基于單片機(jī)的電子秤畢業(yè)設(shè)計

1、南京理工大學(xué)紫金學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:學(xué) 號：系：電子工程與光電技術(shù)系專 業(yè):電子信息工程題 目:基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2014 年 5 月南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語學(xué)生姓名： 班級、學(xué)號： 題 目： 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計 綜合成績： 指導(dǎo)者評語：陸文林同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計是對基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計，以stc89c52為控制核心，設(shè)計制作一個稱重電子稱。此電子稱電路中，主要包含stc89c52單片機(jī)、液晶lcd1602、模數(shù)轉(zhuǎn)換adhx711、壓力傳感器mpx4250和矩陣鍵盤

2、。該電子秤實現(xiàn)了基本的稱重功能，可以通過鍵盤輸入單價，液晶實時顯示單價、重量以及總價，并且具有超重報警功能。該設(shè)計在keil里編寫c語言程序，在proteus里設(shè)計硬件電路，通過硬件電路和軟件程序的聯(lián)調(diào)，達(dá)到了預(yù)期的仿真效果。該生還制作完成了電子稱的硬件實物，達(dá)到了預(yù)期的稱重功能，稱重誤差在允許的范圍內(nèi)。論文達(dá)到任務(wù)書所規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容、要求和目的。工作量飽滿，圖片符合規(guī)范，書寫符合規(guī)范，文獻(xiàn)引用與寫作格式正確，該生學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立設(shè)計能力較強(qiáng)，學(xué)習(xí)態(tài)度特別端正。畢業(yè)設(shè)計論文可以提交答辯，建議成績評定為良好。 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）評語評閱者評語： 評閱者(簽字)： 年

3、月 日答辯委員會（小組）評語： 答辯委員會（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要本課題結(jié)合全橋式差分測量電路的壓力傳感器和stc89c52rc單片機(jī)等器件制作的電子稱。通過壓力傳感器對5kg量程范圍內(nèi)的物體進(jìn)行稱重，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)稱重、顯示、計價、去皮/復(fù)位功能。采用24位高精度的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換ad芯片hx711采集傳感器的模擬輸入量，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，lcd1602液晶則是負(fù)責(zé)顯示的功能。本設(shè)計運(yùn)用c語言來編程來實現(xiàn)單片機(jī)的控制功能，包含有基本的稱重功能，鍵盤價格輸入功能，lcd液晶顯示功能，還具有超重報警功能能夠得到體現(xiàn)。關(guān)

4、鍵詞 電子稱 stc89c52 hx711 lcd1602畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要title electronic scale based on mcu abstractthe issue is the differential pressure sensor full bridge measurement circuit and microcontroller devices such stc89c52rc production of electronic scales. the scale of the object is achieved by a pressure sensor

5、within range of weighing 5kg, to achieve weighing, display, peeled / clear functions. the electronic scales dedicated 24 bit ad converter chips hx711 amount of analog sensor to the ad conversion, the converted data to the microcontroller for processing and display, data from the lcd1602 lcd display.

6、the design of all the control functions of the application microcontroller c language, including basic weighing functions, keyboard input prices, lcd liquid crystal display, alarm function also has overweight. electronic scales are the detection and conversion technology, computer technology, inform

7、ation processing, digital technology and other new technologies one of modern integrated weighing instruments.keywords mcu stc89c52 hx711 lcd1602目 次1 緒論11.1 稱的發(fā)展11.2 基于單片機(jī)的電子稱的基本思想以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11.3 本課題研究的難點12 基于單片機(jī)電子稱的概述32.1 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理32.2 橋式測量電路的工作原理32.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d的選擇52.4 鍵盤的選擇62.5 液晶顯示器的選擇62.6 本章小結(jié)73 基于

8、單片機(jī)電子稱設(shè)計的硬件系統(tǒng)設(shè)計83.1 全橋式壓力傳感器83.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）-hx71193.3 模擬信號的放大113.4 4*4矩陣式掃描鍵盤113.5 數(shù)據(jù)的處理核心-單片機(jī)（stc89c52rc）133.6 數(shù)據(jù)的輸出顯示-lcd1602163.7 超重報警電路173.8 本章小結(jié)184 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)194.1 系統(tǒng)主程序流程圖194.2 lcd1602顯示流程圖204.3 鍵盤按鍵掃描流程圖204.5 本章小結(jié)215 軟件仿真225.1 在proteus 中的仿真225.2 仿真結(jié)果顯示235.3 本章小結(jié)246 硬件調(diào)試256.1 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法256.2 本

9、章小結(jié)28結(jié) 論29致 謝30參 考 文 獻(xiàn)31附錄a c語言程序32附錄b 系統(tǒng)總原理圖421 緒論電子稱在市面上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，人們的生活中是隨處可見，在超市購物或者農(nóng)貿(mào)市場買菜，幾乎是人們生活中的必要工具，基于單片機(jī)的電子稱，是借助微型單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理，將我們所需要的信息在顯示屏中輸出，一目了然。1.1 稱的發(fā)展計量與計價是在生產(chǎn)生活與貿(mào)易流通中一個重要的環(huán)節(jié)。稱重設(shè)備或衡器則是不可或缺的計量工具。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和商品流通規(guī)模不斷擴(kuò)大，稱重設(shè)備需求也在不斷增加，機(jī)械式杠桿稱在當(dāng)今高負(fù)荷的使用中己經(jīng)逐漸被淘汰。所以稱重設(shè)備不但要顯示稱重結(jié)果，而且也得滿足計價的功能，最好是顯示更多的附屬

10、功能，產(chǎn)品的種類等等。現(xiàn)在社會的發(fā)展之快，稱重技術(shù)的不斷發(fā)展也體現(xiàn)出社會的發(fā)展。科技上的更新瞬息萬變，稱重技術(shù)的革新速度也反應(yīng)時代的變化，總的來說，經(jīng)歷了四個階段，機(jī)械部件組成的傳統(tǒng)機(jī)械稱到使用由電子電路和部分機(jī)械元件組成的機(jī)電結(jié)合稱，由于集成電路的高速發(fā)展為目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的電子計價稱奠定了基礎(chǔ)2。1.2 基于單片機(jī)的電子稱的基本思想以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于單片機(jī)的電子稱的基本思想是以一個標(biāo)準(zhǔn)的、通用的、模塊化的硬件平臺為依托，c語言被用為編程語言，采用壓力傳感器集成模塊，模擬-數(shù)字（a/d）轉(zhuǎn)換模塊，行列式掃描鍵盤模塊，信號數(shù)據(jù)處理單片機(jī)（stc89c52rc）模塊，液晶顯示模塊（lcd160

11、2）。數(shù)字式電子稱通常采用電阻應(yīng)變式傳感器作為數(shù)據(jù)媒介，通過傳感器將需要稱重物品的重量轉(zhuǎn)變成電壓輸出，經(jīng)放大器電壓放大后，再經(jīng)過模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換電路將電壓變化的信息轉(zhuǎn)變成相關(guān)的數(shù)字信息去處理，再由矩陣式鍵盤輸入稱重物品的單價之后由單片機(jī)完成最后的數(shù)據(jù)計算處理任務(wù)，數(shù)據(jù)處理之后再經(jīng)由顯示電路顯示出被稱量重物的物重信息3。1.3 本課題研究的難點第一，橋式電路是壓力傳感器最常選用的傳感器，在二分之一橋和全橋之間做出選擇。第二，由于壓力傳感器的輸出電壓比較小，對于低精度a/d而言需要加放大器來提高精度來降低誤差，而高精度的ad可選用萬能可編程放大器，自動選擇。第三，課題要求精度達(dá)到0.1%，既要滿

12、足精度的要求，也需要考慮在實際生活中的應(yīng)用。第四，矩陣式鍵盤通過什么樣的掃描方式將按下的鍵值和按鍵功能體現(xiàn)出來。第五，當(dāng)稱盤上的物重超出了所設(shè)定的5kg的最大重量或者是在電子稱的托盤空載的情況下，報警蜂鳴器能否正常工作。第六，在數(shù)字電子稱工作的開始，托盤有其自身的重量，去皮也是重要的環(huán)節(jié)之一。2 基于單片機(jī)電子稱的概述電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、1602lcd顯示電路、蜂鳴器報警電路、4*4鍵盤掃描電路和壓力傳感電路(hx711采樣）6個部分組成了電子稱的系統(tǒng)，如圖2.1所示。圖2.1 基于單片機(jī)的電子稱系統(tǒng)框圖由上圖可以看出整個電子稱系統(tǒng)的工作流程由壓力傳感器測得物重信息并轉(zhuǎn)換成電壓信號，由于

13、其感測的電壓微小，低位數(shù)的adc轉(zhuǎn)換的精度有限制，產(chǎn)生較大誤差，增加了放大電路對壓力傳感器的輸出信號的處理，adc則是對放大信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換成單片能夠識別的數(shù)字信號，鍵盤則是電子稱的物品價格的輸入器件，最后顯示價格，重量和總價。2.1 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理應(yīng)用最廣泛的的壓力傳感器是電阻應(yīng)變式傳感器，在彈性敏感元件上黏貼電阻應(yīng)變片，能夠測量位移、壓力、加速度等參數(shù)，作為最主要的測量手段的傳感器5，它具有以下獨(dú)特的特點：使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高；適用于測試過程中的自動化和遙測、多點同步測量。阻應(yīng)變式傳感器借助彈性敏感元件上粘貼電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片由于外界給與的壓力使

14、得彈性敏感元件產(chǎn)生的應(yīng)變，所以電阻應(yīng)變的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，電阻值發(fā)生的變化從而相應(yīng)的的輸出電壓值也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化5。2.2 橋式測量電路的工作原理眾所周知，外界環(huán)境因素對實驗的影響無可避免的，從而會使電阻值發(fā)生改變，溫度導(dǎo)致的變化與彈性敏感元件應(yīng)變電阻值的變化在同一個數(shù)量級，所以應(yīng)當(dāng)采取措施克服溫度誤差橋式測量電路5。橋路補(bǔ)償法補(bǔ)償非線性誤差的優(yōu)點是：方法簡單，在常溫下補(bǔ)償?shù)男Ч^好，也會存在缺點：如果溫度之間的差值太大，就會導(dǎo)致補(bǔ)償片與工作片溫度不在相同的測量范圍，補(bǔ)償?shù)男Ч簿筒簧趵硐?。電橋電路上的應(yīng)變片發(fā)生彈性應(yīng)變可轉(zhuǎn)化為電阻值變化，還需要將電阻的變化值轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化值

15、，此電路稱為電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路5。在理論研究中都是假定應(yīng)變片的參數(shù)變化很小，所以一般是線性特征。在本課題中采用差動電路來克服非線性誤差：測量元件的應(yīng)力狀態(tài)是不相同的，這兩個應(yīng)變片一個受拉力，一個受壓力，應(yīng)變方向正好相反，工作性質(zhì)相反，工作時將兩個應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂，以達(dá)到補(bǔ)償非線性的作用，如圖2.2所示半橋差動電路。圖2.2 半橋差動半橋的輸出電壓如公式（2.1）所示： （2.1）本課題中采用的是四個應(yīng)變片全橋差動補(bǔ)償電路，對橋之間所受的力的方向一致，相鄰的兩橋臂之間所受到的力的性質(zhì)相反，當(dāng)金屬應(yīng)變片發(fā)生形變，相鄰的橋臂之間形成補(bǔ)償作用，如圖2.3所示為全橋差動電路。圖2.3

16、全橋差動電路全橋的輸出電壓如公式（2.2）所示： （2.2）本課題設(shè)計中所采用的是全橋式差動壓力傳感。2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d的選擇本課題設(shè)計要求的測量范圍5kg內(nèi)，測量精度達(dá)到0.1%。根據(jù)課題精度要求，所以至少需要采用的10位的adc才能滿足需求，但市場上10位的adc并不多見，而且選擇這樣獨(dú)立的adc需要外接的電路，包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)的時鐘振蕩器等，還需要對芯片內(nèi)部的寄存器編程，具有一定的繁瑣性。綜合查找的資料，在比較之下選擇的24bit的hx711這款芯片，因為它是專門針對于稱重設(shè)備開發(fā)的一款adc。由所需要達(dá)到的精度可以算出所需要的adc需要的位數(shù)如公式（2.3）所示： （2.3）可

17、以得到n=10時滿足0.001精度的要求，則使用10位的adc它的分辨力如公式（2.4）所示： （2.4）但是這樣的只是理論中計算出來的值，在實際應(yīng)用中還是有很大的誤差，其中會有環(huán)境因素，焊接工藝等帶來的誤差，所以為了適應(yīng)現(xiàn)實生活中的需要，選擇高精度的ad才能夠更好的滿足生產(chǎn)生活中的需要，使用hx711模數(shù)轉(zhuǎn)換ad,其所達(dá)到的精度如式（2.5）所示： （2.5）則其分辨力可以達(dá)到0.0003g如公式（2.6）所示： （2.6）這是理論上可達(dá)到的最小靈敏度，但是在實際應(yīng)用中并不能測得如此的精確。高精度的hx711，對于傳感器輸入的的小信號可以直接采用，更多的好處是hx711芯片本身也集成了可編程

18、反相程控放大器，為了適應(yīng)不同環(huán)境，提高分辨力和測量精度，所以選擇帶有可變增益的放大器，智能儀器含有處理器芯片，內(nèi)置的程序被用來選擇控制放大器的增益，這就是智能儀器中的程控放大器 6。程控放大器又可分為程控反相放大器、程控同相放大器，程控反相放大器如圖2.4所示，hx711無需編程選擇放大增益，具有自動選擇的功能。如果是采用了低精度的ad，則必需增加放大電路和多路選擇器，比如op07與cd4066。反相程控放大器的增益公式如公式（2.7）所示： （2.7）圖2.4 程控反相放大器在本課題中已經(jīng)采用了hx711模數(shù)轉(zhuǎn)換ad，這個芯片是一個集成芯片，包括了穩(wěn)壓電源和可編程放大器等外圍電路。2.4 鍵

19、盤的選擇獨(dú)立式按鍵：單片機(jī)的i/o口既可以作為輸出也可作為輸入使用，一個按鍵占用了單獨(dú)的一個i/o口，所以這樣會浪費(fèi)i/o的資源。矩陣式按鍵：在超過一定數(shù)量的按鍵之后起到節(jié)省i/o口的作用，按鍵被排列成行列形式，每條水平線和垂直線在交叉處通過一個按鍵加以連接，實現(xiàn)按鍵接線之間的導(dǎo)通，在后期的制作中如果按鍵只是用來清零、復(fù)位等簡單操作可選擇獨(dú)立式鍵盤，在后期制作中滿足不了功能需求所以實物中采用了薄膜式矩陣鍵盤。2.5 液晶顯示器的選擇lcd1602：顯示的內(nèi)容是32個字符，分上下兩行顯示，每行可顯示16個字符，雖然只能顯示兩行字符，但包含了本課題的顯示需求，但不能顯示漢字字符，還具有微功耗，體積

20、小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧的特點。lcd12864：顯示的內(nèi)容是128*64，可現(xiàn)實64行，每行128個字符。對于顯示內(nèi)容豐富的儀器還可以顯示中文字符，更適用于生產(chǎn)生活需要。綜上所述在本課題中所采用的液晶顯示器是lcd1602滿足本課題需求。2.6 本章小結(jié)在本章中主要介紹了電阻應(yīng)變式傳感器中的橋式測量電路，根據(jù)精度確定模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及采用的是矩陣式的薄膜鍵盤的原因，lcd1602與lcd12864的比較，確定了器件是做實物基礎(chǔ)。3 基于單片機(jī)電子稱設(shè)計的硬件系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)處理和控制核心是stc89c52rc單片機(jī)，為實現(xiàn)電子稱系統(tǒng)的基本控制功能的提供硬件和軟件支持。最小系統(tǒng)包含了晶振電路和復(fù)位

21、電路，數(shù)據(jù)采集模塊擴(kuò)展了壓力傳感器、前級放大電路和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。人機(jī)界面部分為4*4矩陣式鍵盤輸入和1602點陣式液晶顯示，以及報警電路?？梢灾庇^的看到單價，重量，總價，使用方便經(jīng)濟(jì)。3.1 全橋式壓力傳感器當(dāng)壓力傳感器的應(yīng)變片受到外界力時，就將力轉(zhuǎn)換成彈性敏感元件電阻的變化。橋式傳感器由電阻應(yīng)變片和測量線路兩部分組成，而電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的誤差，主要來源于溫度的影響，相對兩臂上電阻受到溫度的變化產(chǎn)生的變化值是相同的，對橋之間起到誤差補(bǔ)償作用，所以采用了全橋壓力傳感器，電阻應(yīng)變式壓力傳感器如圖3.1所示。圖3.1 電阻應(yīng)變式傳感器傳感器的精度對電子稱最后的測量精度有著至關(guān)重要的影響，所以本課

22、題選擇了專門用于稱重的高精度電阻應(yīng)變式傳感器。通過金屬的彈性敏感元件產(chǎn)生的形變將被測量的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，電阻值變化導(dǎo)致輸出電壓值發(fā)生改變，5kg是本課題的測量要求范圍，精度需要達(dá)到0.1%，托盤的自重也要考慮在內(nèi)，為了避免超重?fù)p壞傳感器，因此，選擇的傳感器量程應(yīng)當(dāng)超過5kg。電橋平衡狀態(tài)為r1r2r3r4，托盤上被放入砝碼r1r2r3r4=r，4個橋臂上的電阻發(fā)生相同的變化時，其橋路輸出電壓u與r成正比，其原理圖如圖3.2所示。圖3.2 電橋平衡原理圖傳感器與hx711連接示意圖如圖3.3所示。圖3.3 傳感器與hx711連接示意圖上下兩根導(dǎo)線與電源的正負(fù)極相連，左右兩根導(dǎo)線接信號線的

23、相接。3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）-hx711根據(jù)課題設(shè)計精度和靈敏度的要求，對adc的選擇是電子稱能否達(dá)到測量要求以及能否切合實際得到應(yīng)用，經(jīng)過對比8位adc0832和10位，12位等系列的產(chǎn)品，hx711的集成度融合了其他外界電路的設(shè)計要求，與mcu的連接也只需要通過兩個端口的接入，在很大的程度上方便了實物的制作。hx711與單片機(jī)接口只需要兩個，編程方面又是非常簡單，無需驅(qū)動控制信號管腳，芯片內(nèi)部的寄存器也不需要編程，通道a或通道b可通過輸入選擇開關(guān)可任意選取，hx711芯片與橋式電路以及與單片機(jī)連接電路如圖3.4所示。圖3.4 hx711與單片機(jī)連接示意圖管腳ina+,ina-分別接錢式

24、傳感器的兩根信號線的輸入端，hx711端口dout與單片機(jī)p11端口相連，pd_sk與單片機(jī)p12端口相連。hx711模數(shù)ad轉(zhuǎn)換芯片的管腳圖如圖3.5所示圖3.5 hx711管腳圖如表3.1所示為hx711芯片的功能管腳。表3.1 hx711管腳功能表管腳號名稱性能描述1vsup電源穩(wěn)壓電路供電電源：2.65.5v2base模擬輸出穩(wěn)壓電路控制輸出3avdd電源模擬電源：2.65.5v4vfb模擬輸入穩(wěn)壓電路控制輸入5agnd地模擬地6vbg模擬輸入?yún)⒖茧娫摧敵?ina-模擬輸入通道a負(fù)輸入端8ina+模擬輸入通道a正輸入端9inb-模擬輸入通道b負(fù)輸入端10inb+模擬輸入通道b正輸入端1

25、1pd_sck數(shù)字輸入斷電控制和串口時鐘輸入12dout數(shù)字輸出串口數(shù)據(jù)輸出13xo數(shù)字輸入輸出晶振輸入（不用晶振是為無連接）14xi數(shù)字輸入外部時鐘或晶振輸入，0：使用片內(nèi)振蕩器15rate數(shù)字輸入輸出數(shù)據(jù)速率控制，0:10hz；1:80hz16dvdd電源數(shù)字電源：2.65.5v3.3 模擬信號的放大在第2章中選用的是海芯adc，hx711芯片中集成有放大器，所以在這里是對課題思考中存在的信號放大環(huán)節(jié)的思考，如果此設(shè)計中采用正好達(dá)到精度要求的10位ad，在沒有放大電路的情況下，對傳感器輸出的電壓值會產(chǎn)生誤差而不能夠達(dá)到設(shè)計的要求，采用的hx711芯片集成有低噪聲放大器，有模擬通道a或者模擬

26、通道b兩個通道，通道a的增益是的128或64可供選擇，對差分信號輸入的分別為20mv和40mv,通道b的增益為32，為檢測系統(tǒng)參數(shù)。3.4 4*4矩陣式掃描鍵盤3.4.1 鍵盤按鍵功能鍵值和按鍵所代表的功能對計價電子稱是非常重要的，是普通稱重設(shè)備的拓展功能，本課題采用的是4*4行列式鍵盤輸入電路，矩陣鍵盤功能如表3.2所示。表3.2 矩陣式鍵盤功能表134去皮456重測789返回*0#總價3.4.2 鍵盤按鍵連接圖在使用矩陣式鍵盤時，4行4列交叉，行與列之間通過開關(guān)進(jìn)行電位的掃描，連接圖如圖3.6所示圖3.6 矩陣式鍵盤的連接圖矩陣式鍵盤4根行線與單片機(jī)p30p33端口相接，4根列線與單片機(jī)p

27、34p37端口相連，由單片機(jī)掃描行列線上的高低電位。3.5 數(shù)據(jù)的處理核心-單片機(jī)（stc89c52rc）在本課題中選用stc系列單片機(jī)是因為其購買的成本低，與英特爾公司8051單片機(jī)完全的兼容，性能提升，在硬件無需改變的情況下，原有的程序也能直接使用，帶來了極大的便利，圖3.7為stc89c52rc單片機(jī)的管腳圖，stc89c52單片機(jī)是stc公司研發(fā)的一種具有低功耗，高性能的mcs-51內(nèi)核的cmos8位單片機(jī)4，具有8k字節(jié)flash以及512字節(jié)ram，32個i/o口，最高工作頻率為35mhz,可實現(xiàn)在線編程功能4，不再需要啟動像stc89c51那樣的12v的vpp編程高壓單片機(jī)由3個

28、基本組成部分，分別為電源電路、復(fù)位電路和晶振4。電源電路為單片機(jī)提供電源復(fù)位電路是令單片機(jī)從程序的最初開始進(jìn)行運(yùn)行，就像電腦的重啟4。晶振則為單片機(jī)提供時鐘信號，單片機(jī)正常工作的最小時間單位由晶振決定只有當(dāng)這三個部分同時存在，單片機(jī)才能正常工作4。圖3.7 stc89c52rc的管腳圖如表3.3所示為stc89c52管腳功能表表3.3 stc89c52rc管腳功能表端口引腳功能p0雙向i/o通道，存取外存儲器做低8位地址和數(shù)據(jù)總線；程序檢驗做輸出指令字節(jié)p1雙向i/o通道，程序檢測中做低8位地址字節(jié)p2雙向i/o通道，存取外存儲器時，提供高8位地址p3雙向i/o通道，還能用于實現(xiàn)第二功能ale

29、/地址鎖存允許輸出程序存儲器讀選通輸出/vpp=1，cpu執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，=0，cpu執(zhí)行片外程序存儲指令xtal1作為振蕩器倒向放大器輸入，使用外振蕩器時，必須接地。xtal2作為振蕩器倒向放大器輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入，使用外部振蕩器時接信號rst復(fù)位輸入3.5.1 單片機(jī)外接電路如圖3.8所示在protel中單片機(jī)與各芯片各管腳連接圖，見附錄b。圖3.8 單片機(jī)與個芯片連接圖p3.0（rxd）與p3.1(txd)是程序下載端口，p0都用作液晶顯示端口，p3端口都與矩陣式鍵盤相連接，p1.0接報警電路。3.5.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)時鐘振蕩電路如圖3.9所示：晶振接在xtal1和xt

30、al2之間的，c4與c5并聯(lián)與12mhz晶振串聯(lián)形成回路，產(chǎn)生震蕩信號，其結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路從而產(chǎn)生單片機(jī)所需的時鐘頻率，單片機(jī)晶振頻率越高，運(yùn)行速度就越快。圖3.9 時鐘振蕩電路復(fù)位電路如圖3.10所示：有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種,rst引腳與單片機(jī)的控制復(fù)位端口像連接，復(fù)位信號是高電平有效。上電自動復(fù)位通過電容c和電阻r來實現(xiàn),按鍵手動復(fù)位則是圖中復(fù)位鍵來實現(xiàn)的。圖3.10 復(fù)位電路3.6 數(shù)據(jù)的輸出顯示-lcd1602為了將本課題的顯示效果更加的明顯，在這里使用了16位的lcd1602帶有l(wèi)ed背光源，強(qiáng)光下顯示效果更佳，圖3.11是proteus中14管腳lcd1602的管腳圖圖

31、3.11 lcd1602管腳圖引腳功能表如表3.4所示。表3.4 lcd1602引腳功能表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負(fù)極圖3.12為lcd1602的管腳與單片機(jī)管腳的連接圖，1號腳2號腳分別接地和電源線，與單片機(jī)相連的p25，p26管腳寄存器的選擇和讀寫功能的控制，單片機(jī)p0口與lcd1602數(shù)據(jù)端口連接，15和16號腳則是背景光源的電源線和接地線。圖3.12 lcd

32、1602與單片機(jī)連接圖單片機(jī)對液晶控制功能主要通過rs與r/w端口的高低點位來控制（1）d0d7都是數(shù)據(jù)輸出端口；（2）rs是寄存器的選擇控制端，rs高電平是數(shù)據(jù)寄存器，rs低電平是指令寄存器；（3）r/w高電平讀操作，r/w低電平寫操作；（4）rs和r/w同時為低電平時，可寫入指令或顯示地址；（5）rs為低電平，r/w為高電平時讀忙信號；（6）rs為高電平，r/w為低電平時寫入數(shù)據(jù)；3.7 超重報警電路電子稱在空載和超載的情況發(fā)出警報以防對機(jī)器產(chǎn)生不良的影響，本課題采用的是pnp三極管驅(qū)動蜂鳴器的方式來實現(xiàn)蜂鳴器的報警功能，三極管的基極電位由與單片機(jī)相連接的p10端口控制，當(dāng)單片機(jī)的p10口

33、輸出為低電平時，三極管則是導(dǎo)通的狀態(tài)，蜂鳴器的正極與電源接通，則蜂鳴器被接通；單片機(jī)p10口輸出高電平時，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)則蜂鳴器不報警，圖3.13為報警電路連接圖。圖3.13 報警器的連接圖3.8 本章小結(jié)本章的內(nèi)容主要是對模塊的描述，介紹了橋式傳感器的工作方式，模擬-數(shù)字芯片hx711的精度以及包含的放大電路，行列式鍵盤電路的搭建，數(shù)據(jù)處理核心stc89c52，數(shù)據(jù)顯示lcd1602液晶屏和超重報警電路的詳細(xì)描述。4 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件仿真是在keil4中完成,帶有豐富的庫函數(shù)，開發(fā)功能強(qiáng)大，編輯，編譯，連接調(diào)試，仿真等整個開發(fā)流程都可以在keil中完成，使用編輯器編輯c語言，然后有c51

34、編輯器編譯生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（*.hex），最后通過單片機(jī)的燒寫軟件將c51生成的hex文件燒入單片機(jī)內(nèi)，數(shù)字電子稱的主要包含三個層次：一是整體系統(tǒng)的初始化，二是鍵盤按鍵的檢測，三是數(shù)據(jù)信號采集以及數(shù)據(jù)處理并在液晶顯示。4.1 系統(tǒng)主程序流程圖軟件編程系統(tǒng)的流程同樣遵循著自上而下的設(shè)計思路，首先是對系統(tǒng)的初始化，壓力值和價格在液晶顯示器上顯示，主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖首先是對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，在稱盤上放入砝碼，此時壓力傳感器測重，并將模擬的值送入到adc處理成數(shù)字量，再將此數(shù)字量送入到單片機(jī)進(jìn)行處理，然后送入到lcd1602顯示。4.2 lcd1602

35、顯示流程圖如圖4.2所示為lcd1602工作的流程圖。圖4.2 lcd1602顯示流程圖整個電子稱系統(tǒng)由上電之后，液晶顯示出初始的顯示結(jié)果，接著檢測是否有按鍵按下，如果有判斷按鍵的功能并顯示按鍵值或者功能，同時將測得的物重顯示，由于單片機(jī)的信息處理，顯示總價。4.3 鍵盤按鍵掃描流程圖矩陣式鍵盤掃描方式：行（列）掃描法。按鍵設(shè)置在行、列線的交點行，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端16。當(dāng)行線通過上拉電阻接+5v時，被鉗位在高電平狀態(tài)16。鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來判斷的16。其方法是：給列線的所有i/o口先均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入16。如果有按鍵按下

36、，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為“1”16。鍵盤中那一個按鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)16。其方法是：依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果全為“1”，則所按下的鍵不在此列。如果不全為“1”，則所按下的鍵必在此列16。而且是與“0”電平行線相交的交點上的那個鍵16。圖4.3 按鍵檢測流程圖4.5 本章小結(jié)在本章中主要繪制了主程序流程圖，lcd液晶顯示流程圖以及鍵盤掃描流程圖，并介紹了行列式掃描的工作方式。5 軟件仿真將keil中編寫正確的程序生成hex文件，并將其加載到proteus的單片機(jī)中，對于所選單片機(jī)的晶振要相同。5.1 在proteus 中

37、的仿真軟件proteus在加載了hex文件后將硬件功能仿真出來，能否到達(dá)課程設(shè)計預(yù)期的結(jié)果，在如下的仿真中存在與實際的不同處，proteus中沒有橋式差動測量電路，所以使用了mpx4250這一款車用氣體壓力傳感器，實物使用的是帶背光源的16管腳lcd，而proteus只有14管腳的lcd，如圖5.1所示為硬件仿真圖。圖5.1 proteus硬件仿真圖點擊運(yùn)行，系統(tǒng)開始工作，鍵盤掃描,液晶顯示“p： w： 0 sum($)：0.00”初始情況下的字符如圖5.2所示，當(dāng)調(diào)節(jié)mpx4250的壓力值，液晶上w對應(yīng)的值也發(fā)生變化，按下按鍵顯示價格p值發(fā)生變化，仿真中沒設(shè)置“=”號按鍵，當(dāng)p值變化sum（

38、$）的直接發(fā)生跳變。圖5.2 仿真初始界面如表5.1所示為proteus仿真中使用的硬件明細(xì)。表5.1 仿真中的硬件明細(xì)元器件功能描述元器件功能描述mpx4250氣體壓力傳感器adc08328位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片4*4鍵盤按鍵mm74c922鍵盤編碼芯片at89c51單片機(jī)lcd160216*2液晶電容5個12mhz晶振1個8端口排阻1個開關(guān)1個蜂鳴器1個5.2 仿真結(jié)果顯示調(diào)節(jié)mpx4250壓力傳感器使得顯示的重量值為50，鍵盤輸入5.2，則顯示的結(jié)果為260.00。但是可以看出，當(dāng)顯示為50時，此時壓力傳感器顯示為51，仿真存在有誤差，實物中的誤差比這個要大，仿真結(jié)果如圖5.3所示圖5.3 仿真

39、顯示的結(jié)果圖5.3 本章小結(jié)本章內(nèi)容主要將設(shè)計方案在proteus中仿真，單片機(jī)端口連接了mpx4250傳感器并通過ad0832模數(shù)轉(zhuǎn)換，矩陣式鍵盤3*4列，通過鍵盤編碼芯片接入單片機(jī)，最后結(jié)果顯示在液晶中。6 硬件調(diào)試打開電源開關(guān)，與其相并聯(lián)的led二極管就會發(fā)光整個電路都是接通電源，電子稱顯示“electronic scale lu wen lin works”。單片機(jī)開始工作，掃描鍵盤鍵值，傳感器測得物重通過hx711數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入到單片機(jī)，此時，lcd上顯示“pr we sum($)”，壓力傳感器受到壓力作用，hx711采集前級電壓值數(shù)據(jù)送給單片機(jī)處理。輸入對應(yīng)商品價格，在

40、1602lcd上可以顯示商品的單價，重量，總價格。超出電子稱的稱量范圍，蜂鳴器會發(fā)出“滴滴”警報聲，在本設(shè)計中為了顯示報警電路是可以工作的，在托盤空載的情況下，報警電路也會發(fā)出報警的聲音。6.1 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法（1）對整個電路過壓的情況沒有考慮周全，導(dǎo)致接通電源后有元件損壞。（2）按過單片機(jī)的復(fù)位鍵之后，將砝碼放在稱砣上其重量則不能顯示出測量值。（3）擴(kuò)展的功能少，如時間顯示功能，溫度顯示功能，是否能夠?qū)?yīng)的產(chǎn)品信息使用數(shù)值來代替手動輸入。（4）對所選擇的芯片并不能熟知其工作方式，還需要不斷參考工作手冊。（5）焊接工藝不熟練，導(dǎo)致在焊接部分電路后沒有電壓值輸入。表6.1所示為

41、實物中用到的元器件清單表6.1實物中使用的元器件清單名稱數(shù)量名稱數(shù)量4*4陣列鍵盤1電阻33015kg壓力傳感器1洞洞板1510cm1dc-005底座1洞洞板連接線若干hx711模塊1砝碼100g1ic底座40p1晶振12mhz1lcd16021可調(diào)電阻10k1led燈1六角自鎖開關(guān)1稱盤支架帶螺絲1排母 間距2.54mm 40p1瓷片電容0.1uf2排針 間距2.54mm 40p1瓷片電容33pf2排阻10k1電解電容10uf2三極管85501電源適配器5v/1a1四腳輕觸開關(guān)1電阻10k1芯片stc89c52rc1電阻1k1有源蜂鳴器16.1.1 顯示的結(jié)果接通電源后，電子稱進(jìn)入初始化界面

42、，如圖6.1所示為歡迎界面圖6.1 歡迎界面電子稱空載的時候電子稱顯示的效果，所有數(shù)據(jù)歸零，并發(fā)出空載的警報，這里設(shè)置空載警報是因為5kg的壓力傳感器非常的小，要稱重5kg以上的物重來達(dá)到報警的效果，在現(xiàn)有的設(shè)施情況下有點難以實施，所以在編程的時候設(shè)置了一個空載警報，以表達(dá)報警電路的課實現(xiàn)性，空載是顯示效果圖如圖6.2所示。圖6.2 空載電子稱效果圖圖中的顯示結(jié)果已經(jīng)是將托盤的重量已經(jīng)去除，所以去皮程序的實現(xiàn)是得到印證的。放上100g的砝碼顯示出測量的結(jié)果，如圖6.3所示。圖6.3 稱重100g砝碼重量當(dāng)放上100g的砝碼之后，在液晶上顯示的0.103kg的數(shù)值，其結(jié)果的誤差在3g左右，與理論

43、值相差很多，本課題的要求是在0.1%的靈敏度，所以1g的誤差是在課題的允許范圍之內(nèi)，結(jié)果有待改善。輸入單價顯示價格與重量的乘積得到總價的效果圖，如圖6.4所示。圖6.4 單價重量總價顯示圖鍵盤輸入單價99.9元，100g砝碼重量顯示0.101kg，計算得到總價為sum($)：010.0元。6.2 本章小結(jié)本章是硬件實物效果演示圖，接通電源時的顯示界面，去皮空載情況下的顯示圖，放上100g砝碼顯示的物重信息，輸入單價以及得到總價。借助壓力傳感器測量重量，薄膜式矩陣鍵盤輸入單價，lcd1602顯示物重，單價，總價的信息。結(jié) 論4年的專業(yè)學(xué)習(xí)在畢業(yè)設(shè)計的完成就要告一段落，到了論文的結(jié)束讓人有些不舍，

44、在此課題設(shè)計中運(yùn)用了4年里學(xué)過的傳感器知識、智能儀器的應(yīng)用、電子測量的精確度、單片機(jī)和c語言編程方面的知識讓我對其感受加深，但最重要的是我在畢業(yè)設(shè)計過程中有前期的一片迷茫到后來逐漸摸到門道，這樣的一個過程讓我收獲很大，所以說在以后的工作生活中都得養(yǎng)成這中不怕困難勇于學(xué)習(xí)的精神，不會就得看書，長時間不看書智商輸給豬，實際中通過這次畢設(shè)提高了單片機(jī)編程的能力，獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗，畢業(yè)設(shè)計付出的努力和辛勞沒有白費(fèi)。由于實戰(zhàn)經(jīng)驗不足，天資的愚鈍，沒有更好的可能將理論方面知識應(yīng)用于此次的設(shè)計，加上工作的實習(xí)的原因沒有將很多的時間用于設(shè)計，所以存在著不足。畢業(yè)設(shè)計實踐經(jīng)驗整合知識面，將更多的內(nèi)容結(jié)合起來，

45、是學(xué)習(xí)和應(yīng)用最好體現(xiàn)，對自己學(xué)習(xí)能力的提高有著極大的幫助。致 謝首先我要感謝敬愛的導(dǎo)師王艷老師，從課題的選擇、確定方案、實物的焊接、再到論文撰寫和定稿都是關(guān)注著我課題設(shè)計的進(jìn)展?fàn)顩r，不但王艷老師細(xì)心指導(dǎo)還學(xué)到她做事的態(tài)度。她和藹可親，平易近人的性格使師生之間很容易相處，對我們組的組員學(xué)生設(shè)計狀況關(guān)懷備至，有時學(xué)生不在學(xué)校也會讓我們把論文發(fā)過去通過語音給我們講解出現(xiàn)的問題，并讓我們改正，她工作上的精益求精，自然對我們論文的要求也是高的，在實踐中克服難關(guān)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。聯(lián)系老師曾志鵬具有豐富的科研實踐經(jīng)驗與多年帶我院學(xué)生參加大學(xué)生電子類競賽的經(jīng)歷，對我們學(xué)生論文的前期工作十分在意，也是因為如

46、此的要求帶給我們后期工作很大便利，學(xué)術(shù)上的開化、科研作風(fēng)的求實和對科學(xué)研究及發(fā)展趨勢的深刻認(rèn)識讓我對其很尊敬，該設(shè)計及論文的圓滿完成兩位老師指導(dǎo)和監(jiān)督分不開。從兩位可愛可敬的老師身上，我不僅學(xué)到了扎實的專業(yè)知識和豐富的實踐技能，也學(xué)到了很多做人的道理和做事的態(tài)度。在以后離開學(xué)校，我會更加努力學(xué)習(xí)，踏踏實實做事。參 考 文 獻(xiàn)1 孫娜. 基于單片機(jī)的便捷式電子稱的設(shè)計j. 中國科技信息，2012，01: 98-992 馬鴻文. 基于at89c51單片機(jī)的電子稱設(shè)計與實現(xiàn)j. 微計算機(jī)信息（嵌入式與soc），2005， 21， 12-2：3 潘佑華，林盛鑫. 基于51單片機(jī)的多功能電子稱設(shè)計研究j

47、. 科技信息，2012.6，152：4 靳宏立. 基于sct89c52與ds18b20的多溫度檢測系統(tǒng)j. 科技向?qū)В?013， 17， 835 劉迎春，葉湘濱. 傳感器原理（第四版）設(shè)計與應(yīng)用m. 湖南：國防科技大學(xué)出版社，2004.6 史建芳，鐘秉翔，楊靜等. 智能儀器（第一版）設(shè)計基礎(chǔ)m. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.7 鮑丙豪，趙湛，楊凱峰. 基于厚膜力傳感器的電子稱設(shè)計j. 儀表技術(shù)，2005，2：49-508 韓澤欣，楊雪松. 基于單片機(jī)控制的電子稱的設(shè)計j. 甘肅科技，2012.1，2： 299 李朝清. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996.10

48、 丁元杰. 單片微機(jī)原理及應(yīng)用m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.11 周航慈. 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版，2002.12 孫涵芳. 單片機(jī)原理及應(yīng)用（修訂版）m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版，1996.13 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(1)-(8)m. 北京：北京航空航天大學(xué)出社，2002.14 于海生. 微型計算機(jī)控制技術(shù)m. 北京：清華大學(xué)出版社，1999.15 李金平. 電子系統(tǒng)設(shè)計m. 北京：電子工業(yè)出版社, 2007.16 閆玉德，葛龍，俞虹. 單片微型計算機(jī)原理與設(shè)計m. 北京：中國電力出版社，2010.17 integrated circuit

49、s data handbook 80c51-based 8-bit microcontrollers philips，m, 1992.附錄a c語言程序主程序如下：#include main.h#include lcd1602.h#include hx711.hunsigned long hx711_buffer = 0;unsigned long weight_maopi = 0;long weight_shiwu = 0;char price_count = 0;unsigned char key_num = 0;unsigned char price_buffer3 = 0 x00,0

50、x00,0 x00;unsigned long money = 0;bit flag_ok = 0;/校準(zhǔn)參數(shù)/因為不同的傳感器特性曲線不是很一致，因此，每一個傳感器需要矯正這里這個參數(shù)才能使測量值很準(zhǔn)確。/當(dāng)發(fā)現(xiàn)測試出來的重量偏大時，增加該數(shù)值。/如果測試出來的重量偏小時，減小改數(shù)值。/該值可以為小數(shù)#define gapvalue 450void main()char k = 20 ;init_lcd1602(); /初始化lcd1602lcd1602_write_com(0 x80); /指針設(shè)置lcd1602_write_word(electronic scale); /開機(jī)畫面第一行

51、lcd1602_write_com(0 xc0); /指針設(shè)置lcd1602_write_word(lu wen lin works); /開機(jī)畫面第一行g(shù)et_maopi();delay_ms(2000); /延時2sloop:price_count = 0;price_buffer0 = 0;price_buffer1 = 0;price_buffer2 = 0;flag_ok = 0;lcd1602_write_com(0 x80); /指針設(shè)置lcd1602_write_word(pr:00.0 we:0.000);lcd1602_write_com(0 x80+0 x40); /指針

52、設(shè)置lcd1602_write_word(sum($):000.0 );get_maopi(); /稱毛皮重量while(1)if( flag_ok = 0)if( k = 0)get_weight();k-;if( k 0)k = 20; /顯示當(dāng)前重量lcd1602_write_com(0 x8b);lcd1602_write_data(weight_shiwu/1000 + 0 x30);lcd1602_write_data(.);lcd1602_write_data(weight_shiwu%1000/100 + 0 x30);lcd1602_write_data(weight_shi

53、wu%100/10 + 0 x30);lcd1602_write_data(weight_shiwu%10 + 0 x30);key_num = key_scan();if( key_num != 0 x55) /當(dāng)返回的不是初值時候 if(key_num = 16) /數(shù)字a鍵，去皮功能get_maopi(); /去皮if(key_num = 15) /數(shù)字b鍵清除鍵，二次測量goto loop;if(key_num = 12) /數(shù)字c輸入單價錯誤時返回price_count-;if( price_count = 0 & key_num = 3)price_count = 3;unsigned char