基于at89s52的多功能电子称毕业论文(编辑修改稿)

基于at89s52的多功能电子称毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

机的软件而不对硬件做任何改动。 由此， 通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了 AT89S52 通用的普通单片机来实现系统设计。 AT89S52 是一种兼容 MCS51 微控制器，工作电压 到 ，全静态时钟 0 Hz 到 33 MHz，三级程序 加密， 32 个可编程 I/O 口， 2/3个 16 位定时 /计数器， 6/8 个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持 Idle 和Powerdown 模式， Power down 模式支持中断唤醒 , 看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志。 我们在外面扩展了 32K 数据存储器，以满足系统要 求。 多功能电子秤 8 数据采集部分的方案确定 传感器 传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元 件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取 、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，因此，传感器的地位与作用特别重要。 方案一 压电传感器 压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。 其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。 压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量， 不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。 目前多用于加速度和动态力或压力的测量。 压电器件的弱点：高内阻、小功率。 功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。 方案二 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。 电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。 导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应 变效应。 电阻应变片把机械应变信号转换为△ R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。 因此，要采用转换电路把应变片的△ R/R 变化转换成电压或电流变化。 其转换电路常用测量电桥。 直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。 下图为一直流供电的平衡电阻电桥， inE 接直流电源 E： 多功能电子秤 9 )( 43 421 1 RR RRR RE ))(( 4321 4231 RRRR RRRRE  3421 RRRR    )()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo  ERR 图 传感器结构原理图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时， 可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。 当忽略电源的内阻时，由分压原理有： ADABBDo uuuu  = （ ） 当满足条件 R1R3=R2R4 时，即 （ ） ou =0，即电桥平衡。 式（ ）称平衡条件。 应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感 受的应变所引起的电阻变化有关。 若差动工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式 （ ） ，则电桥输出为 Ek () 应变片式传感器有如下特点： 1. 应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。 2. 分辨力和灵敏度高，精度较高。 3. 结 构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。 多功能电子秤 10 4. 商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。 通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第二种方案。 题目要求称重范围 0～ 5Kg，重量误差不大于  ，于是我选择的是 HL8 型称重传感器，量程 5Kg，精度为 %，满量程时误差  ，完全满足本系统的精度要求。 HL8 型称重传感器 主要技术参数如下 表 所示 ： 表 HL8 型称重传感器主要技术参数表 受力方式 ： 图 HL8型传感器 受力方式 图 运放与 A/D 转换器部分 经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行 A/D 转换。 为此，测量电路中常设有模拟放大环节。 这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。 放大器的输入信号一般是由传感器输出的。 传感器的输出信号不仅电平低，多功能电子秤 11 内阻高，还常伴有较高的共模电压。 因 此，一般对放大器有如下一些要求： 1. 输入阻抗应远大于信号源内阻。 否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。 2. 抗共模电压干扰能力强。 3. 在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。 从而保证放大器输出性能稳定。 A/D 转换器选用的原则： 1. A/D 转换器的位数。 A/D 转换器决定分辨率的高低。 在系统中， A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。 2. A/D 转换器的转换速率。 不同类型的 A/D 转换器的转换速率大不相同。 积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫 秒，只能构成低速 A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。 逐次逼近型属于中速 A/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。 3. A/D 转换器的有关量程引脚。 有的 A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。 4. A/D 转换器的晶闸管现象。 其现象是在正常使用时， A/D 转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。 为防止这种现象，可采取如下措施： 1) 加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路； 2) 加强电源稳压滤波措施， 在 A/D 转换器电源入口处 加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容； 3) 在 A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。 选择 A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对 A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题： 1) 工作电源电压是否稳定； 2) 外接时钟信号的频率是否合适； 3) 工作环境温度是否符合器件要求； 4) 与其它器件是否匹配； 多功能电子秤 12 5) 印刷线路板布线是否合理。 总上分析，我选择了高精度高增益 24位 A/D 芯片 HX711， HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。 与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。 降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。 该芯片与后端 MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。 输入选择开关可任意选取通道 A 或通道 B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。 通道 A 的可编程增益为 128 或 64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为177。 20mV 或177。 40mV。 通道 B 则为固定的 64 增益，用于系统参数检测。 芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的 A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。 芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。 上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 高精度高增益 24位 A/D 芯片 HX711 具有以下 特点 ： 1) 两路可选择差分输入 ； 2) 片内低噪声可编程放大器，可选增益为 64 和 128； 3) 片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内 A/D 转换器提供电源 ； 4) 片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟 ； 5) 上电自动复位电路 ； 6) 简单的数字控制和串口通讯： 所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程 ； 7) 可选择 10Hz 或 80Hz 的输出数据速率 ； 8) 同步抑制 50Hz 和 60Hz 的电源干扰 ； 9) 耗电量（含稳压电源电路）：典型工作电流： , 断电电流： 1μA ； 10) 工作电压范围： ~ ； 高精度高增益 24位 A/D 芯片 HX711 在电子秤应用中的典型电路： 多功能电子秤 13 图 HX711 在电子秤应用中的典型应用方案图 人机交互部分 键盘输入 键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。 键盘是由若干个按 键开关组成，键的多少根据单片机应用系统的用途而定。 键盘由许多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当键按下时，触点闭合，当键松开时，触点断开。 单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。 因此，相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。 方案一 Intel8279 是一种 为 8 位微处理器设计的 比较成熟的 通用 键盘 /显示器接口 芯片， 其功能有：接收来自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。 但是在与单片机 编程中比较复杂。 方案二 采用最常用的 4*4 矩阵键盘 ， 4*4 矩阵编程简单， 大大简化 了程序。 因此，我 选择 4*4 矩阵键盘。 输出显示 方案一 全部采用数码管显示，数码能显示时钟，以及被测物体的重量等信息。 此方案显示直观，而且编程简单，但若要同时显示单价，金额等诸多信息则需要要大量的数码管。 由此增加 了电路的复杂程度 ， 也加大了编程的难度。 方案二 采用 可以设置显示单 价 ，金额， 时间 日期等 的 LCD，它 具有低功耗、可视面大、画面友好 及 抗干扰能力强等功能， 其 显示技术已得到广泛应用。 LCD 显示器的工作原理：液晶显示器的主要材料是液态晶体。 它在特定的温度范围内，既具有液体的流动性，又具 有晶体的某些光学特性，其透明度和颜多功能电子秤 14 色随电场、磁场、光照度等外界条件变化而变化。 因此，用液晶做成显示器件，就可以把上诉外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。 所以我 选择了 太阳人公司的 点阵式 1602 液晶。 系统电源 考虑到系统电源部分的简单我采用了我手中刚好有的外部 9V 电源，但由于单片机 需要＋ 5V电源 ，所以板内电路应用了 LM7805 稳压片。 x78xX 系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为下 TO220．它有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛：每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全 工作区的保护使 它基本上不会损坏， 如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于 的输出电流。 虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能能获得各种不同的电压和电流： 1. LM7805 的特点有： a) 最大输出电流为 ， 输出电压为 5V； b) 热过载保护 ， 短路保护 ； c) 输出晶休管安全工作区保护 ； 2. 内部框图 ： 图 LM7805内部框图 3. 板内 电源 电路 原理 图 ： 多功能电子秤 15 图 具体实施方案简介 根据 以上 设计方案，硬件部分采用 51系列单片机 AT89S52 为控制核心部件，实现电子秤的基本控制功能。 AT89S52 是一款 8 位的内带 8K 程序存储器的微控制器，考虑到用软件实现电子秤系统的各项功能时，所需的软件量并不是很大，不需要太大的程序存储空间，因此在对 AT89S52 实际设计时不需要在片外再扩展程序存储器，这样不仅节省了硬件资源，也优化了电路的设计。 系统的硬件部分不仅包括以单片机 AT89S52 为核心的最小系统部分，而且还包括 串口通信 、数据采集、人机交互界面和系统电源 、时钟、温度检测和语言报数等 部分。 串口通信主要用于单片机与 PC 机的通信，主要由 MAX232 实现。 数据采集部分由 HL8 型称重 传感器、 高精度称重传感器 专业 的 24 位 A/D 转换器 部分组成。 在具体选择传感器时，考虑到在称量物品时必要的精度、准确性要求，所称物品的重量误差必须要控制在一定的范围之内。 另外由于 秤台的自身重量、振动和冲。