傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告---數(shù)顯電子秤.doc

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1、 傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：數(shù)顯電子秤學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)時(shí)間 成 績(jī) 目 錄第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案構(gòu)思31.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求31.2系統(tǒng)構(gòu)思與方案論證31.3基本工作原理與原理框圖3第二節(jié) 硬件電路的設(shè)計(jì) 42.1 電阻應(yīng)變式傳感器的選擇42.2 前級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)62.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器62.4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)82.5 總體工作電路原理圖9第三節(jié) 軟件的設(shè)計(jì)10第四節(jié) 設(shè)計(jì)總結(jié)12參考書(shū)籍13數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案構(gòu)思1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1) 設(shè)計(jì)一款便攜式家用電子秤，用LED數(shù)碼管顯示被稱物體的質(zhì)量；2) 測(cè)量范圍在100

2、公斤之內(nèi)；3) 放置超過(guò)100公斤重物時(shí)能夠?qū)Τ兄匕逦恢眠M(jìn)行限定以保護(hù)電阻應(yīng)變片；4) 運(yùn)用電阻應(yīng)變式傳感器，采用全橋測(cè)量電路進(jìn)行壓力信號(hào)檢測(cè)；5) 電路由全橋測(cè)量電橋、三級(jí)運(yùn)算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及LED數(shù)碼管顯示電路組成；6) 寫(xiě)出詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告。1.2 系統(tǒng)構(gòu)思與方案論證該電子秤可采用單片機(jī)為主要部件。首先利用電阻應(yīng)變式傳感器配合全橋測(cè)量電路將壓力信號(hào)變換成模擬電信號(hào)，經(jīng)前級(jí)放大后送入A/D轉(zhuǎn)換芯片變成數(shù)字信號(hào)，然后送至單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算及處理，計(jì)算出被測(cè)物體的質(zhì)量，最后把被測(cè)結(jié)果送至數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字顯示。電阻應(yīng)變式傳感器價(jià)格低廉，性能可靠，是壓力傳感器中應(yīng)用最多的一種。采用全橋測(cè)量電路可

3、使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。前級(jí)放大器可由三級(jí)運(yùn)算放大電路組成，對(duì)傳感器輸出的微弱模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，在本設(shè)計(jì)中可以采用ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。采用該芯片的優(yōu)點(diǎn)是教材中對(duì)該芯片介紹較多，其采樣時(shí)序由單片機(jī)產(chǎn)生，子程序有成熟范例。1.3基本工作原理及原理框圖該電子秤基本工作原理框圖如圖1-1所示。電阻應(yīng)變傳感器三級(jí)放大電路ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器89S51單片機(jī)8155LED顯示器 1-1 基本工作原理框圖第二節(jié) 硬件設(shè)計(jì)2.1 傳感器的選擇2.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成及工作原理電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)它產(chǎn)生

4、的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)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(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計(jì)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(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。其結(jié)構(gòu)如圖21所示。電阻應(yīng)變片也會(huì)有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測(cè)量時(shí)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：（1） 電阻絲溫度系數(shù)引起的。（2） 電阻絲與被測(cè)元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)

5、要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線性補(bǔ)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21 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓UoutKE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤

6、差均得到改善。2.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小，約為2，機(jī)械應(yīng)變度約為0.0000010.001，所以，電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為0.00050.1歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)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(cè)量電路。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，如圖22所示。其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓U，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。 測(cè)量電路是電子秤設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，我們?cè)谥谱鞯?/p>

7、過(guò)程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。圖 2-2 全橋測(cè)量電橋圖它由電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成測(cè)量電橋，R1R2R3R4350，加熱絲阻值為50左右，測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源Uin供給。將差動(dòng)放大器調(diào)零，合上電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位RW1，使數(shù)顯表顯示0.00V。將10只標(biāo)準(zhǔn)砝碼全部置于傳感器的托盤(pán)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(cè)量)或0.200V。拿去托盤(pán)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(fù)2、3步驟的標(biāo)定過(guò)程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g，

8、就可以稱重。成為一臺(tái)原始的電子秤。2.2 前置放大器設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三級(jí)放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放放大器。在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)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。電路設(shè)計(jì)采用常用儀表放大器方案，如圖23所示。圖 2-3 三運(yùn)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(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)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

9、和單片機(jī)直接接口。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖24所示。圖24 ADC 0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖ADC0809引腳排列如圖25所示。圖25 ADC 0809引腳排列圖IN0IN7：8條模擬量輸入通道。ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)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(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選

10、通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表21所示。 表21 ADC 0809通道選擇對(duì)照表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)：當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)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(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7D0為數(shù)字量輸出線。 CL

11、K為時(shí)鐘輸入信號(hào)線：因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)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(shuō)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(shí)，使ST和OE信號(hào)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(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 5) 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。 6) 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 2.4 LED顯示電路設(shè)計(jì)2.4.1 LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理L

12、ED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)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(yáng)極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接。2.4.2 LED顯示器與顯示方式在單片機(jī)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(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示 LED動(dòng)態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低

13、成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由響應(yīng)的I/O口線控制。2.5 總體工作電路原理圖系統(tǒng)總體工作原理圖如圖26所示。圖 26 系統(tǒng)總體工作原理圖第三節(jié) 軟件的設(shè)計(jì)ADC0809通道IN0地址 7FF8H8155 PA口地址 7F01H PB口地址 7F02H FLAG BIT 7FH ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT1MAIN： SETB IT1 SETB EA SETB EX1 LCALL AD_SORT LCALL BCD_SORT LCALL DISLED LCALL DELAY_LO AJMP

14、MAINAD_SORT: MOV R0,#60H SETR FLAG MOVX DPTR,#7FF8H MOVX DPTR,AWAIT: JB FLAG,WAIT RETINT1: MOVX A,DPTR MOV R0,A CLR FLAG RET1DLSLED: MOV R3,#01H MOV A,R3LOOP: MOV DPTR,#7F01H MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A,R0 ADD A,#0DH MOVC A,A+PCDIR1: MOVX DPTR,A LCALL TIM2 INC R0 MOV A,R3 JB ACC.1,LOOP1 RL A MOV R3,A

15、 AJMP LOOPLOOP1: RETTIM2: MOV R7,#04HDLT1: MOV R6,#FFHDLT2: DJNZ R6,DLT2 DJNZ R7,DLT1 RETBCD_SORT: MOV A,R0 RL A MOV B,#10H DIV AB MOV R0,B INC R0 MOV R0,ARETDELAY_LO:PUSH 0PUSH 1PUSH 2MOV 0,#01H;DELAY_LO1:MOV 1,#00HDELAY_LO2:MOV 2,#0B2H; DJNZ 2,$ DJNZ 1,DELAY_LO2 DJNZ 0,DELAY_LO1 POP 2 POP 1 POP 0 RET END1