课题设计-基于单片机的电子秤设计

课题设计-基于单片机的电子秤设计内容摘要：

际情况增益设为 100 倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。 按照输入电压 20mV，分辨率 20200 码的情况，漂移要小于 1 旧。 由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（177。 ），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。 残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。 稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。 由称重传感器的称量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成△ R/R，而应变电阻的变化一般都很微小， 例如传感器的应变片电阻值 120Ω ，灵敏系数 K=2，弹性体存额定载荷作用下产生的应变为 l000￡，应变电阻相对变化量为： △ R/R=K￡ =2 1000 106 =0. 002 由 上式可 以看出电阻变化只有 ，其电阻变化率只有 %。 这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。 因此，必须采用转换电路，把应变计的△ R/R 变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被 A/D 转换 器 接收的信号。 在前级处理电路部分，我们考虑可以采用 以下几种方案： 方案一 ： 利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路； 普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。 由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。 所以，此种方案不宜采用。 方案二 ： 主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放人器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 (如 OP07)做成一个差动放大器。 一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输入阻抗，因而 在 传统的电路设计 中 都是把集成化仪器放人器作为 前置放人器。 然而，绝人多数的集成化仪器放大器，9 特别是集成化仪器放大器，它们的 共 模抑制比与增益相关：增益越高，共模抑制比越大。 而集成化仪器放大器作为心电前置放大器时，由于极化电压的存 在 ，前置放大器的增益只能在几十倍以内，这就使得集成化仪器放大器作为前置放大器时的共模抑制比不可能很高。 有 同学 试图在前置放大器的输入端加上隔直电容（高通网络）来避免极化电压使高增益的前置放大器进入饱和状态，但由于信号源的内阻高，且两输入端不平衡，隔直电容（高通网络）使等共模干扰转变为差模干扰，结果适得其反，严重地损害了放人器的性能。 为了实现信号的放人， 其设计电路如图 4 所示： 图 4 利用 高精度低漂移 运放设计的差动放大器 1． 前级采用运放 Al 和 A2 组成并联型差动放大器。 理论上不难证明，存运算放大器为理想的情况下，并联型差动放人器的输入阻抗为无穷人，共模抑制比也为无穷人。 更值得一提的是，在理论上并联型差动放人器的共模抑制比与电路的外围电阻的精度和阻值无关。 2． 阻容耦合电路放存由并联型差动放大器构成的前级放大器和由仪器放大器构成的后级放大器之间，这样可为后级仪器放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比提供了条件。 同时，南于前 置放大器的输出阻抗很低，同时又采用共模驱动技术，避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称（匹配）导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。 3． 后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。 由于阻容耦合电路的隔直作用，后级的仪器放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。 10 3 硬件 设计 总体规划 该系统采用应变片式传感器进行测量 ， 得出模拟信号 ； 再进行放大 ， 然后 送入单片机进行 模数转换 处理 和数据处理。 由 传感器模 块、主机接口模块、 按键 与显示模块组成。 主控制器 电路 主控制器 是 STC12C5A60S2 单片机，其外围电路简单，只需要加上晶振电路和电源就可以工作。 主控制器电路如图 5 所示。 图 5 主控制系统 11 传感器 放大 电路 传感器放大电路由两级组成，前级由两个同相比例运算电路组成，后级是一个差动比例运算电路。 传感器信号首先进过前级进行初步放大，接着进入后级。 由于前级的对称性直接影响后级的共模抑制比，考虑到元件阻值的误差， R2,R4 选用多圈精密可调电阻。 为了提高后级对共模信号的抑制，反馈电阻 R3也采用精密多圈可调电阻。 传感器放大电路如图 6所示。 图 6 传感器放大电路 显示电路 1602 液晶模块的引脚连线如图 7。 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。 12 图 7 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 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 13 1602 液晶模块的 读操作时序 如图 8 所示。 图 8 1602 液晶模块 的 读操作时序 1602 液晶模块的 写操作时序 如图 9 所示。 图 9 1602 液晶模块 的 写操作时序 14 4 软件设计 系统 应用程序组成 本设计 采 用 C 语言 编程，编译环境为 keil UV3。 keil c51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，和汇编相比， C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 Keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 keil c51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。 开发人员 可用IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件，然后分别有 C51 及 A51 编辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（ .HEX），然后通过单片机的烧写软件将 HEX 文件烧入单片机内。 软件 主要三 个方面：一是初始化系统； 二是 按键检测 ；三是数 据采集、数据处理并进行显示。 这 三个 方面的操作分别在主程序中来进行。 程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。 程序结构如图 10所示。 图 10 程序结构 15 主程序流程图 系统程序固化在 STC12C5A60S2内部的 flash存储 器中， 分为主程序和若干子程序。 主程序的功能是系统初始化，管理和调用各个 子程序。 本设计的程序流程图如图 11所示。 图 11 程序流程图 AD 采样程序块 本文设计的 STC12C5A60S2 片内 AD程序如下： include // // SPEED1 SPEED0 A/D 转换所需时间 define AD_SPEED 0x60 // 0110,0000 1 1 90 个时钟周期转换一次 , // CPU 工作频率 21MHz 时 A/D 转换速度约 300KHz //define AD_SPEED 0x40 //0100,0000 1 0 140 个时钟周期转换一次 //define AD_SPEED 0x20 //0010,0000 0 1 280 个 时钟周期转换一次 16 //define AD_SPEED 0x00 //0000,0000 0 0 420 个时钟周期转换一次 // unsigned int get_AD_result(unsigned char channel) { unsigned char AD_finished=0。 //存储 A/D 转换 标志 ADC_RES = 0。 //A/D 转换结果高 8位 ADC_RESL = 0。 //A/D 转换结果低 2位 channel amp。 = 0x07。 //0000,0111 清 0 高 5 位 ADC_CONTR = AD_SPEED。 _nop_()。 ADC_CONTR|=0xE0。 //1110,0000 清 ADC_FLAG， ADC_START 位和低三位 ADC_CONTR |= channel。 //选择 A/D 当前通道 _nop_()。 ADC_CONTR |= 0x80。 //启动 A/D 电源 delay(1)。 //使输入电压达到稳定 ADC_CONTR |= 0x08。 //0000,1000 令 ADCS = 1, 启动 A/D 转换 AD_finished = 0。 while (AD_finished == 0 ) //等待 A/D 转换结束 { AD_finished = (ADC_CONTR amp。 0x10)。 //0001,0000 测试 A/D 转换结束否 } ADC_CONTR amp。 = 0xE7。 //1111,0111 清 ADC_FLAG 位 , 关闭 A/D转换 return (ADC_RES2|ADC_RESL)。 //返回转换后的结果 } 液晶显示程序块 本 文 设计的 1602 液晶 操作程序如下： /***************************************************** 函 数 名： WriteDataLCD() 功 能：向 1602 写数据 说 明： 入口参数： WDLCD 17 返 回 值：无 *****************************************************/ void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD) { ReadStatusLCD()。 //检测忙 LCD_Data = WDLCD。 LCD_RS = 1。 LCD_RW = 0。 LCD_E = 0。 //若晶振速度太高可以在这后加小的延时 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 //延时 LCD_E = 1。 } /***************************************************** 函 数 名： WriteCommandLCD() 功 能：向 1602 写指令 说 明： 入口参数： WDLCD， BuysC 返 回 值：无 *****************************************************/ void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC) //BuysC 为 0时忽略忙检测 { if (BuysC) ReadStatusLCD()。 //根据需要检测忙 LCD_Data = WCLCD。 LCD_RS = 0。 LCD_RW = 0。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 LCD_E = 1。 } /***************************************************** 函 数 名： ReadDataLCD() 功 能：从 1602 读数据 18 说 明： 入口参数：无 返 回 值： LCD_Data *****************************************************/ unsigned char。