基于Protues仿真平臺的電子稱電路設(shè)計(jì)*

梁美麗 ,王愛國,陳立杰

(1.山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030013；2.太原工業(yè)學(xué)院,山西 太原 030008；3.浙江農(nóng)林大學(xué),浙江 杭州 311300)

Protues 是一款優(yōu)秀的 EDA 工具軟件。它能仿真多種單片機(jī)及其外圍器件，大家只要有一臺電腦就可以隨時(shí)隨地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)了一款電子稱，在電路焊接之前以Protues仿真軟件為平臺對其進(jìn)行了仿真。

電子稱電路設(shè)計(jì)的思路是：電阻式傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的模擬信號，模擬信號再傳送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，模數(shù)電路把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳送到單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)字信號經(jīng)過相應(yīng)的處理傳給液晶顯示器，同時(shí)按鍵電路把設(shè)置好的單價(jià)傳送給單片機(jī)，最后可以通過液晶顯示出物品的重量和金額。當(dāng)物體重量超過傳感器能檢測到的范圍時(shí)報(bào)警電路工作。

1 電路硬件設(shè)計(jì)

該電路主要由五部分組成：電阻傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、液晶顯示、報(bào)警電路。具體電路框架如圖1。

圖1 硬件電路框架

MCU單片機(jī)采用AT89C52。AT89C52是一種高性能的8位微控制器，它具有成本低，功耗低、技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)。AT89C52內(nèi)部有4個(gè)輸入/輸出口，稱為I/O口，即P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口都是8位。在此電路中用了4個(gè)P口。P1口接4*4矩陣，P0口和P2口接液晶顯示器，P3口接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和報(bào)警電路。另外單片機(jī)還設(shè)置了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。時(shí)鐘電路引腳18腳和19腳分別接了石英振蕩器的兩端和電容，石英振蕩器的振蕩頻率設(shè)置為11.059 2 MHz。復(fù)位引腳9腳接一個(gè)電容和電阻構(gòu)成的復(fù)位電路。在加電瞬間，復(fù)位端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平就可以使單片機(jī)有效復(fù)位。

信號采集采用了橋式測量電路。由4個(gè)滑動電阻器采用全橋連接，四個(gè)節(jié)點(diǎn)分別接電源，地，0832的模擬輸入通道CH0端和模擬輸入通道CH1端。當(dāng)滑動電阻器的電阻值發(fā)生改變時(shí)，轉(zhuǎn)化為電壓或者電流的變化，這種電路結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是對于大應(yīng)變有較大的非線性。實(shí)際電路操作時(shí)可采用電阻應(yīng)變片。它的測量原理是：當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí)，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化，進(jìn)而發(fā)生電阻變化。

信號處理器采用模數(shù)模塊ADC0832。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，它能對兩路模擬信號進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，其最高分辨可達(dá)256級。ADC0832 與單片機(jī)的接口為CS、CLK、DO、DI4條數(shù)據(jù)線。電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上接單片機(jī)17腳，CS接單片機(jī)15腳，CLK接單片機(jī)16腳。A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，使能端CS置低電平。ADC0832的模擬輸入通道CH0和CH1接電阻應(yīng)變片的全橋的兩端完成采集模擬信號。

按鍵采用4×4的矩陣按鍵。它是用4條I/O線作行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。行線接單片機(jī)P1.0-P1.3口，列線接單片機(jī)P1.4-P1.7口。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4×4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。這十六個(gè)鍵依次設(shè)置為0～9十個(gè)數(shù)，小數(shù)點(diǎn)，#備用鍵，A,B,C,D。A具有去皮功能，B是清除鍵，C是輸入單價(jià)錯(cuò)誤時(shí)返回上一步，D是計(jì)算總價(jià)。

報(bào)警器電路連單片機(jī)10腳，該電路通過一個(gè)電阻和二極管完成。當(dāng)電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量限制時(shí)，單片機(jī)10腳即P3.0口輸出高電平從而點(diǎn)亮二極管。

液晶顯示電路采用1602.1602可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。Protues仿真中用LM016L。LM016L中D0—D7是并行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，可接單片機(jī)的P0—P3任意的8個(gè)I/O口。此電路中接P0口，在P0口加了10K的電阻排。RS是命令/數(shù)據(jù)選擇引腳，接單片機(jī)的P2.1口，當(dāng)RS為低電平時(shí)，選擇命令；當(dāng)RS為高電平時(shí)，選擇數(shù)據(jù)。RW是讀/寫選擇引腳，接單片機(jī)的P2.1口，當(dāng)RW為低電平時(shí)寫入命令或數(shù)據(jù)；當(dāng)RW為高電平時(shí)讀取狀態(tài)或數(shù)據(jù)。E為使能端，接單片機(jī)的P2.2口和P2.3口，當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊工作。

此電路采用了兩個(gè)1602，一個(gè)顯示重量和單個(gè)商品的總價(jià)，另一個(gè)顯示單個(gè)商品的單價(jià)和所有商品的總價(jià)。

2 軟件設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化可以先畫出程序流程圖。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主程序和子程序設(shè)計(jì)。子程序設(shè)計(jì)包括0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換程序、4×4按鍵程序、1602顯示程序。本文中程序的編寫是基于C語言編寫的。

主程序的主要任務(wù)是獲得物體的重量和總價(jià)，然后更新顯示即可。當(dāng)物體重量超出250g時(shí)黃燈點(diǎn)亮實(shí)時(shí)報(bào)警。由于篇幅的原因本文只做了主流程圖。

圖2 主程序流程圖

3 Protues仿真聯(lián)調(diào)

在Keil中編譯好程序，編譯成功后輸出HEX文件。打開Protues軟件，鼠標(biāo)單擊單片機(jī)AT89C52，點(diǎn)擊Program File添加HEX文件，點(diǎn)擊Run Simulation開始仿真。電路仿真界面見圖3。

圖3 Protues系統(tǒng)仿真界面圖

4 結(jié)論

通過仿真結(jié)果表明該電路理論上切實(shí)可行，可以進(jìn)行下一步實(shí)際操作。實(shí)際焊好電路后發(fā)現(xiàn)電阻應(yīng)變片受溫度影響比較大，究其原因Protues仿真軟件中每個(gè)元器件的選擇都是理想型元件，不受外界的影響，為了改善電路測試結(jié)果可以在原來的基礎(chǔ)上增加溫度補(bǔ)償電路。