基于Protues仿真平台的电子称电路设计*
2019-07-01梁美丽王爱国陈立杰
梁美丽 ,王爱国,陈立杰
(1.山西轻工职业技术学院,山西 太原 030013;2.太原工业学院,山西 太原 030008;3.浙江农林大学,浙江 杭州 311300)
Protues 是一款优秀的 EDA 工具软件。它能仿真多种单片机及其外围器件,大家只要有一台电脑就可以随时随地进行电路设计。本文设计了一款电子称,在电路焊接之前以Protues仿真软件为平台对其进行了仿真。
电子称电路设计的思路是:电阻式传感器采集因压力变化产生的模拟信号,模拟信号再传送给模/数转换芯片,模数电路把模拟信号转换成数字信号后传送到单片机,单片机将数字信号经过相应的处理传给液晶显示器,同时按键电路把设置好的单价传送给单片机,最后可以通过液晶显示出物品的重量和金额。当物体重量超过传感器能检测到的范围时报警电路工作。
1 电路硬件设计
该电路主要由五部分组成:电阻传感器、A/D转换电路、单片机、液晶显示、报警电路。具体电路框架如图1。
图1 硬件电路框架
MCU单片机采用AT89C52。AT89C52是一种高性能的8位微控制器,它具有成本低,功耗低、技术成熟的优点。AT89C52内部有4个输入/输出口,称为I/O口,即P0、P1、P2、P3口,每个口都是8位。在此电路中用了4个P口。P1口接4*4矩阵,P0口和P2口接液晶显示器,P3口接模数转换芯片和报警电路。另外单片机还设置了时钟电路和复位电路。时钟电路引脚18脚和19脚分别接了石英振荡器的两端和电容,石英振荡器的振荡频率设置为11.059 2 MHz。复位引脚9脚接一个电容和电阻构成的复位电路。在加电瞬间,复位端出现一定时间的高电平就可以使单片机有效复位。
信号采集采用了桥式测量电路。由4个滑动电阻器采用全桥连接,四个节点分别接电源,地,0832的模拟输入通道CH0端和模拟输入通道CH1端。当滑动电阻器的电阻值发生改变时,转化为电压或者电流的变化,这种电路结构的缺点是对于大应变有较大的非线性。实际电路操作时可采用电阻应变片。它的测量原理是:当构件受力变形时,金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化,进而发生电阻变化。
信号处理器采用模数模块ADC0832。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片,它能对两路模拟信号进行模拟转换,其最高分辨可达256级。ADC0832 与单片机的接口为CS、CLK、DO、DI4条数据线。电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上接单片机17脚,CS接单片机15脚,CLK接单片机16脚。A/D转换时,使能端CS置低电平。ADC0832的模拟输入通道CH0和CH1接电阻应变片的全桥的两端完成采集模拟信号。
按键采用4×4的矩阵按键。它是用4条I/O线作行线,4条I/O线作为列线组成的键盘。行线接单片机P1.0-P1.3口,列线接单片机P1.4-P1.7口。在行线和列线的每一个交叉点上,设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。这十六个键依次设置为0~9十个数,小数点,#备用键,A,B,C,D。A具有去皮功能,B是清除键,C是输入单价错误时返回上一步,D是计算总价。
报警器电路连单片机10脚,该电路通过一个电阻和二极管完成。当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时,单片机10脚即P3.0口输出高电平从而点亮二极管。
液晶显示电路采用1602.1602可以显示两行,每行16个字符。Protues仿真中用LM016L。LM016L中D0—D7是并行数据输入/输出引脚,可接单片机的P0—P3任意的8个I/O口。此电路中接P0口,在P0口加了10K的电阻排。RS是命令/数据选择引脚,接单片机的P2.1口,当RS为低电平时,选择命令;当RS为高电平时,选择数据。RW是读/写选择引脚,接单片机的P2.1口,当RW为低电平时写入命令或数据;当RW为高电平时读取状态或数据。E为使能端,接单片机的P2.2口和P2.3口,当E由高电平跳变成低电平时,液晶模块工作。
此电路采用了两个1602,一个显示重量和单个商品的总价,另一个显示单个商品的单价和所有商品的总价。
2 软件设计
程序设计是一件复杂的工作,为了把复杂的工作条理化可以先画出程序流程图。系统软件设计包括主程序和子程序设计。子程序设计包括0832的数模转换程序、4×4按键程序、1602显示程序。本文中程序的编写是基于C语言编写的。
主程序的主要任务是获得物体的重量和总价,然后更新显示即可。当物体重量超出250g时黄灯点亮实时报警。由于篇幅的原因本文只做了主流程图。
图2 主程序流程图
3 Protues仿真联调
在Keil中编译好程序,编译成功后输出HEX文件。打开Protues软件,鼠标单击单片机AT89C52,点击Program File添加HEX文件,点击Run Simulation开始仿真。电路仿真界面见图3。
图3 Protues系统仿真界面图
4 结论
通过仿真结果表明该电路理论上切实可行,可以进行下一步实际操作。实际焊好电路后发现电阻应变片受温度影响比较大,究其原因Protues仿真软件中每个元器件的选择都是理想型元件,不受外界的影响,为了改善电路测试结果可以在原来的基础上增加温度补偿电路。