数字电子秤

数字电子秤的设计朱姝电气工程与自动化07—9班04071480目录一、概述..............................................................................................11.1选题背景及意义.....................................................................................11.2基本原理及原理框图.............................................................................1二、硬件电路的设计..........................................................................32.1电阻应变式传感器的选择.....................................................................32.2三运放大电路........................................................................................42.3ADC0809A/D转换器.............................................................................42.4LED显示电路设计.................................................................................52.5总体工作原理图....................................................................................6三、软件的设计..................................................................................7四、设计总结......................................................................................8五、附录..............................................................................................9参考文献............................................................................................121一、概述1.1选题背景及意义在众多的先进技术行业中，随着中国经济的飞速发展、科技的进步，中国加入WTO后，全球化浪潮不断兴起。世界各国的公司纷纷在全球各地投资建立企业。中国作为人口最多的国家之一，是一个具有巨大发展潜力的市场。比如电子、通信、机电、航空、水利、网络、汽车等行业对中国而言相对落后。随着科技的进步，对电子秤的要求也越来越高。影响其精度的主要因素有：机械结构、传感器和数显表。在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限制，会使力的传递出现误差，而传感器输出特性存在非线性，加上信号放大，模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差不容忽视。因此，在高精度的称重场合迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。此外，为了保证准确、稳定的显示，仪器内部分辨率（主要是ADC的分辨率）一般要比外部显示分辨率高四倍以上，这就要求所采用的ADC具有足够的转换位数，而采用高精度的ADC自然增加了系统的成本。基于电子称的现状，本文提出了一种简单，实用且精度高的电子秤的设计方案。1.2基本原理及原理框图本设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，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，2本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADC0809A/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。基本原理框图如下电路方框图如下传感器三运放大器ADC0809A/D转换器81558031电阻应变式传感器输出信号三运放大电路放大信号A/D转换电路显示电路LED显示器3二、硬件电路的设计2.1电阻应变式传感器的选择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。测量电路：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，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uout＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线4性误差和温度误差均得到改善。全桥测量电路图2.2三运放大电路本设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。三运放大电路结构图2.3ADC0809A/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。5ADC0809应用说明：1)ADC0809内部带有输出锁存可以与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。2.4LED显示电路设计2.4.1LED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。2.4.2LED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。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。6LED显示电路图2.5总体工作原理图7三、软件的设计启动A/D转换A/D转换完成数据存储数据显示NY开始ADC0809初始化8四、设计总结随着集成电路和计算机技术的迅速发展，是电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步被智能的仪器所取代，智能仪器的核心部件就是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用及发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官”的工程模拟物，它是一种能将特定的测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。本次设计中的全桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。首先是传感器的精密度，它将直接影响电子秤的称重准确度。其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要分为信号放大、采集，然后进行A/D转换。该阶段需要注意的是对传感器输出的信号进行放大时，应选取合适的运算放大电路。最好是预先计算好应放大的倍数，以便选取。还有就是进行数据处理时，选取适当的数据转换系数，使输出满足量程要求。9五、附录软件设计程序;ADC0809通道IN0地址7FF8H;8155PA口地址7F01H;PB口地址7F02HFLAGBIT7FHORG0000HAJMPMAINORG0013HAJMPINT1MAIN：SETBIT1SETBEASETBEX1LCALLAD_SORTLCALLBCD_SORTLCALLDISLEDLCALLDELAY_LOAJMPMAINAD_SORT:MOVR0,#60HSETRFLAG10MOVXDPTR,#7FF8HMOVX@DPTR,AWAIT:JBFLAG,WAITRETINT1:MOVXA,@DPTRMOV@R0,ACLRFLAGRET1DLSLED:MOVR3,#01HMOVA,R3LOOP:MOVDPTR,#7F01HMOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,@R0ADDA,#0DHMOVCA,@A+PCDIR1:MOVX@DPTR,ALCALLTIM211INCR0MOVA,R3JBACC.1,LOOP1RLAMOVR3,AAJMPLOOPLOOP1:RETTIM2:MOVR7,#04HDLT1:MOVR6,#FFHDLT2:DJNZR6,DLT2DJNZR7,DLT1RETBCD_SORT:MOVA,@R0RLAMOVB,#10HDIVABMOV@R0,BINCR012MOV@R0,ARETDELAY_LO:PUSH0PUSH1PUSH2MOV0,#01H;DELAY_LO1:MOV1,#00HDELAY_LO2:MOV2,#0B2H;DJNZ2,$DJNZ1,DELAY_LO2DJNZ0,DELAY_LO1POP2POP1POP0RETEND参考文献【1】胡汉才单片机原理及其接口技术（第二版）清华大学出版社【2】单成祥传感器理论设计基础及其应用国防工业出版社【3】康华光电子技术基础模拟部分高等教育出版社【4】全国大学生电子设计竞赛组委会全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编北京理工大学出版社