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用AVR单片机实现多功能数显电子秤的设计方案

发布日期:2020-11-28 23:38

  简介:本方案设计采用AVR系列单片机ATMEGA16L作为微控制器,结合压力传感器、模数转换芯片AD7705、液晶模块LCD1602实现的一种高精度多功能数显电子秤,具有体积小、成本低、精确度高、可靠性高等优点。文章详细介绍了系统的硬件电路结构和软件的程序开发流程。

  本方案设计采用AVR系列单片机ATMEGA16L作为微控制器,结合压力传感器、模数转换芯片AD7705、液晶模块LCD1602实现的一种高精度多功能数显电子秤,具有体积小、成本低、精确度高、可靠性高等优点。文章详细介绍了系统的硬件电路结构和软件的程序开发流程。

  随着电子技术和自动化测量技术的不断发展,传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要,尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。近年来,新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计,研制高性价比的称重控制器提供了条件。本方案设计采用AVR单片机为控制核心,结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路,设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤。

  首先由称重传感器采集因压力变化而产生的电压信号,通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号,把数字信号送入AVR单片机,单片机做相应的处理后,得到当前物体重量的数据,并通过LCD显示出来。系统硬件结构如图1所示。系统硬件电路包括A/D转换模块、4×4矩阵键盘模块、LCD模块和蜂鸣器报警模块;软件模块又可分为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A/D转换模块和LCD1602模块。

  本设计是选用AVR系列单片机中的ATmega16作为微控制器。ATmega16是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时间,ATmega16L的数据吞吐量高达1MIPS/MHz,在片内集成了16kB的可编程FLASH,512B的E2PROM,1kB的片内SDRAM。在外设方面,具有两个可编程的串行UART,8路10位ADC,四通道PWM,并支持SPI、TWI、JTAG接口,允许ATmega16L和其他外设进行高速的数据传输。

  电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上,然后以适当方式组成电桥的一种将力(重量)转换成电信号的传感器。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理如图2所示。本设计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器,额定量程5kg,灵敏度3mv/V,非线%F.S,零点温度漂移0.03%F.S./10℃,温度补偿范围-10~60℃。该系列传感器采用悬臂单剪切结构,过载能力强,受力后自动调心好,具有精度高、长期稳定性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特点。

  称重传感器输出的是mV级的电压信号,本设计采用AD7705对信号进行采集。AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技术的16位A/D转换芯片,它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点,适合于称重系统中微机信号处理的需求。其具有可编程增益放大器,增益范围1~128,可与压力传感器直接相连,使用同步串行SPI接口,可以与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连,其电路连接图如图3所示。当传感器加上满量程重量5kg时,传感器在5V的工作电压下取得15mV的输出电压。5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压,因此工作电压的变化不会产生系统误差。分压电阻为24kΩ和15kΩ,产生的基准电压为1.92V。当器件的可编程增益为128时,对应的满量程输入电压即为15mV。

  人机通讯包括键盘扫描、LCD、蜂鸣器报警三个部分,键盘采用4×4矩阵扫描键盘,接在单片机的PC口;显示部分采用的是LCD1602液晶,能够同时显示16×2即32个字符。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,编程时可以用AS-CII码直接赋值,还可以用字符型常量或变量赋值;蜂鸣器的作用是当称重物品超出传感器的量程时,以鸣响报警提示用户。电路如图4所示:

  系统软件开发平台为WinAVR,开发语言为C语言。为了方便程序调试和提高可靠性,程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方法。本设计按任务模块划分的程序主要有初始化程序、主程序、A/D转换子程序、LCD显示子程序、键盘扫描子程序。

  系统工作时分为初始界面模式和称重模式,可设一标志位进行更改以及判断。在初始界面中,液晶屏第一行显示Place object!”,提示用户可以在电子秤上放置想要称重的物品;第二行显示Price:”,提示用户输入物品的单价。

  随后系统进入键盘扫描状态,当相应的称重按键被按下时,单片机控制AD7705进行AD转换,把得到的结果进行处理后通过LCD显示出来。显示包括物品的重量和总价,称重精度为1g。以此不断地循环完成对物品的实时测量。主程序流程图如图5所示。

  文章提出了一种基于ATmega16单片机的数字电子秤的设计,充分发挥了AVR单片机的强大的控制能力,通过称重传感器和16位的AD7705转换器实现了对重量的高精度测量,具有成本低、稳定性强、电路简单等特点。系统在电子秤的实际应用中得到了满意的效果。

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  AVR单片机需要设置合适的熔丝位才能实现其功能,如果熔丝位设置的不对将有可能导致单片机自锁,这是我整理的AVR单片机熔丝位的设置及拯救方,希望对大家有帮助。

  熔丝位的设置及拯救方法 /

  单片机源程序如下:/***版权所有(c)2018,艁ukasz Marcin Podkalicki*2009年12月13日 *简单定时器(启动/复位/停止),使用基于TM1637的一个按钮和7段显示模块。 * *注意,这个ATtiny13项目使用的内部时钟并不精确

  秒表Proteus仿线数码管显示 /

  为0到9,分别表示LED的占空比为0/9到9/9。比如,当占空比为4/9时,在9毫秒的周期中,前4毫秒LED亮,后5毫秒LED不亮。可以看见,占空比越大,LED亮度也越高。原来,在亮与暗之间,LED还有中间的状态。我们不是通过让引脚输出一个0V和5V之间的电压,而是让引脚电平迅速地在高低之间变化来实现的。这种通过电平的快速跳变来实现模拟量效果的技术,称为脉冲宽度调制,简称PWM。定时器大多数单片机的定时器都可以输出PWM波,外设丰富的AVR单片机自然不例外。上一讲提到定时器0有四种工作模式,后两种就是快速PWM模式与相位修正PWM模式。在快速PWM模式中,TCNT0寄存器的动作与普通模式相同,但还可以把OCR0A作为上限。对于非反转输出

  7)接到一个单片机引脚上。关于为什么会有这种诡异的接法,这是设计时的失误(也可能是不得已吧,毕竟单片机的32个IO已经占满了),参见:一个低电平引发的思考。协议1602与单片机之间是通过并行总线通信的。AVR单片机硬件上不支持并行总线,需要通过软件模拟时序来实现。写操作的时序如下:进行一个写操作,需要先让RS根据写的类型设置电平,R/W输出低电平,D0~D7输出要发送的数据,然后在E的上升沿数据被对方读取,并保持R/W与D0~D7电平不变,直到E的下降沿之后。两次E的上升沿之间至少需要400us时间间隔。1602共有8条指令,都是一字节长度的。从高位到低位,每一条指令都由若干个0、一个1和有效指令组成,使得没有两条指令会有相同的二进制

  教程——LCD1602 /

  在第一期中,我们已经开始使用UART来实现单片机开发板与计算机之间的通信,但只是简单地讲了讲一些概念和库函数的使用。在这一篇教程中,我们将从硬件与软件等各方面更深入地了解UART。USART组件一直在讲的UART其实是USART组件的一部分,USART比UART多了同步的一部分,但这一部分用得太少(我从来没用过),而且缺乏实例,所以就略过了。然而,单片机的设计者很机智地把这个鸡肋功能升华了一下,USART组件可以支持SPI模式。SPI是一种同步串行总线,可以支持很高的传输速率。这个功能使得ATmega324PA支持最多3个SPI通道,其中一个是纯SPI,另两个就是SPI模式下的USART。我们将在下一讲中揭开SPI的神秘面纱。回到

  教程——UART进阶 /

  开发板上有4个按键,我们可以把每一个按键连接到一个单片机引脚上,来实现按键状态的检测。但是常见的键盘有104键,是每一个键分别连接到一个引脚上的吗?我没有考证过,但我们确实有节省引脚的方法。矩阵键盘这是一个4*4的矩阵键盘,共有16个按键只需要8个引脚就可以驱动。我们先来看看它的原理。每个按键有两个引脚,当按键按下时接通。每一行的一个引脚接在一起,分别连接到左边4个端口,称为“行引脚”;每一列的另一个引脚接在一起,分别连接到右边的4个端口,称为“列引脚”。这就是矩阵键盘内部的电路连接方式。那么如何驱动它呢?首先我们简化一下,只考虑第一排:这样就很简单了吧,只要让行引脚保持低电平,4个列引脚设置为输入并开启上拉电阻,读到低电平

  教程——矩阵键盘 /

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