目錄 第一節(jié) 緒論 3 1.1 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 3 1.2 基本工作原理及原理框圖 第二節(jié) 硬件 電路 的 設(shè)計 4 2.1 電阻 應(yīng)變式 傳感器的選擇 4 2.2 三運 放大電路的設(shè)計 5 2.3 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器 5 2.4 LED 顯示電路的設(shè)計 7 2.5 總體工作電路 原理圖 第三 節(jié) 軟件的設(shè)計 9 第 四 節(jié) 設(shè)計總結(jié) 15 參考書籍 16 程序附圖 17 數(shù)字電子秤設(shè)計 第一節(jié) 緒論 本課程設(shè)計 的電子秤以單片機為主要部件 ， 利用全橋測量原理，通過對電路 輸出電壓和標準重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學模型，將 電壓量綱（ V）改為重量綱（ g）即成為 一臺原始電子秤。 其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種， 本設(shè)計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小， 輸出的 數(shù)據(jù)更精確 。而 三運 放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。 1.1 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容 設(shè)計的主要內(nèi)容如下 ： 1) 運用 電阻應(yīng)變式傳感器 并采用全橋測量電路 2) 設(shè)計一款電子秤，用 LED 液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量 3) 電路由 全橋 測量電橋 ，三運 放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路， LED 顯示電路 4) 寫出詳細的實驗報告 1.2 基本工作原理及原理框圖 基本工作原理框圖 如下： 圖 1.2-1 基本工作原理框圖 電路方框圖 如下： 圖 1.2-2 電路方框圖 第 二節(jié) 硬件 的 設(shè)計 2.1 傳感器的選擇 2.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理 電阻應(yīng)變式 傳感器是將被測量的力，通過它產(chǎn)生的金屬彈性變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測量線路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻絲應(yīng)變片和半導體應(yīng)變片，本設(shè)計中采用的是電阻絲應(yīng)變片 ， 為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護作用。 電阻應(yīng)變片也會有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測量時我們一定要注意，其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： A. 電阻絲溫度系數(shù)引起的。 電阻應(yīng)變式傳感器輸出信號 三運放大電路放大信號 顯示電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 傳感器 三運 放大器 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器 8031 8155 LED 顯示器 B. 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。 對于因溫度變化對橋接零點和 輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳感器，必須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當?shù)难a償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計決定，通過線性補償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 圖 1.2-3 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，當?yīng)變片初始阻值： R1 R2 R3 R4，其變化值 R1 R2 R3 R4 時，其橋路輸出電壓 Uout KE 。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。 2.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路 常規(guī)的電阻應(yīng)變片 K 值很小，約為 2，機械應(yīng)變度約為 0.000001 0.001，所以，電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為 0.0005 0.1 歐姆。所以測量電路應(yīng)當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中做常用的是橋式測量電路。 橋式測 量電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓 U，另一個對角線為輸出電壓 Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 測量電路是電子秤設(shè)計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。 圖 1.2-4 全橋 測量電橋圖 圖 1.2-5 三運 放大電路結(jié)構(gòu)圖 它由電阻應(yīng)變片電阻 R1、 R2、 R3、 R4 組成測量電橋 ， R1 R2 R3 R4350，加熱絲阻值為 50左右 ， 測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 Uin 供給。 將差動放大器調(diào)零，合上電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數(shù)顯表顯示 0.00V。將Rw110 只 標準 砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器 RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.200V(2V 檔測量 )或 0.200V。拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器 R W4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.0000V。重復 2、 3 步驟的標定過程，一直到精確為止，把電壓量綱 V 改為重量綱 g，就可以稱重。成為一臺原始的電子秤。 2.2 三運 放大電路 本次 課程 設(shè)計中， 需要 一個放大電路， 我們將采用三運 放大電路，主要的元件就是 三運 放大器。 在許多需要 用 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中， 多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求， 在此 情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 圖 1.2-6 三運 放大電路結(jié)構(gòu)圖 2.3 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換 器 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 2.3.1 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ： 由上圖可知， ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 2.3.2 引腳結(jié)構(gòu) ： IN0 IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0 IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號 ： 當 ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 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。當 EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7 D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線 ： 因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（）， VREF（）為參考電壓輸入。 2.3.3 ADC0809 應(yīng)用說明 ： 1) ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 8031 直接相連。 2) 初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 3) 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 4) 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 5) 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 6) 當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 2.4 LED 顯示 電路 設(shè)計 2.4.1 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是 七段 LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。 2.4.2 LED 顯示器與顯示方式 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。 N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N 根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮，暗。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動態(tài)顯示 LED 動態(tài)顯示方式 。 在多位 LED 顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，而共陰極點或共陽極點分別由響應(yīng)的 I/O 口線控制。 圖 2.4-1LED 顯示 電路圖 2.4 總體工作電路原理圖 第 三 節(jié) 軟件 的設(shè)計 ;ADC0809 通道 IN0 地址 7FF8H ;8155 PA 口地址 7F01H ; PB 口地址 7F02H FLAG BIT 7FH ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT1 MAIN： SETB IT1 SETB EA SETB EX1 LCALL AD_SORT LCALL BCD_SORT LCALL DISLED LCALL DELAY_LO AJMP MAIN AD_SORT: MOV R0,#60H SETR FLAG MOVX DPTR,#7FF8H MOVX DPTR,A WAIT: JB FLAG,WAIT RET INT1: MOVX A,DPTR MOV R0,A CLR FLAG RET1 DLSLED: MOV R3,#01H MOV A,R3 LOOP: MOV DPTR,#7F01H MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A,R0 ADD A,#0DH MOVC A,A+PC DIR1: MOVX DPTR,A LCALL TIM2 INC R0 MOV A,R3 JB ACC.1,LOOP1 RL A MOV R3,A AJMP LOOP LOOP1: RET TIM2: MOV R7,#04H DLT1: MOV R6,#FFH DLT2: DJNZ R6,DLT2 DJNZ R7,DLT1 RET BCD_SORT: MOV A,R0 RL A MOV B,#10H DIV AB MOV R0,B INC R0 MOV R0,A RET DELAY_LO: PUSH 0 PUSH 1 PUSH 2 MOV 0,#01H; DELAY_LO1:MOV 1,#00H DELAY_LO2:MOV 2,#0B2H; DJNZ 2,$ DJNZ 1,DELAY_LO2 DJNZ 0,DELAY_LO1 POP 2 POP 1 POP 0 RET END 3、 附錄 3.1.力加載（全橋電路） -數(shù)字電子秤 采用全橋測量電路，經(jīng)過三運放大電路進行信號放大， 具有精度高，性能穩(wěn)定，測量準確，使用方便等優(yōu)點。 基本原理 ： 本設(shè)計 由以下 四 部分組成： 電阻應(yīng)變 傳感器、信號放大系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、顯示器。其原理圖如下所示