綜合電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告模板

1、衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系綜合電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 一號(hào)黑體，居中 簡(jiǎn)易電子稱的設(shè)計(jì) 小二號(hào)粗黑體，居中班 級(jí) 2011級(jí)電信1班組 長(zhǎng) 彭勇 成 員 陳香秀 李娟 三號(hào)宋體，加粗指導(dǎo)教師 許岳兵提交日期 2014 年 6 月 10 日綜合電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表課程設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易電子秤姓 名學(xué) 號(hào)所做工作成績(jī)備注彭勇陳香秀李娟指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：簽 名：年 月 日目 錄第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)題目及要求 11.2 備選方案設(shè)計(jì)與比較 21.2.1 方案一 3第二部分 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)方案說(shuō)明 72.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)92.2.1 STC89C52單片機(jī) 102.2.

2、2 時(shí)鐘電路 112.2.3 復(fù)位電路 . . 122.3 功能模塊二（參照2.2） 132.3.1 模塊電路及參數(shù)計(jì)算 142.3.2 工作原理和功能說(shuō)明 152.3.3 器件說(shuō)明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 162.4 功能模塊三（實(shí)際名 172.4.1 模塊電路及參數(shù)計(jì)算 182.4.2 工作原理和功能說(shuō)明 192.4.3 器件說(shuō)明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 20第三部分 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 主程序流程圖 213.2 子程序一 （實(shí)際名）223.3 子程序二 （實(shí)際名）233.4 子程序三 （實(shí)際名）243.4 電路仿真 （實(shí)際名）243.4.1 仿真軟件簡(jiǎn)介 253.4.

3、2 仿真電路圖 263.4.3 仿真結(jié)果（附圖） 27第四部分 安裝調(diào)試與性能測(cè)量4.1 電路安裝 28（推薦附整機(jī)數(shù)碼照片）4.2 系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試 296.2.1 調(diào)試步驟及測(cè)量數(shù)據(jù) 306.2.2 故障分析及處理 314.3 整機(jī)性能指標(biāo)測(cè)量（附數(shù)據(jù)、波形等） 32課程設(shè)計(jì)總結(jié) 33參考文獻(xiàn)報(bào)告正文的排版：1. 紙張大小及版心：統(tǒng)一用A4紙（21×29.7）打印，邊距設(shè)為： 上 2.54cm，下 2.54cm，左 2.2cm，右 2.2cm。行距為固定值20磅。2. 第一級(jí)標(biāo)題用三號(hào)粗黑體，（段落設(shè)置）段前1行，段后1行，3. 第二級(jí)標(biāo)題用小三黑體，靠左上下空一行4. 第三級(jí)標(biāo)

4、題用四號(hào)黑體，靠左本身不空行5. 正文小四號(hào)字體，行距為固定值20磅6. 圖題及圖中文字用5號(hào)宋體7. 參考文獻(xiàn)標(biāo)題用三號(hào)粗黑體，居中上下空一行，參考文獻(xiàn)正文為五號(hào)宋體有關(guān)論文排版的其它說(shuō)明：1 注意文中代表變量的英文字母必須用斜體，其它用正體。微分號(hào)d、圓周率、自然底數(shù)e、矩陣轉(zhuǎn)置T均應(yīng)為正體。2 文章中的英文均用Times New Roman 字體。第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)題目及要求：設(shè)計(jì)一個(gè)電子秤能實(shí)現(xiàn)量程范圍05kg,，精度能達(dá)到：0.005kg,顯示稱量的重量，以及計(jì)價(jià)并清零和超量程報(bào)警功能。1.2 備選方案設(shè)計(jì)與比較 1.21方案二：功能簡(jiǎn)介：電子秤主要以單片機(jī)STC90C5

5、2RC控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源、時(shí)鐘和五大部分。最小系統(tǒng)部分主要包括STC90C52RC和經(jīng)典復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和1602液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)；時(shí)鐘模塊主要由時(shí)鐘芯片DS1302和時(shí)鐘電路組成；該電子秤可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能（稱重范圍為05Kg，重量誤差不大于±0.005Kg）,系統(tǒng)在稱量時(shí)還具有超量程報(bào)警功能

6、。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能較全，精度高，具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。 2.1 總體設(shè)計(jì)方案說(shuō)明稱重傳感器 HL-8型STC90C52RC單片機(jī)單片機(jī)控制模塊數(shù)據(jù)采集部分點(diǎn)陣式1602型的LCDO4*4矩陣鍵盤兩個(gè)獨(dú)立按鍵人機(jī)交互界面電子稱專用高精度高增益24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711時(shí)鐘模塊DS1302芯片擴(kuò)展的時(shí)鐘模塊蜂鳴器報(bào)警模塊第二部分 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.1 STC89C52單片機(jī) 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。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使

7、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。 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，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。另外 STC89C52 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

8、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。STC89C52特點(diǎn)：8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；自帶2KB的EEPROM存儲(chǔ)空間參數(shù)1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V 單片機(jī)）3.工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051 的080MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá)48MHz4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5. 片上集成512 字節(jié)

9、RAM6. 通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú) 需專用仿真器，可通過(guò)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. 共3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T210.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11. 通用異步串行口（UART），

10、還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART12. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）13. PDIP封裝2.2.2 時(shí)鐘電路 2.2.3 復(fù)位電路 2.3 功能模塊二 （數(shù)據(jù)采集模塊）5Kg 壓力傳感器稱重傳感器專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片2.3.1 模塊電路及參數(shù)計(jì)算步驟1：如何計(jì)算傳感器供電壓HX711可以在產(chǎn)生 VAVDD 和 AGND 電壓，即711模塊上的 E+和 E-電壓。該電壓通過(guò) VAVDD=VBG(R1 +R2 )/R2計(jì)算。VBG 為模塊兒基準(zhǔn)電壓1.25v R1 = 20K,R2 = 8.2K 因此得出 VAVDD = 4.3V （為了降低功耗， 該電壓只

11、在采樣時(shí)刻才有輸出， 因此用萬(wàn)用表讀取的值可能低于4.3v，因?yàn)槿f(wàn)用表測(cè)量的是有效值。步驟2：如何計(jì)算 AD 輸出最大值在4.3V 的供電電壓下5Kg 的傳感器最大輸出電壓是4.3v*1mv/V = 4.3mV 經(jīng)過(guò)128倍放大后，最大電壓為4.3mV*128 = 550.4mV 經(jīng)過(guò) AD 轉(zhuǎn)換后輸出的24bit 數(shù)字值最大為：550.4mV*224/4.3V 21474832.3.2 工作原理和功能說(shuō)明1. 5kg 傳感器1. 平行梁稱重傳感器的外形：實(shí)驗(yàn)電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱重傳感器。它的特點(diǎn)是：精度高、易加工、構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，抗偏載能力強(qiáng)、固有頻率高

12、,其典型結(jié)構(gòu)如圖 1 所示；2.稱重傳感器的工作原理：應(yīng)變式力傳感器的受力工作原理如圖 2：所示。將應(yīng)變片粘貼到受力的力敏型彈性元件上，當(dāng)彈性元件受力產(chǎn)- 1 35 / 35文檔可自由編輯打印生變形時(shí),應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變,轉(zhuǎn)化成電阻變化。將應(yīng)變片接成如圖 3所示的電橋，力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測(cè)量電路的電壓變化,通過(guò)測(cè)量輸出電壓的數(shù)值,再通過(guò)換算即可得到所測(cè)量物體的重量。圖3滿量程輸出電壓=激勵(lì)電壓*靈敏度1.0mv/v 例如：供電電壓是5v 乘以靈敏度1.0mv/v=滿量程5mv。相當(dāng)于有5Kg 重力產(chǎn)生時(shí)候產(chǎn)生5mV 的電壓2. 711模塊對(duì)產(chǎn)生的5mV 電壓進(jìn)行采樣。概述：711模塊

13、A 通道帶有128倍信號(hào)增益，可以將5mV 的電壓放大128倍，然后采樣輸出24bit AD 轉(zhuǎn)換的值，單片機(jī)通過(guò)定時(shí)序?qū)?4bit 數(shù)據(jù)讀出。HX711是一款專為高精度稱重傳感器而設(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(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開(kāi)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或6

14、4，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32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(wú)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(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程。2.3.3 器件說(shuō)明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等）HX711芯片說(shuō)明特點(diǎn)：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64 和128片內(nèi)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(wú)需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘上電自動(dòng)復(fù)位電路簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口

15、通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無(wú)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 +8516 管腳的SOP-16 封裝 2.4 功能模塊三（人機(jī)交互界面模塊）蜂鳴器報(bào)警模塊點(diǎn)陣式1602型的LCDO4*4矩陣鍵盤1個(gè)獨(dú)立按鍵2.4.1 模塊電路及參數(shù)計(jì)算4*4矩陣式鍵盤：4*4矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵數(shù)較少，采用非編碼式鍵盤，當(dāng)有鍵按下時(shí)，由單片機(jī)通過(guò)程序掃描確定鍵值，并將獲得的鍵值通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，4*4

16、矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)及鍵值分布如下圖：鍵盤掃描原理：2.4.2 工作原理和功能說(shuō)明 LCD1602液晶顯示屏:1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，兩者尺寸差別如下圖10-54所示：1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:16×2個(gè)字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說(shuō)明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表10-1所示:編號(hào)符號(hào)

17、引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)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(xiě)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)極表10-13：引腳接口說(shuō)明表第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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)

18、進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。1602LCD的指令說(shuō)明及時(shí)序:1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表10-14所示：序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制000

19、0001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表10-14：控制命令表1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平

20、左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示