子秤测量范围时,发出声光报警信号,提示用户,防止损坏仪器。超限报警电路是由单片机的 I/O 口来掌握的,当称重物体重量超过系统设计所允许的重量时,通过程序使单片机的I/O 值为高电平,从而三极管导通,使蜂鸣器 SPEAKER 发出报警声,同时使报警灯 D1 发光。3. 【系统电路设计】3.1 主掌握器电路高性能 8 位单片机 AT89S52 是
14、一个低功耗,高性能CMOS 8 位单片机,片内含 8k Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件承受 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚构造,芯片内集成了通用 8 位中心处理器和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为很多嵌入式掌握应用系统供给高性价比的解决方案。AT89S52 具有如下特点:40 个引脚,8k Bytes Flash 片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器RAM,32 个外部双向输入/输出I/O口,5 个中断优先级 2 层中断
15、嵌套中断,2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口, 看门狗WDT电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU 暂停工作,而RAM 定时计数器,串行口,外中断系统可连续工作,掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据,停顿芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 其引脚图如图 3.4 所示。图 3.4 AT89S52引脚图62023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告AT89S52 各引脚功能4介绍:VCC:供电电压。GND:接地。P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸
16、取 8TTL 门流。当P1 口的管脚第一次写 1 时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时,P0 口作为原码输入口,当 FIASH 进展校验时,P0 输出原码,此时 P0 外部必需被拉高。P1 口:P1 口是一个内部供给上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后,被内部上拉为高,可用作输入,P1 口被外部下拉为低电寻常,将输出电流,这是由于内部上拉的原因。在 FLASH 编程和校验时,P1 口作为第八位地址接收。P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向
17、 I/O 口,P2 口缓冲器可接收, 输出 4 个 TTL 门电流,当 P2 口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2 口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的原因。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进展存取时,P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进展读写时,P2 口输出其特别功能存放器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和掌握信号。P3 口:P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL门电流。当 P3 口
18、写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入, 由于外部下拉为低电平,P3 口将输出电流ILL这是由于上拉的原因。P3 口同时为闪耀编程和编程校验接收一些掌握信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的高电寻常间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在寻常,ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要留意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE 脉冲。如想制止ALE
19、的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此72023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告时, ALE 只有在执行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,该引脚被略微拉高。假设微处理器在外部执行状态 ALE 制止,置位无效。PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 PSEN 信号将不消灭。EA/VPP:当EA 保持低电寻常,则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH,不管是否有内部程序存储器。留意加密方式1 时,EA 将内部锁定为 RESET;当EA 端保持高电寻常,此间内部
20、程序存储器。在 FLASH 编程期间,此引脚也用于施加 12V 编程电源VPP。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。表3.1 P3.0口引脚功能表P3口引脚其次功能P3.0RXD串行口输入P3.1TXD串行口输出P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0定时器0外部脉冲输入P3.5T1定时器1外部脉冲输入P3.6WR外部数据存储器写脉冲输出P3.7RD外部数据存储器读脉冲输出AT89S52 单片机的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供给单片机片内各种操作的时间基准,复位操
21、作则使单片机的片内电路初始化,使单片机从一种确定的初态开头运行。单片机最小系统电路图如图 3.5 所示。82023 级电子信息科学与技术专业单片机课程设计报告3.2 A/D 转换电路图 3.5 单片机最小系统AD1674 是美国 Analog Device 公司生产的 12 位单片 A/D 转换器。它是并行A/D 转换器,最大转换时间为25us,转换精度为0.05%,所以适合于高精度的快速转换采样系统5。芯片内部包含微处理器借口规律有三态输出缓冲器,故可直接与各种类型的 8 位或者 16 位的微处理器连接,而无需附加规律接口电路, 切能与 CMOS 及 TTL 电路兼容。AD1674 承受 2
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- 单片机 课程设计 报告 基于 电子秤 设计
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