基于51單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì)(1)

1、編編號(hào)號(hào) (2011301134)畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)（2015 屆本科） 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：基于基于 5151 單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院：院：電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 班班 級(jí)：級(jí)：1111 級(jí)電氣一班級(jí)電氣一班 作者姓名：作者姓名：楊發(fā)強(qiáng)楊發(fā)強(qiáng) 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：薛彪薛彪 職職 稱稱: : 研究生研究生 完成日期：完成日期：20152015 年年 5 5 月月 1 1 日日目 錄誠(chéng)信聲明.(1)基于 51 單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì).(2)中文摘要 .(2)英文摘要.(2) 1 引言 .(3)1.1 課題研究背景.(3

2、)1.2 電子衡器的研究現(xiàn)狀.(3)1.3 課題的研究意義.(4)1.4 本文的設(shè)計(jì)思路.(4)2 系統(tǒng)方案論證與硬件選型 .(5)2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的比較與論證.(5)2.2 硬件方案設(shè)計(jì)與論證.(7)2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇.(9)2.4 鍵盤處理部分方案的論證.(9)2.5 顯示器部分的選擇.(10)2.6 超量程報(bào)警部分的選擇.(10)3 硬件電路設(shè)計(jì) .(10)3.1 STC89C52 單片機(jī)介紹.(10)3.2 A/D 轉(zhuǎn)換器與 STC89C52 單片機(jī)接口電路 .(12)3.3 顯示電路與 STC89C52 單片機(jī)的接口電路.(14)4 主程序設(shè)計(jì) .(17)4.1 主

3、程序設(shè)計(jì).(17)4.2 系統(tǒng)主程序流程圖.(18)4.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì).(18)5 系統(tǒng)調(diào)試.(20)5.1 調(diào)試過程.(20)5.2 故障分析與解決方案.(20)5.3 功能測(cè)試.(21)5.4 精度測(cè)量.(21)6 結(jié)論 .(22)參考文獻(xiàn) .(22)致 謝 .(24)附錄材料目錄 .(25)附錄 1 .(25)附錄 2 .(27)附錄 3 .(28)0隴東學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文

4、的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 二 O 一五年 月 日1基于 51 單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)楊發(fā)強(qiáng)，薛彪（隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）摘 要：隨著數(shù)字化技術(shù)的快速不斷變化和應(yīng)用，電子稱重技術(shù)同樣也得到了很大的發(fā)展和應(yīng)用，各種數(shù)字化智能化的電子衡器逐漸出現(xiàn)，但商用電子稱作為電子稱重方面重要的一部分，在中小型市場(chǎng)并沒有得到普及，依然以桿秤、臺(tái)秤和普通電子秤為主的商用電子秤，存在明顯的精度差、容易損壞和難維修等缺陷，特別是在進(jìn)行輕微物體、藥材等的測(cè)量時(shí)誤差更大。本文設(shè)計(jì)的電子秤主要以 STC89C52 單

5、片機(jī)為核心，通過 Proteus 軟件和 Keil 軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子稱的功能仿真設(shè)計(jì)。主要分為五個(gè)模塊：物體重量采集模塊、單片機(jī)處理模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及軟件驅(qū)動(dòng)模塊1。用壓力傳感器采集壓力數(shù)值，通過 A/D 轉(zhuǎn)換送給單片機(jī)，單片機(jī)通過重量參數(shù)進(jìn)而選擇 24 位精度值進(jìn)行處理，最后將輸出的稱重值顯示在在 1602LCD 液晶上。整個(gè)電子秤系統(tǒng)能夠智能化的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)報(bào)警、直接顯示等功能，具有操作方便，測(cè)量準(zhǔn)確，成本比較低、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，可以很好的用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，適應(yīng)了中小型市場(chǎng)的需要。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) STC89C52;稱重傳感器;A/D 轉(zhuǎn)換;液晶顯示器The de

6、sign of electronic scales based on 51 MCUYANG Fa-qiang，XUE Biao(Electrical Engineering College ,Longdong University,Qingyang 745000,Gansu,China) Abstract:With the rapid development and application of digital technology, electronic weighing technology has been developed and applied extensively .And a

7、 variety of intelligent digital electronic weighing is emerging progressively, but in small and middle market, the commercial electronics, which is an important part of the electronic weighing, is still limited to the simple electronics said such as steelyard, platform scales and simple electronics.

8、 All these are known as the main commercial electronic scales, but the existence of accuracy, easily damage, and difficult to repair defects also affect itself. Especially during weighing some minor objects such as tea, medicinal herbs, mistakes is easy to appearance through measuring. This paper, t

9、he design of the double-precision electronic using microcontroller STC89C52 as the core, achieve the simulation capabilities of electronic design by using Proteus Software and KEIL software. Now dividing this paper into five main modules: how to collect the weight of the object with this double-prec

10、ision electronic said module, how to deal with the data through single-chip machine, how to control keyboard module, the display module and how to drive software module. Fristly, use different pressure sensor to acquire pressure parameters. Secondly the signal processor and A / D conversion work out

11、 the data, finally given to the MCU. Thridly according to the data above the MCU will automatically select whether the 24 precision value computing processor. Ultimately the input through the keyboard will be showed on the LCD1602 real-time display. The entire electronic system can intelligently acc

12、omplish double-precision measurement automatically, automatic alarm, visual display, at the same time, its easy to operate, accurate measurement, low cost, stability and high reliability. Based on the introduction above ,it can be used in different applications occasions, and it can adapt to the nee

13、ds of small and medium-sized market. Key Words: Double-precision electronic;STC89C52;Load sensor;A/D converter;LCD display1 引引 言言21.1 課題研究背景電子稱重技術(shù)是現(xiàn)代化稱重技術(shù)和系統(tǒng)控制工程的重要基礎(chǔ)之一，從 50 年代中期開始電子技術(shù)逐漸進(jìn)入到衡器的輔助測(cè)量裝置系統(tǒng)中，60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子稱量系統(tǒng)以來，經(jīng)過40 多年的不斷發(fā)展和完善，從最開始的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字化智能型，電子衡器稱重技術(shù)經(jīng)過了很長(zhǎng)的發(fā)展，其便于與電子計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合而

14、實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)數(shù)與過程自動(dòng)控制的特點(diǎn)，在貿(mào)易、能源、冶金、輕工、醫(yī)藥、航天航空等部門得到了廣泛的利用。而衡器作為國(guó)家法定計(jì)量的器具，自古以來就被人們重視，作為一種計(jì)量方式，廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)作業(yè)、科研研究、交通計(jì)數(shù)、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊緊相連，也是民生、國(guó)防、科學(xué)、貿(mào)易中不可缺少的計(jì)量工具。電子稱重技術(shù)作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的重要組成，不但是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀器，而且推進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理，它起到了減少作業(yè)時(shí)間、改良操作條件、降低能源材料的耗損、提高產(chǎn)品質(zhì)量。以及加強(qiáng)企業(yè)管理和改善經(jīng)營(yíng)等多方面的應(yīng)用。因此電子稱量技術(shù)水平的高低，將直接影響著各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社

15、會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展和變化2。1.2 電子衡器的研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 從國(guó)際上看，隨著二十世經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越快，為了能夠把稱重技術(shù)引入到越來越先進(jìn)生產(chǎn)工藝中去，使稱重技術(shù)的發(fā)展越來越智能化，希望稱重過程向自動(dòng)化發(fā)展，因此電子技術(shù)不斷進(jìn)入衡器制造業(yè)。在 1954 年使用了帶新式打印機(jī)的傾斜式秤，其輸出信號(hào)能夠控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機(jī)構(gòu)與人工操作系統(tǒng)的按鍵與辦公機(jī)器聯(lián)用。在 1960 年開發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專門稱重值打印機(jī)。在當(dāng)時(shí)帶有電子裝置的衡器其稱重工作是機(jī)械式的，但其中稱重有關(guān)的顯示記錄和遠(yuǎn)傳式控制器等功能是電子自動(dòng)方式。電子秤的發(fā)展過程與其他事物一樣，同樣經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜變

16、換、由粗糙到精密變化、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全面電子化、再由單一功能到多功能發(fā)展的過程。在國(guó)內(nèi)，我國(guó)的稱重技術(shù)在 20 世紀(jì) 40 年代以前還全是機(jī)械式的桿秤和臺(tái)秤，40 年代開始發(fā)展了機(jī)電結(jié)合式的稱量技術(shù)。50 年代開始，出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子秤。80 年代以來，我國(guó)通過自行研究和探索消化吸收和技術(shù)改造。已由傳統(tǒng)機(jī)械式衡器步入集傳感器、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和一體化的電子衡器發(fā)展階段。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣條件下工作、便于與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動(dòng)化特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)部門，但商用電子稱在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

17、，并沒有像其他功用的電子秤一樣取得飛速的發(fā)展，只有在部分大型超市可以看到多功能電子稱的運(yùn)用，但其造價(jià)高操作復(fù)雜，無法在中小市場(chǎng)得到廣泛的推廣應(yīng)用，中小市場(chǎng)仍然依賴于傳統(tǒng)的桿秤和簡(jiǎn)易的低精度電子稱，但隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及衡器工藝技術(shù)的不斷完善，更多品種的的電子稱研發(fā)必然會(huì)推動(dòng)中小市場(chǎng)電子秤的改進(jìn)。1.2.2 電子稱的發(fā)展方向3電子稱的發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋盒⌒突⒛K化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、可靠性高；其應(yīng)用性趨向于綜合性、組合性；而且更需要向多種功能的方向發(fā)展。目前電子稱的附加功能主要有以下幾種：(1)具有皮重、凈重顯示、語音播報(bào)等功能呢。電子稱部分已具備了動(dòng)態(tài)稱量模

18、式，即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法，消除上述的誤差；(2)電子稱附加了計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償處理裝置，可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理；(3)附加單價(jià)總額計(jì)算功能。目前的電子稱有附加多種計(jì)算和數(shù)據(jù)額處理功能，以滿足多種使用的要求3。1.3 課題的研究意義今后，隨著電子高科技的快速發(fā)展，電子稱重技術(shù)也定將日新月異。功能更加齊全的高精度的先進(jìn)電子稱將會(huì)不斷問世，其應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣闊。從實(shí)際情況看來，目前中小型市場(chǎng)上使用的稱量工具，主要還是以桿秤、臺(tái)秤、小型簡(jiǎn)易電子稱為主，操作簡(jiǎn)單但精度比較低，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行不可靠，易損件多，維修困難，能源消耗大，生產(chǎn)成本比較高。這些特點(diǎn)導(dǎo)致

19、了中小型市場(chǎng)上電子稱產(chǎn)品的整體水平偏低，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。在這些中小型市場(chǎng)，稱重儀器選擇的局限性，已逐漸無法滿足越來越走向現(xiàn)代化的需求，對(duì)電子稱的要求不僅僅要簡(jiǎn)便而且要更公平更合理，對(duì)精度不僅有要求，對(duì)功能也有更多的期望，電子稱不僅要稱量較重物體，還能夠更精確的稱量較輕的物體，比如茶葉和藥材等，要求精度更高，稱量更準(zhǔn)確。雙精度電子稱便是基于此而提出的研發(fā)課題，不僅能夠自動(dòng)切換精度進(jìn)行測(cè)量不同物體，還能夠克服上述諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)易、維修容易、調(diào)整時(shí)間短、不易損壞等特點(diǎn)，還具有較大的實(shí)用價(jià)值。1.4 本文的設(shè)計(jì)思路隨著微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度

20、達(dá)到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，除了能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，設(shè)計(jì)兩個(gè)稱重電路以對(duì)應(yīng)不同精度、不同承重范圍的物品，還增加了超重提示功能，在連接電路圖時(shí)，選用盡量少的管腳來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的全部功能，這樣方便以后的功能拓展，比如可以實(shí)現(xiàn)和其他機(jī)器或設(shè)備（包括上位PC機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備）交換數(shù)據(jù)。除此之外，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的AT89系列單片機(jī)，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時(shí)候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。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。據(jù)悉, 目前電子秤的附加功能主要有這些方面：電子秤附加了計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償處理裝置，可以進(jìn)行

21、自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理；具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動(dòng)態(tài)稱量模式, 即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法, 消除上述的誤差；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(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能, 以滿足多種使用的要求。另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱4重器可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，系統(tǒng)自動(dòng)零顯示，提示出錯(cuò)。綜上所述,本課題的主要設(shè)計(jì)思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后把數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)經(jīng)過相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。本文主要以下幾個(gè)

22、方面的工作：(1)詳細(xì)講解了稱重器工作原理。(2)對(duì)稱重器系統(tǒng)進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)。(3)對(duì)于稱重器的硬件系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹關(guān)于精度、轉(zhuǎn)換速率的壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊器件的選取。圖 1-1 設(shè)計(jì)思路框圖 (4)對(duì)于稱重器的軟件系統(tǒng)，通過解說LCD液晶顯示，對(duì)于主程序的編寫與調(diào)試提供重要的依據(jù)。(5)依據(jù)稱重系統(tǒng)的總電路，通過Keil軟件C語言編程和Proteus仿真，實(shí)現(xiàn)模擬的稱重顯示。(6)對(duì)稱重系統(tǒng)的測(cè)量值與顯示值的差值，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試與誤差校正。 主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍05Kg;分度值0.001kg;精度等級(jí)級(jí);電源DC 9V。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便,集重量稱量功

23、能于一體,能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。2 系統(tǒng)方案論證與硬件選型2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的比較與論證在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)電子秤的方案有以下幾種：方案一 數(shù)碼管顯示。此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡(jiǎn)單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。此設(shè)計(jì)的硬件部分簡(jiǎn)單，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡(jiǎn)單的輸出輸入關(guān)系。缺點(diǎn)是：硬件部分簡(jiǎn)單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法實(shí)時(shí)地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購(gòu)物清單的要求。又因

24、為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡(jiǎn)單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示：報(bào)警電路壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換單片機(jī)鍵盤控制LCD 顯示電源輸入5圖 2-1 數(shù)碼管顯示方案方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤控制裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2-2 所示：圖 2-2 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購(gòu)物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制

25、，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。方案三 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示購(gòu)物清單和所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2-3 所示:圖 2-3 LCD 顯示的方案 目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示出被測(cè)物體的重量。單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體

26、積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜,編程復(fù)雜。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。方案四 采用以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)為控制核心，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片 Xilinx 公司的 Spartan系列 XC2S100E 芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路4。采用 FPGA 測(cè)頻測(cè)量精度高，測(cè)量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計(jì)要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強(qiáng)。從中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電數(shù)據(jù)采集數(shù)碼管顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)采集 鍵盤輸入

27、數(shù)碼管顯示單片機(jī)報(bào)警電路壓力傳感器AD 轉(zhuǎn)換器單片機(jī)鍵盤控制LCD 顯示6路所用到的核心器件。其中控制器采用 Xilinx 公司可編程器件 FPGA 為核心，基于 ISE 軟件平臺(tái)，采用 VHDL 編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、LED 和 LCD 驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘芯片的 I2C 通訊、鍵盤控制等模塊。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2-4 所示：FPGA 的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時(shí)還可以提高設(shè)計(jì)的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。雖然以 FPGA 為核心的電子稱系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中其高集成度才能更好得以體現(xiàn)。其主要在 PC 機(jī)接口卡的總線接口、程控交換機(jī)的信號(hào)處理與接

28、口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機(jī)床的測(cè)試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。鑒于本電子稱的設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，單片機(jī)完全能實(shí)現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，采用了第三種設(shè)計(jì)方案。 圖 2-4 電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖2.2 硬件方案設(shè)計(jì)與論證2.1 CPU 的選擇方案 本文基于以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測(cè)量過程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。STC 公司的 51 系列的單片機(jī)都可使用，在這里選用 STC 生產(chǎn)的 STC89C52 單片

29、機(jī)5。STC89C52 的優(yōu)勢(shì)： 第一，STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)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(chǔ)器。 第二，STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS-51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)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 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 第三， 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路

30、，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。第四，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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T 可選。2.2 傳感器的選擇時(shí)鐘芯片信號(hào)轉(zhuǎn)換 FPGA報(bào)警電路鍵盤控制LCD 顯示壓力傳感器7傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出

31、信號(hào)的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換部分指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，在信息時(shí)代人們的社會(huì)活動(dòng)將主要依靠對(duì)信息資源的開發(fā)和獲取、傳輸和處理，而傳感器處于自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測(cè)信息的窗口；傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號(hào)6。稱重傳感器是力傳感器當(dāng)中一個(gè)重要的品種,實(shí)際應(yīng)用及其廣泛。稱重傳感器中最多的是電阻應(yīng)變式稱重,應(yīng)變片是稱重傳感器的核心單元,彈性體是基礎(chǔ)

32、組成部分。稱重傳感器按結(jié)構(gòu)類型分主要有 S 行雙連孔式傳感器,柱式傳感器,輪輻式與橋式傳感,柱環(huán)式傳感器,剪切梁式傳感器和單 S 梁式傳感器。S 行雙連孔式傳感器量程范圍一般在 2Kg 到 500Kg,這種類型稱重傳感器抗偏，抗側(cè)能力較強(qiáng)。柱式傳感器的測(cè)量范圍都很大，一般最大可以達(dá)到幾百噸，它剛性好，抗過載能力強(qiáng)，加工也簡(jiǎn)單，重量也比較輕。輪輻式傳感器由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，所以能夠承受大的側(cè)向力，由于它有較大的滯后誤差，很多場(chǎng)合都被橋式傳感器所取代。橋式傳感器的彈性體形狀像橋，因此得得名。橋式傳感器精度高，標(biāo)定方便，普遍應(yīng)用于汽車秤跟平臺(tái)秤等多個(gè)場(chǎng)合。柱環(huán)式傳感器由于本身的結(jié)構(gòu)特性目前大多僅用于測(cè)

33、量拉力，其精度一般在 0.03 到 0.05 之間。剪切梁式傳感器運(yùn)用剪切原理制作而成，精度跟穩(wěn)定性都很高，一般都不需要線性補(bǔ)償都能達(dá)到要求。它不受測(cè)力點(diǎn)變化的影響。測(cè)量范圍在幾十千克的場(chǎng)合一般選用單 S 梁式傳感器，它不適合在振動(dòng)大的時(shí)候使用。圖 2-5 傳感器工作原理圖稱重傳感器在選用過程中一般要考慮以下問題：(1)安裝要求，有些場(chǎng)合就直適合某種特定的稱重傳感器。(2)使用環(huán)境條件，如需密封、防爆等。(3)傳感器的精度等級(jí)。精度等級(jí)通常由彈性體結(jié)構(gòu)決定，以及處理過程中是否有線性補(bǔ)償。8(4)傳感器的量程范圍。估算被測(cè)物體的最大重量在多少，要想獲得較準(zhǔn)備的測(cè)量數(shù)值一般選擇的量程是被測(cè)體最大重

34、量的 2 到 2.5 倍。(5)傳感器使用過程受溫度影響的特性和蠕變特性經(jīng)過查詢資料對(duì)比，適合本設(shè)計(jì)的可以用平行梁應(yīng)變式傳感器，最大量程為 5Kg，精度為0.001%，滿量程時(shí)誤差為+0.01Kg；有考慮到秤臺(tái)自重，震動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重破壞傳感器，允許最大量程時(shí)誤差+0.1kg，可滿足本系統(tǒng)的精度要求。它的特點(diǎn)：精度高、易加工、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)、固有頻率高。其工作原理如圖 2-5 所示：其工作原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的的敏感柵也隨之變形，其阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓的變化。由于內(nèi)部線路采用惠斯通電橋，當(dāng)彈性體承受載荷

35、產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式（2-1）給出： （2-1）EinR4R4R3R3R2R2R1R1)42(42ERRRRout2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無意義。HX711 是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入

36、選擇開關(guān)可任意選取通道 A 或通道 B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道 A 的可編程增益為128 ，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為20mV 或40mV。通道 B 則為固定的 64 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過程7。HX711 的芯片功能介紹，該芯片有兩路可選擇差分輸入，片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為 128。同時(shí)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時(shí)

37、也可使用外接晶振或時(shí)鐘。選用上電自動(dòng)復(fù)位電路簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊。所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無需編程可選擇 10Hz 或 80Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率，同步抑制50Hz 和 60Hz 的電源干擾耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）。 典型工作電流： 1.7mA, 斷電電流： 1A ，工作電壓范圍：2.6 5.5V，工作溫度范圍：-20 +85。2.4 鍵盤處理部分方案的論證目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常用的是觸電式開關(guān)按鍵。在編寫單片機(jī)程序時(shí)，鍵盤作為一種人機(jī)接口的方式實(shí)現(xiàn)，是很常用的。而一般的實(shí)現(xiàn)方法包括： 外接鍵盤掃描芯片（例如 8279,7279 等），然后由該芯片來完成去抖、鍵值讀取、中斷請(qǐng)求等9功能

38、。最后單片機(jī)響應(yīng)中斷并讀取鍵值，有時(shí)也可以采用輪訓(xùn)的方式。 如果按鍵數(shù)較少，那么可以直接將按鍵接到單片機(jī)的 I/O 口，然后各按鍵取邏輯或送到單片機(jī)的中斷管腳（對(duì)于 51 體系），單片機(jī)響應(yīng)中斷后再去讀取 I/O 口的數(shù)據(jù)。如果單片機(jī)的中斷向量比較少（例如 AVR 系列單片機(jī)，每個(gè) I/O 口都可以作為中斷），也可以直接把各個(gè)鍵盤接到每個(gè)具有中斷功能的 I/O 上面。在中斷處理程序中，往往需要執(zhí)行這樣一個(gè)操作序列：延時(shí)一定的時(shí)間去抖，如果按鍵有效，那么等待按鍵釋放。上述兩種方法都存在比較明顯的缺陷：第一種方法需要專門的外圍芯片，增加成本，且一般不容易檢測(cè)按鍵的按下、釋放及長(zhǎng)按鍵等事件。第二種方

39、法同樣不容易檢測(cè)按鍵的按下、釋放及長(zhǎng)按鍵等事件。且采用軟件延時(shí)的方式，浪費(fèi) CPU 資源，很不可取。鑒于上述兩種方法的缺點(diǎn)，我們可以采用掃描式的方法來判斷按鍵事件。掃描方法即 CPU 在一定的節(jié)奏下，去掃描按鍵數(shù)據(jù)線上的信號(hào)，然后分析并確定按鍵事件。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的電子秤需要設(shè)置最大量程和清零去皮8。2.5 顯示器部分的選擇 顯示器是人機(jī)交換的主要部分，它可以將測(cè)量電路測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過 CPU 處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示有兩種方案：LED（全稱：Light Emitting Diode）數(shù)碼顯示和 LCD（全稱：Liquid Crystal Display）液晶顯示。LCD 液晶顯示器是一種極低

40、功耗顯示器，從電子表到計(jì)算器，從袖珍儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)以及一些文字處理機(jī)都用到了液晶顯示器。LCD 液晶顯示具有顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，體積小，重量輕，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此，本次設(shè)計(jì)選擇了 LCD 液晶顯示器。這里我們采用 1602LCD 液晶顯示器，主要用于顯示數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。2.6 超量程報(bào)警部分的選擇智能儀器一般都具有報(bào)警和通訊功能，報(bào)警主要用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)、當(dāng)測(cè)量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設(shè)置的上下限時(shí)為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器。超限報(bào)警電路是由單片機(jī)的 I/O 口來控制的，當(dāng)稱重物體重

41、量超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量時(shí)，通過程序使單片機(jī)的 I/O 值為高電平，報(bào)警燈 D2 發(fā)光。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 STC89C52 單片機(jī)介紹3.1.1 STC89C52 單片機(jī)綜述單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運(yùn)算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，而且不斷提高運(yùn)算速度和完善通用操作系統(tǒng)。以突出其高速海量數(shù)值運(yùn)算能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖象處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛的應(yīng)用；單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和低廉的成本，廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元

42、、辦公自10動(dòng)化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機(jī)的出現(xiàn)大大促進(jìn)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。單片機(jī)的典型代表是 Intel 公司在 20 世紀(jì) 80 年代初設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 MCS-51 單片機(jī)。后來 Intel 公司把 MCS-51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它的公司，所以有很多公司在做以 8051 為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變以滿足不同的需求，其中的 89C52 就是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，這是由美國(guó) ATMEL 公司開發(fā)生產(chǎn)的。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有

43、8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度 非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89

44、C52 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?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器，稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 020mV，對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要

45、對(duì)其進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出物體的重量。在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分：STC89C52 的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交換電路等9。3.1.2 STC89C52 的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成STC89C52 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。最小系統(tǒng)圖如下 3-2 所示。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳 XT

46、AL1和 XTAL2 外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。11上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC0000H，

47、這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51 單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個(gè)振蕩周期后，51 單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。3.2 A/D 轉(zhuǎn)換器與 STC89C52 單片機(jī)接口電路HX711 是 24 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 25us，轉(zhuǎn)換精度為 0.05%，所

48、以適合于高精度的快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。芯片內(nèi)部包含微處理器借口邏輯（有三態(tài)輸出緩沖器），故可直接與各種類型的 8 位或者 16 位的微處理器連接，而無需附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 電路兼容。HX711 采用 16 腳雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝如下圖 3-3 所示10。圖 3-2 STC89C52 最小系統(tǒng)電路HX711 有 5 根控制線，邏輯控制輸入信號(hào)有：VBG：字節(jié)選擇控制信號(hào)。VSUP：片啟動(dòng)信號(hào)。VFB：片選信號(hào)。當(dāng) CS=0，CE=1 同時(shí)滿足時(shí)，HX711 才處于工作狀態(tài)，否則工作被禁止。INNA：讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。12PD-SCK：數(shù)據(jù)輸出格式選擇控制信號(hào)。當(dāng)其為高電平

49、時(shí)，對(duì)應(yīng) 12 位并行輸出；為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)8 位輸出。 當(dāng) R/-C=0，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換：當(dāng) A0=0，啟動(dòng) 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換方式；當(dāng) A0=1，啟動(dòng) 8 位轉(zhuǎn)換方式。當(dāng) R/-C=1，數(shù)據(jù)輸出，A0=0 時(shí)，高 8 位數(shù)據(jù)有效；A0=1 時(shí)，低 4 位數(shù)據(jù)有效，中間 4 位為 0，高4 位為三態(tài)。 輸出信號(hào)有：XI：工作狀態(tài)信號(hào)線。當(dāng)啟動(dòng) A/D 進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，HX711 為高電平；當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為低電平。則可以利用此線驅(qū)動(dòng)一信號(hào)二極管的亮滅，從而表示是否處于 A/D 轉(zhuǎn)換。由于對(duì) HX711 的 8、10、12 引腳的外接電路有不同連接方式，所以 HX711 與單片機(jī)的接

50、口方案有兩種，一種是單極性接法，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào) 010V 或者 020V 的轉(zhuǎn)換；另一種為雙極性接法，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)-5+5V 或者-10+10V 之間轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計(jì)采用單極性接法，如圖 3-4 所示。根據(jù)芯片管腳的原理，無論啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換還是結(jié)果輸出，都要保證 CE 端為高電平，所以可以將單片機(jī)的/RD 引腳和/WR 端通過與非門與 HX711 的 INPA 端連接起來。轉(zhuǎn)換結(jié)果分高 8 位、低 4 位與 P0 口相連，分兩次讀入，所以 12/-8 端接地。同時(shí)，為了使 CS、A0、R/-C 在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)保持相應(yīng)的電平，可以將來自單片機(jī)的控制信號(hào)經(jīng) 74LS373 鎖存后再接入。CPU 可采

51、用中斷、查詢或者程序延時(shí)等方式讀取 HX711 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用查詢方式11。 圖 3-3 HX711 芯片引腳圖13圖 3-4 HX711 與 STC89C52 的接線圖 3.3 顯示電路與 STC89C52 單片機(jī)的接口電路圖 3-5 單片機(jī)與 LCD 接線圖3.3.1 1602 點(diǎn)陣型 LCD 簡(jiǎn)介1602 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及 12864 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示 48 個(gè)(162 點(diǎn)陣) 字母12。主要技術(shù)參數(shù)與顯示特性：電源：VDD 3.3V+5V（內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓）；14顯示內(nèi)容：128 列64 行；LCD 類

52、型：STN；多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。3.3.2 點(diǎn)陣 LCD 的顯示原理 在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以 0 和 1 保存的，對(duì) LCD 控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。對(duì)于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要 8 位（一字節(jié)）即可。而對(duì)于中文，常用卻有 6000 以上，于是我們的 DOS 前輩想了一個(gè)辦法，就是將 ASCII 表的高 128 個(gè)很少用到的數(shù)值以兩個(gè)為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低 128 位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，還僅是一組數(shù)字，若要在屏幕上顯示，就涉及到文字的字模，字模雖然也

53、是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有了根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀，如英文的A在字模的記載方式如圖 3-6 所示：圖 3-6 “A”字模圖3.3.3 1602LCD 指令系統(tǒng)表 3-2 1602LCD 指令表 指令命令 控制信號(hào) 控制代碼 引 腳 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB015 顯示開關(guān) 0 0 0 0 1 1 1 1 1 I/O 顯示起示行設(shè)置 0 0 1 1 X X X X X X 頁設(shè)置 0 0 1 0 1 1 1 X X X 列地址設(shè)置 0 0 1 X X X X X X X 讀狀態(tài) 1 0 BUSY 0 O

54、N/OFF RST 0 0 0 0 寫數(shù)據(jù) 0 1 寫數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù) 1 1 讀數(shù)據(jù)(1)顯示開/關(guān)指令R/WRS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB000 0 0 1 1 1 1 1 1/0當(dāng) DB01 時(shí)，LCD 顯示 RAM 中的內(nèi)容；DB00 時(shí)，關(guān)閉顯示。(2)顯示起始行（ROW）設(shè)置指令R/WRS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 00 11 顯示起始行（0-63） 該指令設(shè)置了對(duì)應(yīng)液晶屏最上一行的顯示 RAM 的行號(hào)，有規(guī)律地改變顯示起始行，可以使LCD 實(shí)現(xiàn)顯示滾屏的效果。(3)頁（PAGE）設(shè)置指令 R/WRS DB7 D

55、B6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 00 100111 頁號(hào)（0-7）顯示 RAM 共 64 行，分 8 頁，每頁 8 行。(4)列地址（Y/Address）設(shè)置指令R/WRS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 00 01 顯示列地址（0-63） 設(shè)置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示 RAM 中的一個(gè)單元，這樣 MPU 就可以用讀、寫指令讀出該單元中的內(nèi)容或向該單元寫進(jìn)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。(5)讀狀態(tài)指令R/WRS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01600 BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0該指令用來查

56、詢液晶顯示模塊內(nèi)部控制器的狀態(tài)，各參量含義如下：BUSY：1-內(nèi)部在工作 0-正常狀態(tài)；ON/OFF：1-顯示關(guān)閉 0-顯示打開；RESET：1-復(fù)位狀態(tài) 0-正常狀態(tài)； 在 BUSY 和 RESET 狀態(tài)時(shí)，除讀狀態(tài)指令外，其它指令均不對(duì)液晶顯示模塊產(chǎn)生作用。在對(duì)液晶顯示模塊操作之前要查詢 BUSY 狀態(tài)，以確定是否可以對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行操作。(6)讀寫數(shù)據(jù)指令 R/WRS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 00 寫數(shù)據(jù)(7)讀數(shù)據(jù)指令 R/WRS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 00 讀/顯示數(shù)據(jù) 讀、寫數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、

57、寫操作，列地址就自動(dòng)增一。必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會(huì)讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)13。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。如果是機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)人員，往往需要同時(shí)考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號(hào)頻率輸入處理。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，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)：(1) 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)

58、結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)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(cuò)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(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?，?gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗疲貏e是限制轉(zhuǎn)向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)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(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)17的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、A/D 轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤掃描子程

59、序和顯示子程序等組成。4.1.1 C 語言在單片機(jī)中的應(yīng)用 C 語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，在國(guó)際上非常流行。它既可以用來編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可以用來編寫一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要用匯編語言編寫，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。C 語言是當(dāng)前最流行的程序設(shè)計(jì)語言，它像其它高級(jí)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(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令；C 語言又像匯編語言一樣，可以對(duì)機(jī)器硬件進(jìn)行操作。如進(jìn)行端口 0，1 操作、位操作、地址操作，并可內(nèi)嵌匯編指令，將匯編指令當(dāng)作它的語句一樣。我們知道，匯編語言將涉及計(jì)算機(jī)硬件，所以 C 語言又像低級(jí)語言一樣，可以對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行

60、控制，因此人們把它稱為介于高級(jí)語言與低級(jí)語言之間的一種中級(jí)語言。正是因?yàn)镃 語言具有這樣的特性，所以很適合編寫要對(duì)硬件進(jìn)行操作的軟件程序14。本文采用 C 語言進(jìn)行編寫因?yàn)榻?jīng)系統(tǒng)軟件比較，本系統(tǒng)存儲(chǔ)量較大，因此必須應(yīng)用 C 語言編程了。4.1.2 電子稱的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電子稱軟件設(shè)計(jì)均采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)程序包括主程序、A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序、鍵盤掃描程序、液晶顯示子程序等模塊。所有程序均采用 C 語言編寫。4.2 系統(tǒng)主程序流程圖主程序流程圖 4-1 給出了系統(tǒng)工作的基本過程，描述了信號(hào)的基本流向，起到一個(gè)向?qū)У淖饔谩?8 圖 4-1 系統(tǒng)總程序圖4.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)子程序主要包括 A/