/摘要本文設(shè)計的單片機稱重系以單片機為主要部件，用匯編語言進行軟件設(shè)計，硬件則以傳感器、放大系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、CPU限制系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)及鍵盤限制系統(tǒng)七個部分組成。通過對電路輸出電壓和標準重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學模型，將電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一臺原始電子稱重系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上增加了LED顯示、鍵盤限制及閾值報警功能，隨時可變更上限閾值，顯示總重量的功能，使本產(chǎn)品智能化，符合現(xiàn)代社會電子信息化的要求。關(guān)鍵詞：單片機，傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，LED顯示，閾值報警目錄第1章 概述 3第2章 工作原理 42.1系統(tǒng)介紹 42.2設(shè)計要求 42.3系統(tǒng)組成框圖 42.4系統(tǒng)原理 4第3章 硬件電路 63.1單片機 63.2應(yīng)變電阻式稱重荷重傳感器 63.3運算放大器 83.4A/D轉(zhuǎn)換電路 103.5鍵盤 123.6靜態(tài)顯示 123.7聲光報警 133.8硬件電路圖設(shè)計 15第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 164.1查詢子程序流程圖 164.2系統(tǒng)總流程圖 174.3系統(tǒng)程序設(shè)計 174.4聲光報警： 22第5章 設(shè)計結(jié)果和展望 235.1結(jié)果 235.2展望 23第6章 結(jié)束語 24第7章 致謝 25參考文獻 26概述隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，以往那種自行稱重配料的方式由于其用人工調(diào)整重量。這樣，一方面效率特別低下，稱量結(jié)果精度不高，另一方面，用手工在現(xiàn)場調(diào)整增加了工人的勞動強度，而其生產(chǎn)環(huán)境特別惡劣，粉塵大。因而必將為自動限制的稱重系統(tǒng)所取代，此稱重系統(tǒng)中運用穩(wěn)定牢靠、小而廉的單片機，且單片機體積小，重量輕，抗干擾實力強，環(huán)境要求不高，價格低廉，牢靠性高，靈敏性好，開發(fā)較簡潔。本文提出的裝置就是基于MCS-51單片機及其外圍電路所實現(xiàn)的。工作原理2.1系統(tǒng)介紹為保障物料稱重系統(tǒng)的平安運行，獲得精確的重量，必需對其運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。本系統(tǒng)選用了5G14433對采集數(shù)據(jù)做模數(shù)變換，利用MCS-51型單片機限制，具有數(shù)字濾波、預(yù)置、檢查稱重值、光電隔離、自動限制裝載閥門以及聲光報警等功能。其流程包括：預(yù)重量值→稱重→下料。2.2設(shè)計要求簡述此次的設(shè)計要求如下：設(shè)計一稱重儀，對模擬器輸出的微弱信號（0~12mV）進行前級放大處理，再以較小的失真、誤差來進行A/D轉(zhuǎn)換，并要求具備較強的抗工頻干擾實力。最終利用單片機AT89C51對數(shù)字信號進行處理，限制數(shù)碼管顯示等。要求浮動誤差在0~2.00%之內(nèi)，顯示值和輸入信號值比值在1.55~1.75之內(nèi)。2.3系統(tǒng)組成框圖8051系統(tǒng)稱重傳感器8051系統(tǒng)稱重傳感器LED顯示LED顯示限制及聲光報警放大器限制及聲光報警放大器A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器圖2.1系統(tǒng)組成框圖2.4系統(tǒng)原理為限制系統(tǒng)是一種接受單片機、特地用于工業(yè)自動定值配料的專用限制器。其系統(tǒng)原理圖如圖2.2。由圖可以看出，系統(tǒng)由下面幾個部分組成：（1）單片微型機（2）稱量傳感器（3）稱量斗（4）儲料倉及下料裝置。系統(tǒng)在定值稱量之前，須要操作者將各個儲料倉物料的定值量等相關(guān)的數(shù)據(jù)通過儀表的鍵盤送入儀表。儀表在以后每次的定值過程中均以自動方式進行。當儲料倉中所要的物料已準備好，系統(tǒng)在得到啟動叮囑后，將進入自動稱料狀態(tài)。先打開大閘門，物料自動注入稱量斗，此時，傳感器受壓力，產(chǎn)生應(yīng)變，并經(jīng)測量電橋輸出，稱量斗上的各電橋是以串聯(lián)方式相連接的，電橋的總輸出送至MCS-51系統(tǒng)進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量變成數(shù)字量，然后進行數(shù)據(jù)處理，并和給定值進行比較，若稱量值小于90%預(yù)稱量值，則接著放料，待稱量值大于等于90%預(yù)稱量值，則關(guān)閉大閘門，打開小閘門，直到稱量值等于預(yù)稱量值，關(guān)閉小閘門。而后打開稱量斗的閘門，將料落下。系統(tǒng)將顯示本次測量值。儲料倉儲料倉稱量斗大閘門小閘門∑n圖2.2系統(tǒng)原理圖MCS-51系統(tǒng)INLED顯示硬件電路單片機稱重自動限制系統(tǒng)的硬件包括單片機、重量檢測電路、線性放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示器、鍵盤和其它一些電路等組成。電路原理圖見3.8硬件電路圖設(shè)計。3.1單片機為了使測量過程實現(xiàn)微機限制化，接受AT89C51系列單片機，AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件接受ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中心處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51供應(yīng)了高性價比的解決方案。

AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以依據(jù)常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。3.2應(yīng)變電阻式稱重荷重傳感器彈性元件將應(yīng)變電阻片貼在特地的傳感部件——彈性元件上，即可組成不同的荷重傳感器。這種傳感器中，彈性元件為力敏元件，把被測量的大小轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量的變更，然后再把應(yīng)變量的變更轉(zhuǎn)換成電阻量的變更。彈性元件是荷重傳感器的重要組成部分，應(yīng)具備以下性質(zhì)：具有較強的抗壓強度，以便在高載荷下保證具有足夠的平安性能,彈性好，受力變形后具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性；殘余應(yīng)力小，并具有勻整而穩(wěn)定的組織，而且是各向同性；抗乏累性好；受溫度影響小，易于機械加工及熱處理。這個系統(tǒng)中選用的是柱式傳感器中的柱形傳感器。其結(jié)構(gòu)是在圓筒上按確定方式貼上應(yīng)變片。為提高靈敏度，常接受空心的圓筒。設(shè)計傳感器的關(guān)鍵問題是依據(jù)額定載荷W及材料的允許應(yīng)力δ，便可求出產(chǎn)生的應(yīng)變力為ε=δ/E=Wg/AE式中,Wg——載荷的重量A——圓柱形傳感器的橫截面積E——彈性模量δ——材料的允許應(yīng)力ε——產(chǎn)生的應(yīng)變接受柱式結(jié)構(gòu)的傳感器的測量范圍為幾百公斤到100噸，精度可達±0.5%～0.3%左右。下圖3.1為一空筒型柱式傳感器的結(jié)構(gòu)圖。被測力通過壓頭1干脆作用在粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性體7上，使彈性元件發(fā)生形變，粘貼在其上的電阻應(yīng)變片δ阻值發(fā)生相應(yīng)的變更，致使電橋失去平衡。因而使電橋輸出和被測力成正比的信號。36102136102148957圖3.1空筒型柱式傳感器的結(jié)構(gòu)圖2——上蓋3——膜片4——外套5——過載愛惜套6——電阻應(yīng)變片7——彈性體8——底座9——下壓頭10——接線盒（2）應(yīng)變檢測橋路的連接方法應(yīng)變式傳感器電阻的變更主要用電橋來測量。隨著應(yīng)變片粘貼數(shù)量的不同，其橋路的連接方法也不同。這里運用的是四個應(yīng)變片，其粘貼綻開圖如圖3.2（a），橋路連接方法如圖3.2（b）。R1bR2R4R3圖3.2（a）R1bR2R4R3圖3.2（a）粘貼綻開圖3.2（b）橋路連接方法R1R2ΔVoR3ViR4R3ViR4（3）應(yīng)變檢測橋路的補償粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片接成橋路后，要求在不受外力作用時，橋路的輸出為零，但由于應(yīng)變片阻值的分散性，粘貼工藝的差別，溫度的影響等等，均會造成確定的誤差。因此，當橋路連接完以后，必需進行一系列的調(diào)整，即所謂零點補償、溫度補償、彈性模量及靈敏度補償。3.3運算放大器由于壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器精度的要求很高。方案一：高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用一般運放(如OP07)做成一個差動放大器，如圖3.3所示。圖3.3OP07構(gòu)成的差動放大器電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲，C1、C2為一般小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。但其電路困難，須要的元器件多，成本較高。方案二：選用儀表放大器INA121芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示：圖3.4INA121內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖INA121是TexesInstrumentsBB公司生產(chǎn)的FET輸入、低功耗儀器放大電路，性能優(yōu)越。前置放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置為50。較小的前置放大倍數(shù)可以避開極化電壓的影響。電壓放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置的較高（取為100~200倍），則可以保證總的放大倍數(shù)。接受儀表放大器INA121構(gòu)成的電路簡潔，元器件少，成本較低。3.4A/D轉(zhuǎn)換電路該系統(tǒng)選用了5G14433轉(zhuǎn)換器做模/數(shù)轉(zhuǎn)換。5G14433是接受雙重積分轉(zhuǎn)換原理一路模擬量輸入、輸出為3位半BCD碼的轉(zhuǎn)換器。它的特點是結(jié)構(gòu)簡潔、外接元件少、抗工頻干擾實力強、精度稍高、但轉(zhuǎn)換速度慢（為20ms左右）。在對速度無多大要求的應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛運用。MC14433是美國Motorola公司推出的單片31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器全部的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：·精度：讀數(shù)的±0.05%±1字·模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔·轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s·輸入阻抗：大于1000MΩ·電源電壓：±4.8V—±8V·功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值）·接受字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0—Q3輪番輸出，同時在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很便利實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。MC14433的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.5所示：圖3.5MC14433內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖模擬電路部分有基準電壓，模擬電壓輸入。模擬輸入電壓量程為199.9MV或1.9999V兩種，對應(yīng)的基準電壓為+200MV和+2V。由于5G14433轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出是連續(xù)的，所以必需通過并行接口和其相連接。接受連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，每次轉(zhuǎn)換結(jié)束，在EOC端輸出一正脈沖，經(jīng)反相后作為單片機AT89C51的外部中斷-INT1的請求信號。當5G14433的時鐘為50kHz時，EOC輸出脈沖的寬度為10us。AT89C51接受邊沿觸發(fā)方式，因此要求輸入的負脈沖寬度至少保持12個時鐘周期才能被CPU響應(yīng)。若AT89C51單片機接受6MHz晶振，則輸入脈寬應(yīng)大于2us，所以EOC輸出的脈沖寬度能夠滿足要求。在EOC脈沖出現(xiàn)之后，接著按從高到低的依次發(fā)選通脈沖DS1～DS4，同時在Q3～Q由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，所以，Q0~Q3和DS1~DS4可以通過8051單片機的并行口P1或通過擴展I/O電路和其相連。MC14433和8051單片機的P2口相連的電路如圖3.6所示；圖3.6MC14433和單片機連接圖該電路接受查詢方式管理MC14433的操作。由于引腳EOC和DU連接在一起，所以MC14433能自動轉(zhuǎn)換。3.5鍵盤鍵盤由1*4的鍵列及相應(yīng)的掃描電路組成。列掃描信號是由單片機從P0.7口串行輸出，列碼經(jīng)74LS164移位寄存器變成并行輸出，74LS164移位寄存器8個輸出端中3位用于限制顯示，余下的5位用于對鍵盤列掃描進行限制。同時，AT89C51的P0.7口作為同步脈沖輸出限制線。3.6靜態(tài)顯示該系統(tǒng)所接受的顯示器由4位LED數(shù)碼管和驅(qū)動電路組成，顯示的數(shù)是經(jīng)過查表得到相應(yīng)的顯示段劃碼，再送到共陽極驅(qū)動電路，顯示位的限制是由計算機從P3.1口串行輸出位選碼經(jīng)74LS164移位寄存器變成并行輸出，74LS164移位寄存器有八位輸出端，用其中三位限制位顯示。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很簡潔做到顯示無閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是CPU不必常見的掃描顯示器。單片機最小系統(tǒng)，是指在盡可能少的外部電路的條件下，形成一個可以獨立工作的單片機系統(tǒng)。圖3.7是單片機最小系統(tǒng)的原理圖。實現(xiàn)以下功能：處理重量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)重量的顯示，限制數(shù)碼管的顯示。圖3.7最小系統(tǒng)原理圖3.7聲光報警本系統(tǒng)對測量值超過預(yù)置的稱重值時，可以給出報警信號，下面既是實現(xiàn)聲光報警功能的電路，此電路中接受一片時基集成電路NE555，將其接成振蕩工作狀態(tài)。平常，由于單片機的P3.7口輸出為低電平。即555復(fù)位腳“4”處于低電平，電路被迫停振，輸出“3”恒為低電平，揚聲器無聲，9018NPN三極管截止，報警燈不亮。一旦出現(xiàn)越時，P3.7口置1。這樣，NE555時基電路依復(fù)位端“4”的信號變更，在它的輸出端“3”產(chǎn)生出不同；頻率的振蕩輸出，推動揚聲器工作，因此便可獲得報警信號。同時“3”端也推動三極管工作，使報警燈同步點亮。NE555NE5555241圖3.8RVccTRIGDISCVOLTTHRGNDP3.71uF0.1uF+5V10K+15V9018120Ω10KSPN3.8硬件電路圖設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1查詢子程序流程圖查詢子程序流程圖見圖4.1：起先起先P2口送入A千位選通信號DS1=1？NY千位送入20H高4位5位P2口送入A百位選通信號DS2=1？NY百位送入20H低4位P2口送入A十位選通信號DS3=1？NY十位送入21H高4位個位送入21H低4位結(jié)束Y個位選通信號DS4=1？P2送入AN圖4.1查詢子程序流程圖4.2系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)總流程圖見圖4.2：起先起先調(diào)用查詢子程序千.百.十．個位放入R1.R2.R3.R4中調(diào)用顯示子程序返回圖4-2系統(tǒng)總流程圖4.3系統(tǒng)程序設(shè)計org0000hljmpmainorg0020hmain:lcallservezbcd:mova,20h;千位放入R1anla,#10hmov40h,#04hzhyi1:rradjnz40h,zhyi1movr1,amova,20h;百位放入R2anla,#0fhmovr2,amova,21h;十位放入R3anla,#0f0hmov40h,#04hzhyi2:rradjnz40h,zhyi2movr3,amova,21h;個位放入R4anla,#0fhmovr4,alcallzdgshlcallYANSHIlcallYANSHIsjmpmain;*******************************************;最高位為0時不顯示;*******************************************zdgsh:cjner1,#00h,dsplay;最高位為0,不顯示movr1,#0ah;數(shù)碼管暗cjner2,#00h,dsplaymovr2,#0ahcjner3,#00h,dsplaymovr3,#0ahcjner4,#00h,dsplaymovr4,#0ah;***********************************;顯示子程序;***********************************dsplay:MOVDPTR,#Tab;找表首MOVR0,#04HLED:MOVR6,#08HMOVA,@R0;讀數(shù)據(jù)MOVCA,@A+DPTRSETBP1.1;P1.1時鐘信號cjner0,#02h,TARTadda,#80hTART:RLCAMOVP1.0,C;P1.0數(shù)據(jù)信號CLRP1.1SETBP1.1DJNZR6,TARTDECR0CJNER0,#00H,LEDRET;******************************;延時子程序;******************************YANSHI:MOVR0,#00HLOOP15:MOVR1,#00HLOOP16:NOPDJNZR1,LOOP16DJNZR0,LOOP15RET;*********************************;查詢子程序;************************************serve:mova,p2JNBACC.4,serve;等待DS1=1.千位選通信號JBACC.2,PP1SETB07HAJMPPP2PP1:CLR07HPP2:JBACC.3,PP3SETB04HAJMPPP4PP3:CLR04HPP4:MOVA,P2JNBACC.5,PP4;等待百位BCD碼選通信號DS2MOVR0,#20HXCHDA,@R0;百位數(shù)送入20H低4位PP5:MOVA,P2JNBACC.6,PP5;等待十位選通信號DS3SWAPA;凹凸4位互換INCR0;指向21H單元MOV@R0,A;十位數(shù)送入21H高4位PP6:MOVA,P2JNBACC.7,PP6;等待個位選通信號DS4XCHDA,@R0;個位數(shù)送入21H低4位RET;*******************************;本表為顯示數(shù)據(jù)表;*******************************Tab:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00h;'0，1，2，3，4，5，6，7,8，9'end4.4聲光報警：程序清單：SND：SETBP3.7；P3.7輸出高電平,鳴音亮燈DELAY：MOVR7，#1EH；延時30msDELAY1：MOVR6，#0F0HDELAY2：DJNZR6，DELAY2DJNZR7，DELAY1CLRP3.7；P3.7輸出低電平,報警停RET；中斷返回設(shè)計結(jié)果和展望5.1結(jié)果本產(chǎn)品總體實現(xiàn)智能電子稱重的功能。但是由于本次畢業(yè)設(shè)計由于傳感器發(fā)出的信號不是很穩(wěn)定，所以稱重時誤差很大。假如運用精密度較高的傳感器，效果會好很多。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號進行量化、采集，主要分為信號放大、采集，然后進行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需留意的地方是對傳感器輸出的信號進行放大時，應(yīng)選取合適的運算放大電路。最好是預(yù)先計算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進行數(shù)據(jù)處理時，選取適當?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求。5.2展望隨著集成電路和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變更，傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信