基于at89c51单片机的电子称设计

基于at89c51单片机的电子称设计内容摘要：

式 （ ） 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 RRRRRRRRRRRR  4321 , ， 按式 （ ） ，则电桥输出为 Ek 式 () 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。 （ 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。 本系统选择的是 PM23 型称重传感器，量程 3Kg，完全满足本系统的精度要求。 PM23 型称重传感器主要技术参数如下表 21 所示： 表 21 PM23 技术参数 CERTIFICATE OF CALIBRATION Model PM23 Rated Load 3 Kg Nonlinearity %. Hysteresis %. Repeatability %. 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 续 表 21 Greep(30min) %. Zero Balance 177。 %. Zero Temperature Drift %./10℃ Rated Output Temperature Drift %./10℃ Input Resistance 410177。 30Ω Output Resistance 350177。 2Ω Insulation Resistance ≥5000MΩ Supply Voltage 615V(DC) Compensated Temperature Range 10℃ to 40℃ Operating Temperature Range 20℃ to 60℃ Safe Overload 150% Protection Class IP65 Color Code Input: Red(+) Black() Output: Green(+) White() 放大器的选型 称重传感器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，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。 综上分析，该设计在放大电路选用了 LM358，该放大器件内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感 放大器、直流增益 模组 ， 音频放大器、工业控制、 DC 增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 器件资料如 图 2 2 26 所示。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 图 24 DIP 塑封引脚图引脚功能 图 25 圆形金属壳封装管脚图 图 26 内部电路原理图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 特性： （ 1） 内部频率补偿。 （ 2） 直流电压增益高 (约 100dB)。 （ 3） 单位增益频带宽 (约 1MHz)。 （ 4） 电源电压范围宽：单电源 (3— 30V)；双电源 (177。 一177。 15V)。 （ 5） 低功耗电流，适合于电池供电。 （ 6） 低输入偏流。 （ 7） 低输入失调电压和失调电流。 （ 8） 共模输入电压范围宽，包括接地。 （ 9） 差模输入电压 范围宽，等于电源电压范围。 （ 10） 输出电压摆幅大（ 0 至 )。 参数： （ 1） 输入偏置电流 45 nA （ 2） 输入失调电流 50 nA （ 3） 输入失调电压 （ 4） 输入共模电压最大值 VCC~ V （ 5） 共模抑制比 80dB （ 6）电源抑制比 100dB A/D 转换器选型 A/D 转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。 目前，世界上有多种类型的 ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型 ADC，也有近年来新发展起来的流水线型 ADC，多种类型的 ADC 各 有其优缺点并能满足不同的具体应用要求 [6]。 在选择 A/D 转换器的时候应该遵循以下原则： （ 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 [7]。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 在 AD 转换模块选用了 ADC0832 ，该器件 是 美国国家半导体公司 生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。 由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目 前已经有很高的普及率。 学习并使用 ADC0832 可使我们了解 A/D 转换器 的原理，有助于我们 使用 单片机 的 技术水平提高。 引脚图如图 27 所示。 图 27 ADC0832 ADC0832 的 特点 ： （ 1） 8 位分辨率； （ 2） 双通道 A/D 转换； （ 3） 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容； （ 4） 5V 电源供电时输入电压在 0~5V 之间； （ 5） 工作频率为 250KHZ，转换时 间为 32μS； （ 6） 一般功耗仅为 15mW； （ 7） 8P、 14P— DIP（双列直插）、 PICC 多种封装； （ 8） 商用级芯片温宽为 0176。 C to +70176。 C，工业级芯片温宽为 −40176。 C to +85176。 C； 其 芯片接口说明 为 ： （ 1） CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 （ 2） CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。 （ 3） CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。 （ 4） GND 芯片参考 0 电位（地）。 （ 5） DI 数据信号输入，选择通道控制。 （ 6） DO 数据信号输出，转换数据输出。 （ 7） CLK 芯片时钟输入。 （ 8） Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V 之间。 芯片转换时间仅为 32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。 独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功 能的选择。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 单片机的选型 在选用单片机型号时，系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源；应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能达到较高的性能价格比。 单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。 影响性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比；在研制任务重、时间紧的情况下，还要 考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。 与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程 [8]。 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 单片机特点能与 MCS51 兼容，有 4K 字节可编程闪烁存 储器，寿命能够达到1000 写 /擦循环，数据可以保留时间长达 10 年，全静态工作： 0Hz24MHz，三级程序存储器锁定， 128 8 位内部 RAM， 32 可编程 I/O 线，两个 16 位定时器 /计数器， 5 个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路 [9]。 AT89S52 单片机是 AT89S 系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是 AT89C51的一倍，即片内 8KB 的 Flash 程序存储器和 256B 的 RAM。 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。 在工程应用中 AT89S52 有一显著的优势：不需要烧写器，只借助 PC 机的并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。 并且下载电路可设计在系统中，可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动 [10]。 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。 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。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 13 输出显示 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。 如图 28 所示。 图 28 LED 数码管 语音播报 ISD1420为美国 ISD 公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器 、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。 电路外形图及引出端功能说明如下图 29和表 22所示： 图 29 ISD1420 表 22 引出端功能说明 该语音芯片的 特点 有 ： （ 1） 使用方便的单片录放系统 ， 外部元件最少 ； （ 2） 重现优质原声，没有常见的背景噪音 ； 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 14 （ 3） 放音可由边沿或电平触发 ； （ 4） 无耗电信息存储 ， 省掉备用电池 ； （ 5） 信息可保存 100 年 ， 可反复录放 10 万次 ； （ 6） 无需专用编程或开发系统 ； （ 7） 较强的分段选址能力可处理多达 160 段信息 ； （ 8） 具有自动节电模式 ； （ 9） 录或放后立即进入维持状态 ， 仅需 ； （ 10） 单一 5 伏电源供电。 电。