单片机电子称专业课程设计.doc

单片机技术及其应用原理课程设计汇报 设计题目:电子秤设计专业年级:08电子信息工程本科小组组员: 杨婷(00802035华娟(00802041王尹怿(00802048成绩:完成时间:0702【设计题目】电子称设计【设计要求】(1设计一款电子秤,用LED液晶显示器显示被称物体质量(2能够设定该秤所称上限(3当物体超重时,能自动报警【设计过程】1.【方案设计】在设计系统时,针对各个模块实现功效来设计电子秤方案有以下多个:方案一结构简图以下图所表示: 图1 带有键盘输入结构简图此方案设计电子秤,能够实现称物计价功效,不过局限于数码管功效,在显示时只能显示单价、购物总额和简单货物代码等。在显示重量时,假如数码管没有足够位数,那么称量物体重量精度必受到限制,所以此方案需要较多数码管接入电路中。这么在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多I/O接口供数码管使用,比较麻烦。方案二前端信号处理时,选择放大、信号转换等方法,尤其在显示方面采取含有字符图文显示功效LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换能力,而且满足设计要求,能够显示购物清单、所称量物体信息等相关内容。结构简图以下图所表示: 图2 LCD显示方案现在单片机技术比较成熟,功效也比较强大,被测信号经放大整形后送入单片机,由单片机对测量信号进行处理并依据对应数据关系译码显示出被测物体重量。单片机控制适合于功效比较简单控制系统,而且其含有成本低,功耗低,体积小算术运算功效强,技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来一定难度。方案三采取现场可编程门阵列(FPGA为控制关键采取现场可编程门阵列(FPGA为控制关键,利用EDA软件编程,下载烧制实现。系统集成于一片Xilinx企业Spartan系列XC2S100E芯片上,体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高和适用范围广等特点,可实现大规模和超大规模集成电路。采取FPGA测频测量精度高,测量频率范围大,而且编程灵活、调试方便,设计要求精度较高,所以要求系统稳定性要好,抗干扰能力要强。从下图中能够看到系统基础工作步骤和各单元电路所用到关键器件。其中控制器采取Xilinx企业可编程器件FPGA为关键,基于ISE软件平台,采取VHDL编程实现数据处理、LED和LCD驱动、时钟芯片I2C通讯、键盘控制等模块。结构简图以下图所表示: 图2.4 电子称系统组成结构图FPGA逻辑容量密度大,集成度高,可大大降低印刷电路板空间,减低系统功耗,同时还能够提升设计工艺性和产品可靠性。即使以FPGA为关键电子称系统很优化,但只有在大规模和超大规模集成电路中其高集成度才能愈加好得以表现。其关键在PC机接口卡总线接口、程控交换机信号处理和接口、雷达声纳系统成像控制和数字处理、数控机床测试系统等方面有广泛应用。鉴于本电子称设计并不太复杂,单片机完全能实现所需功效,所以在具体设计时,采取了第三种设计方案1.12.【器件选择】显示器选择方案方案一:采取LED(数码管显示。LED(数码管是light-emitting diode 缩写,它经过合理设置能够完成显示被测物质量、单价、总价和可测上限值任务,而且经济耐用。同时LED含有高亮度,高刷新率优点,能提供宽达160视角,能够在较远距离上看清楚。不过它显示存在信息量少,显示不直观,不易了解,连线复杂等缺点。方案二:采取LCD(液晶屏显示。LCD(液晶屏是Liquid Crystal Display 缩写,它含有字符显示功效,不仅能够同时显示被测物质量、单价、总价和可测上限值,还能够同时显示对应控制命令、指示符号及单位等,信息量丰富且直观易懂。另外,液晶显示有功耗低,体积小,质量轻,寿命长,不产生电磁辐射污染等优点。综合比较二者优缺点,本设计最终采取LCD1602作为显示器。1.2AD芯片选择方案方案一:采取AD7810作为A/D转换器件。AD7810是美国模拟器件企业(Analog Devices生产一个低功耗10位高速串行A/D转换器。该产品有8脚DIP和SOIC两种封装形式,并带有内部时钟。它外围接线极其简单,AD7810转换时间为2s,采取标准SPI同时串行接口输出和单一电源(2.7V5.5V供电。在自动低功耗模式下,该器件在转换吞吐率为1kSPS时功耗仅为27W,所以特点适合于便携式仪表及多种电池供电应用场所使用。方案二:采取ADC0809作为A/D转换器件。ADC0809是采样分辨率为8位、微处理机兼容控制逻辑CMOS组件。其内部有一个8通道多路开关,它能够依据地址码锁存译码后信号,只选通8路模拟输入信号中一个进行A/D转换。它是逐次迫近式A/D转换器,能够和单片机直接接口。总而言之,因为考虑到8位模数转换已经满足此次设计要求,而且ADC0809价格相对较低,所以本设计采取ADC0809作为模数转换器件。1.3CPU选择方案方案一:采取传统8位51系列单片机作为系统控制器。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes可反复擦写Flash 只读程序存放器和256 bytes随机存取数据存放器(RAM,器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存放单元,功效强大AT89C52单片机能够提供很多较复杂系统控制应用场所。而且我们做很多产品全部是在51基础上完成,对51系列单片机相对来说较为熟悉。方案二:采取32位ARM2138作为系统控制器。ARM2138含有强大存放空间,内嵌32K片内静态RAM和512Kflash存放器,能够实现在系统可编程(ISP、在应用可编程(IAP,2个8路10位A/D转换器,1个D/A转换器,转换快速正确,引脚资源丰富,多达47个可承受5V电压通用I/O口,多个串行接口,包含2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口(400Kb/s、SPI 和含有缓冲作用和数据长度可变功效SSP。但价格相对较高。综上分析,因为考虑到器件价格、现有资源和对器件掌握程度,控制器模块选择方案一。3.【系统电路设计】综合考虑此次设计要求、现有元器件资源、元器件价格和对元器件熟悉掌握程度,此次设计选择AT89C52作为CPU控制器, ADC0809作为模数转换器件,LCD1602作为显示器件,再配以其它相关元器件来实现硬件电路设计。 图2-1 基于单片机控制电子秤基础组成框图传感器测量电路选择全桥电路,由四个电阻应变计组成。无外力作用时,桥路平衡,输出电压为零;有外力作用时,电阻应变计阻值发生改变,桥路失去平衡,有对应电压输出。不过因为此电压信号过于微弱,难以被ADC0809采集,则需经过放大电路放大才能经ADC0809进行模数转换。转换后数字信号经单片机处理后送显示器显示。本设计还增加了键盘和报警电路,键盘功效是调整满量程上限值和目前单价,假如被测量物质重量超出所设定满量程上限值,则蜂鸣器报警,不然显示目前重量、单价和相对应总价。1.4 4.【软件设计主程序设计主程序设计步骤以下图所表示,开机后先对LCD1602进行初始化,并显示单价及上限阈值,接下去则循环采集AD数据及键盘程序。 图4-1 主程序步骤图1.5AD数据采集及处理子程序设计数据采集由ADC0809芯片来完成,关键分为开启、读取数据、等候转换结束、读出转换结果、采集数据求和、取平均(退出多个步骤。ADC0809初始化后,就含有了将某一通道输入05V模拟信号转换成对应数字量0x000xff,然后再存入指定缓冲单元中。其转换方法能够采取程序查询方法,延时等候方法和中止方法三种。本设计采取是延时等候方法,具体程序步骤图图4-2所表示。 图4-2 AD数据采集及处理子程序步骤图数据处理子程序是整个程序关键。关键用来调整输入值系数,使输出满足量程要求。另外完成A/D采样结果从二进制数向BCD码转化14。在硬件调试过程中重量和电压关系如表一所表示: 线性符合设计要求,且每个砝码对应电压值转BCD码后恰好近似20,则无需其它处理。1.6键盘处理程序设计在此次设计中,总共用到三个按键。按键0是切换键,按一次切换键进入单价修改状态,按两次进入上限阈值修改状态,按三次进入电子称去皮处理状态,再按一次则返回正常显示状态。按键1实现对单价或上限阈值加一功效。按键2实现对单价或上限阈值减一功效。每个按键对应步骤图以下所表示。 图4-3 按键0子程序步骤图 图4-4 按键1子程序步骤图 图4-5 按键2子程序步骤图】1.7【结果分析】设计结果本设计成功实现了电子称量功效,在原始电子称基础上还增加了单价调整、阈值报警和去皮称重功效。利用LCD1602同时显示目前重量值、目前重量所对应单价、总价和可测重量上限值,图5-1所表示。其中“P”表示目前单价,“M”表示目前重量值,“$”表示目前物质总价,“max”表示目前设定承载上限值。“P”、“max”和“M”(能够去皮称重调整操作以下:单价调整功效操作:先按一下切换键当液晶屏上“P”后面显示“?”时,在按加一减一键调整价格值,调整好后在按切换键退出;测量上限调整功效操作:先按两下切换键,当液晶屏上“max”后面显示“?”时,在按加一减一键调整上限值,调整好后在按切换键退出;去皮功效操作:先按三下切换键,直到显示器上“M”值显示“000 g”,再按一下切换键则显示去皮前重量值。本产品总体实现智能电子称功效。不过因为此次毕业设计因为传感器发出信号不是很稳定，所以称重时误差很大。假如使用精密度较高传感器，效果 会好很多。其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出信号进行量化、 采集，关键分为信号放大、采集，然后进行 A/D 转换。该阶段需注意地方是 对传感器输出信号进行放大时，应选择适宜运算放大电路。最好是预先计算 好应放大倍数，方便选择。还有就是进行数据处理时，选择合适数据转换系 数，使输出满足量程要求。 【设计总结】 1. 设计中出现问题和对应处理方案。 2. 个人体会。 【参考文件】参考文件 参考文件】 1 刘敏, 张强, 郝树虹，王艳芬. 称重传感器选择标准A. 电子科学, , 01: 39. 2 谢惠玲. 应变式称重传感器技术动向和发展趋势J. 科技创新导报, , 14: 114-116. 3 田佳琳，郑宾，姜华. 称重传感器测量单元研究和设计M. 电脑知识和 技术, , 5（33）: 9503-9505. 4 张景元李业德.一个基于单片机多功效电子称J.微计算机信息， 4:52- 53. 5 6 王华. 数.模称重传感器应用C. 江苏现代计量, ，4：35-36. 王艳春，何鹏，李会. 智能电子称重系统设计J .微计算机信息， 04：111-112 5 篇以上，五号宋体前面加 1 、2、3、4、5 , 五年以内