基于單片機的電子秤設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)基于單片機的電子秤設(shè)計 14 據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸 出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出 地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89S52的一些特殊功能口，如下表所示： 表 P3口引腳 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0輸入） INT1（外部中斷 1輸入） T0（定時器 0外部脈沖輸入） T1（定時器 1外部脈沖輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 基于單片機的電子秤設(shè)計 15 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖 存地址的地位字節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期 兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成 AT89C51單片機的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機構(gòu)成。 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準，復(fù)位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 當 5l 系列單片機的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2個機器周期以上的高 電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位。單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器 PC＝ 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。 基于單片機的電子秤設(shè)計 16 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下。51單片機的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。 基于單片機的電子秤設(shè)計 17 電源電路設(shè)計 根據(jù)設(shè)計需要，本系統(tǒng)中需要設(shè)計兩種不同級別的電源，即傳感器需要 +12V 的電源，而系統(tǒng)其他芯片使用的是＋ 5V 電源。考慮本次設(shè)計的實際要求，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，提高產(chǎn)品的性價比，電源電路的 設(shè)計決定采用如下方案： 基于單片機的電子秤設(shè)計 18 圖 電源電路圖 220V 的交流電經(jīng)過變壓器后輸出 15V 的電壓，經(jīng)整流濾波電路后， 通過 LM7812和 LM7905 進行 DC/DC 變換得到＋ 12V 和 +5V、 5V供器和系統(tǒng)的其他芯片使用。在變壓器的原邊加入熔斷保護裝置和 MFC 網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)獲得的電源更穩(wěn)定，效果更好，且電路短路時，熔斷裝置會迅速切斷電源，保護其他電路元件不被損壞，供電電路如圖 所示。 數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計 數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路。 傳感器和其外圍以及放大電路設(shè)計 傳 感器實際上是一種將質(zhì)量信號 轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器 首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確 使 用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。 因此傳感器外圍電路的抗干擾能力是數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 傳感器 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，由于 惠斯登電基于單片機的電子秤設(shè)計 19 橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等 ，又 因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互 抵消 ，所以 在本 設(shè)計中選用最終方案我們選擇的是上海開沐自動化有限公司生產(chǎn)的 NSTH1 系列稱重傳感器，額定載荷 20Kg，該 稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 由于傳感器輸出的電壓信號很小，是 mV 級的電壓信號，因此為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在傳感器外圍電路的設(shè)計過程中，增加了由普通運放設(shè)計的差動放大器增益調(diào)節(jié)電阻 Rg 選用 10K 電阻，是為了滿足系統(tǒng)抗干擾的要求而設(shè)計。其電路圖如 所示。 +++A2A3A4R11 .1 KR31 0KR42 0KR31 0KR21 0KR44KR22 0KR42 0KU0R 1 71 3KR 1 61 2KR 1 51 4KR 1 25KR 1 11 2KR 1 32KR 1 41KR P 1+V12 .5 V+L M 3 24+ 10 V 圖 傳感器和其外圍電路圖 這是一個電阻應(yīng)變片式稱重傳感器，將電阻應(yīng)變片貼在金屬的彈性體（即力敏感器）上，并連接成一差動全橋電路。 電阻應(yīng)變片實心軸沿軸向線應(yīng)變?yōu)椋? lll ??? （ 31） 實心軸沿圓周向線應(yīng)變?yōu)椋? rrr ??? （ 32） 金屬材料的電阻相對變化公式為： ? ?? ? ???? KERdRRR ?????? 21 (33) 基于單片機的電子秤設(shè)計 20 把 3 31代入 33可以得到其 輸出電壓為： ? ? AEFU ??? 12kU0 (34) 其中 F為壓力（即重物重量） A為受力面積 E為彈性材料的彈性模量。如果在電阻的兩側(cè)都加入應(yīng)變片，則其輸出為 FhEb lkUkUU 200 6?? ? (35) SP20CG501 的輸出電壓為 15V相應(yīng)壓力為 150KPa。供電電流變動會直接影響傳感器的輸出電壓，因此希望電流變動要小。此外，增大或減小驅(qū)動電流可調(diào)整輸出電壓，但電流過小，輸出電壓 降低同時抗噪聲能力減弱；電流過大，會使傳感器發(fā)熱等，將對傳感器特性影響加大。因此在電路中使用 1mA的驅(qū)動電流。即使用的電流為 1mA 左右。電路中，采用通用運算放大器 LM324，由穩(wěn)態(tài)二極管 VS 提供 的輸出電壓經(jīng)電阻 R2和 R3分壓得到基準電壓，作為運放 A1輸入電壓，并供給 1mA 的電流。傳感器的驅(qū)動電流流過基準電阻 R4，其上的壓降等于輸入電壓。 R13和 R14為失調(diào)電壓的溫度補償電阻，阻值選擇 500k? ? 。輸入 采用高輸入阻抗的差動輸入方式，再有差動放大器電路進行放大，輸出 15V 的電壓。 RP2用于調(diào)整電路輸入的靈敏度 ， RP1用于失調(diào)電壓的調(diào)整，調(diào)整時，壓力為 0KPa 時輸出電壓為 1V，調(diào)整 RP1，當壓力為達到 20Kg 的力時，輸出電壓為 5V即可。 而有式 (35)得 三運放放大電路的輸出信號與輸入信號的關(guān)系式為： ? ?2112340 21 UURRRRU ????????? ??? (36) 通過上式可以看出，放大系數(shù)為 ???????? ??? 1234 21 RRRRK (37) 代入數(shù)值可以計算出，其放大系數(shù)在 70～ 150之間，完全符合設(shè)計要求。 有 (36)可以得到電橋輸入電壓 U0與被測重量 x 成正比，即 rUxKU 00 ? （ 38） 式中： rU —— 電橋的電源電壓 0K —— 傳感器系數(shù) 基于單片機的電子秤設(shè)計 21 A/D 轉(zhuǎn)換芯片與 AT89C51 單片機接口電路設(shè)計 ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號