基于单片机的电子秤设计hx

基于单片机的电子秤设计hx内容摘要：

误差的原因很多，一般来说主要由结构设计决定，通过线性补偿，也可以得到 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。 电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械形变时，它的电阻值相应发生变化。 设有一根电阻丝，如图所示。 它在未受力时的原始电阻值为 R=lS 式中 :  —— 电阻丝的电阻率； l —— 电阻丝的长度； S —— 电阻丝的面积。 电阻丝在外力的作用下，将引起电阻变化 R ，且有 R =R lS     令电阻丝的轴向效应为 /ll ，由材料力学可知  //r r l l      ，u 为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得  1 2 /RR         通常把单位应变所引起的电阻相对变化称作电阻线的灵敏系数，其表达式为  0 //12RRk     从上式可以明显看出，电阻丝灵敏系数 0k 由两部分组成：  12 表示受力 安徽建筑大学毕业设计（论文） 14 后由材料的几何尺寸变化引起的； /表示由材料电阻变化所引起的。 对于金属材料， /项的阻值要比  12 小得多，可以忽略，故 0k =12。 大量实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即 0k =～。 上式可写成0R kR  。 全桥测量电路 应变式传感器常用的测量电路有单臂电桥、差动半桥和差动全桥，其中差动全桥可提高电桥的灵敏度，消除电桥的非线性误差，并可消除温度误差等共模干扰。 一般在测量中都使用 4 片应变片组成差动全桥，本设计所采用的传感器就是全桥测量电路。 其电路图如图 36所示。 桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压 U，另一个对角线位输出电压 Uo。 其特点是：当四个桥臂电阻达到相应关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。 应变电阻作为桥臂 电阻接在电桥电路中。 无压力时，电桥平衡，输出电压为零；有压力时，电桥的桥臂电阻值发生变化，电桥失去平衡。 全桥测量电路中，将受力性质相同的两片应变片接入电桥对边。 其输出灵敏度比半桥提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到了改善。 图 26 全桥测量电路 VCC12P3SA+SASA+SA1KR231KR241KR251KR26 安徽建筑大学毕业设计（论文） 15 显示电路设计 方案一 ： LED 显示 LED 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称 LED。 它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED 显示器结构： 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。 可实现0～ 9 的显示。 其具体结构有 “ 反射罩式 ” 、 “ 条形七段式 ” 及 “ 单片集成式多位数字式 ” 等 LED 显示器与显示方式 : LED 显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。 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。 在设计中使用 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方式。 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。 其中两片 74LS244 分别用于段信号和位信 号的驱动， 74LS273 用于段信号的锁存，其锁存地址为 7FFFH。 安徽建筑大学毕业设计（论文） 16 图 LED 数码管显示方式 方案二 ： LCD 显示 LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称， LCD 的构造是在两片平 行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 比 LED要好的多，但是价钱较其贵。 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。 液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。 在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、 LED 数码管、液晶显示器。 发光管和 LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： （ 1）显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ CRT）那样需要不断刷新新亮点。 因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 （ 2）数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 安徽建筑大学毕业设计（论文） 17 （ 3）体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 （ 4）功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。 液 晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。 液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 PDA 移动通信工具等众多领域。 液晶显示器各种图形的显示原理 （ 1）线段的显示：点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8列对应 1字节的 8 位，即每行由 16 字节，共168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每 一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。 例如屏的第一行的亮暗由 RAM区的 000H—— 00FH 的 16字节的内容决定，当（ 000H） =FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8个点；当（ 3FFH） =FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， „„ （ 00EH） =00H，（ 00FH） =00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8段亮线和 8条暗线组成的虚线。 这就是 LCD 显示的基本原理。 （ 2）字符的显示：用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 6 8或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8字节，还要使每字节的不同位为 “1” ，其它的为 “0” ，为 “1” 的点亮，为 “0”的不亮。 这样一来就组成某个字符。 但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 （ 3）汉字的显示：汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半， 各占 16B，左边为 5„„ 右边为 6„„ 根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节 „„ 直到32B 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。 安徽建筑大学毕业设计（论文） 18 1602 字符型 LCD 简介 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模块。 我们以 1602LCD 字符型液晶显示器为例。 1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大 部分为 HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别， 1602LCD 主要技术参数：显示容量 :162 个字符，芯片工作电压 :— ，工作电流 :()，模块最佳工作电压 :，字符尺寸 :(WH)mm [19]。 由于本次设计的显示模块需要显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会占用多个单片机 I/O 口 ,使得电路变得更为复杂。 所以选用液晶显示， 1602LCD符合基本条件，能够采用。 LCD1602 命令及时序 1602 液晶模块的引脚连线如图 28。 其中，第 2 脚为液晶的驱动电源；第三脚 VL 为液晶的对比度调节，通过在 VCC和 GND 之间接一个 10K 多圈可调电阻，中间抽头接 VL，可实现液晶对比度的调节；液晶的控制线 RS、 R/W、 E 分别接单片机的 、 、 ；数据口接在单片机的 P2 口； BL+、 BL为液晶背光电源。 图 28 1602液晶模块的接线图 1602 液晶模块的初始化过程： 延迟 15ms 写指令 38H（不检测忙信号） 延迟 5ms 安徽建筑大学毕业设计（论文） 19 写指令 38H（不检测忙信号） 延迟 5ms 写指令 38H（不检测忙信号） （以后每次写指令、读 /写数据操作之前均需检测忙信号） 写指令 38H：显示模式设置 写指令 08H：显示关闭 写指令 01H：显示清屏 写指令 06H：显示光标移动设置 写指令 0CH：显示开及光标设置 1602 液晶模块的 读操作时序 如图 29 所示。 图 29 1602液晶模块的读操作时序 1602 液晶模块的 写操作时序 如图 210 所示。 图 210 1602液晶模块的写操作时序 安徽建筑大学毕业设计（论文） 20 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。 操作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。 因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。 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 ： 专用芯片式设计 专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，甚至还集成了显示接口功能。 列如 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。 专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，口简单，使用方便，适合处理按键较多的情况。 但在很多应用场合，考虑成本因素，可能并不是最佳选择。 方案二 ： 矩阵式键盘设计 矩阵式键盘又叫行列式键盘。 用 I/O 口线组成行、列结构，按键设置在 行 列的交点上。 例如，用 22 的行列结构可构成 4 个键的键盘， 44 行列结构可构成 16 个键的键盘。 因此，在按键数量较多时，可以节省 I/O 口线。 相对于专用芯片式可以节省成本，且更为灵活。 缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。 图 211 44 矩阵键盘 考虑到成本方面，我决定采用矩阵键盘。 安徽建筑大学毕业设计（论文） 21 第三章 系统软件设计 在单片机应用系统的开发中，软件的设计是最复杂和困难的，大部分情况下工作量都较大，特别是对那些控制系统比较复杂的情况。 如果是机电一体化的设计人员，往往需要同时考虑单片机的软硬件资源分配。 本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键、显示处理及信号频率输入处理。 程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。 其步骤可概括为以下三点： ⑴ 分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。 这是能否编制出高质量程序的关键。 ⑵ 根据算法画流程图：画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性。 ⑶ 编写程。