毕业设计说明书基于单片机的便携式电子称

毕业设计说明书基于单片机的便携式电子称内容摘要：

1/ R1+Δ R2/Δ R2+Δ R3/ R3+Δ R4/ R4) =E*Δ R/ R 称重传感器输出电压振幅范围 0～ 20mV。 而 A/D 转换的输入电压要求为 0～ 2V，因此放大环节要有 100 倍左右的增益。 对放大环节的要求是增益可调的（ 70～ 150 倍），根据本设计的实际情况增益设为 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 1181。 V。 由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（177。 1181。 V），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 中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 ΔR/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，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为 1000ε ，应变电阻相对变化量为： ΔR/R = K ε= 2100010 － 6 = （ 23） 由式 23 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 ΔR/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 转换芯片接收的信号。 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 差动放大器具有高输入阻抗，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。 其设计电路如图 22所示： 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书（论文） 25 +++A1A2A3R11 .1 KR31 0KR42 0KR31 0KR21 0KR44KR22 0KR42 0KU1+U2U0 图 利用普通运放设计的差动放大器 方案（三）：采用专用仪表放大器，如： INA126， INA121 等构成前级处理电路 LM358 双运算放大器 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、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合 ，其内部结构如下图所示： 图 LM358 内部结构 图 LM358 的特点 : . 内部频率补偿 . 低输入偏流 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书（论文） 26 . 低输入失调电压和失调电流 . 共模输入电压范围宽，包括接地 . 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 . 直流电压增益高 (约 100dB) . 单位增益频带宽 (约 1MHz) . 电源电压范围宽：单电源 (3— 30V)； . 双电源 (177。 一 177。 15V) . 低功耗电流，适合于电池供电 参数： 输入偏置电流 45 nA 输入失调电流 50 nA 输入失调电压 输入共模电压最大值 Vcc~ 共模抑制比 80dB 电源抑制比 100dB A/D 转换器 的选择 . A/D 转换器 的简介 模数转换器 即 A/D 转换器，或简称 ADC，通常是指一个将 模拟信号 转变为 数字信号 的电子元件。 通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。 由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。 故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。 而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。 模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数 的多少表示。 转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。 A/D 转换一般要经过采样、保持、量化及编码 4 个过程。 在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。 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 ∑ Δ 型和流水线型 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。 目前， ADC 集成电路主要有以下几种类型 ： （ 1） 并行比较 A/D 转换器： 如 ADC080 ADC0809 等。 并行比较 ADC 是现今速度最快的模 /数转换器，采样速率在 1GSPS 以上，通常称为 “ 闪烁式 ” ADC。 它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。 这种结构的 ADC 所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。 缺点是：并行比较 式A/D 转换的抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于 8位。 (2） 逐次逼近型 A/D转换器：如： ADS780 ADS7804 等。 逐次逼近型 ADC 是应用非常广泛的模 /数转换方法，这一类型 ADC 的优点：高速，采样速率可达 1MSPS；与其它 ADC 相比，功耗相当低；在分辨率低于 12位时，价格较低。 缺点：在高于 14 位分辨无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书（论文） 27 率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模 /数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。 (3） 积分型 A/D 转换器：如： ICL713 ICL710 ICL154 MC14433 等。 积分型ADC 又称为双斜率或多斜率 ADC， 是应用比较广泛的一类转换器。 它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。 与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现 A/D 转换。 积分 型 ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压 VR。 此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。 若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。 这类 ADC 主要应用于低 速、精密测量等领域，如数字电压表。 其优点是：分辨率高，可达 22位；功耗低、成本低。 缺点是：转换速率低，转换速率在 12 位时为 100～ 300SPS。 (4） 压频变换型 ADC： 其优点是：精度高、价格较低、功耗较低。 缺点是：类似于积分型 ADC，其转换速率受到限制， 12位时为 100～ 300SPS。 . A/D 转换器 方案选择 作为电子秤，系统对 AD 的转换速度要求并不高，双积综合的分析其优点和 其价格低廉的因素，在加上设计要求测量精度小于等于 +%，选择 使用双积分 A/D 转换器ICL7135（精度相当于 14位二进制数）。 ICL7135 是四位半的双积分 A/D转换器，采用28脚 DIP 封装，可直接与单片机进行连接，它带有输出译码器，可直接驱动液晶显示器。 ICL7135 与液晶显示器被设计成一个量程为 5mV 的电压表。 便携式电子手提秤的量程为5kg，称重传感器在 5kg 时的输出约为 5mV。 其主要性能特点： １）输入阻抗达１０９ Ω 以上，对被测电路几乎没有影响；２）自动校零；３）有精确的差分输入电路；４）自动判别信号极性；５）有超、欠压输出信号 ６）采用位扫描与ＢＣＤ码输出。 显示部分可以将处理得出的信号在显示器上显示，让人们直观的看到被测体的质量，也可以进行报警提示。 LCD 液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。 本设计采用的显示模块是 128 64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（ 16X16 点阵）、 128 个字符（ 8X16 点阵）及 64X256 点阵显示 RAM（ GDRAM）。 可与 CPU 直接接口，提供两种界面来连接微处理机： 8 位并行及串行两种连接方式。 具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书（论文） 28 第三 章 硬件总体设计 本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，构成一件简单电子称，其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。 而二运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求。 ICL7135A/D 转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到控制电路中去，最后由显示电路显示 出测量结果。 在本系统中，硬件电路的构成主要有以下几部分： AT89C52 的最小系统构成、电源电路、数据采集、人 机交换电路等。 系统硬件的基本工作原理框图如图 所示： 图 AT89S52 的最小系统电路 单片机芯片 AT89S52 介绍 单片机采用 MCS51系列单片机。 由 ATMEL公司生产的 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 256字节 RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、 串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 而且，它还具有一个看门狗（ WDT）定时 /计数器，如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。 AT89S52有 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口，2个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口，片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 其将通用的微处理 器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 其芯片引脚图如 图。 压力传感器 前端信号处理器 A/D 转换器 A89S52 键盘控制 LCD 显示器 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书（论文） 29 图 AT89S52引脚图 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口 ： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口，每脚可吸收 8TTL门流。 当 P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 TTL门电流，当 P2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P。