稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、杭州電子科技大學(xué)設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：短學(xué)期PCB電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生班級(jí)：專業(yè)：實(shí)驗(yàn)日期：基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：1.89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)；(包括：時(shí)鐘、復(fù)位、電源、單片機(jī)、按鍵和顯示等)2.在此基礎(chǔ)上完成稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，稱重量程為0~80噸，誤差正負(fù)100kg。A為稱重系統(tǒng)選擇合適的4個(gè)壓力傳感器，注意量程和誤差。B設(shè)計(jì)放大電路，以便單片機(jī)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理。C用7段數(shù)碼管或其他顯示模塊進(jìn)行重量的顯示，單位為：kg。D根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)擴(kuò)展功能（加分選做設(shè)計(jì)部分）電源系統(tǒng)系統(tǒng)流程圖:51單

2、片機(jī)壓力傳感器采集信號(hào)上位機(jī)MAX232放大器放大模擬信號(hào)按鍵調(diào)節(jié)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示復(fù)位蜂鳴器晶振主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和功能：本設(shè)計(jì)研究的是一基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)，稱重范圍為0到80噸，承重范圍較大，可以廣泛地運(yùn)用于汽車(chē)過(guò)磅，貨物稱重，也可以用來(lái)測(cè)體重。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)壓力傳感器采集貨物重量信息，產(chǎn)生電壓信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算放大器的放大，再經(jīng)過(guò)一系列的A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)的處理，把貨物的重量顯示到數(shù)碼管上。如果有需要，也可以通過(guò)串口通信模塊把數(shù)據(jù)到PC上位機(jī)中，再由計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)可以通過(guò)按鍵來(lái)選擇稱重的最大量程，如果超過(guò)選擇的最大

3、量程，則會(huì)有蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。方案論證：傳感器：壓力傳感器選用MPX2200壓強(qiáng)為200KPa時(shí)對(duì)應(yīng)的最大電壓為40mv，所以傳感器底座面積設(shè)置為1平方米。40mv時(shí)對(duì)應(yīng)的重量為20噸。放大器設(shè)計(jì)：量程為80噸，最大電壓對(duì)應(yīng)20噸，故需要4個(gè)放大器，由于器件及參數(shù)限制，輸出電壓為4V左右，最大輸入電壓40mV,故放大倍數(shù)為100倍。故電阻成100倍關(guān)系。傳感器采集的信號(hào)從Header2端口輸入。仿真結(jié)果：從圖中可以看到增益為101倍。A/D轉(zhuǎn)換：因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求為誤差100kg,最大電壓時(shí)對(duì)應(yīng)重量為20噸，20×1000/100=200

4、。2^8=256>200。故采用8位A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)可以采用ADC0809轉(zhuǎn)換器。ADC0809各引腳說(shuō)明：IN0～I(xiàn)N3：從四個(gè)運(yùn)放接四路模擬量輸入。D0～D7：8位數(shù)字量的輸出，D0～D7分別接單片機(jī)的P10～P17端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)

5、，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。VCC：接+5V電源。GND：接地。按鍵設(shè)置：兩個(gè)按鍵分別接單片機(jī)的P06和P07I/O口。當(dāng)按鍵沒(méi)有按下，I/O口端的信號(hào)為高電平；當(dāng)按鍵按下，I/O口端的信號(hào)為低電平，當(dāng)單片機(jī)采集到低電平信號(hào)，根據(jù)程序做出調(diào)節(jié)量程的相關(guān)反應(yīng)。數(shù)碼管顯示：因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求測(cè)量重量范圍為0到80噸

6、，且可以測(cè)量較小的重量，如體重（約為幾十千克），所以對(duì)顯示的位數(shù)要求較高，故采用六個(gè)八段數(shù)碼管（最小可以顯示到0.1kg）。因?yàn)閿?shù)碼管位的顯示要用掉單片機(jī)的8個(gè)I/O口，控制顯示位又要用掉6個(gè)I/O口，對(duì)單片機(jī)的資源消耗較多，為節(jié)省單片機(jī)資源可以使用一個(gè)74LS138數(shù)據(jù)選擇器，用3個(gè)I/O口來(lái)控制6個(gè)數(shù)碼管的顯示，這樣就可以節(jié)約3個(gè)I/O口。拓展功能：超重報(bào)警：當(dāng)測(cè)量的重物超過(guò)設(shè)置的量程，蜂鳴器報(bào)警。用蜂鳴器的一段接VCC，另一端接PNP三極管的發(fā)射極，三極管的基極通過(guò)一個(gè)電阻再接單片機(jī)的一個(gè)I/O口，三極管的集電極接地，這樣就

7、可以通過(guò)單片機(jī)I/O口的高低電平實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制。串口通信：本設(shè)計(jì)中通訊模塊的主要功能是將STC89C52單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)串口傳輸?shù)絉S-232中，最后在上位機(jī)中得以顯示。由于標(biāo)準(zhǔn)串口的電平規(guī)定是接收時(shí)電平范圍在+/-3~+/-15V之間，發(fā)送時(shí)電平范圍在+/-5~+/-15V之間，而一般單片機(jī)系統(tǒng)的工作時(shí)候的電壓是+3.3V或+5V，由于單片機(jī)的電平輸出范圍并不能滿足一般的標(biāo)準(zhǔn)串口電平的基本要求，所有串口端口不能直接與PC上位機(jī)的串口端相連接，若要進(jìn)行連接，則必須對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的工作電壓經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。所以必須要經(jīng)過(guò)MAX

8、232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。模塊圖如下：MUC的串口MAX232PC機(jī)串口本設(shè)計(jì)采用的MAX232芯片是美國(guó)公司為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口專門(mén)設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用的是+5V單電源供電。MAX232芯片的引腳功能圖如下圖所示。MAX232引腳