基于51單片機(jī)的可穿戴式電子秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

1、基于基于 5151 單片機(jī)的可穿戴式電子秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的可穿戴式電子秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 【摘摘 要要】本設(shè)計(jì)以 51 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、傳感器為核心部份， 實(shí)現(xiàn)人體尺度的基本系統(tǒng)的硬件部分包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、CPU 控制模 塊、液晶顯示模塊、電源模塊。數(shù)據(jù)采集及處理模塊由稱重傳感器，放大電 路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成，本設(shè)計(jì)采用的是 HX711 集成芯片。CPU 控制模塊主 要外部擴(kuò)展電路；液晶屏顯示模塊?？梢灾苯釉陲@示屏上顯示,非常人性化； 無線傳輸模塊采用 FBT06_V2 進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。系統(tǒng)電源使用 220V 進(jìn) 行降壓處理所得正常工作電源。本智能秤平衡系統(tǒng)的設(shè)

2、計(jì)，顯示器可以拿在 手上讀數(shù)據(jù)，用戶不要低頭看體重。使用方便，具有一定的開發(fā)價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】 51 單片機(jī)；傳感器；A/D 轉(zhuǎn)換模塊 WearableWearable wirelesswireless weightweight measurementmeasurement instrumentinstrument researchresearch andand implementationimplementation 【AbstractAbstract】 The design system microcontroller to STM8S003F3P6 to control the core

3、 hardware part of the basic system of the human scale, including data acquisition and processing module, CPU control module, wireless transmission module and LCD touch screen display module, clock module, power supply module and five. Data acquisition module by the load cell amplification circuit an

4、d A / D conversion circuit, the design is the HX711 integrated chip. CPU control module including STM8S003F3P6 and external expansion circuit; LCD touch screen display module for touch color display, intuitive display that was the historical weight value on the display, and can be directly related t

5、o the operation, is very user-friendly 。System power 220V-buck treating the resulting work properly power.The intelligent wireless body scale system uses a split design, you can display in your hand to read the data, users do not have to look down at the weight. users to be able to clearly see the c

6、hanges in their weight, easy to use, has a certain value for development. 【Keywords:【Keywords: hotel】stchotel】stc89c51；single chip； 目錄 1 緒論.4 1.1 設(shè)計(jì)背景及意義 .4 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù) .4 1.2.1 電子秤的工作原理.4 1.2.2 電子秤的計(jì)量性能.5 2 2 設(shè)計(jì)方案與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案與基礎(chǔ).6 6 2.1 設(shè)計(jì)方案 .6 2.2 MCS-51 單片機(jī)及開發(fā)環(huán)境介紹 .6 2.2.1 51 單片機(jī)的介紹.6 2.2.2 開發(fā)環(huán)境的介紹

7、.7 3 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).8 8 3.1 硬件總體設(shè)計(jì) .8 3.2 主控制模塊 .8 3.3 傳感器模塊 .8 3.4 顯示模塊 .9 3.5 AD 轉(zhuǎn)換模塊 .11 4 4 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) .1212 4.1 總體設(shè)計(jì) .12 4.2 主程序模塊 .12 4.3 AD 模塊 .13 4.4 液晶顯示程模塊 .13 5 5 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試.1616 5.1 單片機(jī)基本電路的調(diào)試 .16 5.2 傳感器稱重調(diào)試 .16 6 6 開發(fā)與體會(huì)開發(fā)與體會(huì) .1717 致致 謝謝 .1818 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1919 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 設(shè)計(jì)背景及意義 伴隨著社

8、會(huì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們愈來愈關(guān)注自身的 身體健康問題。很多人因?yàn)楣ぷ鞯膲毫筒涣嫉娘嬍沉?xí)性，身體情況越來越 差，疾病也伴隨而來了，然而在這些人群中，患有肥壯和營養(yǎng)不良的病人占 大多數(shù)。所以，擁有一臺(tái)能夠時(shí)刻關(guān)注自己體重的人體秤非常必要?，F(xiàn)在市 場上有各種類型的人體秤，人體秤已然成為家庭保健的必需品，但目前絕大 多數(shù)的人體秤依然是傳統(tǒng)的技術(shù)，測(cè)量數(shù)據(jù)是離散的，而且功能相對(duì)單一， 對(duì)健康評(píng)價(jià)的意義并不大。 我所設(shè)計(jì)的可穿戴式體重測(cè)量器設(shè)計(jì)，可以將 拿顯示器在手上讀數(shù)據(jù)，用戶不用低頭看體重，本設(shè)計(jì)所采用的是 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、方便、簡單、快捷，可以隨時(shí)隨地查看

9、自己的體 重，讓人們可以時(shí)刻關(guān)注自己的健康問題。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù) 本設(shè)計(jì)是基于 51 單片機(jī)的可穿戴式電子秤，采用的傳感器是應(yīng)變片式 稱重傳感器，量程范圍為 0150Kg；A/D 轉(zhuǎn)換芯片采用的是一款專為高精度 電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 HX711。整個(gè)系統(tǒng)有發(fā)送和接收兩個(gè)部 分.發(fā)送部分以 STC89C51 單片機(jī)為中心，傳感器經(jīng)過放大電路來采集數(shù)據(jù)， 經(jīng) AD 采樣電路后發(fā)送到單片機(jī)模塊進(jìn)行處理，把處理好的實(shí)際值送到發(fā)送 緩沖區(qū)。 接收緩沖器將接收到的體重?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到最后重量的液晶顯示屏上。 本課題關(guān)鍵問題： 1. 硬件電路的 PCB 板設(shè)計(jì)焊接與電路的調(diào)試。

10、 2. 嵌入式編程 3.稱重傳感器數(shù)據(jù)的讀取與處理。 4.液晶顯示屏界面的設(shè)計(jì)。 1.2.1 電子秤的工作原理 可穿戴式體重測(cè)量主要有傳感器、A/D 放大電路、單片機(jī)模塊、液晶顯示 四部分組成。其中最重要的是稱重傳感器。當(dāng)有物體壓在傳感器上面時(shí)候， 傳感器得到一個(gè)模擬信號(hào)，然后把模擬信號(hào)發(fā)送到 A/D 轉(zhuǎn)換器里面將其轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過放大以后放到單片機(jī)模塊，最后由單片機(jī)模塊發(fā)送到液晶 顯示屏上面顯示。 1.2.1 電子秤的計(jì)量性能 電子秤的主要技術(shù)指標(biāo)包括：分度值、范圍、劃分?jǐn)?shù)等。 (1) 范圍：電子稱是在正常工作，最大測(cè)量體重值。 (2) 分度值：電子秤的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)被分為若干等份，每份值即

11、為分度值。 (3) 分度數(shù)：電子秤測(cè)量分成幾個(gè)部份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示。 2 2 設(shè)計(jì)方案與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案與基礎(chǔ) 2.1 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)的的需求，本次方案設(shè)計(jì)主要由五部分構(gòu)成：信號(hào)采集部 分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、LCD 數(shù)據(jù)顯示部分、主控制器部分和電源部分，系統(tǒng)設(shè) 計(jì)方案如圖 1 所示： 圖 1 方案設(shè)計(jì)框圖 硬件方案 硬件電路由 5 個(gè)部分組成，即電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、LCD 數(shù)字顯示電路以及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 各部分功能實(shí)現(xiàn)如下： 電源電路：為整個(gè)系統(tǒng)提供+5V 電壓，保證系統(tǒng)正常工作 鍵盤輸入電路：提供按鍵信號(hào) 時(shí)鐘電路、復(fù)位電路：單片機(jī)正常工作需要 LCD 數(shù)字顯示電

12、路：用于實(shí)時(shí)顯示經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換電路：將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào) 軟件方案 此次方案的軟件部分完成的功能主要有：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和 LCD 實(shí)時(shí)顯示。 各模塊任務(wù)實(shí)現(xiàn)如下： A/D 轉(zhuǎn)換模塊：對(duì)采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理并送給單片機(jī) 數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)通過 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)乘以一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)，得 到實(shí)際重量 LCD 數(shù)據(jù)顯示模塊：實(shí)時(shí)顯示采集到的信息狀態(tài) 2.2 51 單片機(jī)及開發(fā)環(huán)境介紹 2.2.1 51 單片機(jī)的介紹 STC89C51 是深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令集和輸出 管腳相兼容的單片機(jī)。STC89C51 是一種低功耗、高性能 CM

13、OS8 位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)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 STC89C51 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。 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，2 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。另外, STC89X51 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)

14、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。其 PDIP 封裝如圖 2.1 所示。 2.2.2 開發(fā)環(huán)境的介紹 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言 軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言的功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性具有 明顯的優(yōu)勢(shì)，所以很容易學(xué)習(xí)和使用。它是本設(shè)計(jì)的編程環(huán)境，Keil 提供了 一個(gè)完整的發(fā)展計(jì)劃包括 C 編譯器、宏匯編器、連接器、庫管理和一個(gè)功能 強(qiáng)大的仿真調(diào)試器，經(jīng)過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uV

15、ision）將這些部份組合在 一起。運(yùn)行 Keil 軟件要求要用 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系統(tǒng)。 假如你利用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不貳之選，如果是不使用 C 語言而只用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試 工具也會(huì)令你事半功倍。 3 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3.1 硬件總體設(shè)計(jì) 本次方案的設(shè)計(jì)采用的是應(yīng)變片式傳感器進(jìn)行重力測(cè)量，獲取模擬信號(hào)； 繼而把得到的模擬信號(hào)通過信號(hào)放大器對(duì)其功率放大，并送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換處理和數(shù)據(jù)處理；最后，通過STC89C51單片機(jī)控制 SMC1602A液晶屏來實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)換后的數(shù)

16、據(jù)。故本系統(tǒng)主要由重力傳感器模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、主控器模塊和LCD顯示模塊組成,共同完成這次設(shè)計(jì)的任務(wù)， 硬件方案設(shè)計(jì)總體框圖如下所示： 圖 1 單片機(jī)電子秤硬件方案 3.2 電源電路 首先，我們要明白-對(duì)于任何一個(gè)基于 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電源的供應(yīng) 是必不可少的，由于單片機(jī)屬于微型控制計(jì)算機(jī)，所以承受不了過大的電壓， 一般的情況下，只需對(duì)其外供+5V 電壓即可保證單片機(jī)正常工作。一般的設(shè) 計(jì)方案由 USB 直接供電和采用三端穩(wěn)壓芯片 7508+整流橋來實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的 供電。 此次方案的電源設(shè)計(jì)部分，由于外供+9+36V 電壓，故直接通過三端穩(wěn) 壓芯片 7805 和若干電容、電阻對(duì)外供

17、電壓進(jìn)行降壓并穩(wěn)壓處理，省去了整 流橋，從而達(dá)到為單片機(jī) STC89C51 提供+5V 工作電壓的目的。設(shè)計(jì)原理如圖 所示： 3.3 主控制電路 本次設(shè)計(jì)的方案主控制器主要采用 STC89C5 單片機(jī)，為了保證單片機(jī)系 統(tǒng)的正常工作，其外圍必須構(gòu)建復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，主控制器電路如圖所 示。 3.1.1 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位要求 單片機(jī)復(fù)位的原理是，在時(shí)鐘電路開始工作后，在單片機(jī)的 RST 施加 兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間單片機(jī)的 ALE 引腳和引腳均輸出高電平。當(dāng) RST 引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶螅琍SEN 單片機(jī)便從 0000 單元執(zhí)行程序。 在實(shí)際應(yīng)用中，

18、采用外部復(fù)位電路來進(jìn)行單片機(jī)復(fù)位一般在 RST 引腳保持 10ms 以上的高電平，保證單片機(jī)能夠可靠的復(fù)位。 復(fù)位操作方式 復(fù)位操作根據(jù)實(shí)際需求分為上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈 沖復(fù)位。 在本系統(tǒng)中采用的是既可以手動(dòng)復(fù)位，又可以上電復(fù)位的電路，這 樣可以實(shí)現(xiàn)人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)。這種電路設(shè)計(jì)如圖所示。上電復(fù)位部 分的原理也是 RC 電路的充放電效應(yīng)。除了系統(tǒng)上電的時(shí)候可以給 RST 引 腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)外，當(dāng)按下開關(guān)的時(shí)候，VCC 通過通過一個(gè)電阻 接到 RST 引腳，給 RST 一個(gè)高電平；按鍵松開的時(shí)候，RST 引腳恢復(fù)為低 電平，此時(shí)復(fù)位完成。 3.1.2 單片機(jī)時(shí)鐘電路 振蕩

19、器和時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 AT89S51 單片機(jī)采用 CMOS 工藝，內(nèi)部包含一個(gè)振蕩器，可以用于 CPU 的 時(shí)鐘源；也允許采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)來供內(nèi) 部 CPU 運(yùn)行使用。此次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘模式作 CPU 的時(shí)鐘源。 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部包含一個(gè)高增益的單級(jí)反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別為片內(nèi)反相放大器的輸入端口和輸出端口，其工作頻率為 033MHz。 當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時(shí)鐘模式時(shí)，只需在 XTAL1 和 XTAL2 引腳連接 一個(gè)晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器，并接兩個(gè)電容后接地即可，如圖所示。 。 圖 3-6 在

20、使用是，對(duì)于電容的選擇有一定要求，即： 當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，電容值一般選擇 C1=C2=3010pF 當(dāng)外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容值一般選擇 C1=C2=4010pF 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能地靠近單 片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠 穩(wěn)定可靠地為單片機(jī) CPU 提供時(shí)鐘信號(hào) 3.4 信息采集模塊 針對(duì)此次設(shè)計(jì)的功能要求，信息采集部分的稱重傳感器常見有壓電式 傳感器、電容式傳感器和電阻應(yīng)變式壓力傳感器，但由于此次設(shè)計(jì)的是比較 精密的電子秤，電阻應(yīng)變式壓力傳感器在這方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，所以 本次設(shè)計(jì)方案最終選用電

21、阻應(yīng)變式壓力傳感器作為整個(gè)系統(tǒng)的信息采集部分。 電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等構(gòu)成，其 核心部件就是電阻應(yīng)變片。它的內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載 荷發(fā)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）在被拉伸或壓縮變形后，其電阻會(huì) 發(fā)生變化（增大或減小） ，則會(huì)使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供 后續(xù)電路測(cè)量與處理。電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖 2 所示。 圖 2 應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 3.5 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 本次設(shè)計(jì)主要采用 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 HX711 來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，在 設(shè)計(jì)高精度電子秤時(shí)它是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的首選。該集成芯片的主要優(yōu)勢(shì)在 于高集成度、快速

22、反應(yīng)、抗干擾性強(qiáng)等。對(duì)于低成本的電子秤而言，可以提 高整體性能和可靠度。 另外，該芯片與單片機(jī) STC89C51 的接口和編程都非常簡單，控制信號(hào)全 部由其對(duì)應(yīng)引腳啟動(dòng)，無需額外再對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。選擇輸入開關(guān) 可隨意選取 A 通道或 B 通道，并且與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。A 通道的可編程增益為 128 或 64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為 20mV 或40mV。B 通道則固定增益為 32 ，用于檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)。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)位的功能大大簡化了開機(jī)初始 化過程。 HX711 管腳圖 引腳功能如下： 1. VSUP: 電源 穩(wěn)壓電路供電電

23、源: 2.6 5.5V（不用穩(wěn)壓電路時(shí)應(yīng)接 AVDD） 2.BASE: 模擬輸出 穩(wěn)壓電路控制輸出（不用穩(wěn)壓電路時(shí)為無連接） 3 AVDD 電源 模擬電源: 2.6 5.5V 4. VFB: 模擬輸入 穩(wěn)壓電路控制輸入（不用穩(wěn)壓電路時(shí)應(yīng)接地） 5. AGND: 地 模擬地 6 VBG: 模擬輸出 參考電源輸出 7. INA-: 模擬輸入 通道 A 負(fù)輸入端 8. INA+: 模擬輸入 通道 A 正輸入端 9. INB-: 模擬輸入 通道 B 負(fù)輸入端 10. INB+: 模擬輸入 通道 B 正輸入端 11. PD_SCK: 數(shù)字輸入 斷電控制（高電平有效）和串口時(shí)鐘輸入 12. DOUT: 數(shù)

24、字輸出 串口數(shù)據(jù)輸出 13. XO: 數(shù)字輸入輸出 晶振輸入（不用晶振時(shí)為無連接） 14. XI: 數(shù)字輸入 外部時(shí)鐘或晶振輸入；0: 使用片內(nèi)振蕩器 15. RATE: 數(shù)字輸入 輸出數(shù)據(jù)速率控制，0: 10Hz; 1: 80Hz 16. DVDD: 電源 數(shù)字電源: 2.6 5.5V 此次設(shè)計(jì)的 A/D 轉(zhuǎn)換原理圖 HX711的11引腳和12引腳分別和單片機(jī) P1.0 端口和 P1.1端口相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。HX711的7引腳、8引腳、9引腳和 10引腳分別和將電阻應(yīng)變式壓力傳感器信號(hào)放大的功率放大器相連接，從而 構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，如圖所示: A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 3.6

25、 LCD 顯示電路 SMC1602A 液晶顯示器是常見的 16X2 字符型液晶顯示器，此次采用帶背 光的 1602 液晶顯示屏作為實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)模塊。 16 腳的 1602LCD 引腳接口及說明如下所示: 1602 管腳圖 1602 管腳說明 編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)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(hào) 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 此次的液晶顯示模塊原理設(shè)計(jì)如圖所

26、示。其中，第 1 腳接 GND；第 2 腳 為液驅(qū)動(dòng)電源接 VCC；第三腳 VL 為液晶的對(duì)比度調(diào)節(jié)端口，經(jīng)過在 VCC 和 GND 之間接一個(gè) 10K 滑動(dòng)變阻器，中心抽頭接 VL，可實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)比度的調(diào)節(jié)； 液晶的控制線 RS、R/W、E 分別接單片機(jī)的 P2.2、P2.1、P2.0；數(shù)據(jù)口接在 單片機(jī)的 P0.0P0.7 口；BL+、BL-為液晶背光電源，分別接 VCC 和 GND。 如圖 1602 液晶模塊的接線圖 4 4 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用的是 C 語言編程，以 keil C51 軟件為編譯環(huán)境，實(shí)現(xiàn)編輯、 編譯、連接、調(diào)試、仿真等全部開發(fā)程

27、序。 本次方案的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)，主要包括主體程序、初始化 程序、A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理程序以及 LCD 液晶顯示程序。采用此種方法的軟件 設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)在于-結(jié)構(gòu)清晰、編程簡單和容易理解，同時(shí)也方便調(diào)試和修 改。 圖 10 程序結(jié)構(gòu) 4.2 主程序模塊 程序固化在STC89C51快閃存儲(chǔ)器系統(tǒng)，包括主程序和子程序。主程序的 功能是系統(tǒng)初始化，管理和調(diào)用各個(gè)子程序。本設(shè)計(jì)的流程圖如圖11所示。 圖 11 程序流程圖 代碼如下： void main() uint m; init_1602();/1602 初始化 for(m=0;m8 ; AD2=AD2+AD1; delay(1); AD3

28、=(float)(AD2/20.0) ; AD2=0; AD4=(ulong)(AD3); zero=AD4; while(1) AD_zhuanhua(); if(AD4=zero)AD4=AD4-zero; else AD4=0; zhong=AD4*xishu;/計(jì)算重量 AD4=(ulong)(zhong*1000); write_zfc(0 x80,Weight=); write_com(0 x87); write_dat(tableAD4/10000); write_dat(tableAD4%10000/1000); write_dat(.); write_dat(tableAD4

29、%1000/100); write_dat(tableAD4%100/10); write_dat(tableAD4%10); write_dat(K); write_dat(g); 4.3 A/D 轉(zhuǎn)換程序模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序功能是將讀取的模擬信號(hào)進(jìn)行量化處理轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)并 傳送給單片機(jī)存儲(chǔ)和處理的程序。設(shè)計(jì)流程圖如圖所示： A/D 轉(zhuǎn)換器部分代碼如下： /*AD 轉(zhuǎn)換控制程序*AD.h*/ void AD_zhuanhua() uchar k; for(k=0;k8 ; AD2=AD2+AD1; AD3=(float)(AD2/10.0) ; AD2=0; AD4=(ulong)(AD3)

30、; 4.4 數(shù)據(jù)處理程序模塊 數(shù)據(jù)處理這一塊的軟件設(shè)計(jì)主要思想是：通過A/D轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)在單片機(jī)里 的數(shù)字乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)0.，來實(shí)時(shí)顯示物體的真實(shí)重量。 數(shù)據(jù)處理程序代碼如下： while(1) AD_zhuanhua(); if(AD4=zero)AD4=AD4-zero; else AD4=0; zhong=AD4*xishu;/計(jì)算重量 AD4=(ulong)(zhong*1000); write_zfc(0 x80,Weight=); write_com(0 x87); write_dat(tableAD4/10000); write_dat(tableAD4%10000/1000); wr

31、ite_dat(.); write_dat(tableAD4%1000/100); write_dat(tableAD4%100/10); write_dat(tableAD4%10); write_dat(K); write_dat(g); 4.5 LCD 顯示程序模塊 本次 LCD 液晶顯示程序直接調(diào)用1602.h庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能，為設(shè)計(jì) 任務(wù)省去了好多麻煩，從而節(jié)省了大量時(shí)間。針對(duì) SMC1602A 16*2 液晶顯示 器的程序編寫主要包括讀和寫兩種功能，因此想要清楚地編寫顯示程序，必 須理解 1602 芯片的時(shí)序圖，這對(duì)于準(zhǔn)確編寫程序有很大幫助。如圖所示是 1602 液晶顯示器進(jìn)行讀

32、/寫操作時(shí)，引腳 4、引腳 5 和引腳 6 的狀態(tài)定義和 相應(yīng)時(shí)序圖： 讀狀態(tài) 輸入 RS=L，R/W=H，E=H輸出 D0D7=狀態(tài) 字 寫指令 輸入 RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼， E=H 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H，R/W=H，E=H輸出 D0D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)， E=H 輸出 無 如圖 1602 液晶模塊的讀操作時(shí)序 1602 液晶模塊的寫操作時(shí)序 部分代碼如下： 1602 液晶顯示部分程序如下： /*1602 控制程序* 1602.h */ void write_zfc(uchar dizi,const uchar *str

33、) /1602 寫字符串 write_com(dizi); while(*str!=0) write_dat(*str); str+; void init_1602()/1602 初始化 en=0; write_com(0 x38); write_com(0 x0c); write_com(0 x06); write_com(0 x01); 5 5 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試 5.1 單片機(jī)基本電路的調(diào)試 可穿戴式體重測(cè)量儀器硬件的元器件都焊接好以后，然后再進(jìn)行程序的 編譯。將編譯和調(diào)試經(jīng)過的程序代碼燒錄到 stc89c51 集成開發(fā)芯片中，然 后測(cè)量一下接地引腳和電源引腳之間地電壓，看是否與電源電壓一

34、致，比如 常用的 5V 電壓。而后再檢查復(fù)位件地引腳電壓是不是達(dá)到正常狀態(tài)。按順 序檢測(cè)放開復(fù)位按鈕和按下復(fù)位按鈕的電壓值，看是不是準(zhǔn)確。然后檢查晶 體是正確的嗎，一般用示波器觀察晶振引腳的波形，特別是應(yīng)該使用示波器 探頭的“X10”檔。在調(diào)試系統(tǒng)的時(shí)候要非常耐性，不能擔(dān)心，要坐下來一 點(diǎn)點(diǎn)的來檢測(cè)，不能著急，否則會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)果。 5.2 傳感器稱重調(diào)試 可穿戴式電子秤的硬件體系的電路生產(chǎn)完成所有的焊接和調(diào)試，程序可 以編譯和下載到單片機(jī)里面調(diào)試和運(yùn)行。按照實(shí)際情況能夠經(jīng)過修改傳感器 產(chǎn)生的子程序每次發(fā)送的重量和測(cè)量的時(shí)間間隔，來適應(yīng)不同時(shí)間的衡量標(biāo) 準(zhǔn)的需求。根據(jù)電路的參數(shù)和程序的設(shè)計(jì)

35、，測(cè)重量范圍可以測(cè)體重約為 05KG，最大重量的測(cè)量誤差不能超過 0.0004KG。系統(tǒng)調(diào)試完成以后要對(duì)測(cè) 量誤差和反復(fù)率進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)剖析，對(duì)系統(tǒng)不斷優(yōu)化讓其實(shí)際生活中的衡量 需求。誤差的范圍涉及廣泛，以下是有關(guān)的數(shù)值誤差： 實(shí)際重量（KG）測(cè)量重量（KG）最大誤差值(KG) 32.99990.0001 4.34.28790.0121 3.833.8210. 6 6 開發(fā)與體會(huì)開發(fā)與體會(huì) 通過幾個(gè)月對(duì)應(yīng)變式傳感器、單片機(jī)模塊和 C 語言編程的認(rèn)真研究和學(xué) 習(xí)，讓我對(duì)電子產(chǎn)品核心模塊的設(shè)計(jì)有了非常深刻的了解，感謝學(xué)校在畢業(yè) 之前給我們安排了一個(gè)這樣的動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。 本次設(shè)計(jì)我做的是基于 51

36、單片機(jī)的可穿戴式體重測(cè)量儀，這個(gè)系統(tǒng)主要 就是來測(cè)量人的體重。這部分所用到的主要是單片機(jī)模塊、傳感器模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，在這之前我已經(jīng)花費(fèi)了幾個(gè)月系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過了單片機(jī)和傳感 器，對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換模塊也相當(dāng)?shù)牧私饬?。并做了課程設(shè)計(jì)，所以對(duì)單片機(jī)的應(yīng) 用還是比較熟練的，而且此次的設(shè)計(jì)讓我對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能部分有了 更加深刻的了解。其實(shí)衡量體重部份的關(guān)鍵在于稱重傳感器的選取，由于一 開始我對(duì)稱重傳感器和壓力傳感器的了解不是很明白，造成一些概念上地混 亂，導(dǎo)致在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中我走了一些彎路，做了無用功。然而它也提醒 了我，我認(rèn)為以后不管做什么事情首先要把概念先弄清楚，不要盲目的下手。 這樣不僅可以縮短我們做事情的工作時(shí)間而且也不會(huì)讓自己的思維產(chǎn)生局限 性。 同時(shí)稱重部份的放大電路的設(shè)計(jì)也是非常關(guān)鍵的問題，即使在測(cè)量體重時(shí)候 對(duì)測(cè)量精度的要求不是非常的高， 然而這部分的抗干擾設(shè)計(jì)會(huì)影響到整個(gè) 儀器的抗干擾性能，所以在設(shè)計(jì)這部分花費(fèi)的時(shí)間相當(dāng)?shù)亩唷?因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)都依靠軟件來實(shí)現(xiàn)控制，因此在這里編程就顯得相當(dāng)重要 了，不過編程對(duì)我來說有點(diǎn)困難，因此在軟件設(shè)計(jì)方面存在很多的困難，以 后我會(huì)加強(qiáng)這一方面的練習(xí)，希望自己的編程水平以后能有一個(gè)很大的提高。 然而對(duì)硬件方面的焊接、版圖的設(shè)計(jì)、畫圖和排版對(duì)我來說都是很簡單的事 情。因?yàn)槲以啻巫鲆恍┰O(shè)計(jì)，所以也比較熟練了