毕业设计(论文)-基于单片机的数字电子秤设计与实现

数字电子称的设计

摘要

随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。

做为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。

本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以半桥传感器为主,测量0～19.99Kg电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用单臂电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用单臂电桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。ADC0809 A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果

关键词：单臂电桥；AD转换；LED

That the design of digital electronics

Abstract

In this paper, the design of the electronic scale to single-chip microcomputer as the main components, with assembly language for software design, hardware-based sensors with half-bridge, measuring 0 ~ 19.99Kg electronic scale, at any time can change the upper limit threshold, and to achieve the alarm threshold function. This course is designed for single-chip electronic scale as the main components, the use of Wheatstone bridge measuring principle, the output voltage of the circuit and the standard weight of a linear relationship, the establishment of a specific mathematical model, the dimensionless voltage (V) changed Weight Class (g) becomes a primitive electronic scales. Measuring circuit in which the most important components is the resistance strain sensor. Resistance strain sensor is the most widely used sensors in a, the design uses a Wheatstone bridge measurement circuit, the system error resulting from a smaller, more accurate output data. ADC0809 A / D conversion is the analog signal into digital signal for analog-to-digital conversion, digital signal and then transmitted to the display circuit, and the final circuit from the display shows the measurement results

Keywords: Wheatstone bridge; AD conversion; LED

目录

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1. 总体方案设计 (1)

2．硬件电路设计 (2)

2.1 传感器的选择 (2)

2.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理 (2)

2.1.2 电阻应变式传感器的测量电路 (3)

2.2 ADC0809 A/D转换器 (3)

2.3 ADC0809的内部逻辑结构： (4)

2.3.1引脚结构： (4)

2.3.2 ADC0809应用说明： (6)

2.4 LED显示电路设计 (6)

2.4.1 LED显示器结构与原理 (6)

2.4.2 LED显示器与显示方式 (6)

2.5 报警电路的设计 (7)

3.软件设计 (8)

3.1监控程序的设计 (8)

3.2数据处理子程序的设计 (8)

3.2.1 数据采集子程序的设计 (8)

3．2．2系数调整 (9)

3．2．3 数据处理子程序的设计 (9)

3.4 显示子程序的设计 (11)

4. 调试分析 (12)

4.1调试系统简介 (12)

4.2 调试故障及原因分析 (13)

5.结论及进一步设想 (13)

致谢 (14)

参考文献 (15)

附录1 电路原理图 (18)

附录2 程序清单 (17)

数字电子称的设计

1. 总体方案设计

本设计由以下四部分组成：电阻应变传感器、信号放大系统、模数转换系统、显示器。其原理图如下所示。

测量过程是把被测物体的重量通过传感器将重量信号转化为电压信号输出，放大系统把来自传感且微弱信号放大，放大后的电压信号经过模数转换把模拟量转换成数字量，数字量通过数字显示器显示重量。传感器的测量电路我们选用单臂电桥测量电路，应变电阻作为桥臂电阻接在电桥电路中。无压力时，电桥平衡，输出电压为零；有压力时，电桥的桥臂电阻值发生变化，电桥失去平衡，有相应电压输出。

图1 基于LED 显示的电子秤基本组成框图 8051 单片机

放大电路

ADC0809

压力传感器

LED 显示

8155键盘报警电路

待测重量

2．硬件电路设计

2.1 传感器的选择

2.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理

电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：

A.电阻丝温度系数引起的。

B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。

对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。

图2 应变式传感器安装示意图

单臂电桥测量电路中，将一个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2

＝R 3＝R 4，其变化值ΔR 1＝ΔR 2＝ΔR 3＝ΔR 4时，其桥路输出电压U out ＝KE ε/4。 本设计采用L —PSIII 型电阻应变式传感器

2.1.2 电阻应变式传感器的测量电路

常规的电阻应变片K 值很小，约为2，机械应变度约为0.000001—0.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。

桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U ，另一个对角线为输出电压Uo 。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，我们在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。

350

350

R2

350

R3

350

R4

350

-4V

3

2

1

8

4

U1:A

4227G

+4V

RV1

1k

图 3 单臂电桥测量电桥图

它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右，测量电桥的电源由稳压电源U in 供给。将差动放大器调零，合上电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V 。将10只标准砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V 档测量)或－0.200V 。拿去托盘上的所有砝码，调节电位器R W4（零位调节）使数显表显示为0.0000V 。重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V 改为重量纲g ，就可以称重。成为一台原始的电子秤。 2.2 ADC0809 A/D 转换器

ADC0809是带有8位A/D 转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器，可以和单片机直接接口。

2.3 ADC0809的内部逻辑结构：

由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

2.3.1引脚结构：

放大电路

IN0－IN7：8条模拟量输入通道

ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

地址输入和控制线：4条

ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。

C B A 选择的通道

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

数字量输出及控制线：11条

ST为转换启动信号：当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线：因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，

时钟电路

VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。

2.3.2 ADC0809应用说明：

1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与8031直接相连。

2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。

3)送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。

4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。

5)是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。

6)当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

2.4 LED显示电路设计

2.4.1 LED显示器结构与原理

LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。

2.4.2 LED显示器与显示方式

在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N 根位选线和8*N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮，暗。

LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。我们使用的为动态显示LED动态显示方式。

在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的I/O口线控制。