手提電子稱設(shè)計(jì)

1、 武漢理工大學(xué)專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 劉 瀟 專業(yè)班級(jí)： 電信1104 指導(dǎo)教師： 王緒國 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：手提數(shù)字顯示電子秤設(shè)計(jì)初始條件：具備電子電路的設(shè)計(jì)知識(shí)和能力；具備單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；具備單片機(jī)軟件編程技術(shù)；熟悉單片機(jī)常用軟件的使用；要求完成的主要任務(wù)： 其電路構(gòu)成主要有測量電路，差動(dòng)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。而差動(dòng)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對

2、輸入信號(hào)電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。（1）用電阻應(yīng)變式傳感器（2）重范圍為5kg（3）電路由測量電橋，差動(dòng)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，顯示電路組成時(shí)間安排： 設(shè)計(jì)時(shí)間2周，其中3天原理設(shè)計(jì)，3天仿真，3天電路調(diào)試，1天答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要21. 手提數(shù)字顯示電子秤總體設(shè)計(jì)方案31.1數(shù)字顯示電子稱的組成31.2電阻應(yīng)變片傳感器工作原理32. 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)52.1測量電路設(shè)計(jì)52.2差分放大電路設(shè)計(jì)52.3 A/D芯片的選型和實(shí)現(xiàn)63

3、. 系統(tǒng)主要電路設(shè)計(jì)74.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)85. 心得體會(huì)9參考文獻(xiàn)10附錄：11本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表2221摘要本文介紹了一種簡單手提數(shù)字顯示電子秤的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要利用了電阻應(yīng)變片傳感器來將物體重量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，然后經(jīng)過差分放大電路將微小的電信號(hào)進(jìn)行線性放大，只有由A/D轉(zhuǎn)換電路采集放大后的信號(hào)，再將采集的數(shù)字信息傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)通過數(shù)碼管顯示出來，從而完成系統(tǒng)電子稱的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)中關(guān)鍵的元件是電阻應(yīng)變式傳感器，由傳感器感知外界信息并將其轉(zhuǎn)化為便于處理的電信號(hào)。此外系統(tǒng)包含了基本信號(hào)放大和處理電路，以及需要熟練掌握單片機(jī)程序調(diào)試的方法和技巧。關(guān)鍵詞：電阻應(yīng)變式傳感器

4、，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)1. 手提數(shù)字顯示電子秤總體設(shè)計(jì)方案1.1數(shù)字顯示電子稱的組成首先，數(shù)字顯示電子稱需要一個(gè)重量傳感器，利用這個(gè)傳感器將物體的質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再利用一些測量電路，差動(dòng)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路，即可構(gòu)成一個(gè)簡易的數(shù)字電子稱。其具體實(shí)現(xiàn)框圖1.1如下：顯示電路A/D轉(zhuǎn)換電路差分放大電路電阻應(yīng)變傳感器 單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器圖1.1數(shù)字顯示電子稱基本結(jié)構(gòu)圖1.2電阻應(yīng)變片傳感器工作原理整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心元件是電阻應(yīng)變式傳感器，其基本組成是由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組成。彈性敏感元件受到所測量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變計(jì)一起變形，電阻應(yīng)變計(jì)就

5、會(huì)將變形值轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而通過具體電路就會(huì)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化。電阻應(yīng)變片應(yīng)用在電橋中主要有三種接法，即單臂橋、半橋和全橋。以下以圖1.2單臂橋電路來說明電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用原理。 R2 R4 R3 圖1.2單臂橋電路應(yīng)變片單臂橋如圖1.2所示，橋臂AD為工作臂，接應(yīng)變片；R1為應(yīng)變片靜態(tài)電阻，為工作時(shí)應(yīng)變片電阻的變化量。此變化量可以是正值，稱之為正應(yīng)變，此時(shí)應(yīng)變片承受拉應(yīng)變，圖中符號(hào)箭頭向上表示為正應(yīng)變；當(dāng)變化量為負(fù)值時(shí)，稱之為負(fù)應(yīng)變，此時(shí)應(yīng)變片承受壓應(yīng)變。單橋臂只有一個(gè)橋臂接應(yīng)變片，其它橋臂均接性能參數(shù)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)電阻，為便于進(jìn)行簡化分析，一般都是先取，按照電路理論分析，可得電橋的輸

6、出表達(dá)式如下： （式1-1),由式1-1得到單臂橋輸出表達(dá)式為：（式1-2）單臂電橋的靈敏度為 （式1-3）當(dāng)時(shí)，由式1-2和式1-3可得，由該關(guān)系，輸出與輸入呈近似線性關(guān)系，輸出電壓與應(yīng)變量成正比，應(yīng)變量越大，則輸出電壓越大，也即將物體的重量信息轉(zhuǎn)化為電阻應(yīng)變片上的應(yīng)變量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為輸出電壓信號(hào)的變化，最終經(jīng)過后續(xù)的信號(hào)差分放大電路，A/D測量電路，以及單片機(jī)控制電路和顯示電路，即完成了數(shù)字顯示電子稱設(shè)計(jì)。2. 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)2.1測量電路設(shè)計(jì)測量電路中主要電路結(jié)構(gòu)類似上圖1.2所示，主要由電阻應(yīng)變片傳感器將物體重量信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)的變化。系統(tǒng)為了提高靈敏度，采用全橋電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓

7、，輸出電壓，則輸出電壓大小隨應(yīng)變量的成線性變化，物體越重，應(yīng)變量越大，輸出電壓隨之增大，則測量輸出電壓的大小，即可知物體重量。2.2差分放大電路設(shè)計(jì)由于通過電阻應(yīng)變式傳感器轉(zhuǎn)換的得到的電信號(hào)比較小，為此設(shè)計(jì)差分放大電路將微小信號(hào)進(jìn)行線性放大，便于后續(xù)中A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行采集和處理。差放電路具體實(shí)現(xiàn)可通過運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)，由于考慮到微小信號(hào)的放大，設(shè)計(jì)中可以考慮用高精度儀表放大器或者精密型運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)。為便于實(shí)現(xiàn)簡單，此次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)選擇用高精度的儀表放大器OPA128來實(shí)現(xiàn)，其電路結(jié)構(gòu)簡單 圖2.2差分放大電路2.3 A/D芯片的選型和實(shí)現(xiàn)本次要求設(shè)計(jì)數(shù)字顯示電子稱沒有明確的精度要求，為此A/D芯片的選擇可以

8、考慮簡單8位或者10位精度的A/D芯片，常用的有ADC0809，AD7810，TLC549等芯片。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以TLC549為例說明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電路及其實(shí)現(xiàn)原理,其基本的電路圖如下圖2.3所示：圖2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路2.4顯示電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字顯示可以用八段數(shù)碼管或者液晶顯示器來進(jìn)行顯示，為便于觀察的方便和顯眼，常用的數(shù)字顯示電子稱一般為便于顯眼會(huì)選擇用高亮度的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，其基本顯示電路如下圖所示 圖2.4數(shù)碼管顯示電路3. 系統(tǒng)主要電路設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含了如下圖3.1所示的電路結(jié)構(gòu)，主要由差分放大電路來放大電阻應(yīng)變片傳感器的微弱信號(hào)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路，以及由單片機(jī)作為控制器處理電路

9、和顯示電路構(gòu)成。圖3.1系統(tǒng)整體主要電路4.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)在程序上主要是單片機(jī)上的控制程序，程序部分比較簡單，主要包括數(shù)碼管顯示電路和A/D轉(zhuǎn)換中讀取TLC549轉(zhuǎn)換結(jié)果。主體程序框圖如下圖4.1所示： 開始 結(jié)束 分別送予數(shù)碼管各位顯示 將讀取值按千百十個(gè)位分離 讀取A/D轉(zhuǎn)換寄存器結(jié)果 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 配置數(shù)碼管位選和段選位初始化A/D芯片 圖4.1系統(tǒng)主要程序結(jié)構(gòu)框圖5. 心得體會(huì)為期一個(gè)星期的綜合課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這一星期的學(xué)習(xí)了基本電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)編程調(diào)試。通過本次課題數(shù)字電子稱的設(shè)計(jì)，掌握了基本電路調(diào)試和單片機(jī)的應(yīng)用技巧和調(diào)試方法。專業(yè)綜合課設(shè)本來就是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，只有

10、在理論的指導(dǎo)下，在付諸于實(shí)踐，才能真正掌握設(shè)計(jì)電路的竅門。我們需要多動(dòng)手，多實(shí)際連接一些電路，分析電路，才能在理論的基礎(chǔ)上，學(xué)到實(shí)用的電路。綜合課程設(shè)計(jì)正是為了提高我們的實(shí)踐能力，才要求大家去實(shí)際地設(shè)計(jì)電路，調(diào)試電路，學(xué)到更實(shí)用的知識(shí)。只有在真正弄懂其原理，以及每個(gè)參數(shù)怎么得來的，理論計(jì)算與實(shí)際測量之間的差距的原因到底是什么原因造成的。實(shí)際的波形與理論預(yù)測的不相符合時(shí)，該怎么去調(diào)試，只有把理論與實(shí)踐相結(jié)合在一起時(shí)，才能真正的設(shè)計(jì)出實(shí)用的電路。數(shù)字顯示電子稱本身是生活中常用的器件，通過學(xué)習(xí)聯(lián)系實(shí)際制作，提高動(dòng)手能力，有利于促進(jìn)我們學(xué)習(xí)的興趣。本課題數(shù)字顯示電子稱本來就是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，只有

11、在理論的指導(dǎo)下，在付諸于實(shí)踐，才能真正掌握設(shè)計(jì)電路的竅門。學(xué)好電子技術(shù)，我們需要多動(dòng)手，多實(shí)際連接一些電路，分析電路，才能在理論的基礎(chǔ)上，學(xué)到實(shí)用的電路。綜合課程設(shè)計(jì)正是為了提高我們的實(shí)踐能力，才要求大家去實(shí)際地設(shè)計(jì)電路，調(diào)試電路，學(xué)到更實(shí)用的知識(shí)。由此看來，此次綜合課程設(shè)計(jì)意義重大。參考文獻(xiàn)1吳友宇主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:清華大學(xué)出版社，20092李群芳，肖看.單片機(jī)原理接口與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，20053陳光東，趙性初.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).武漢：華中科技大學(xué)出版 社，1999 4李萬臣主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，20015康華光主編

12、. 電子技術(shù)之模擬部分.武漢:華中科技大學(xué)出版社，20056陳大欽,電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電子電路實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、仿真.高等教育出版社，2004附錄：主程序：#include <msp430x14x.h>#include "cry1602.h"#include "ADC_Func.h"typedef unsigned int uint;typedef unsigned char uchar;static uint result33; /定義其元素的個(gè)數(shù)uchar DC="Quality="uchar ptr=" "

13、;uint sum;void main() /*下面六行程序關(guān)閉所有的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; /關(guān)閉看門狗 LcdReset(); /初始化液晶 P6SEL|=BIT0; /選擇A0作為轉(zhuǎn)換通道 ADC12CTL0|=ADC12ON+SHT0_

14、1+MSC;/采樣周期為四倍的ADC12CLK的周期 ADC12CTL1|=CONSEQ_2+SHP;/采樣源來自定時(shí)器 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/1

15、000=0) ptr0=sum/100+0x30; ptr1=(sum%100)/10+0x30; ptr2=sum%10+0x30; ptr3='g' ptr4=' ' else ptr0=sum/1000+0x30; ptr1=(sum%1000)/100+0x30; ptr2 = (sum/10)%10+0x30; /shuzi表中第10位對應(yīng)符號(hào)"." ptr3=sum%10+0x30; ptr4='g' DispStr(8,0,ptr); _EINT(); LPM0; 液晶顯示程序：#include <msp4

16、30x14x.h>#include "cry1602.h"typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;/*宏定義*/#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#defin

17、e SET_RW P6OUT|=BIT4;#define CLR_EN P6OUT&=BIT5;/EN = P3.2#define SET_EN P6OUT|=BIT5;/*函數(shù)名稱：DispStr功 能：讓液晶從某個(gè)位置起連續(xù)顯示一個(gè)字符串參 數(shù)：x-位置的列坐標(biāo) y-位置的行坐標(biāo) ptr-指向字符串存放位置的指針返回值 ：無*/void DispStr(uchar x,uchar y,uchar *ptr) uchar *temp; uchar i,n = 0; temp = ptr; while(*ptr+ != '0') n+; /計(jì)算字符串有效字符的個(gè)數(shù) fo

18、r (i=0;i<n;i+) Disp1Char(x+,y,tempi); if (x = 0x0f) x = 0; y = 1; /*函數(shù)名稱：DispNchar功 能：讓液晶從某個(gè)位置起連續(xù)顯示N個(gè)字符參 數(shù)：x-位置的列坐標(biāo) y-位置的行坐標(biāo) n-字符個(gè)數(shù) ptr-指向字符存放位置的指針返回值 ：無*/void DispNChar(uchar x,uchar y, uchar n,uchar *ptr) uchar i; for (i=0;i<n;i+) Disp1Char(x+,y,ptri); if (x = 0x0f) x = 0; y = 1; /*函數(shù)名稱：Loca

19、teXY功 能：向液晶輸入顯示字符位置的坐標(biāo)信息參 數(shù)：x-位置的列坐標(biāo) y-位置的行坐標(biāo)返回值 ：無*/void LocateXY(uchar x,uchar y) uchar temp;temp = x&0x0f; y &= 0x01; if(y) temp |= 0x40; /如果在第2行 temp |= 0x80; LcdWriteCommand(temp,1);/*函數(shù)名稱：Disp1Char功 能：在某個(gè)位置顯示一個(gè)字符參 數(shù)：x-位置的列坐標(biāo) y-位置的行坐標(biāo) data-顯示的字符數(shù)據(jù)返回值 ：無*/void Disp1Char(uchar x,uchar y,u

20、char data) LocateXY( x, y ); LcdWriteData( data );/*函數(shù)名稱：LcdReset功 能：對1602液晶模塊進(jìn)行復(fù)位操作參 數(shù)：無返回值 ：無*/void LcdReset(void) CtrlDir |= 0x38; /控制線端口設(shè)為輸出狀態(tài) DataDir = 0xFF; /數(shù)據(jù)端口設(shè)為輸出狀態(tài) LcdWriteCommand(0x38, 0); /規(guī)定的復(fù)位操作 Delay5ms(); LcdWriteCommand(0x38, 0); Delay5ms(); LcdWriteCommand(0x38, 0);Delay5ms();LcdW

21、riteCommand(0x38, 1);/顯示模式設(shè)置 LcdWriteCommand(0x08, 1);/顯示關(guān)閉 LcdWriteCommand(0x01, 1); /顯示清屏 LcdWriteCommand(0x06, 1);/寫字符時(shí)整體不移動(dòng) LcdWriteCommand(0x0c, 1);/顯示開，不開游標(biāo)，不閃爍/*函數(shù)名稱：LcdWriteCommand功 能：向液晶模塊寫入命令參 數(shù)：cmd-命令， chk-是否判忙的標(biāo)志，1：判忙，0：不判返回值 ：無*/void LcdWriteCommand(uchar cmd,uchar chk) if (chk) WaitFor

22、Enable(); / 檢測忙信號(hào)? CLR_RS; CLR_RW; _NOP();DataPort = cmd; /將命令字寫入數(shù)據(jù)端口 _NOP(); SET_EN; /產(chǎn)生使能脈沖信號(hào) _NOP(); _NOP(); CLR_EN;/*函數(shù)名稱：LcdWriteData功 能：向液晶顯示的當(dāng)前地址寫入顯示數(shù)據(jù)參 數(shù)：data-顯示字符數(shù)據(jù)返回值 ：無*/void LcdWriteData( uchar data ) WaitForEnable(); /等待液晶不忙SET_RS; CLR_RW; _NOP();DataPort = data; /將顯示數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)端口 _NOP();SET

23、_EN; /產(chǎn)生使能脈沖信號(hào) _NOP(); _NOP(); CLR_EN;/*函數(shù)名稱：WaitForEnable功 能：等待1602液晶完成內(nèi)部操作參 數(shù)：無返回值 ：無*/void WaitForEnable(void) P2DIR &= 0x00; /將P4口切換為輸入狀態(tài)CLR_RS; SET_RW; _NOP(); SET_EN; _NOP(); _NOP();while(P2IN & Busy)!=0); /檢測忙標(biāo)志CLR_EN;P2DIR |= 0xFF; /將P4口切換為輸出狀態(tài)/*函數(shù)名稱：Delay5ms功 能：延時(shí)約5ms參 數(shù)：無返回值 ：無*/vo

24、id Delay5ms(void) uint i=40000; while (i != 0) i-; A/D轉(zhuǎn)換程序：#include <msp430f149.h>typedef unsigned int uint;typedef unsigned char uchar;/*函數(shù)名稱：Init_ADC功 能：初始化ADC參 數(shù)：無返回值 ：無*/void Init_ADC(void) P6SEL |= 0x01; / 使能ADC通道 ADC12CTL0 = ADC12ON+SHT0_15+MSC; / 打開ADC，設(shè)置采樣時(shí)間 ADC12CTL1 = SHP+CONSEQ_2; / 使用采樣定時(shí)器 ADC12IE = 0x01; / 使能ADC中斷 ADC12CTL0 |= ENC; / 使能轉(zhuǎn)換 ADC12CTL0 |= ADC12SC; / 開始轉(zhuǎn)換/*函數(shù)名稱：Hex2Dec功 能：將16進(jìn)制ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)變換成十進(jìn)制 表示形式參 數(shù)：Hex_V