手提数字显示电子秤设计课程设计(论文)

手提数字显示电子秤设计课程设计(论文) 课程设计任务书 题 目:手提数字显示电子秤设计 初始条件: 具备电子电路的设计知识和能力;具备单片机系统的设计方法;具备单片机软件编程技术;熟悉单片机常用软件的使用; 要求完成的主要任务: 其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动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。A/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显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。 (1)用电阻应变式传感器 (2)重范围为5kg (3)电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成 时间安排: 设计时间2周，其中3天原理设计，3天仿真，3天电路调试，1天答辩 指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 目录 摘要................................................................ 2 1. 手提数字显示电子秤总体设计................................... 3 1.1数字显示电子称的组成......................................... 3 3 1.2电阻应变片传感器工作原理..................................... 2. 系统具体实现设计................................................. 5 5 2.1测量电路设计................................................. 2.2差分放大电路设计............................................. 5 6 2.3 A/D芯片的选型和实现.........................................3. 系统主要电路设计................................................. 7 4.系统程序设计...................................................... 8 5. ......................................................... 9 参考文献........................................................... 10 附录:............................................................. 11 本科生课程设计成绩评定表........................................... 22 1 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 摘要 本文介绍了一种简单手提数字显示电子秤的设计，系统主要利用了电阻应变片传感器来将物体重量转化为相应的电信号，然后经过差分放大电路将微小的电信号进行线性放大，只有由A/D转换电路采集放大后的信号，再将采集的数字信息传送给单片机，由单片机将数字信号通过数码管显示出来，从而完成系统电子称的设计。整个系统中关键的元件是电阻应变式传感器，由传感器感知外界信息并将其转化为便于处理的电信号。此外系统包含了基本信号放大和处理电路，以及需要熟练掌握单片机程序调试的方法和技巧。 关键词:电阻应变式传感器 ，A/D转换，单片机 2 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 1.手提数字显示电子秤总体设计方案 1.1数字显示电子称的组成 首先，数字显示电子称需要一个重量传感器，利用这个传感器将物体的质量信号转换为电信号，然后再利用一些测量电路，差动放大电路，A/D转换和显示电路，即可构成一个简易的数字电子称。其具体实现框图1.1如下: 电阻应变传感器 差分放大电路 A/D转换电路 显示电路 单片机作为系统控制器 图1.1数字显示电子称基本结构图 1.2电阻应变片传感器工作原理 整个系统设计的核心元件是电阻应变式传感器，其基本组成是由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形，电阻应变计就会将变形值转换为电阻U值的变化，从而通过具体电路就会转换为电信号的变化。电阻应变片应用在O 电桥中主要有三种接法，即单臂桥、半桥和全桥。以下以图1.2单臂桥电路来说明电阻应变片传感器的应用原理。 R1，,R R2 U oUo R4 R3 U iUo 图1.2单臂桥电路 3 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 应变片单臂桥如图1.2所示，桥臂AD为工作臂，接应变片;R1为应变片静态电阻，为工作时应变片电阻的变化量。此变化量可以是正值，称之为正应,R 变，此时应变片承受拉应变，图中符号箭头向上表示为正应变;当变化量为负值时，称之为负应变，此时应变片承受压应变。单桥臂只有一个桥臂接应变片，其它桥臂均接性能参数稳定的电阻，为便于进行简化分析，一般都是先取 ，按照电路理论分析，可得电桥的输出表达式如下: R1,R2,R3,R4,R ,RRRRRR132414,,,U()UU (式1-1),由式oii，，，，RRRR(RR)(RR)12341234 1-1得到单臂桥输出表达式为: ，,RRR14,,U()U Oi，,，，RRR2RR134 ，,,RR1R1 ,,,()UUii，,，,2RR22(2RR) ,RRK,/UU,, (式1-2) iiR,K4，2,4，2 R 单臂电桥的灵敏度为 UUOiS,, (式1-3) uR,,R/R4，2 R ,R,,R当时，由式1-2和式1-3可得 11，，由该关系，输出与输入呈近似线 ,UK,US,UOiui44 U性关系，输出电压与应变量成正比，应变量越大，则输出电压越大，也即,O 将物体的重量信息转化为电阻应变片上的应变量，进而转化为输出电压信号的变化，最终经过后续的信号差分放大电路，A/D测量电路，以及单片机控制电路和显示电路，即完成了数字显示电子称设计。 4 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 2.系统具体实现设计 2.1测量电路设计 测量电路中主要电路结构类似上图1.2所示，主要由电阻应变片传感器将物体重量信号转为电信号的变化。系统为了提高灵敏度，采用全桥电路实现。当系统输入电压，输出电压，则输出电压大小随应变量的成U,5VU,K,U,iOi 线性变化，物体越重，应变量越大，输出电压随之增大，则测量输出电压的大, 小，即可知物体重量。 2.2差分放大电路设计 由于通过电阻应变式传感器转换的得到的电信号比较小，为此设计差分放大电路将微小信号进行线性放大，便于后续中A/D转换进行采集和处理。差放电路具体实现可通过运放来实现，由于考虑到微小信号的放大，设计中可以考虑用高精度仪表放大器或者精密型运放来实现。为便于实现简单，此次系统实现选择用高精度的仪表放大器OPA128来实现，其电路结构简单 Rvar10K IN-(差分反向输入)12VU3 81RgRg72V+Vin-63VO(放大输出)VoVin+54RefV- IN+(差分同向输入)INA128 -12V GND 图2.2差分放大电路 5 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 2.3 A/D芯片的选型和实现 本次要求设计数字显示电子称没有明确的精度要求，为此A/D芯片的选择可以考虑简单8位或者10位精度的A/D芯片，常用的有ADC0809，AD7810，TLC549等芯片。系统实现以TLC549为例说明系统实现电路及其实现原理,其基本的电路图如下图2.3所示: VCC U1C318VCCREF+VCCGND Cap27P1.7AD采样输入INCLK0.1uF36P1.6REF-OUT 45P1.5GNDCS TLC549 GND 图2.3 A/D转换电路 2.4显示电路实现 系统的数字显示可以用八段数码管或者液晶显示器来进行显示，为便于观察的方便和显眼，常用的数字显示电子称一般为便于显眼会选择用高亮度的数码管进行显示，其基本显示电路如下图所示 P1.0P1.1P1.2P1.3 1359U1AU1BU1CU1D74LS0474LS0474LS0474LS04 2468 1234P0.0AaP0.1BHHHHb1234P0.2CcP0.3DdP0.4EeP0.5FfP0.6GgP0.7DPdp U2SEG4 图2.4数码管显示电路 6 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 3.系统主要电路设计 整个系统的设计主要包含了如下图3.1所示的电路结构，主要由差分放大电路来放大电阻应变片传感器的微弱信号，再经过A/D转换电路，以及由单片机作为控制器处理电路和显示电路构成。 Rvar10K P1.0P1.1P1.2P1.3IN-(差分反向输入)12VU381RgRg72V+Vin-63VO(放大输出)VoVin+54RefV-1359IN+(差分同向输入)U1AU1BU1CU1DINA12874LS0474LS0474LS0474LS04-12VGND差分放大电路2468 VCC1234P0.0AaU4P0.1BC1b123418P0.2CHHHHVCCREF+VCCcP0.3DdCap27P1.7P0.4EINCLKe0.1uFP0.5Ff36P1.6P0.6GREF-OUTgP0.7DPdp45P1.5GNDCSU2SEG4TLC549 GNDA/D转换电路数码管显示电路 VCCU5VCCP110K3837P0.0VCCP0.0(AD0)1P1.04036P0.1P1.0(T2)P0.1(AD1)2P1.14135P0.2P1.1(T2EX)P0.2(AD2)3P1.24234P0.3P1.2P0.3(AD3)4P1.34333P0.4P1.3P0.4(AD4)5P1.44432P0.5P1.4P0.5(AD5)6P1.5131P0.6P1.5P0.6(AD6)7P1.6230P0.7P1.6P0.7(AD7)8P1.73P1.718P2.0P2.0(A8)P3.0519P2.1P3.0(RXD)P2.1(A9)P3.1720P2.2P3.1(TXD)P2.2(A10)P3.2821P2.3P3.2(INT0)P2.3(A11)P3.3922P2.4P3.3(INT1)P2.4(A12)P3.41023P2.5P3.4(T0)P2.5(A13)P3.51124P2.6P3.5(T1)P2.6(A14)P3.61225P2.7P3.6(WR)P2.7(A15)P3.71326P3.7(RD)PSENGND27C2ALEP4.017P4.0P4.12814P4.1XTAL2Cap Pol1P4.239Y?P4.2(INT3)10uFP4.361521P4.3(INT2)XTAL1S112MC?C?429VCCRSTEACapCap16SW-PBGND30pF30pFR2STC89C54RD+GNDRes210KGNDGND 单片机控制电路 GND 图3.1系统整体主要电路 7 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 4.系统程序设计 系统在程序上主要是单片机上的控制程序，程序部分比较简单，主要包括数 码管显示电路和A/D转换中读取TLC549转换结果。主体程序框图如下图4.1所 示: 开始 初始化A/D芯片 配置数码管位选和段选位 启动A/D转换 读取A/D转换寄存器结果 将读取值按千百十个位分离 分别送予数码管各位显示 结束 图4.1系统主要程序结构框图 8 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 5.心得体会 为期一个星期的综合课程设计已经结束，在这一星期的学习了基本电路设计和单片机编程调试。通过本次课题数字电子称的设计，掌握了基本电路调试和单片机的应用技巧和调试方法。 专业综合课设本来就是一个实践性很强的课程，只有在理论的指导下，在付诸于实践，才能真正掌握设计电路的窍门。我们需要多动手，多实际连接一些电路，分析电路，才能在理论的基础上，学到实用的电路。综合课程设计正是为了提高我们的实践能力，才要求大家去实际地设计电路，调试电路，学到更实用的知识。只有在真正弄懂其原理，以及每个参数怎么得来的，理论计算与实际测量之间的差距的原因到底是什么原因造成的。实际的波形与理论预测的不相符合时，该怎么去调试，只有把理论与实践相结合在一起时，才能真正的设计出实用的电路。数字显示电子称本身是生活中常用的器件，通过学习联系实际制作，提高动手能力，有利于促进我们学习的兴趣。 本课题数字显示电子称本来就是一个实践性很强的课程，只有在理论的指导下，在付诸于实践，才能真正掌握设计电路的窍门。学好电子技术，我们需要多动手，多实际连接一些电路，分析电路，才能在理论的基础上，学到实用的电路。综合课程设计正是为了提高我们的实践能力，才要求大家去实际地设计电路，调试电路，学到更实用的知识。由此看来，此次综合课程设计意义重大。 9 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 参考文献 [1] 吴友宇主编.模拟电子技术基础.北京:清华大学出版社，2009 [2] 李群芳，肖看.单片机原理接口与应用.北京:清华大学出版社，2005 [3] 陈光东，赵性初.单片微型计算机原理与接口技术.武汉:华中科技大学出版 社，1999 [4]李万臣主编(模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社， 2001 [5] 康华光主编. 电子技术之模拟部分.武汉:华中科技大学出版社，2005 [6]陈大钦,电子技术基础实验,电子电路实验、设计、仿真.高等教育出版社， 2004 10 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 附录: 主程序: #include #include "cry1602.h" #include "ADC_Func.h" typedef unsigned int uint; typedef unsigned char uchar; static uint result[33]; //定义其元素的个数 uchar DC[]={"Quality="}; uchar ptr[]={" "}; uint sum; void main() { /*下面六行程序关闭所有的IO口*/ P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF; P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF; P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF; P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF; P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF; P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0XFF; WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //关闭看门狗 LcdReset(); //初始化液晶 P6SEL|=BIT0; //选择A0作为转换通道 ADC12CTL0|=ADC12ON+SHT0_1+MSC;//采样周期为四倍的ADC12CLK的周期 ADC12CTL1|=CONSEQ_2+SHP;//采样源来自定时器 11 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 ADC12MCTL2= SREF_2; // ADC12MCTL0=INCH_0; ADC12CTL0|=ENC; ADC12IE|=BIT0; //enble interrupt ADC12CTL0|=ADC12SC; //strat covert DispStr(0,0,DC); while(1) { Delay5ms(); Delay5ms(); Delay5ms(); Delay5ms(); sum=ADC12MEM0; sum=(sum*3.3)-270; if(sum/1000==0) { ptr[0]=sum/100+0x30; ptr[1]=(sum%100)/10+0x30; ptr[2]=sum%10+0x30; ptr[3]='g'; ptr[4]=' '; } else { ptr[0]=sum/1000+0x30; ptr[1]=(sum%1000)/100+0x30; ptr[2] = (sum/10)%10+0x30; //shuzi表中第10位对应符号"." ptr[3]=sum%10+0x30; ptr[4]='g'; 12 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 } DispStr(8,0,ptr); } _EINT(); LPM0; } 液晶显示程序: #include #include "cry1602.h" typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint; /**************宏定义***************/ #define DataDir P2DIR #define DataPort P2OUT #define Busy 0x80 #define CtrlDir P6DIR #define CLR_RS P6OUT&=~BIT3; //RS = P3.0 #define SET_RS P6OUT|=BIT3; #define CLR_RW P6OUT&=~BIT4; //RW = P3.1 #define SET_RW P6OUT|=BIT4; #define CLR_EN P6OUT&=~BIT5; //EN = P3.2 #define SET_EN P6OUT|=BIT5; /*********************************************** 函数名称:DispStr 功 能:让液晶从某个位置起连续显示一个字符串 参 数:x--位置的列坐标 y--位置的行坐标 ptr--指向字符串存放位置的指针 返回值 :无 13 武汉理工大学《专业综合》课程设计说明书 ***********************************************/ void DispStr(uchar x,uchar y,uchar *ptr) { uchar *temp; uchar i,n = 0; temp = ptr; while(*ptr++ != '\0') n++; //计算字符串有效字符的个数 for (i=0;i规定

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