基于單片機的的設計與實現(xiàn)（整理版）

1、鄭州輕工業(yè)學院鄭州輕工業(yè)學院本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 基于單片機的電子秤設計 學生姓名 專業(yè)班級 電子信息工程10-01班 學 號 院 （系） 電氣信息工程學院 指導教師 完成時間 鄭州輕工業(yè)學院電氣信息工程學院本科畢業(yè)設計任務書題目題目 基于單片機的電子秤設計設計 專業(yè)專業(yè) 電子信息工程 學號學號 姓名姓名 主要內容：主要內容：電子秤在工業(yè)和生活中應用廣泛。本課題要求采用 STC89C52 單片機，設計制作一款電子秤。選用顯示方案，設計顯示系統(tǒng)及鍵盤電路，完成人機交互界面；選用合適的傳感器，設計采樣網絡；設計合適的算法，對采集到的數(shù)據(jù)進行噪聲過濾，加入調零功能，校準電子稱。要求完成系統(tǒng)的

2、軟硬件設計、安裝調試、數(shù)據(jù)測量及分析、論文撰寫。基本要求：基本要求：1.設計完成電阻應變式傳感器與單片機接口電路等電路的連接；2.設計壓力檢測，模數(shù)轉換，報警等程序；3.完成相應的實驗項目例程的設計、調試，仿真等；4.完成相關的文檔整理、資料整理等工作。參考書籍：參考書籍：1 何立民主編.單片機應用技術選編.北京：北京航空航天大學出版社,1998.2 李華.MCU-51 系列單片機實用接口技術.北京：北京航空航天大學出版社,1993.3 張毅剛,彭喜元.新編 MCS-51 單片機應用設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003, 10. 完完 成成 期期 限：限： 2 20 01 14 4.

3、.0 03 3 2 20 01 14 4. .0 06 6 指指導導教教師師簽簽章章： 專業(yè)負責人簽章：專業(yè)負責人簽章： 20142014 年年 3 3 月月 1 1 日日基于單片機的電子秤設計摘 要電子秤是將檢測與轉換技術、計算機技術、信息處理技術等技術綜合一體，與我們日常生活息息相關的現(xiàn)代新型稱重儀器。本課題為基于單片機的電子秤設計，硬件上采用 STC89C52 單片機作為主控制芯片，使用應變式壓力傳感器進行信號采集，然后以 INA128 專用放大器進行信號放大，然后進行模數(shù)轉換，并經由單片機結合鍵盤輸入電路，最終將運算結果顯示在 LCD1602 液晶屏上。軟件采用模塊式設計，邏輯結構簡單

4、清晰。設計的電子秤可以顯示物體重量和所需金額，并可以由按鍵進行操作，基本上達到設計要求。關鍵詞 電子秤 稱重傳感器 模數(shù)轉換 STC89C52ELECTRONIC DESIGN BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTERABSTRACTElectronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing technology such as integration, is closely related to our daily

5、life of a modern new weighing apparatus.This topic for the electronic scale design based on single chip microcomputer, hardware on the STC89C52 single-chip microcomputer as the main control chip,Using strain type pressure sensor signal acquisition, and then by special amplifier INA128 signal amplifi

6、cation, and then to convert the modulus,And through the single chip microcomputer keyboard input circuit, will eventually result in LCD1602 LCD display.Software adopts modular design, logic structure is simple and clear.Design of the electronic scale can display the object weight and the amount need

7、ed, and can be operated by buttons, basically meet the design requirements.KEY WORDS Electronic scale Weighing sensor Analogue-to-digital conversion STC89C52目 錄中文摘要.I英文摘要.II 1 緒論 .1 2 總體方案設計 .2 設計整體方案 .2 主控制器方案 .2 稱重傳感器選型 .5 放大器選型 .7 模數(shù)轉換器選型 .8 2.6 鍵盤部分的方案.10 顯示部分選型 .11 過載報警部分的方案 .11 3 硬件設計 .13 系統(tǒng)設計

8、的總體思路 .13 單片機 STC89C52 最小系統(tǒng) .13 3.3 放大電路.14 模數(shù)轉換器與單片機接口電路 .15 顯示電路與單片機接口電路 .16 鍵盤電路與單片機接口電路 .17 報警電路 .18 4 系統(tǒng)軟件設計.19 編程語言的選擇 .19 主程序的設計 .20 子程序的設計 .21 模數(shù)轉換子程序的設計.21 鍵盤掃描子程序的設計.22 顯示子程序的設計.23 價格計算子程序的設計.24 報警子程序的設計.25 5 系統(tǒng)調試 .27 軟件設計調試 .27 程序編寫軟件.27 仿真軟件.27 硬件調試 .28 6 總結與展望 .30致謝 .31參考文獻 .32附錄 1 系統(tǒng)原理

9、圖 .33附錄 2 仿真圖 .34附錄 3 實物圖 .35附錄 4 程序清單 .361緒論電子秤是日常生活中常用的稱重工具，廣泛應用于大中型商場、超市、物流配送中心。電子秤在結構及原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量工具。相與傳統(tǒng)的機械式稱量工具相比，電子秤具有稱量精度高、應用范圍廣、裝機體積小、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、結構、工作原理和材料上都是全新的計量衡器。電子秤的設計是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉換成電壓信號，模擬電壓信號經放大后經 A/D 轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到單片機微控制器中，再經過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。 目前電子秤不僅要

10、向高精度、高可靠的方向發(fā)展,而且更需向多功能的方向發(fā)展。目前電子秤的附加功能主要有以下幾種:1.電子秤附加了計算機信息補償裝置,可以進行自診斷、自校正和多種補償計算和處理。2.附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。3.具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動物稱量模式,即通過進行算術平均、積分處理和自動調零等方法,消除上述的誤差。目前的電子秤有附加多種計算和數(shù)據(jù)處理功能,可以滿足多種使用的要求。今后,隨著電子高科技的飛速發(fā)展,電子秤技術的發(fā)展必定會日新月異。同時,功能更加齊全的高精度、高智能的先進電子秤將會不斷問世,其應用范圍也會更加拓寬。本文主要是設計的內容是簡易電子秤，它用單片機作為處理核心，

11、信號由壓力傳感器感受后經放大器放大和模數(shù)轉換后輸入到單片機處理，同時該電子秤具有LCD 顯示和鍵盤輸入。該電子秤具體實現(xiàn)的功能是能夠測量一定質量內物體的質量，能夠利用鍵盤輸入價格，具有清零，可以計算總價，并能通過 LCD 直接顯示出來，超過所測重量時能夠報警。2總體方案設計設計整體方案電子秤設計的整體方案是：壓力傳感器采集到因壓力變化而產生的電信號，但是一般這樣的電信號很小，所以需要利用放大電路將其放大，放大后的電信號通過A/D 轉換器轉換為數(shù)字信號后送入到微處理器中處理，經過微處理器處理后的輸出信號通過控制顯示器顯示出來。同時還需要使用鍵盤對物品單價等信息輸?shù)轿⑻幚砥鲀炔?，還需要有過載報警裝

12、置。其整體設計方案 如圖 2-1 所示：放大電路傳感器A/D 轉換器報警電路主控制器LCD 顯示鍵盤輸入圖 2-1 電子秤整體設計方案圖主控制器方案 主控制器是電子秤的核心部分，它需要接受轉換后的傳感器信號，同時也能掃描接受到鍵盤的輸入信號，計算價格后控制顯示器的輸出，當超過稱重量量程時還要控制報警裝置報警。STC89C521是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。STC89C52 使用經典的 MCS-51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程

13、 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 圖 2-2 STC89C52 引腳圖看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，3 個 16 位定時器/計數(shù)器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結構） ，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。

14、掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選2。STC89C52 參數(shù)：1. 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051.2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）3. 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051 的080MHz，實際工作 頻率可達48MHz4. 用戶應用程序空間為8K 字節(jié) 5. 片上集成512 字節(jié) RAM 圖2-3 STC89C52實物圖6. 通用 I/O 口（

15、32 個） ，復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有 EEPROM 功能9. 具有看門狗功能10. 共3 個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、T1、T211. 外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒12. 通用異步串行口（UART

16、） ，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）14. PDIP 封裝3 STC89C52 具體介紹如下7： 主電源引腳（2 根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V 電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2 根）XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端控制引腳（4 根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序

17、存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32 根）STC89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、P1、P2、P3 口，每個口有 8 位（8 根引腳），共 32 根。P1 口（Pin1Pin8）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P2.0P2.7 16表 2-1 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)8K 可反復擦寫 Flash ROM32 個雙向 I/O 口256x8bit 內

18、部 RAM3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率 0-24MHz2 個串行中斷可編程 UART 串行通道2 個外部中斷源共 6 個中斷源2 個讀寫中斷口線3 級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能稱重傳感器選型稱重傳感器按轉換方法分為光電式、電磁力式、液壓式、電容式、陀螺儀式、磁極變形式、振動式、電阻應變式等 8 類，我選擇應用最廣泛的電阻應變式傳感器。電阻應變式稱重傳感器是利用電阻應變片發(fā)生變形時其電阻也隨之發(fā)生變化的原理工作的，根據(jù)傳感器理論可知，設長為 L、截面積為 S、電阻率為 的電阻絲，已知其阻值為： （2-1） SLR 當電阻絲兩端有機械應力 F 時，、L、S

19、都會發(fā)生變化，從而導致電阻發(fā)生變化。這種應變片式傳感器是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。電阻應變片把機械應變信號轉換為R/R 后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉換電路把應變片的R/R 變化轉換成電壓或電流變化。其轉換電路常用測量電橋4。如圖 2-2 所示為常見的直流供電的平衡差動測量電橋：R1-R1R2+R2R4+R4R3-R3EinEout圖 2-4 直流供電的平衡差動測量電橋圖中，為供橋電源電壓，當初始有時，則電橋輸出電壓或電流為零，這時電橋處于平衡狀態(tài)。其測量原理：

20、用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化8，通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化。由于內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： （2-24R1R2R3R4EEin( 24)R1R2R3R4RRoutRR2） 本文的目的是設計一簡易電子秤，最大稱重約為 2.5 千克，重量誤差不大于0.01 千克；考慮到與其相配置的各種電路的設計的難易程度和設計性價比，最終選擇了 CZAF-605 電阻應變式稱重傳感器8，其稱重規(guī)模為 5kg。表 2-2 傳感器參數(shù)額定負荷5（kg）額定輸出非線性0.05 %F.S滯

21、后重復性蠕變輸出溫度影響零點溫度影響零點平衡0.1000 mV/V輸入阻抗111510% 輸出阻抗100010% 絕緣阻抗1000 M安全過載率極限過載率工作溫度范圍-2060 推薦工作電壓5V最大工作電壓10V材質鋁合金防護等級IP65電纜0.8180臺面尺寸160160 mm接線方式紅：電源+，黑：電源-，綠：信號+，白：信號-圖2-5 傳感器內部結構圖當垂直正壓力 P 作用于梁上時，梁產生形變，電阻應變片 R1，R2受壓彎拉伸，阻值增加；R3，R4受壓縮，阻值減??；電橋失去平衡，產生不平衡電壓，與作用在傳感器上載荷 P 成正比，從而將非電量轉化成為電量輸出5。工作原理如下圖2-6所示：圖

22、2-6 傳感器工作原理放大器選型壓力傳感器感受重力轉換后輸出的信號一般電平較低；經由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行模數(shù)轉換。為此，測量電路中需要模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構成具有各種特性的放大器來完成。所采用的傳感器輸出電壓振幅范圍 05mV。而模數(shù)轉換的輸入電壓要求為05V，因此放大環(huán)節(jié)至少 1000 倍的增益，此處我們需要放大 1000 倍。根據(jù)本設計的實際情況增列出了兩種方案。方案一：由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。 差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 ( 如 OP07) 做成一個差動放大器，其內

23、部電路圖如圖 2-7 所示。圖 2-7 差動放大器內部電路電阻 R1、R2 電容 C1、C2、C3、C4 用于濾除前級的噪聲，C1、C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲6。優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器 R6 可以調節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應用要求。缺點：此電路要求 R3、R4 相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲，對精度影響較大。 方案二：采用專用儀表放大器12，如：IN

24、A128，INA129 等。 此類芯片內部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。 以 INA128 為例,引腳圖如 2-8 所示： INA128 特點： 低偏置電壓 最大 50V 低溫度漂移 最大 0.5V/C 低輸入偏置電流 最大 5nA 高共模抵制 CMR 最小 120dB 輸入保護至40V 圖 2-8 INA128 引腳圖 寬電源電壓范圍 2.25 至 18V 低靜態(tài)電流 700A 8 引腳塑料 DIP 和 SO-8 封裝放大器增益 G=1+50k/Rg，通過改變 Rg 的大小來改變放大器的增益。因為放大的倍數(shù)是 1000，所以大致選用 50

25、歐姆的電阻就可以了。 基于以上分析，采用專用儀表放大器能跟好的滿足要求，我最終選擇了 INA128。 模數(shù)轉換器選型稱重傳感器采集的壓力信號是模擬量，單片機系統(tǒng)內部運算時用的都是數(shù)字量，即 0 和 1，因此對于單片機而言我們無法直接操作模擬量，必須將模擬量轉換為數(shù)字量。這就需要在單片機前段加上模數(shù)轉換器，模數(shù)轉換器就是將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號9。而模數(shù)轉換器的數(shù)字信號提供給微處理器處理?，F(xiàn)在模數(shù)轉換的基本方法有十幾種，常用的有計數(shù)法、逐次比較法、雙斜積分法和并行轉換法。由于逐次比較法模數(shù)轉換具有速度快、分辨率高等特點，而且采用這種方法的 ADC 芯片成本較低，所以我們選用逐次比較型模數(shù)轉

26、換集成芯片 ADC0832，ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種 8 位分辨率、雙通道模數(shù)轉換芯片，其輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容，電源供電時輸入電壓在 05V 之間，工作頻率為250KHZ 轉換時間為 32S，一般功耗僅為 15mW；由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經有很高的普及率。ADC0832 特點： 8 位分辨率； 雙通道 A/D 轉換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32S； 一般功耗僅為 15mW； 8P、14PDIP（雙列直插）

27、 、PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為 0C to +70C，工業(yè)級芯片溫寬為40C to +85C；芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用。圖 2-9 AD0832 雙列直插式封裝引腳圖 GND 芯片參考 0 電位（地） 。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用） 。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要

28、求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V 之間。芯片轉換時間僅為 32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。鍵盤部分的方案鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。鍵盤是由若干個按鍵開關組成，鍵的多少根據(jù)單片機應用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關觸點，當鍵按下時，觸點閉合，當鍵松開時，觸點斷開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來

29、說鍵盤接口信號是輸入信號。鍵盤部分有兩個可行的方案，第一是采用 34 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路，第二是采用 44 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路15。由于電子秤需要設置單價（十個數(shù)字鍵） ，還具有確認、清零等功能，總共需設置 13 個鍵（包括一個復位鍵） ，其中復位可以單獨拿出來。所以我們采用 34 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路。34 矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。圖 2-6 給出了一個 34 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。34 矩陣式鍵盤共可以安裝 12 個鍵，但只需要 7 條測試

30、線。圖 2-10 34 矩陣式鍵盤圖顯示部分選型數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇：一是 LED 數(shù)碼管顯示，二是 LCD 液晶。LED 顯示每一個數(shù)碼管只能顯示一個數(shù)字，電子秤系統(tǒng)需要許多數(shù)碼管，會使線路變得復雜化。LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，其能夠多行顯示，并且能夠顯示漢字或英文字母，應用于電子秤中能夠更人性化，更容易操作。所以最終選擇了兩行顯示的LCD1602，LCD1602 的引腳圖如 2-11 所示。圖 2-11 液晶顯示器 LCD1602過載報警部分的

31、方案智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為提醒用戶而設置。在本系統(tǒng)中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。超限報警電路是由單片機的 I/O 口來控制的，當稱重物體重量超過系統(tǒng)設計所允許的重量時，通過程序使單片機的 I/O 值為高電平，從而三極管導通，使蜂鳴器SPEAKER 發(fā)出報警聲，同時使二極管發(fā)光。3硬件設計3.1 系統(tǒng)設計的總體思路 物體放在壓力傳感器上，傳感器發(fā)生形變，阻抗就發(fā)生變化，產生一個變化的模擬信號，該信號需要有放大電路放大后輸入到模數(shù)轉換器，轉換為數(shù)字信

32、號后輸入到微處理器處理。微處理器根據(jù)鍵盤命令以及程序將結果輸出到顯示器，直到顯示結果。如下圖所示 3-1 所示。壓力傳感器放大電路模數(shù)轉換微處理器鍵 盤x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = LCD 顯示x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = 圖 3-1 硬件設計的總體思路單片機 STC89C52 最小系統(tǒng)圖 3-2 STC89C52 最小系統(tǒng)圖STC89C52 是片內有 ROM/EPROM 的單片機，其最小系統(tǒng)簡單、可

33、靠，僅由時鐘電路、復位電路、電源電路構成11。1、時鐘電路STC89C52 雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。STC89C52 單片機的時鐘產生方法有兩種。內部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計采用最常用的內部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 1.2MHZ 到 12MHZ 之間選擇。電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，可在 20pF 到 100pF 之間取值。所以本設計中，振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 30pF11。2、復位電路STC89C52 的復位電路是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。只需給復位引腳 RST 加上大于

34、2 個機器周期的高電平就可使其復位。復位電路通常采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。本設計就是用的按鍵手動復位。其中電平復位是通過 RST 端經電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。3、電源電路STC89C52 的電源腳分別為 20 腳 Vss 和 40 腳 Vcc（圖中已默認連接，未顯示出來） 。這兩個腳分別接地和+5V 直流電源，31 腳 EA 為內外存儲器的控制端，接+5V允許訪問外部存儲器。放大電路傳感器檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵?，本設計中選用 CZAF-605 電阻應變式稱重傳感器10，因為通過其得到的電壓信號很小，為所以還需要放大器放大信號。考慮到干擾的作用，

35、對傳感器的信號進行了濾波處理，最終設計如圖 3-3。 圖 3-3 傳感器與放大器的接口電路INA128 的 2 和 3 腳為信號輸入端，4、5 和 7 腳為電源引腳。微弱信號放大后從 INA128 的第 6 腳輸出。通過調節(jié) Rg 的阻值可以來改變放大倍數(shù)，使得輸出電壓在 A/D 轉換的基準電壓要求范圍之內。RdRaRcRbVCC10K10K200pF100pF200pF100pF-V4IN+3IN-2OUT6REF5RG1RG8+V7INA128VCC1K根據(jù)要求,A/D 轉換器的輸入電壓變化范圍是 0V，傳感器的輸出電壓信號在05mv，因此取放大器的放大倍數(shù) 1000。因此代入公式1000

36、005. 099. 4G,。501KGRg 50100050gKR模數(shù)轉換器與單片機接口電路ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V 之間。芯片轉換時間僅為 32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強12。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇21。正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端

37、與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 A/D 轉換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、3 個脈沖下沉之前DI 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能9。 作為單通道

38、模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 05V 且 8 位分辨率時的電壓精度為。如果作為由 IN+與 IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN-的輸入時，如果 IN-的電壓大于 IN+的電壓則轉換后的數(shù)據(jù)結果始終為 00H。ADC0832 與單片機的接口電路如圖 3-4。T115RD17WR16CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8ADC0832VCC圖 3-4 ADC0832 與單片機的接口電路圖顯示電路與單片機接口電路本設計采用的是 LCD1602 顯示，LCD1602 液晶也叫 1602

39、 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊13。它有若干個 57 或者 511等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形。1602LCD 是指顯示的內容為 162,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602 采用標準的 16 腳接口，其中 1 和 2 腳為電源正負極，3 腳為對比度調整端，4 腳 RS 為寄存器選擇，5 腳 RW 為讀寫信號線，6 腳為使能端，7 到 14 腳為 8 為雙向數(shù)據(jù)端。15 和 16 腳為電源背光極。LCD1

40、602 與單片機的連接如圖 3-5。圖 3-5 LCD1602 與單片機的連接圖3 腳 VEE 接一個滑動變阻器，滑動變阻器兩端接電源和地。調試歡動變阻器的值可以改變 LCD 的對比度。因為 LCD 為共陽極，所以 D0 到 D7 有加入上拉電阻。矩陣式鍵盤的結構與工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構成 34=12 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成 16 鍵的鍵盤

41、，而直接用端口線則只能多出一鍵。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 ：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線 Y0-Y3 置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 3 個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置

42、某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。鍵盤為 34 鍵盤，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十個數(shù)字及確認和清除鍵。采用中斷工作方式提高了 CPU 的利用效率，沒鍵按下時沒有中斷請求，有鍵按下時，向 CPU 提出中斷請求，CPU 響應后執(zhí)行中斷服務程序，在中斷程序中才對鍵盤進行掃描。下圖就是鍵盤電路與 STC89C52 單片機接口電路圖。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67S9S8S

43、3S2S12S0S7S1S4S5S11S64.7KR24.7KR34.7KR44.7KR5VCC圖 3-6 鍵盤電路與單片機的連接圖報警電路當電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量限制時，將產生一個信號給報警電路。使報警電路報警從而提醒工作人員注意，超限報警電路如下圖所示17。RXD101KPNPVCCDiodeSpeaker圖 3-7 報警電路圖它是有 STC89C52 的 RXD 口來控制的，RXD 本來為低電平，當超過設置的重量時（2.5Kg） ，通過程序使 RXD 口值為高電平，從而使三極管導通，報警電路接通，使蜂鳴器 SPEAKER 發(fā)出報警聲，同時使報警燈 LED 發(fā)光。這一任務的實現(xiàn)

44、主要靠程序來完成。4 系統(tǒng)軟件設計在系統(tǒng)軟件的設計中，一般工作量較大，特別是對那些控制系統(tǒng)比較復雜的情況。如果是機電一體化的設計人員，往往需要同時考慮單片機的軟硬件資源分配。程序設計是一件復雜的工作，為了把復雜的工作條理化，就要有相應的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點：（1）分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對復雜的問題進行具體的分析，找出合理的計算方法及適當?shù)臄?shù)據(jù)結構，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質量程序的關鍵。（2）根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯的可能性。 （3）編寫程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當?shù)闹噶钆帕衅饋?，構成一個有機的

45、整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結構化程序設計方法。結構化程序設計是對利用到的控制結構類程序做適當?shù)南拗?，特別是限制轉向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯誤和易于修改、調試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務，本系統(tǒng)的軟件設計主要由主函數(shù)程序、A/D 轉換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設計、顯示子程序設計、鍵盤掃描子的程序設計、價格計算子程序設計、以及報警子程序設計等。 編程語言的選擇C 語言是一種通用的計算機程序設計語言，在國際上非常流行。它既可以用來編寫計算機的系統(tǒng)程序，也可以用來編寫一般的應用程序。以前計算機的系統(tǒng)軟件主要用匯

46、編語言編寫，單片機應用系統(tǒng)更是如此。C 語言是當前最流行的程序設計語言，它像其它高級語言一樣，面向用戶，面向解題的過程，編程者不必熟悉具體的計算機內部結構和指令；C 語言又像匯編語言一樣，可以對機器硬件進行操作。如進行端口 I，0 操作、位操作、地址操作，并可內嵌匯編指令，將匯編指令當作它的語句一樣。我們知道，匯編語言將涉及計算機硬件，所以 C 語言又像低級語言一樣，可以對計算機硬件進行控制，因此人們把它稱為介于高級語言與低級語言之間的一種中級語言。正是因為 C 語言具有這樣的特性，所以很適合編寫要對硬件進行操作的軟件程序。本文采用 C 語言進行編寫因為此系統(tǒng)軟件比較，其存儲量較大，因此必須應

47、用 C 語言編程了。主程序的設計主程序是系統(tǒng)信息處理的關鍵，主程序模塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調用各模塊（子程序），在系統(tǒng)初始化過程中，初始化程序將 RAM 的 30H 到5FH 單元清零，RXD 引腳置成低電平，防止誤報警，同時將系統(tǒng)設置成量程，并寫量程標志。設計流程圖如圖 4-1 所示。主程序主要完成編程芯片的初始化及按需要調用各子程序，上電啟動后，系統(tǒng)初始化，單片機讀取模數(shù)轉換器的數(shù)據(jù)，然后調用顯示子程序顯示重量，同時掃描鍵盤子程序，調用價格計算子程序計算價格并顯示出來18。圖 4-1 電子秤系統(tǒng)程序設計流程圖子程序的設計主程序按需要調用各子程序。系統(tǒng)子程序主要包括 A/D 轉換

48、啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設計、顯示子程序設計、鍵盤掃描子的程序設計、價格計算子程序設計、以及報警子程序設計等。模數(shù)轉換子程序的設計A/D 轉換啟動及數(shù)據(jù)讀取子程序設計主要是上電運行后，ADC0832 完成初始化，把經放大的稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設計設計流程圖如圖 4-2 所示。ADC0832 進行模數(shù)轉換時，須現(xiàn)將 CS 是能端置于低電平并且保存低電平直到完全結束。芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO 和 DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示

49、啟始信號。在第 2、3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，到第 3 個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO 進行轉換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。從第 11 個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D 轉換的結束23。最后將 CS 置高電平禁用芯片19。圖 4-2 A/D 轉換啟動及數(shù)據(jù)讀取

50、程序流程圖鍵盤掃描子程序的設計鍵盤掃描子程序主要是掃描鍵盤的輸入，調用顯示子程序顯示，輸出輸入的參數(shù)，計算總價是調用價格計算子程序計算總價格。鍵盤電路設計成 34 矩陣式，由鍵盤編碼方式可以得出 1、2、3、4、5、6、7、8、9、0 及清零和計價各鍵對應的鍵值：0 x31，0 x32，0 x33，0 x34，0 x35，0 x36，0 x37，0 x38，0 x39，0 x3d，0 x30，0 x2e。在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應的存儲單元，再進功能選擇或數(shù)據(jù)處理。圖 4-3 鍵盤掃描子程序流程圖顯示子程序的設計單片機應用系統(tǒng)通常都需要進行人機對話。其中包

51、括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數(shù)據(jù)輸入，應用系統(tǒng)必須向操作者顯示狀態(tài)與運行結果等信息。顯示器是單片機應用系統(tǒng)中最常用的人機交互設備顯示子程序是字符顯示，首先初始化，輸出一些基本信息，然后調用事先編好的鍵盤顯示子程序，輸出顯示命令，顯示過程中還需要調用延時子程序。當輸入通道采集了一個信號，或人為的鍵入一個值，或系統(tǒng)與儀表出現(xiàn)異常情況顯示管理軟件應及時調用顯示驅動程序模塊，用來更新當前數(shù)據(jù)顯示符號。設計顯示子程序的流程圖如下圖 4-4 所示：圖 4-4 顯示子程序流程圖價格計算子程序的設計價格計算子程序由鍵盤計價鍵控制，當輸入單價后，在沒有清零的情況下，點計價鍵，計算出總價后，調用顯示子程序顯示出中重

52、量。圖 4-5 價格程序流程圖報警子程序的設計因為壓力傳感器的所受壓力有極限，所以稱重量必須有在一定范圍內，超過重量時必須有報警程序20。主程序初始化設定閾值為，報警子程序將設定的閾值與實時顯示的值進行比較，先比較高位，若高位大，即設定值小于實時顯示的值，這時將 RXD 置為 1，將發(fā)光二極管點亮，且使蜂鳴器發(fā)出聲音。若高位相等，就比較低位，同理若設定值低位小于實際顯示值，將 RXD 置為 1，將發(fā)光二極管點亮，且使蜂鳴器發(fā)出聲音。這就需要一段比較程序以及一小段置 1 清 0 程序。圖 4-6 報警子程序流程圖5 系統(tǒng)調試軟件設計調試 程序編寫軟件本次程序編寫運用的軟件是 Keil uv4.K

53、eil C51 是美國 Keil Software 公司出品的基于 51 系列單片機的 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，運用接近于傳統(tǒng) c 語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C 語言簡單易學容易上手,而且可以提高工作效率和縮短項目開發(fā)周期,同時此軟件還能嵌入?yún)R編21。運行Keil 軟件需要 WIN98、WINXP 等操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均是主流系統(tǒng)，使此軟件容易在 PC 上運行。假如你使用 C 語言編程，那么 Keil 將是你最佳的選擇。Keil 的網站盡管暫時沒有中文版本，但是卻不影響 Keil 軟件被中國 80%的硬件工程師使用。凡是與電子相關的專業(yè)，都會開始從單片機編程開始學習，而學習單片機自然會用到

54、Keil 軟件。2009年2月發(fā)布 Keil UVision4，它加入靈便的窗口管理體系，使得開發(fā)人員可以同時使用多臺監(jiān)視器。并且使之前的功能更加完善。新版本還支持更多最新的 ARM芯片，是應用范圍更廣。仿真軟件本次設計運用的仿真軟件是 protues。Protues 軟件是英國 Labcenter electronics 公司生產的 EDA 工具軟件。它不僅僅能夠仿真 EDA 軟件，還能仿真單片機及外圍器件。并且它是目前最好的仿真單片機的工具。雖然它在國內起步較晚，但是已經成為單片機仿真的主流工具。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真軟件)，實現(xiàn)了從原理圖布圖、代碼調試到單片機

55、與外圍電路協(xié)同仿真，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。到目前為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三者完美結合在一起的軟件設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多種編譯. 在設計電子秤的過程中，先在軟件中仿真，仿真成功后，再制作出實物。仿真采用的是 proteus 軟件，是一專門基于單片機的及其外圍電路的仿真軟件。仿真的第一步是先進行軟件調試，是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法

56、錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正錯誤的過程。軟件調試的方法是先分塊后組合。在編出完整的程序并確保無誤后進行綜合調試。在調試程序之前，先檢查各硬件模塊間的連接是否無誤，有無斷路現(xiàn)象。確認連接無誤后就給系統(tǒng)通電進行調試。正式調試時，首先進行總體調試，即觀察系統(tǒng)的運行情況以便快速地發(fā)現(xiàn)存在的問題。然后進行各硬件模塊調試，主要針對有問題的硬件模塊及其程序進行調試，以便準確地查出問題的原因并解決問題。圖 5-1 軟件調試圖硬件調試按照設計好的電子秤系統(tǒng)原理圖，計算出各個元器件的參數(shù)，選擇相應的器件，制作出了實際的電子秤系統(tǒng)后。首先檢查連線是否與邏輯圖一致，用萬用表檢查有無短路、虛焊等現(xiàn)象。器件的型號、規(guī)格、

57、規(guī)格、極性是否有誤，插接方向是否正確。檢查完畢，可用萬用表檢測儀下電路板正負電源之間的電阻，排除電源短路的可能。之后將生成的 hex 文件燒到單片機中，得到響應的實物，觀察現(xiàn)象，并排除問題。電路焊接完成之后，通電發(fā)現(xiàn) LCD 不亮，萬用表檢測后發(fā)現(xiàn) LCD 存在虛焊現(xiàn)象，補焊后 LCD 正常工作。圖 5-2 硬件調試圖6 總結與展望 本論文主要研究的是簡易電子秤的設計，主要是基于超市的電子秤，在小重量范圍的稱量。具有如下的功能：1、能用簡易鍵盤設置單價，能夠同時顯示重量和金額；2、重量顯示：單位為千克；最大稱重為 2.5 千克，重量誤差不大于0.01 千克；3、具有清零功能和復位功能。4、超出

58、所測的重量時能夠報警。此電子秤采用 LCD1602 顯示，能夠同時顯示重量價格，并且具有很高的性價比，能夠廣泛的應用少于 2.5kg 重量的范圍的交易。隨著現(xiàn)代數(shù)字電子技術的發(fā)展，電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展，而且更需向多種功能的方向發(fā)展。其發(fā)展的方向主要有：1 電子秤附加處理機構計算機信息補償裝置，可以進行自診斷、自校正和多種補償計算和處理。2 具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤具備動物稱量模式，即通過進行算術平均、積分處理和自動調零等方法，消除上述的誤差。3 附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計算和數(shù)據(jù)處理功能, 以滿足多種使用的要求。在整個畢業(yè)設計過程中，我對大學四

59、年所學的知識有了一個系統(tǒng)的認識和理解，尤其是對本課題所用到的單片機及其相關知識有了進一步的掌握，對利用單片機進行控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)又及對系統(tǒng)的分析和問題的解決有了切身的認識和體會，正所謂學以致用，在此實踐過程中增長了知識、豐富了經驗，提高了解決問題的能力。系統(tǒng)的分析與設計過程是對學習的總結過程，更是進一步學習和探索的過程?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調試的過程來進行。系統(tǒng)的分析和設計是項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程，在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到新問題就不斷探索和努力即可使問題得到解決。致 謝經過半年的忙碌和工

60、作，本次畢業(yè)設計終于完成了，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在傳感器的基本原理、傳感器的實際應用，以及在常用傳感器設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一人步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。我在劉老師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，并對當前電了領域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對我今后進一步學習傳感器方面的知識有極人的幫助。在此，我衷心感