基于單片機控制的電子稱的設計.doc

I 基于單片機控制的電子稱的設計 摘摘 要要 本文設計的電子秤以單片機為主要部件 用 C 語言進行軟件設計 硬件則以傳感器 放大系統(tǒng) A D 轉換系統(tǒng) CPU 控制系統(tǒng) LCD 顯示系統(tǒng) 報警系統(tǒng)及鍵盤控制系統(tǒng)七個部分組成 通過對電路輸出 電壓和標準重量的線性關系 建立具體的數學模型 將電壓量綱 V 改為重量綱 g 即成為一臺原始電子秤 在此基礎上增加了 LCD 顯示 鍵盤控制及閾值報警功能 隨時可改變上限閾值 調節(jié) 單價 去皮處理 顯示總價格的功能 使本產品智能化 符合現(xiàn)代社 會電子信息化的要求 關鍵詞 單片機 傳感器 A D 轉換 LCD 顯示 閾值報警 II THE DESIGN OF MCU BASED ELECTRONIC WEIGHER ABSTRACT In this paper SCM was chosen as the main component of the electronic weigher Software program was designed by using C language and the hardware contains 7 parts sensor amplification system A D conversion system CPU LCD display system alarm system and keyboard control system circuit By examining the linear relationship between the output voltage and the standard weight a specific mathematical model was established and then we should change the voltage dimensionality V to weight voltage g thus a original electronic weigher was obtained On this basis the electronic weigher can be intelligentized by adding LCD display system keyboard control system and threshold alarm system The upper threshold and the unit price of the electronic weigher can be changed at any time and the total price can be displayed on the LCD This intelligentized product meets the requirements of this electronic times Key Words SCM sensor A D conversion LCD display threshold alarm III 目錄目錄 摘摘 要要 I ABSTRACT II 目錄目錄 III 第第 1 章章緒論緒論 1 1 1引言 1 1 2本設計在國內外的研究現(xiàn)狀 1 1 3本設計的選題及意義 2 第第 2 章章總體方案設計總體方案設計 3 2 1顯示器的選擇方案 3 2 2AD 芯片的選擇方案 3 2 3CPU 的選擇方案 4 2 4總體方案的設計 4 第第 3 章章硬件設計硬件設計 6 3 1傳感器的設計 6 3 1 1 電阻應變式傳感器的組成及原理 6 3 1 2 電阻應變式傳感器測量電路的設計 7 3 2A D 轉換系統(tǒng)的電路設計 8 3 2 1 ADC0809芯片的內部邏輯結構 8 3 2 2 ADC0809芯片的外部結構 9 3 2 3 ADC0809芯片的使用說明 10 3 2 4 模數轉換電路的設計 10 3 3CPU 控制系統(tǒng)的電路設計 11 3 3 1 AT89C52芯片簡介 11 3 3 2 AT89C52芯片的引腳說明 11 3 3 3 單片機控制電路的設計 13 3 4顯示系統(tǒng)電路的設計 14 IV 3 4 1 液晶顯示簡介 14 3 4 2 LCD1602的結構及引腳功能 15 3 4 3 顯示電路的硬件設計 16 3 5報警電路的設計 16 3 6產品實物圖 17 第第 4 章章軟件設計軟件設計 18 4 1主程序的設計 18 4 2AD 數據采集及處理子程序的設計 18 4 3鍵盤處理程序的設計 20 第第 5 章章設計結果與展望設計結果與展望 22 5 1設計結果 22 5 2展望 23 參考文獻參考文獻 24 附錄附錄 1 25 附錄附錄 2 26 致謝致謝 33 作品使用說明書作品使用說明書 34 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 1 第第 1 章章 緒論緒論 1 11 1引言引言 隨著時代科技的迅猛發(fā)展 微電子學和計算機等現(xiàn)代電子技術的成就給傳統(tǒng) 的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響 常規(guī)的測試儀器儀表和控 制裝置被更先進的智能儀器所取代 使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離 功能 精 度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化 并相應的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控 制系統(tǒng) 使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高 1 20 世紀 90 年代以來 隨著科學技術的進步 工業(yè)生產自動化 智能化水平 的提高 各行業(yè)對稱重計量提出了許多新要求 歸納起來主要是 稱重技術從靜 態(tài)稱重向動態(tài)稱重方向發(fā)展 測量方法從模擬測量向數字測量方向發(fā)展 測量特 點從單參數測量向多參數測量方向發(fā)展 電子衡器產品的技術性能向高速率 高 準確度 高穩(wěn)定性 高可靠性方向發(fā)展 2 1 21 2本設計在國內外的研究現(xiàn)狀本設計在國內外的研究現(xiàn)狀 近幾年 我國的電子稱重系統(tǒng)從最初的機電結合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和 數字智能型 電子稱重技術逐漸從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展 從模擬測量向數字 測量發(fā)展 從單參數測量向多參數測量發(fā)展 電子稱重系統(tǒng)制造技術及其應用得 到了新發(fā)展 國內電子稱重技術基本達到國際上 20 世紀 90 年代中期的水平 少 數產品的技術已處于國際領先水平 做為重量測量儀器 智能電子秤在各行各業(yè) 開始顯現(xiàn)其測量準確 測量速度快 易于實時測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點 并開始逐 漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量稱 成為測量領域的主流產品 在國際上 一些發(fā)達國家在電子稱重力一面 從技術水平 品種和規(guī)模等方 到了較高的水平 特別是在準確度和可靠性等方面有了很大的提高 其中梅特勒 一托利多公司生產的 BBK4 系列高精度電子秤精度達到了 1mg 速度大約為 1 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 2 次 秒 3 目前 電子秤在稱量速度方面需要進一步的研究 在稱重傳感器方面 國外產品的品種和結構又有創(chuàng)新 技術功能和應用范圍不斷擴大 1 31 3本設計的選題及意義本設計的選題及意義 作為重量測量儀器 智能電子秤在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測量準確 測量速度 快 易于實時測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點 并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量稱 成為測量領域的主流產品 3 隨著數字信息時代的到來 在工業(yè)過程檢測和稱重計量與控制系統(tǒng)中 數字 化電子稱和數字稱重系統(tǒng)的應用越來越多 本設計則是以智能電子測量為設計方向 將傳感器的輸出信號經放大系統(tǒng)放 大 再經過 A D 轉換系統(tǒng)進行模數轉換后將信號發(fā)送到 CPU 控制系統(tǒng)處理并傳 送給 LCD 顯示系統(tǒng)顯示 在此基礎上還增加了鍵盤控制及閾值報警功能 隨時 可改變稱重上限閾值 調節(jié)單價 顯示總價格 去皮處理等功能 使本產品進一 步智能化 更接近本次設計的設計理念 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 3 第第 2 章章 總體方案設計總體方案設計 在智能化電子測量的設計理念要求下 本設計由以下七部分組成 電阻應 變式傳感器 放大系統(tǒng) A D 轉換系統(tǒng) CPU 控制系統(tǒng) LCD 顯示系統(tǒng) 報警 系統(tǒng)及鍵盤控制系統(tǒng) 其結構原理圖如圖 2 1 所示 2 12 1顯示器的選擇方案顯示器的選擇方案 方案一 采用 LED 數碼管 顯示 LED 數碼管 是 light emitting diode 的縮寫 它經過合理的設置可以完成顯示被測物質量 單價 總價以及可測上限 值的任務 并且經濟耐用 同時 LED 具有高亮度 高刷新率的優(yōu)點 能提供寬 達 160 的視角 可以在較遠的距離上看清楚 但是它的顯示存在信息量少 顯示 不直觀 不易理解 連線復雜等缺點 方案二 采用 LCD 液晶屏 顯示 LCD 液晶屏 是 Liquid Crystal Display 的縮寫 它具有字符顯示的功能 不但可以同時顯示被測物質量 單價 總價以及可測上限值 還可以同時顯示相應的控制命令 指示符號及單位等 信 息量豐富且直觀易懂 另外 液晶顯示有功耗低 體積小 質量輕 壽命長 不 產生電磁輻射污染等優(yōu)點 綜合比較二者的優(yōu)缺點 本設計最終采用 LCD1602 作為顯示器 2 22 2AD 芯片的選擇方案芯片的選擇方案 方案一 采用 AD7810 作為 A D 轉換器件 AD7810 是美國模擬器件公司 Analog Devices 生產的一種低功耗 10 位高速串行 A D 轉換器 該產品有 8 腳 DIP 和 SOIC 兩種封裝形式 并帶有內部時鐘 它的外圍接線極其簡單 AD7810 的轉換時間為 2 s 采用標準 SPI 同步串行接口輸出和單一電源 2 7V 5 5V 供電 在自動低功耗模式下 該器件在轉換吞吐率為 1kSPS 時的 功耗僅為 27 W 因此特點適合于便攜式儀表及各種電池供電的應用場合使用 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 4 方案二 采用 ADC0809 作為 A D 轉換器件 ADC0809 是采樣分辨率 為 8 位的 微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件 其內部有一個 8 通道多 路開關 它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號 只選通8 路模擬輸入信號中 的一個進行 A D 轉換 它是逐次逼近式 A D 轉換器 可以和單片機直接接口 綜上所述 由于考慮到 8 位模數轉換已經滿足本次設計要求 而且 ADC0809 的價格相對較低 所以 本設計采用 ADC0809 作為模數轉換器件 2 32 3CPU 的選擇方案的選擇方案 方案一 采用傳統(tǒng)的 8 位的 51 系列單片機作為系統(tǒng)控制器 AT89C52 是一 個低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機 片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器 RAM 器件采 用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲技術生產 兼容標準MCS 51 指令 系統(tǒng) 片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元 功能強大的 AT89C52 單片機可以提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合 而且我們做的很多產品都是在 51 的基礎上完成 對 51 系列的單片機相對來說較為熟悉 方案二 采用 32 位的 ARM2138 作為系統(tǒng)控制器 ARM2138 具有強大的存 儲空間 內嵌 32K 片內靜態(tài) RAM 和 512K 的 flash 存儲器 可以實現(xiàn)在系統(tǒng)可編 程 ISP 在應用可編程 IAP 2 個 8 路 10 位 A D 轉換器 1 個 D A 轉換器 轉換迅速準確 引腳資源豐富 多達 47 個可承受 5V 電壓的通用 I O 口 多個串 行接口 包括 2 個 16C550 工業(yè)標準 UART 2 個高速 I2C 接口 400Kb s SPI 和具有緩沖作用和數據長度可變功能的 SSP 但價格相對較高 綜上分析 由于考慮到器件的價格 現(xiàn)有資源和對器件的掌握程度 控制器 模塊選擇方案一 2 42 4總體方案的設計總體方案的設計 綜合考慮本次設計要求 現(xiàn)有元器件資源 元器件價格和對元器件的熟悉 掌握程度 本次設計選用 AT89C52 作為 CPU 控制器 ADC0809 作為模數轉換 器件 LCD1602 作為顯示器件 再配以其他相關元器件來實現(xiàn)硬件電路的設計 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 5 ADC0809放大電路 電阻應變式 傳感器 LCD顯示 鍵盤 報警電路 CPU 單片機 被測質量 圖 2 1 基于單片機控制的電子秤的基本組成框圖 傳感器的測量電路選用全橋電路 由四個電阻應變計組成 無外力作用時 橋路平衡 輸出電壓為零 有外力作用時 電阻應變計的阻值發(fā)生變化 橋路失 去平衡 有相應的電壓輸出 但是由于此電壓信號過于微弱 難以被 ADC0809 采集 則需經過放大電路放大才能經 ADC0809 進行模數轉換 轉換后的數字信 號經單片機處理后送顯示器顯示 本設計還增加了鍵盤和報警電路 鍵盤的功能 是調節(jié)滿量程的上限值和當前的單價 如果被測量的物質重量超出所設定的滿量 程上限值 則蜂鳴器報警 否則顯示當前的重量 單價和相對應的總價 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 6 第第 3 章章 硬件設計硬件設計 3 13 1傳感器的設計傳感器的設計 3 1 1 電阻應變式傳感器的組成及原理 電阻應變式傳感器由電阻應變計 彈性體和測量電路三部分組成 4 本次設 計所采用的傳感器如圖 3 1 所示 彈性體在外載荷作用下產生應變時 通過粘接 劑傳遞給電阻應變計 引起電阻值改變 其結果使電橋產生不平衡輸出 此輸出 與外載荷成正比 常用的電阻應變計有兩種 電阻絲應變計和半導體應變計 本 設計中采用的是電阻絲應變計 為獲得高電阻值 電阻絲排成網狀 并貼在絕緣 的基片上 電阻絲兩端引出導線 線柵上面粘有覆蓋層 起保護作用 5 圖 3 1 應變式傳感器安裝示意圖 在制作過程中 由于有些電阻應變計本身就存在誤差 產生誤差的因素很多 在測量時我們一定要特別注意 尤其以溫度的影響最重要 環(huán)境溫度影響電阻值 變化的原因主要是 應變計敏感絲柵電阻溫度系數 應變計絲柵的線膨脹 系數與彈性體的線膨脹系數不一致 6 因此當溫度變化時 在被測體受力狀態(tài)及 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 7 大小不變時 輸出電壓會有一定的變化 對于因溫度變化對橋路零點輸出及靈敏度的影響 即使采用同一批應變計 也會因應變計之間稍有溫度特性之差而引起誤差 所以對要求精度較高的傳感器 必須進行溫度補償 解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數的自動補 償片 并從外部對它加以適當的補償 非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點 產生非線性誤差的原因很多 一般來說主要是由結構設計決定 通過線性補償 也可得到改善 7 滯后和蠕變是關于應變片及粘合劑的誤差 由于粘合劑為高分 子材料 其特性隨溫度變化較大 所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內使用 3 1 2 電阻應變式傳感器測量電路的設計 全橋測量電路 全橋電路如圖 3 2 所示 中 將受力狀態(tài)相同的兩片應變計 接入電橋對邊 不同的接入鄰邊 8 應變計初始化阻值是 R1 R2 R3 R4 當其 變化值 R1 R2 R3 R4時 其橋路輸出電壓 Uout KE 其中 K 為應變靈 敏系數 為電阻絲長度相對變化 E 為電橋供電電壓 圖 3 2 全橋電路原理圖 常規(guī)的電阻應變計 K 值很小 約為 2 機械應變度約為 0 000001 0 001 所以 電阻應變片的電阻變化范圍為 0 0005 0 1 歐姆 所以測量電路應當能精確 測量出很小的電阻變化 電阻應變傳感器中常用的是橋式測量電路 8 橋式測量電路有四個橋臂 其中任何一個都可以是電阻應變計 電橋的一個 對角線接入工作電壓 Ui 另一個對角線為輸出電壓 Uo 如圖 3 2 所示 其特點 是 當 R1R3 R2R4時 電橋輸出 Uo 為零 電橋處于平衡狀態(tài) 否則電橋不平衡 就有電壓輸出 可利用靈敏檢流計來測量 所以電橋能夠精確地測量微小的電阻 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 8 變化 為了保證測量的準確性 在實測之間應使電橋平衡 這樣輸出電壓只與應 變計感受應變所引起的電阻變化有關 測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環(huán)節(jié) 我們在制作的過程中應盡 量選擇好元件 調整好測量的范圍的精確度 以減小測量數據的誤差 3 23 2A D 轉換系統(tǒng)的電路設計轉換系統(tǒng)的電路設計 本設計采用 ADC0809 作為 A D 轉換器件 它是采樣分辨率為 8 位的 微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件 其內部有一個 8 通道多路開關 它可 以根據地址碼鎖存譯碼后的信號 只選通8 路模擬輸入信號中的一個進行 A D 轉換 它是逐次逼近式 A D 轉換器 可以和單片機直接接口 3 2 1 ADC0809 芯片的內部邏輯結構 圖 3 3 ADC0809 芯片的內部邏輯結構示意圖 由圖 3 3 可知 ADC0809 由一個 8 路模擬開關 一個地址鎖存與譯碼器 一 個 A D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成 多路開關可選通 8 個模擬通道 允 許 8 路模擬量分時輸入 共用 A D 轉換器進行轉換 三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A D 轉換完的數字量 當 OE 端為高電平時 才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 9 數據 3 2 2 ADC0809 芯片的外部結構 ADC0809 芯片有 28 條引腳 采用雙列直插式封裝 如圖3 4 所示 圖 3 4 ADC0809 芯片的引腳結構示意圖 IN0 IN7 8 路模擬量輸入端 D0 D7 8 位數字量輸出端 A B C 3 位地址輸入線 用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE 地址鎖存允許信號 輸入 高電平有效 START A D 轉換啟動脈沖輸入端 輸入一個正脈沖 至少100ns 寬 使其啟動 脈沖上升沿使 0809 復位 下降沿啟動 A D 轉換 EOC A D 轉換結束信號 輸出 當 A D 轉換結束時 此端輸出一個 高電平 轉換期間一直為低電平 OE 數據輸出允許信號 輸入 高電平有效 當A D 轉換結束時 此 端輸入一個高電平 才能打開輸出三態(tài)門 輸出數字量 CLK 時鐘脈沖輸入端 要求時鐘頻率不高于640KHZ REF REF 基準電壓 Vcc 電源 5V 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 10 GND 地 3 2 3 ADC0809 芯片的使用說明 使用時 首先輸入 3 位地址 并使 ALE 1 將地址存入地址鎖存器中 此地址經譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器 START 上升沿將逐次逼近 寄存器復位 下降沿啟動 A D 轉換 之后 EOC 輸出信號變低 指示轉換正 在進行 直到 A D 轉換完成 EOC 變?yōu)楦唠娖?指示 A D 轉換結束 結果 數據已存入鎖存器 這個信號可用作中斷申請 當OE 輸入高電平時 輸出 三態(tài)門打開 轉換結果的數字量輸出到數據總線上 12 3 2 4 模數轉換電路的設計 為了調試方便 在設計中加入了電位器 當 ADC0809 正常工作時 再接入 傳感器進行調試 由于 ADC0809 芯片的時鐘頻率的要求 則需將 單片機的 ALE 信號分頻再傳給 ADC0809 本設計選用兩個 D 觸發(fā)器對 ALE 信號進行分 頻 ADC0809 芯片的 8 位數字量輸出端直接接單片機的 P1 口 選用通道 0 作為模擬量輸入端 則需將 A B C 接低電平 電路原理圖如圖 3 5 所示 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 11 圖 3 5 A D 轉換電路原理圖 3 33 3CPU 控制系統(tǒng)的電路設計控制系統(tǒng)的電路設計 3 3 1 AT89C52 芯片簡介 AT89C52 是 51 系列單片機的一個型號 它是 ATMEL 公司生產的 AT89C52 是一個低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機 片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲技術生產 兼容標 準 MCS 51 指令系統(tǒng) 片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元 功能 強大的 AT89C52 單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合 9 AT89C52 有 40 個引腳 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 端口 同時內 含 2 個外中斷口 3 個 16 位可編程定時計數器 2 個全雙工串行通信口 2 個 讀寫口線 AT89C52 可以按照常規(guī)方法進行編程 但不可以在線編程 S 系列 的才支持在線編程 其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起 特別 是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本 10 AT89C52 有 PDIP PQFP TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式 以適應不同 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 12 產品的需求 本設計選取的 AT89C52P 采用的是 PDIP 封裝 AT89C52P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器 采用工業(yè)標準的C51 內核 在內 部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同 其主要用于會聚調整時的功能控 制 功能包括對會聚主 IC 內部寄存器 數據 RAM 及外部接口等功能部件 的初始化 會聚調整控制 會聚測試圖控制 紅外遙控信號IR 的接收解碼 及與主板 CPU 通信等 3 3 2 AT89C52 芯片的引腳說明 P0 口 P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I O 口 也即地址 數據總線復用口 作為輸出口用時 每位以吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路 對端口 P0 寫 1 時 可作為高阻抗輸入端用 在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時 這 組口線分時轉換地址 低 8 位 和數據總線復用 在訪問期間激活內部上拉電 阻 在 Flash 編程時 P0 口接收指令字節(jié) 而在程序校驗時 輸出指令字節(jié) 校驗時 要求外接上拉電阻 11 圖 3 6 AT89C52芯片引腳圖 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 13 P1 口 P1 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 P1 的輸出緩沖級可 驅動 吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路 對端口寫 1 通過內部上拉電 阻把端口拉到高電平 此時可作輸入口 作輸入口使用時 因為內部存在上拉電 阻 某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 IIL P2 口 P2 口是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 P2 的輸出緩 沖級可驅動 吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路 對端口 P2 寫 1 通 過內部的上拉電阻把端口拉到高電平 此時可作輸入口 作輸入口使用時 因 為內部存在上拉電阻 某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 IIL 在 訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數據存儲器時 P2 口送出高 8 位地 址數據 在訪問 8 位地址的外部數據存儲器時 P2 口輸出 P2 鎖存器的內容 Flash 編程或校驗時 P2 亦接收高位地址和一些控制信號 P3 口 P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 P3 口輸出緩 沖級可驅動 吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路 對 P3 口寫入 1 時 它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口 此時 被外部拉低的P3 口將 用上拉電阻輸出電流 IIL P3 口除了作為一般的 I O 口線外 更重要的 用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校 驗的控制信號 RST 復位輸入 當振蕩器工作時 RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高 電平將使單片機復位 ALE PROG 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時 ALE 地址鎖存 允許 輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié) 一般情況下 ALE 仍以時鐘 振蕩頻率的 1 6 輸出固定的脈沖信號 因此它可對外輸出時鐘或用于定時目 的 要注意的是 每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE 脈沖 對 Flash 存儲器編程期間 該引腳還用于輸入編程脈沖 PROG 如有必要 可通過對特殊功能寄存器 SFR 區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 此外 該引腳會被微弱拉高 單片機執(zhí)行外部程序時 應設置 ALE 禁止位無效 PSEN 程序儲存允許 PSEN 輸出是外部程序存儲器的 讀選通信號 當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令 或數據 時 每個機器 周期兩次 PSEN 有效 即輸出兩個脈沖 在此期間 當訪問外部數據存儲器 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 14 將跳過兩次 PSEN 信號 PSEN 程序儲存允許 PSEN 輸出是外部程序存 儲器的讀選通信號 當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令 或數據 時 每個機器周期兩次 PSEN 有效 即輸出兩個脈沖 在此期間 當訪問外部數 據存儲器 將跳過兩次 PSEN 信號 EA VPP 外部訪問允許 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 EA 端必 須保持低電平 接地 需注意的是 如果加密位LB1 被編程 復位時內 部會鎖存 EA 端狀態(tài) 如 EA 端為高電平 接 Vcc 端 CPU 則執(zhí)行內部程 序存儲器中的指令 Flash 存儲器編程時 該引腳加上 12V 的編程允許電 源 Vpp 當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp XTAL1 振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端 XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端 3 3 3 單片機控制電路的設計 在本次設計中 CPU 控制系統(tǒng)的設計如圖 3 7 所示 圖 3 7 CPU 電路的設計原理圖 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 15 包含了復位電路 振蕩電路 P0 口作為 LCD1602 的數據端 P1 口作為 A D 轉換后的信號輸入端 P2 口作為報警電路 鍵盤電路及 LCD1602 的控制接 口 3 43 4顯示系統(tǒng)電路的設計顯示系統(tǒng)電路的設計 3 4 1 液晶顯示簡介 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性 通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制 有電就有顯示 這樣即可以顯示出圖形 液晶顯示器具有厚度薄 適用于大規(guī)模 集成電路直接驅動 易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點 目前已經被廣泛應用在便攜式 電腦 數字攝像機 PDA 移動通信工具等眾多領域 液晶顯示的分類方法有很多種 通常可按其顯示方式分為段式 字符式 點 陣式等 除了黑白顯示外 液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等 如果根據驅動 方式來分 可以分為靜態(tài)驅動 Static 單純矩陣驅動 Simple Matrix 和主動 矩陣驅動 Active Matrix 三種 本設計采用的是字符式 用 LCD 顯示一個字符時比較復雜 因為一個字符由 6 8 或 8 8 點陣組成 既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié) 還要使每字節(jié) 的不同位為 1 其它的為 0 為 1 的點亮 為 0 的不亮 這樣一來就組成某 個字符 但由于內帶字符發(fā)生器的控制器來說 顯示字符就比較簡單了 可以讓 控制器工作在文本方式 根據在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯 示 RAM 對應的地址 設立光標 在此送上該字符對應的代碼即可 13 3 4 2 LCD1602 的結構及引腳功能 LCD1602 的結構如下圖所示 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 16 圖 3 8 LCD1602 的結構圖 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 VL 為液晶顯示器對比度調整端 接正電源時對比度最弱 接地時 對比度最高 對比度過高時會產生 鬼影 使用時可以通過一個 10K 的電位器調 整對比度 第 4 腳 RS 為寄存器選擇 高電平時選擇數據寄存器 低電平時選擇指令 寄存器 第 5 腳 R W 為讀寫信號線 高電平時進行讀操作 低電平時進行寫操作 當 RS 和 R W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址 當 RS 為低電平 R W 為高電平時可以讀忙信號 當 RS 為高電平 R W 為低電平時可以寫入數據 第 6 腳 E 端為使能端 當 E 端由高電平跳變成低電平時 液晶模塊執(zhí)行命 令 第 7 14 腳 D0 D7 為 8 位雙向數據線 第 15 腳 背光源正極 第 16 腳 背光源負極 3 4 3 顯示電路的硬件設計 LCD1602 的電路設計如下圖所示 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 17 圖 3 8 LCD1602 的結構圖 其中數據口接單片機的 P0 口 E 接 P2 5 RS 接 P2 7 RW 接 P2 6 3 53 5報警電路的設計報警電路的設計 本設計采用蜂鳴器作為報警器 從而實現(xiàn)閾值報警功能 其設計電路如圖 3 9 所示 將蜂鳴器的正極接 VCC 負極接三極管 8550 的集電極 8550 的基極串 聯(lián)一個 2K 的電阻再接到 CPU 的 P2 4 口 當 P2 4 為高電平時 8550 無法導通 蜂鳴器不叫 當 P2 4 為低電平時 8550 導通 蜂鳴器報警 圖 3 9 報警電路原理圖 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 18 3 63 6產品實物圖產品實物圖 圖 3 10 產品實物圖 第第 4 章章 軟件設計軟件設計 4 14 1主程序的設計主程序的設計 主程序設計的流程如下圖所示 開機后先對 LCD1602 進行初始化 并顯示單 價及上限閾值 接下去則循環(huán)采集 AD 數據及鍵盤程序 Comment y1 看到這里了 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 19 開始 LCD1602初始化 顯示初始化 AD數據采集 及處理 鍵盤掃描及處理 圖4 1 主程序流程圖 4 24 2AD 數據采集及處理子程序的設計數據采集及處理子程序的設計 數據采集由 ADC0809 芯片來完成 主要分為啟動 讀取數據 等待轉換結 束 讀出轉換結果 采集的數據求和 取平均 退出 幾個步驟 ADC0809 初 始化后 就具有了將某一通道輸入的 0 5V 模擬信號轉換成對應的數字量 0 x00 0 xff 然后再存入指定緩沖單元中 其轉換方式可以采用程序查詢方式 延時等待方式和中斷方式三種 本設計采用的是延時等待方式 具體程序流程圖 如圖 4 2 所示 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 20 AD采集子程序 啟動ADC0809 將所采集的數據 相加 是否已采集10次 采集數據 返回主程序 采集數據取平均 Y N 等待轉換結束 圖 4 2 AD 數據采集及處理子程序流程圖 數據處理子程序是整個程序的核心 主要用來調整輸入值系數 使輸出滿足 量程要求 另外完成 A D 的采樣結果從二進制數向 BCD 碼轉化 14 在硬件調試 過程中重量與電壓的關系如表一所示 表 4 1 重量與電壓的關系表 質量 g20406080100120140160180200220240 電壓 V0 390 781 161 561 942 342 733 123 503 894 284 67 線性符合設計要求 且每個砝碼對應的電壓值轉 BCD 碼后正好近似 20 則 無需其他處理 4 34 3鍵盤處理程序的設計鍵盤處理程序的設計 在本次設計中 總共用到三個按鍵 按鍵 0 是切換鍵 按一次切換鍵進入單 價修改狀態(tài) 按兩次進入上限閾值修改狀態(tài) 按三次進入電子稱去皮處理狀態(tài) 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 21 再按一次則返回正常顯示狀態(tài) 按鍵 1 實現(xiàn)對單價或上限閾值加一的功能 按 鍵 2 實現(xiàn)對單價或上限閾值減一的功能 每個按鍵對應的流程圖如下所示 按鍵0子程序 Count 1 進入單價調整狀態(tài) Count 2 進入上限調整狀態(tài) Count 3 進入去皮處理狀態(tài) Count 3 Count 0 返回主程序 Count 1 N Y 圖 4 3 按鍵 0 的子程序流程圖 按鍵1子程序 Count 1 單價 1 返回主程序 Count 2 量程上限 1 N Y N Y 圖 4 4 按鍵 1 的子程序流程圖 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 22 按鍵2子程序 Count 1 單價 1 返回主程序 Count 2 量程上限 1 N Y N Y 圖 4 5 按鍵 2 的子程序流程圖 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 23 第第 5 章章 設計結果與展望設計結果與展望 5 15 1設計結果設計結果 本設計成功實現(xiàn)了電子稱量功能 在原始電子稱的基礎上還增加了單價調節(jié) 閾值報警和去皮稱重功能 利用 LCD1602 同時顯示當前重量值 當前重量所對 應的單價 總價以及可測重量的上限值 如圖 5 1 所示 圖 5 1 成品顯示器顯示示意圖 其中 P 表示當前的單價 M 表示當前重量值 表示當前物質的總 價 max 表示當前設定的承載上限值 P max 和 M 可以去皮稱 重 的調整操作如下 單價調節(jié)功能操作 先按一下切換鍵當液晶屏上的 P 后面顯示 時 在按加一減一鍵調整價格值 調整好后在按切換鍵退出 測量上限調節(jié)功能操作 先按兩下切換鍵 當液晶屏上的 max 后面顯示 時 在按加一減一鍵調整上限值 調整好后在按切換鍵退出 去皮功能操作 先按三下切換鍵 直到顯示屏上的 M 值顯示 000 g 再 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 24 按一下切換鍵則顯示去皮前重量值 本產品總體實現(xiàn)智能電子稱的功能 但是由于本次畢業(yè)設計由于傳感器發(fā)出 的信號不是很穩(wěn)定 所以稱重時誤差很大 如果使用精密度較高的傳感器 效果 會好很多 其次是數據采集處理階段 此階段是對傳感器發(fā)出的信號進行量化 采集 主要分為信號放大 采集 然后進行 A D 轉換 該階段需注意的地方是 對傳感器輸出的信號進行放大時 應選取合適的運算放大電路 最好是預先計算 好應放大的倍數 以便選取 還有就是進行數據處理時 選取適當的數據轉換系 數 使輸出滿足量程要求 5 25 2展望展望 隨著集成電路和計算機技術的迅速發(fā)展 使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變 化 傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代 智能儀器的核心部件是單片機 因其 極高的性價比得到廣泛的應用與發(fā)展 從而加快了智能儀器的發(fā)展 而傳感器作 為測控系統(tǒng)中對象信息的入口 越來越受到人們的關注 傳感器好比人體 五官 的工程模擬物 它是一種能將特定的被測量信息 物理量 化學量 生物量等 按一定規(guī)律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置本次課設中的半橋電子秤就是 在以上儀器的基礎上設計而成的 15 因此 只有充分了解有關智能儀器 單片機 傳感器以及各部分之間的關系才能達到要求 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 25 參考文獻參考文獻 1 殷劍宏 吳開亞 圖論及其算法 M 合肥 中國科學技術大學出版社 2004 2 趙茂泰 智能儀器原理及應用 M 北京 電子工業(yè)出版社 2004 3 劉敏 張強 郝樹虹 王艷芬 稱重傳感器的選用原則 A 電子科學 2009 0 1 39 4 張毅剛 MCS 51 單片機應用設計 M 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2003 5 賈伯年 俞樸 傳感器技術 M 南京 東南大學出版社 2000 6 謝惠玲 應變式稱重傳感器技術動向和發(fā)展趨勢 J 科技創(chuàng)新導報 2009 14 114 116 7 田佳琳 鄭賓 姜華 稱重傳感器測量單元的研究與設計 M 電腦知識與 技術 2009 5 33 9503 9505 8 施昌彥 電子衡器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 A 21 世紀稱重技術交流會主題報告論 文集 C 2006 9 李道華 李玲 朱艷 傳感器電路分析與設計 M 武漢大學出版社 2000 10 單成祥 傳感器理論設計基礎及其應用 M 北京 國防工業(yè)出版社 1999 11 李剛 林凌 姜葦 單片機系統(tǒng)設計與應用技巧 M 北京 北京航空航天大 學出版社 2004 12 李斌 董慧穎 可重組機器人研究和發(fā)展現(xiàn)狀 J 沈陽工業(yè)學院學報 2000 19 4 23 27 13 張景元李業(yè)德 一種基于單片機的多功能電子稱 J 微計算機信息 2006 4 5 2 53 14 王華 數 模稱重傳感器的應用 C 江蘇現(xiàn)代計量 2009 4 35 36 15 王艷春 何鵬 李會 智能電子稱重系統(tǒng)的設計 J 微計算機信息 2007 0 4 111 112 附錄附錄 1 圖 1 電子稱的主板電路圖 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 27 附錄附錄 2 include include include sbit EP P2 5 6 sbit RW P2 6 5 sbit RS P2 7 4 sbit ST P3 5 4 sbit B DIS P2 4 聲音信號指示 sbit BUSY P3 3 AD 轉換忙信號 sbit EN P3 4 unsigned char count pr 5 max 199 key num 0 M s d l unsigned int G 0 x00 unsigned char bcd dis 4 bcd P 2 bcd M 4 bcd Z 5 void delay unsigned int i for i 0 i void LCD WC unsigned char command RS 0 RW 0 EP 0 delay 2 P0 command delay 4 EP 1 delay 4 EP 0 void LCD WD unsigned char dat RS 1 RW 0 EP 0 delay 2 P0 dat delay 2 EP 1 delay 4 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 28 EP 0 void LCD ON void LCD WC 0 x0c delay 256 void LCD OFF void LCD WC 0 x08 delay 256 void LCD CLEAR void LCD WC 0 x01 delay 256 void LCD SET POS unsigned char wz LCD WC wz 0 x80 delay 256 void LCD INIT void LCD WC 0 x38 delay 256 LCD ON LCD WC 0X06 delay 256 LCD CLEAR void LCD DISP unsigned char string int i 0 while string i LCD WD string i delay 1000 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 29 void A D void G 0 for h 0 h 10 h P1 0XFF ST 0 delay 1 ST 1 delay 1 ST 0 while BUSY G G P1 delay 1000 unsigned char key void unsigned char temp i key num 0 if P2 delay 5 if P2 temp P2 for i 0 i 1 key num while P2 return key num void BCD P unsigned char b bcd P 0 b 10 0 x30 bcd P 1 0 x00 void BCD unsigned char b bcd dis 0 b 100 0 x30 bcd dis 1 b 10 10 0 x30 寧波工程學院本科畢業(yè)設計論文 30 bcd dis 2 b 10 0 x30 bcd dis 3 0 x00 void BCD Z unsigned int b bcd Z 0 b 1000 0 x30 bcd Z 1 b 100 10 0 x30 bcd Z 2 b 10 10 0 x30 bcd Z 3 b 10 0 x30 bcd Z 4 0 x00 unsigned char F BCD void d bcd M 0 0 x30 100 bcd M 1 0 x30 10 bcd M 2 0 x30 return d void m INIT void LCD SET POS 0 x00 LCD DISP P LCD SET POS 0 x08 LCD DISP M g LCD SET POS 0 x40 LCD DISP LCD SET POS 0 x48 LCD DISP max LCD SET POS 0 x02 BCD P pr LCD DISP bcd P LCD SET POS 0 x4c BCD max LCD DISP bcd dis B DIS 1 BCD max bcd M 0 bcd dis 0 bcd M 1 bcd dis 1 bcd M 2 bcd dis 2 bcd M 3 bcd dis 3 s max