基于某单片机称重仪的设计

湖南理工学院

数字信号处理课程设计

设计题目：称重仪的设计

院部：机械学院

专业：机械电子工程

班级：机电二班

学生姓名: 贾

学号:1

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摘要

本设计是基于单片机的称重仪，它的硬件电路设计包括单片机最小系统、A/D转换器、称重传感器、语音电路、LED显示电路、±5V稳压电源电路等几部分设计内容。其中压力传感器输出响应的模拟电压信号，经过模/数转换（A/D变换）后就得到数字量D。但是，数字量D并不是重物的实际重量值W，W 需要由数字量D在控制器内部经过一系列的运算——即数据处理才能得到。整个设计系统由Atmel公司生产51系列89S51单片机进行控制；软件实现功能开机检测，主要是开机后自动逐个扫描LED 数码管，以防止某段数码管损坏造成视觉误差；出于人性化考虑我们还可以增加语音电路，实现自动语音播报重量。

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目录

一、课题设计要求

二、总体设计方案

三、硬件电路模块分析

四、硬件电路设计

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五、软件设计

六、总结

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一、题设计要求

1、设计出硬件电路。

2、设计出软件程序

2、采用A/D的转换器

3、LED显示要显示的内容。

二、总体方案设计

2.1 称重仪的基本工作原理

电子秤的工作原理以电子元件:称重传感器，放大电路,AD转换电路，单片机电路，显示电路，通讯接口电路，稳压电源电路等电路组成。当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据程序将这种结果输出到显示器，直至显示这种结果。

2.2称重仪的系统总体框图

按照本设计功能的要求，系统由5个部分组成：控制器部分、信号采

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集部分、报警部分、数据显示部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图2.1所示。

总系统体框图

信号采集部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。数据显示部

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分根据需要实现显示功能。电路电源部分主要是为电路提供稳定方便的电源，将工频电压直接转换成所需的±5伏电压。报警部分只要是在超重时对使用者发出警告声。

三、硬件电路模块分析

3.1称重仪的主控制系统结构

（一）主控制系统具备的功能

该系统采用单片机作为主控制系统，主要目的在于称重之后的数字化显示和实现精确的测量，故系统应该具有单片机工作所需的稳定的+5V直流电源，又考虑到数字化显示所用到的数码管中会出现某段被损坏而不被点亮的情况，系统应该具有开机自检功能，就是开机后自动逐个扫描每一个晶体管，用来检查数码管各段是否完好，可以依靠软件编程实现。除此之外还有超重报警功能，防止超重物对传感器件造成损坏。

（二）单片机控制系统结构框图如图2-2所示：

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单片机控制系统结构框图

3.2 电源模块方案选型

为了使称重仪的供电方便，这里把电源设计成用

220V 的交流电经过变压器后输出±9的电压，经整流滤波电路后，

通过LM7805

和LM7905进行

DC/DC 变换得到±

5V 供压力传感器器和系统的其他芯片使用。

3.3 数据采集模块方案选型

数据采集模块分为3个部分：称重传感器、前级放大器和A/D 转换器。 （一）称重传感器

传感器选用型压力传感器，为双孔悬臂梁形式， （二）前级放大器

采用专用仪表放大器，此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单，且放大器的增益是可以改变的。

（三）A/D转换器。

选用12位逐次比较式ADC，此方案经小信号放大、调理电路，可直接连接单片机，也可以可满足精度要求，故采用此方案。

3.4数据显示模块方案选型

本设计只需要显示出所称实物的实际重量，由于LED耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高等优点，再加上驱动简单，容易利用单片机对其进行控制和编程等特点选用LED显示。

3.5 报警模块方案选型

报警电路只在实物超出人为设定的值时，才被单片机驱动。在这就是对使用者有个提醒作用，人为使用普通的声光报警就可以。我们选用蜂鸣器与发光二极管来设计报警电路。

四、硬件电路设计

4.1机的最小系统设计

中央处理单元选用我们熟悉的单片机，即最后电路的核心采用最常用、好用和廉价的ATEMAL公司的AT89S51。

设计者必须仔细选择晶振频率，确保标准的通讯波特率（1200、4800、

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9600、19.2K等）。不妨先列出可供选择的晶振所能产生的波特率，然后根据需要的波特率和系统要求选择晶振。有时也不必过分考虑晶振问题，因为可以定制晶振。当晶振频率超过20M 时，必须确保总线上的其它器件能够在这种频率下工作。当工作频率增加时，功耗也会增加，这点在使用电池作为电源的系统中应充分考虑。

单片机采用89S51单片机，它有4K的程序存储空间和256B的数据存储空间，可以满足编程的要求。P0口和P2口用于LED数码管的显示。用12Mhz的晶振，时钟周期为1 us。采用按键复位。其最小系统的外围电路图如图

单片机最小系统

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