基于單片機(jī)的多功能稱重系統(tǒng)

西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)摘要在微電子迅速發(fā)展的今天，在市場(chǎng)上用的傳統(tǒng)的稱重工具已經(jīng)不能滿足人們的要求，為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問(wèn)題，在本設(shè)計(jì)中將智能化、自動(dòng)化、人性化用在了電子稱重的控制系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)來(lái)控制，測(cè)量物體重量部分由稱重傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器組成，加上顯示單元，此電子秤具備了功能多、性能價(jià)格比高、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用方便直觀、速度快、測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為主控芯片，外圍附以稱重電路、顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤電路等構(gòu)成只能稱重系統(tǒng)電路板，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重系統(tǒng)的各種控制功能。此設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)代人們對(duì)科技的要求。關(guān)鍵詞：稱重傳感器、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示多功能稱重系統(tǒng)AbstractWiththeapplicationofmicro-electronicstechnology,traditionponderationinstrumentusedinmarkethasbeennotsatisfactionwithhunmanrequirementsalready.Inordertomakeupforthetraditionalapparatusshortcoming,weimprovetheapparatus'scontrolsystemwithintelligenceandautomation.Thissystemismainlycontrolledbymicrocontroller,thesectionofheightmeasurementaccomplishbysupersonicsensor,thesectionofweightmeasurementaccomplishbyweightsensorandA/Dtransformer,thisapparatushavemanycharacteristicsuchashavingmorefunction,consumelessenergy,smallandmoveeasily,lowprice,measureprecisely,thespeedisquick,automaticworkwithoutpeopleandsoon.ThesystemismainlycontrolledbythemicrocontrollerAT89S52,theperipheryisconsistofthecircuitofclockandcalendar,thecircuitofmeasureheightandweight,thecircuitofdisplayandprint,allofthesecomprisethecircuitboardoftheintelligentapparatusofheightandweight.Itcanachieveallfunctionoftheapparatus.KEYWORDS:SP20C-G501,AT89S52,ponderationsensor,A/Dconverter,LCDDisplay西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)@錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 IAbstract II\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"多功能稱重系統(tǒng)的分類 1\o"CurrentDocument"多功能稱重系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 2\o"CurrentDocument"多功能稱重系統(tǒng)的工作原理 3\o"CurrentDocument"多功能稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 3\o"CurrentDocument"2總體方案設(shè)計(jì) 4具體方案選擇 4\o"CurrentDocument"傳感器 4\o"CurrentDocument"A/D轉(zhuǎn)換器 5\o"CurrentDocument"顯示器的選擇 6\o"CurrentDocument"鍵盤的選擇 7\o"CurrentDocument"單片機(jī)的選擇 8\o"CurrentDocument"總體方案框架圖 9\o"CurrentDocument"小結(jié) 9\o"CurrentDocument"3硬件電路設(shè)計(jì) 9\o"CurrentDocument"采集電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10傳感器電路 10\o"CurrentDocument"放大電路 11\o"CurrentDocument"A/D轉(zhuǎn)換電路 12\o"CurrentDocument"采集電路 14顯示電路 15LCD1602介紹 15\o"CurrentDocument"LCD1602引腳功能 16\o"CurrentDocument"LCD1602與89C51的接口 17\o"CurrentDocument"鍵盤模塊 17\o"CurrentDocument"矩陣鍵盤 17\o"CurrentDocument"矩陣鍵盤中的鍵功能 18\o"CurrentDocument"鍵盤與89C51的接口 18\o"CurrentDocument"蜂鳴器模塊 19\o"CurrentDocument"電源電路 19\o"CurrentDocument"MAX232通訊接口 21\o"CurrentDocument"串行通信的原理 21多功能稱重系統(tǒng)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"MAX232簡(jiǎn)介 22MAX232引腳圖及功能 23\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 23\o"CurrentDocument"4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24\o"CurrentDocument"編程語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)工具 24\o"CurrentDocument"LED顯示程序模塊 24\o"CurrentDocument"鍵盤模塊 24\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 245仿真與實(shí)驗(yàn)調(diào)試 24proteus簡(jiǎn)介 24\o"CurrentDocument"原理圖 25\o"CurrentDocument"仿真圖 26\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 26\o"CurrentDocument"6總論 27\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 28\o"CurrentDocument"致謝 29附錄A程序清單 30西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)1緒論多功能稱重系統(tǒng)即為電子秤。電子秤屬于衡器的一種，利用胡克定律或力的杠桿平衡原理測(cè)定物體質(zhì)量的工具。電子秤主要由承重系統(tǒng)（如秤盤、秤體）、傳力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（如杠桿傳力系統(tǒng)、傳感器）和示值系統(tǒng)（如刻度盤、電子顯示儀表）3部分組成。電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現(xiàn)實(shí)生活中提出的〃快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)〃稱量要求，同時(shí)有效地消除人為誤差，使之更符合法制計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的應(yīng)用要求?，F(xiàn)代電子秤向高精度、低成本、多功能方向發(fā)展。通過(guò)分析近年來(lái)電子稱重產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子稱重總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、規(guī)?；⒓苫?、智能化。電子秤和計(jì)算機(jī)融合在一起，能滿足現(xiàn)實(shí)生活中的”快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)”稱量要求。同時(shí)有效的消除認(rèn)為誤差，使之更符合法治計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的應(yīng)用要求。其主要功能包括欠電壓自動(dòng)關(guān)機(jī)、零位自動(dòng)跟蹤、鍵盤標(biāo)定、置零、去皮、累計(jì)、保持、超載報(bào)警。多功能稱重系統(tǒng)的分類電子秤是用電子技術(shù)的方法測(cè)定、顯示和控制物料質(zhì)量的稱重儀表。電子秤用于需要快速，遠(yuǎn)距離測(cè)量以及數(shù)字顯示、打印、自動(dòng)控制等場(chǎng)合。稱量范圍可從幾克到幾百噸。稱量精確度可達(dá)0.001--0.0001以上。電子稱重系統(tǒng)的分類：按功能分計(jì)數(shù)秤、計(jì)價(jià)秤、計(jì)重秤；（2）按用途分工業(yè)稱、商業(yè)稱、特種稱；（3）按放置位置分類桌面稱：指全稱量在30kg以下的電子秤；臺(tái)秤：指全稱量在30kg--300kg以下二內(nèi)的電子秤；地磅：指全稱量在300kg以上的電子秤；（4）按精確度分類I級(jí)：特種天平精密度＞1/10萬(wàn)多功能稱重系統(tǒng)II級(jí)：高精度天平1/1萬(wàn)＜精密度＜1/10萬(wàn)III級(jí)：中精度天平1/1000＜精密度＜1/1萬(wàn)IV級(jí)：普通稱1/100＜精密度＜1/1000。多功能稱重系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)多功能稱重系統(tǒng)主要由稱重傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、稱重顯示單元、電源、上線報(bào)警單元、輸入鍵盤、通訊接口等。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：圖1.1電子稱重系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)多功能稱重系統(tǒng)的主要功能多功能稱重系統(tǒng)的主要功能包括欠電壓自動(dòng)關(guān)機(jī)、零位自動(dòng)跟蹤、置零、去皮、累計(jì)、保持、超載報(bào)警等。（1）零位自動(dòng)跟蹤稱重系統(tǒng)再未稱重時(shí)具有自動(dòng)調(diào)零的功能，無(wú)需手動(dòng)調(diào)零，減少了稱重過(guò)程中的誤差。（2）置零西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)稱重系統(tǒng)在稱重過(guò)程中，對(duì)稱重結(jié)果具有自動(dòng)保持功能，如果需要再次稱重時(shí)，需要對(duì)輸出結(jié)果置零，再稱重。（3）去皮稱重系統(tǒng)在稱重過(guò)程中，對(duì)于零散的物體進(jìn)行稱重時(shí)，需要一個(gè)容器來(lái)盛裝，這時(shí)就需要去皮，就直接得出物體的質(zhì)量。（4）累計(jì)稱重系統(tǒng)在稱重過(guò)程中對(duì)于物體不能一次完成稱重時(shí)，需要幾次稱重完成，就需要累計(jì)，來(lái)計(jì)算出輸出結(jié)果。（5）保持稱重系統(tǒng)在稱重過(guò)程中，對(duì)稱重結(jié)果具有自動(dòng)保持功能。（6）超載報(bào)警稱重系統(tǒng)在稱重過(guò)程中，當(dāng)被稱重的物體質(zhì)量大于稱重系統(tǒng)的稱重上限，稱重系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。（7）欠電壓自動(dòng)關(guān)機(jī)當(dāng)稱重系統(tǒng)沒(méi)有外接電源時(shí)，使用備用電源時(shí)，當(dāng)電源電壓不足時(shí)電子稱重系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。多功能稱重系統(tǒng)的工作原理當(dāng)被稱物體放置在稱重系統(tǒng)的稱臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)稱體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成一定函數(shù)關(guān)系（一般成正比關(guān)系）的電信號(hào)（電壓或電流等）。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由摸/數(shù)（A/D）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處理器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析，得出相應(yīng)的算法。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存儲(chǔ)器，需要時(shí)顯示，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存儲(chǔ)器中讀出送到顯示器顯示。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。多功能稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一多功能稱重系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)重量的測(cè)量和實(shí)時(shí)顯示，可根據(jù)設(shè)計(jì)的上下限輸出報(bào)警及顯示，具有RS485或RS232總線接口。設(shè)計(jì)完整的電路原理圖和相關(guān)程序。具體要求如下（1）采用平行梁稱重傳感器；（2）用LED顯示；（3）具有欠電壓自動(dòng)關(guān)機(jī)、零位、去皮、保持、超載報(bào)警、等功能；（4）具有數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存的功能；多功能稱重系統(tǒng)(5)使用RS485或RS232通訊；(6)使用proteus對(duì)功能進(jìn)行仿真。根據(jù)以上設(shè)計(jì)的要求可設(shè)計(jì)一個(gè)稱重范圍：0--9.99kg；誤差范圍不大于±0.01kg的多功能電子稱重系統(tǒng)。其誤差為0.1%。2總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的多功能稱重系統(tǒng)，不能只使用一種器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也不是一種簡(jiǎn)單的電路能實(shí)現(xiàn)的。所以設(shè)計(jì)時(shí)可將硬件電路分為幾個(gè)模塊，再分別考慮各個(gè)模塊能實(shí)現(xiàn)的方案，綜合每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的方案，為后面具體的硬件電路設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，再根據(jù)各個(gè)模塊的功能編寫(xiě)相應(yīng)的程序代碼。完成后將幾個(gè)模塊連接起來(lái)，連接時(shí)需要考慮級(jí)與級(jí)之間連接的平衡問(wèn)題。本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)多功能電子秤重系統(tǒng)，以單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU。在外圍電路中需要顯示電路、鍵盤輸入、電源、通訊接口、傳感器、報(bào)警器。具體方案選擇傳感器傳感器定義：(transducer/sensor)是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，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)鞲衅髦心軌蛑苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換部分是指?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。方案一壓電傳感器基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等，使用于動(dòng)態(tài)力學(xué)的測(cè)量，不適用于測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。缺點(diǎn)是高內(nèi)阻、小功率，輸出的能量微弱，某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷，對(duì)外接電路要求很高。西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)~~方案二電容式傳感器把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、敏感度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)溫、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。電容傳感器可用來(lái)檢測(cè)壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電測(cè)量。但又有不利因素：（1））高阻抗、小功率，因而所需的輸入力很小，輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板間靜電引力極?。s幾個(gè)10-5N），因此所需輸入能量極小，負(fù)載能力差，容易受外界干擾信號(hào)需經(jīng)放大，并采取看干擾措施。（2）初始化電容小，電纜電容，線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。方案三電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器以電阻應(yīng)變計(jì)為轉(zhuǎn)換元件的電阻式傳感器。電阻式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組成，可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。彈性敏感元件受到所測(cè)量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變計(jì)一起變形。電阻應(yīng)變計(jì)再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。它把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為AR/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)的電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。通過(guò)以上對(duì)傳感器的比較分析，最終選擇了方案三使用電阻式應(yīng)變傳感器。A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器使用的原則：.A/D轉(zhuǎn)換器的分辯率。指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2、的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。在系統(tǒng)中AD轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)比系統(tǒng)允許的引用誤差高一倍以上。.A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD,逐次比較型AD是微秒級(jí)屬中速AD,全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率（SampleRate）必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps,表示每秒采樣千/百萬(wàn)次。.是否加采樣/保持器。多功能稱重系統(tǒng).A/D轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。有的A/D轉(zhuǎn)換器提供兩個(gè)輸入引腳不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。.A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。一般A/D轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后其內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束電平。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。目前市面上的A/D轉(zhuǎn)換器大致可分為3類方案一逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器，如ADS7805、ADS7804等。逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速，高精度，省電型A/D轉(zhuǎn)換器件。高精度逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時(shí)鐘，基于51系列單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，僅需要外接幾個(gè)電阻、電容。方案二雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL7135、ICL7109等。雙積分型ADC是間接型A/D轉(zhuǎn)換器，其基本原理是首先對(duì)未知的輸入電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)向?qū)?biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分至積分輸出電壓為零（返回初始值），則標(biāo)準(zhǔn)電壓積分的時(shí)間正比于輸入電壓。輸入電壓越大，反向積分時(shí)間越長(zhǎng)。采用高頻率時(shí)鐘脈沖來(lái)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電壓脈沖積分時(shí)間，即可得到輸出電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字代碼。雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器雖然速度較慢，但轉(zhuǎn)換精度高，具有精確的差分輸入。其輸入阻抗高，可自動(dòng)調(diào)零，具有超量程信號(hào)，全部輸出與丁丁1電平兼容。雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)正負(fù)對(duì)稱的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以50赫茲的工頻干擾抑制能力很強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾也具有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的干擾。故而采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低濾波電路的要求。方案三W-A型A/D轉(zhuǎn)換器，如AD7703W-A型A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部集成了精密比較器積分器，精密基準(zhǔn)電壓源，電子開(kāi)關(guān)和脈沖源等功能部件。一直被認(rèn)為最具有發(fā)展前景的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。隨著微小尺寸CMOS工藝的發(fā)展，以及一些新功能的添加，如無(wú)閑雜音，高速，定制的數(shù)學(xué)濾波器，簡(jiǎn)化的處理器界面以及模擬與數(shù)字功能的進(jìn)一步集成等使其性能及一步提高目前，商業(yè)化的W-A型A/D轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換精度可達(dá)18~24位，完成轉(zhuǎn)換所需要的的時(shí)間為100?1000us,達(dá)到中速A/D轉(zhuǎn)換器的水平，而其精度是其他類型精度A/D轉(zhuǎn)換器無(wú)法比擬的。根據(jù)模擬輸入電壓的誤差為0.1%可知，應(yīng)該選用10位以上的A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)系統(tǒng)的要求，對(duì)于轉(zhuǎn)換時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)苛的要求。對(duì)于以上的A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析，最終選用ILC7135作為A/D轉(zhuǎn)換器。西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)顯示器的選擇方案方案一：采用LED（數(shù)碼管）顯示。發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體組件當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。并且經(jīng)濟(jì)耐用，同時(shí)LED燈具有高亮度，高刷新率的優(yōu)點(diǎn)，能提供寬達(dá)160度的視角，可以在較遠(yuǎn)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(fù)雜等缺點(diǎn)。方案二：采用LCD（液晶屏）顯示。它是具有字符顯示功能，不但可以同時(shí)顯示被測(cè)物質(zhì)量，單價(jià)總價(jià)以及可測(cè)上限值，還可以通過(guò)顯示相應(yīng)的控制命令，指示符號(hào)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(zhì)量輕，壽命長(zhǎng)不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)。綜合比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)最終采用LCD1602作為顯示器。鍵盤的選擇方案鍵盤是最常用也是最主要的輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤，可以將英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等輸入到計(jì)算機(jī)中，從而向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令、輸入數(shù)據(jù)等。鍵盤，由一組按陣列方式裝配在一起的按鍵開(kāi)關(guān)組成，每按下一個(gè)鍵就相當(dāng)于接通了相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路，把刻鍵的代碼通過(guò)接口電路送入計(jì)算機(jī)。具有使用方便，簡(jiǎn)單可靠，軟件修改鍵義容易的特點(diǎn)。是智能儀器最常見(jiàn)的輸入設(shè)備。鍵盤一般分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。方案一：采用編碼鍵盤。編碼鍵盤內(nèi)含編碼器，軟件簡(jiǎn)單，主要由硬件電路完成鍵監(jiān)視和鍵識(shí)別，同時(shí)產(chǎn)生選通脈沖與CPU進(jìn)行聯(lián)系。因此硬件電路較為復(fù)雜。方案二：采用非編碼獨(dú)立式鍵盤。其特點(diǎn)是一鍵一線，即每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根輸入口線。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各檢測(cè)線相互獨(dú)立，按鍵容易識(shí)別：缺點(diǎn)是占線較多的輸入口線，使用按鍵較少的場(chǎng)合，不方便組成大型鍵盤。多功能稱重系統(tǒng)方案三：采用非編碼矩陣式鍵盤在鍵盤中案件數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖所示，在矩陣鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連線。這樣，一個(gè)端口就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比直接將端口線用于用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤是合理的。綜合比較3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)最終采用非編碼矩陣式鍵盤。單片機(jī)的選擇單片機(jī)(Microcontrollers)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前的單片機(jī)種類很多，而且大都針對(duì)某一個(gè)特定的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況選擇單片機(jī)。在需要進(jìn)行微功耗設(shè)計(jì)的應(yīng)用中，可以根據(jù)下面的規(guī)則來(lái)選擇：(1)選擇盡可能減少外部電路的單片機(jī)。西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)(2)不但要考慮其工作電流，還要仔細(xì)考慮其在休眠狀態(tài)下的靜態(tài)電流。(3)在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，盡可能使用單片機(jī)內(nèi)部的ROM、RAM。(4)選擇合適的工作時(shí)鐘頻率。在較低的時(shí)鐘頻率下，單片機(jī)功耗也較低。(5)選擇合適的I/O管腳數(shù)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的I/O管腳數(shù)越多，其功耗也就越大。依據(jù)上面所述的選型原則，選擇合適的單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)真正意義上單片化，可以省去了大量的硬件開(kāi)發(fā)調(diào)試工作，提高了工作效率，系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力得到了顯著的改善，同時(shí)使系統(tǒng)成本降低，更加適合微型化和便攜化，對(duì)降低系統(tǒng)功耗有著決定性的作用。本設(shè)計(jì)中采用51單片機(jī)系列的AT89C51?？傮w方案框架圖圖2.21總體方案框圖小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體方案，其中包括外部硬件電路的主要器件的選取和總體方案的框圖，介紹了各種器件的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合得到選取結(jié)果，其中包括單片機(jī)，顯示電路，鍵盤，AD轉(zhuǎn)換器，傳感器的選取。3 硬件電路的設(shè)計(jì)

多功能稱重系統(tǒng)根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，硬件電路的設(shè)計(jì)就是多功能稱重系統(tǒng)的CPU的外圍電路和它們之間的連線。本章將講述整個(gè)稱重系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中包括采集電路、LCD顯示模塊、鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、電源模塊、通訊接口共6個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)。采集電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)采集電路即為采集被稱重物體的數(shù)據(jù)電路，由傳感器、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路組成。其結(jié)構(gòu)圖如下傳感器 ^放大電路一?傳感器 ^放大電路一?AD轉(zhuǎn)換電路CPU圖3.11采集電路傳感器電路根據(jù)分析已選擇電阻應(yīng)變式傳感器。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。直流點(diǎn)橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和電高穩(wěn)定性的放大器放大。下圖為一直流供電的平衡電路電橋，Ein接只直流電源E:當(dāng)電橋輸出端接電橋無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開(kāi)路，此時(shí)直流電橋稱為電壓電橋，即只有電壓輸出。當(dāng)忽略電源的內(nèi)電阻時(shí)，由分壓原理有：10西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)_ +4渴當(dāng)滿犯條件R1R，=MRM「即%/一凡/A-7片%句，即電橋平衡口式（2方）稱平衡條件.應(yīng)變片測(cè)量電橋前使電橋平衡，從而使測(cè)量事電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。若差動(dòng)工作，即R1=R-AR,R2=R+AR,R3=R-AR,R4=R+△R按式（2.2）,則電橋輸出為〔用+A/O4（*—△月出出44屋）NR—.用］因此傳感器的輸入壓力和輸出電壓成一次函數(shù)（y=kx+b,k>0）關(guān)系。放大電路本設(shè)計(jì)使用差分放大電路作為新好的放大電路。差分放大電路利用電路參數(shù)的對(duì)稱性和負(fù)反饋?zhàn)饔茫行У姆€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，以放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)為顯著特征，廣泛應(yīng)用于直接耦合電路和測(cè)量電路的輸入級(jí)。差分的信號(hào)輸入差分和共模兩種基本輸入狀態(tài)。當(dāng)外加信號(hào)加到兩輸入端子之間，使兩個(gè)輸入信號(hào)VI1、VI2的大小相等極性相反時(shí)，稱為差模輸入狀態(tài)。此時(shí)，外輸入信號(hào)稱為差模輸入信號(hào)，以VId表示，且有：當(dāng)外信號(hào)加到兩輸入端子與地之間，使VI1、VI2大小相等、極性相同時(shí)，稱為共模輸入狀態(tài)，此時(shí)的外輸入信號(hào)稱為共模輸入信號(hào)，以VIC表示，且：當(dāng)輸入信號(hào)使VI1、VI2的大小不對(duì)稱時(shí)，輸入信號(hào)可以看成是由差模信號(hào)VId和共模信號(hào)VIc兩部分組，其中動(dòng)態(tài)時(shí)分差模輸入和共模輸入兩種狀態(tài)。（1）對(duì)差模輸入信號(hào)的放大作用當(dāng)差模信號(hào)VId輸入（共模信號(hào)VIC=0）時(shí)，差放兩輸入端信號(hào)大小想等，極性相反，因此差動(dòng)對(duì)管電流增量的大小相等、極性相反，導(dǎo)致兩輸出端對(duì)地的11多功能稱重系統(tǒng)的電壓增量，即差模輸出電壓vodl、vod2大小想等、極性相反，此時(shí)雙端輸出電壓v0=vod1-vod2=2vod1=vod,可見(jiàn)，差放能有效地放大差模信號(hào)。要注意的是：差放公共射極的動(dòng)態(tài)電阻Rem對(duì)差模信號(hào)不起（負(fù)反饋）作用。（2）對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制作用當(dāng)共模信號(hào)丫葭輸入（差模信號(hào)VId=0）時(shí)，差放兩輸入端信號(hào)大小相等、極性相同，即VI1=VI2=VIC，因此差動(dòng)對(duì)管電流增量的大小相等、極性相同，導(dǎo)致兩輸出端對(duì)地的電壓增量，即差模輸入電壓voc1、voc2大小相等、極性相同，此時(shí)雙端輸出電壓v0=voc1-voc2=0，可見(jiàn)，差放對(duì)共模輸入信號(hào)具有很強(qiáng)的抑制作能力。此外，在電路對(duì)稱的條件下，差放具有很強(qiáng)的抑制零點(diǎn)漂移及抑制噪聲與干擾的能力。圖3.13其中R1=R2=100KQ,RF=R5=100KQ,Rg為0-1K。。放大倍數(shù)Av=(1+2R1/Rg)(Rf/R3) (3.3)可通過(guò)Rg調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Av。AD轉(zhuǎn)換電路從設(shè)計(jì)分析中可知選用ICL7135的內(nèi)部電路有模擬電路和數(shù)字電路部分組成。模擬電路部分由模擬信號(hào)輸入、振蕩電路、積分、比較電路以及基準(zhǔn)電壓源電路組成。下圖為數(shù)字電路部分的結(jié)構(gòu)。它由異步通訊握手邏輯、轉(zhuǎn)換控制邏輯以及計(jì)數(shù)器、鎖存器、三態(tài)門組成。選用74HC74觸發(fā)器作為ICL7135的脈沖信號(hào)。74HC74是一款高速CMOS器件，引腳兼容低功耗肖特基TTL系列。74HC74遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)n0.7A。是雙路口型上升沿觸發(fā)器，帶獨(dú)立的數(shù)據(jù)5）輸入、設(shè)置（SD）和復(fù)位化口）輸入、以及互補(bǔ)的Q和Q輸出。設(shè)置和復(fù)位為異步低電平有效，切不依賴與始終輸入。12

西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)74HC74數(shù)據(jù)輸入口的信息在時(shí)鐘脈沖的上升沿傳輸?shù)絈口。為了獲得預(yù)想中的結(jié)果，口輸入必須在時(shí)鐘脈沖的上升沿來(lái)臨之前，保持穩(wěn)定一段就緒時(shí)間。74HC74時(shí)鐘輸入的施密特觸發(fā)功能使得電路對(duì)于緩慢的脈沖上升和下降具備更高的容差性。ICL7135為DIP28封裝。芯片引腳排列圖如圖所示REFERENCEAMALOGCOMMONINTQU1AZIt4BUFFQVTREFERENCEAMALOGCOMMONINTQU1AZIt4BUFFQVTPEFCAPREFGAP*IMLO刪用V*IMS由D5B2到到gl藥列回回回回㈣回㈣引LriDERRAFJGEOVERRAIJGESiRGBE隔DEG11ALJFI口PQLCLOCK血BUSY(LSDJD1D?C3BA圖3.14 ICL7135引腳圖ICL7135引腳功能及含義如下：（1）與供電及電源相關(guān)的引腳（共7腳）-v:ICL7135負(fù)電源引入端，典型值-5V,極限值-9V;+V:ICL7135正電源引入端，典型值+5V，極限值+6V;DGND:數(shù)字地，ICL7135正，負(fù)電源的低電壓基準(zhǔn)；REF：參考電壓輸入，REF的地為AGND引腳，典型值1V，輸出數(shù)字量=10000×（VIN/VREF）;AC:模擬地，典型應(yīng)用中，與DGND（數(shù)字地）“一點(diǎn)接地”；INHI：模擬輸入正;INLO：模擬輸入負(fù)，當(dāng)模擬信號(hào)輸入為單端對(duì)地時(shí)，直接與AC相連。（2）與控制和狀態(tài)相關(guān)的引腳（共12腳）REFC+:外接參考電容正，典型值1四。REFC-:外界參考電容負(fù)。BUFF0:緩沖放大器輸出端，典型外接積分電阻。INT0:積分器輸出端，典型外接積分電容。AZIN:自校零端。LOW:欠量程信號(hào)輸出端當(dāng)輸入信號(hào)小于量程范圍的10%時(shí)該端輸出高電平HIGH：過(guò)量程信號(hào)輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)計(jì)數(shù)范圍（20001）時(shí)，該端輸出高電平13

多功能稱重系統(tǒng).STOP:數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)，寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半，每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)該端輸出五個(gè)負(fù)脈沖，分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù)（5位），該端用于將結(jié)果打到并行的I/O接口。.R/H:自動(dòng)轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入，當(dāng)輸入高電平時(shí)；每隔40002個(gè)時(shí)鐘脈沖自動(dòng)啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個(gè)大于300ns的正脈沖，才能啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換。.POL:極性信號(hào)輸出，高電平表示極性為正。.BUSY：忙信號(hào)輸出，高電平有效，正向積分開(kāi)始時(shí)自動(dòng)變高，反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低。（3）與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的引腳（共9腳）.B8-B1：BCD碼輸出，B8為高位，對(duì)應(yīng)BCD碼;.D5：萬(wàn)維選通。.D4-D1：千，百，十，個(gè)位選通。如下圖3.15所示即為AD轉(zhuǎn)換器與51單片機(jī)的連線圖。PPE7口■:P211同總I：A14引3iF弧醞IF仁？1712ADM：L7I351UCLK1N? INfflPPE7口■:P211同總I：A14引3iF弧醞IF仁？1712ADM：L7I351UCLK1N? INffl3YR EMU)H I、FPOL ACOMHUSVRUNTHOLD1NTD2H4mIRIF>CPEF+一卜U--*C4(M?uF圖3.15 ICL7135的接線圖采集電路根據(jù)以上各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)的采集電路如下圖3.15和圖3.16所示14

西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)圖3.16放大電路LCD顯示模塊LCD1602簡(jiǎn)介1602LCD是指現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容為16X2,既可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便的應(yīng)用于市面上的大部分的字符型液晶。LCD1602優(yōu)點(diǎn)如下：A.顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。15多功能稱重系統(tǒng)B.數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。C.體積小、重量輕液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。D.功耗低相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD1602引腳功能如圖即為L(zhǎng)CD1602.圖3.21LCD16021602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：VSS為電源地；VCC接5V電源正極；V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端；RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存16西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)器。RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平為1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。E（或EN端）為使能端。D0?D7為8位雙向數(shù)據(jù)端?？漳_或背燈電源。15腳背光正極，16腳為背光負(fù)極。LCD1602與89C51的接口LCD1602與AT89C51的接線如圖3.22所示。圖3.22LCD1602的接線圖鍵盤模塊本設(shè)計(jì)采用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤17多功能稱重系統(tǒng)在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。如圖1所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比直接將端口線用于用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤是合理的。矩陣鍵盤中的鍵功能鍵盤中的各鍵功能如下圖3.31所示123置零456保持789時(shí)間0去皮累計(jì)待機(jī)圖3.31鍵功能鍵盤與89。51的接口18

西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)圖3.32鍵盤與89C51的接線蜂鳴器模塊用一個(gè)蜂鳴器與相關(guān)電路組成，由一個(gè)I/O口控制。其具體結(jié)構(gòu)如下圖「f11圖3.41蜂鳴器電源電路本設(shè)計(jì)為了使用者使用方便采用內(nèi)置電池與220V交流電源并用的方式。使用者在靠近家用電源的地方使用時(shí)，可用插頭連接家用電源使用。再?zèng)]有家用電源的地方，這時(shí)就可以使用內(nèi)置電池來(lái)供電。19

多功能稱重系統(tǒng)外接電源使用就用電源220V交流電時(shí)，使用變壓器將220V交流電壓變?yōu)?V的交流電，在用整流電路將交流變?yōu)橹绷?，使用兩個(gè)大電感來(lái)使電流平穩(wěn)。電路圖如下ri2：…即中DliALMtADtRI5VDIi-.tj-ria:.■A2年一, LU...g：i,比...：.?.U...1^:1HKDmiva

iJTiivnri2：…即中DliALMtADtRI5VDIi-.tj-ria:.■A2年一, LU...g：i,比...：.?.U...1^:1HKDmiva

iJTiivnfr.l：DBA<-K/u：<5DRL.^lfr內(nèi)置電池內(nèi)置電池使用5V鋰電池，鋰電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的一種電池，與可充電電池鋰離子電池跟鋰離子聚合物電池是不一樣的。鋰電池的發(fā)明者是愛(ài)迪生。用于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的的加工，保持，使用，對(duì)環(huán)境的要求非常高，所以鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)得到應(yīng)用，隨著二十世紀(jì)末微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源要求提出了很高的要求，鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。鋰電池的主要優(yōu)點(diǎn)：.能量比比較高。具有高儲(chǔ)存能量密度，目前已達(dá)到460-600Wh/kg。.使用壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到2-5年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C(100%D0D)充放電，有可以使用10,000次的記錄；.額定電壓高(單體工作電壓為3.7V或3.2V),約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；2)西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)~~4.具備高功率承受力，其中電動(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速；.自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；.重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/3-4；.高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過(guò)工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用；.綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。.生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國(guó)來(lái)說(shuō)，十分有利。3.6MAX232通訊接口串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備兼容的通用的的通信協(xié)議，很多GPIB設(shè)備也帶有RS232口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。串行接口是一種可以將接收者來(lái)自CPU的并行數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時(shí)可將接受的串行數(shù)據(jù)輸流轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字符供給CPU的器件，一般完成這種功能的電路，我們稱為串行接口電路。選用MAX232來(lái)設(shè)計(jì)串口。串行通信的原理串行通信程序框圖串行通信是指外設(shè)與計(jì)算機(jī)間，通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。串行通信串口通信的概念非常簡(jiǎn)單，串口按位發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通信狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長(zhǎng)不得超過(guò)20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長(zhǎng)度不得超過(guò)2米；而對(duì)于串口而言，長(zhǎng)度可達(dá)到1200米。典型的，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成，分別是地線、發(fā)送、接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手但不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這個(gè)參數(shù)必須匹配。21

多功能稱重系統(tǒng)多功能稱重系統(tǒng)MAX232簡(jiǎn)介MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平 轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。主要特點(diǎn)1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、只需要單一+5V電源供電3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-4、功耗低，典型供電電流5mA5、內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器6、高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作7、內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C接收器。3.6.3MAX232引腳圖及功能ct上二^~PC7LEM噠IMPUTS1產(chǎn)TUOMOS,

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ajrpuTSi二 副加 八生理暨唾里一二 -二仁山？ ,■.0?-西LT帖曰聘演TER內(nèi)/T期+5VJ如聞如小陽(yáng)司舐附PIju-12F國(guó)晦丁|陶工P D!P/S0圖3.61MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.61MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.62MAX232的引腳圖22西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)引腳介紹第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳（T1IN）、10引腳（12?。┹斎朕D(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳（T1OUT）、7腳（T2OUT）送到電腦DB9插頭;DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳（R1IN）、8引腳。2?。┹斎朕D(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳（R1OUT）、9引腳（R2OUT）輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。3.6.4MAX232構(gòu)成的串口通信電路3.7本章小結(jié)本章講述了整個(gè)稱重系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中包括采集電路，LCD顯示模塊，鍵盤模塊，蜂鳴器模塊，電源模塊，通訊模塊共6個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)，在各個(gè)模塊中講述設(shè)計(jì)中涉及到的原理以及接線方式。23多功能稱重系統(tǒng)4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章將介紹軟件模塊的設(shè)計(jì)。編程語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)工具本系統(tǒng)的處理器是AT89C51。維系，首選Keiluvision作為其開(kāi)發(fā)工具Keiluvision是美國(guó)Keilsoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。其功能強(qiáng)大，生成的代碼緊湊，是目前世界上最廣泛的51系列兼容單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具。LCD顯示程序模塊程序見(jiàn)附錄鍵盤模塊程序見(jiàn)附錄本章小結(jié)本章介紹了所采用的編程語(yǔ)言C51和編程平臺(tái)KEIL。完成了軟件系統(tǒng)的總體框圖和各個(gè)函數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并用C51編寫(xiě)了相關(guān)程序。5仿真及實(shí)驗(yàn)調(diào)試5.1Proteus簡(jiǎn)介Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的一款EDA（電子輔助設(shè)計(jì)）軟件。與通常的EDA軟件不同，這款軟件最大的特點(diǎn)就是支持單片機(jī)及其他常用外圍電路的仿真。軟件的特點(diǎn)如下：（1）軟件實(shí)現(xiàn)單片機(jī)仿真與SPICE電路仿真相結(jié)合。Proteus除了支持單片機(jī)以及其外圍電路仿真以外，同時(shí)支持模擬電路仿真。還帶有各種虛擬儀器，例如示波器，邏輯分析儀，信號(hào)發(fā)生器等。（2）軟件支持主流單片機(jī)的仿真。Proteus支持的單片機(jī)類型很多，包括:68000系列，805系列，AVR系列，PIC系列以及各種外圍芯片。相比之下，通常用的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板只能支持51系列和其他很少的一部分芯片。（3）軟件提供調(diào)試功能。Proteus的仿真系統(tǒng)中具有全速，單步，設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，而且還支持第三方軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。如支持使用廣泛的KEIL編譯器的聯(lián)調(diào)。西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)5.2原理圖5.21原理圖25多功能稱重系統(tǒng)仿真圖本章小結(jié)本章敘述了用Proteus仿真軟件對(duì)本課題所設(shè)計(jì)的“多功能稱重系統(tǒng)”的主要電路和LCD顯示界面所進(jìn)行的仿真和仿真調(diào)試，仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的電路原理圖和表寫(xiě)的程序是正確的。25西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)6總論隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生了巨大變化，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(jī)，因其極高的性價(jià)比得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮到有傳感器，數(shù)據(jù)處理放大電路，CPU和其他功能電路。首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子稱的準(zhǔn)確度。課程設(shè)計(jì)時(shí)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)不是很穩(wěn)定，所以稱重時(shí)誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會(huì)好很多。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需要注意的地方是對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì)算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程需求。最后要考慮的是CPU和其他功能電路。CPU的選取一定程度影響到儀器的工作速率和性能。功能電路實(shí)現(xiàn)的方法有許多，選取合適的方法有利于設(shè)計(jì)出性價(jià)比高的儀器，也有利于操作者的操作。經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的忙碌和工作，課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，但是還是學(xué)到了不少知識(shí)和方法，例如了解LCD和LED的不同和優(yōu)缺點(diǎn)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到許多的困難，很感謝幫助我們解答困惑的所有人。當(dāng)然這對(duì)提升我自己查找和運(yùn)用資料的能力也起很好的推動(dòng)作用，對(duì)不懂問(wèn)題的解答思路能力也很有幫助。課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們的知識(shí)掌握的更牢固，還讓我意識(shí)到我們所學(xué)的知識(shí)可以跟現(xiàn)實(shí)生活緊密的聯(lián)系起來(lái)。這讓我對(duì)自己的學(xué)習(xí)有了更多的信心，因?yàn)楦杏X(jué)我們來(lái)大學(xué)不是混日子的了，而是在學(xué)習(xí)真正對(duì)我們生活有用、有幫助的知識(shí)能力。我會(huì)更加珍惜現(xiàn)在這有優(yōu)越的學(xué)習(xí)環(huán)境，努力學(xué)習(xí)知識(shí)讓自己在激烈的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中不被打倒。27多功能稱重系統(tǒng)參考文獻(xiàn)[1]黃惟公,鄧成中,王燕.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M],西安-西安電子科技大學(xué)出版社，2007.08[2]喻宗泉，喻晗,李建民.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M],西安-西安電子科技大學(xué)出版社,2006.5[3]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)[M],北京：清華大學(xué)出版社，2002[4]王桂敏，齊風(fēng)河.基于1-Wire總線技術(shù)的巡檢系統(tǒng)[M],大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.4[5]麥俊華.設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M],化工裝備技術(shù)，2004.4[6]吳春國(guó)，李文石.單片機(jī)控制電子鎖技術(shù)剖析[M],東北林業(yè)大學(xué)學(xué)出版社，2002.5[7]周立功.LPC900系列Flash單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M],北京航空航天大學(xué)出版社，2003.28西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)致謝在經(jīng)歷了兩周的緊張?jiān)O(shè)計(jì)后，我的課程設(shè)計(jì)多功能稱重系統(tǒng)終于完成了。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我體會(huì)到了自己動(dòng)手的快樂(lè)和成就，這也是對(duì)我大學(xué)階段學(xué)習(xí)成果的最好的檢測(cè)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，開(kāi)闊了我的視野，學(xué)到了很多位于科技前沿的知識(shí)，這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助，在此應(yīng)感謝老師和同學(xué)給我無(wú)微不至的幫助。首先我應(yīng)感謝我的指導(dǎo)老師劉克福老師，感謝答辯組老師對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)閱，并提出寶貴意見(jiàn)。感謝劉老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)期間幫助我改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，及指導(dǎo)我如何完善開(kāi)題報(bào)告、任務(wù)設(shè)計(jì)書(shū)及論文，不厭其煩的對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。劉老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神給我留下了深刻的印象！再次感謝在我論文設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)我提供幫助的同學(xué)和老師！還要感謝父母在我大學(xué)學(xué)習(xí)生活中對(duì)我的支持！衷心的感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中所有幫助過(guò)我的老師、同學(xué)，忠心的向他們說(shuō)一聲：謝謝！由于本人水平有限在論文的編寫(xiě)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤還望老師給予批評(píng)指正。29多功能稱重系統(tǒng)附錄A 程序清單下面介紹main.c主程序編寫(xiě)，其他程序略。(1)頭文件和一些宏定義#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<string.h>#include"lcd.h"#include"hx711.h"#include"keyboard.h"〃定義量程系數(shù)#defineRATIO2114/1623(2)管腳、常量、變量定義〃定義標(biāo)識(shí)volatilebitFlagTest=0; 〃定時(shí)測(cè)試標(biāo)志，每0.5秒置位，測(cè)完清0volatilebitFlagKeyPress=0;〃有鍵按下標(biāo)志，處理完畢清0volatilebitFlagSetPrice=0;〃價(jià)格設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，設(shè)置好為1。//管腳定義sbitLedA=P2"2;sbitbeep=P「0;sbitalert=P11；〃顯示用變量intCounter;ucharidatastr1[6]="000000";inti,iTemp;30西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)〃稱重用變量unsignedlongidataFullScale;〃滿量程AD值/1000unsignedlongAdVal; 〃AD采樣值unsignedlongweight; //重量值，單位gunsignedlongidataprice; 〃單價(jià)，長(zhǎng)整型值，單位為分unsignedlongidatamoney; 〃總價(jià)，長(zhǎng)整型值，單位為分〃鍵盤處理變量ucharkeycode;ucharDotPos; 〃小數(shù)點(diǎn)標(biāo)志及位置(4)各子程序〃整型轉(zhuǎn)字符串的函數(shù)，轉(zhuǎn)換范圍0--65536voidint2str(intx,char*str)(inti=1;inttmp=10;while(x/tmp!=0)(i++;tmp*=10;)tmp=x;str[i]='\0';while(i>1)(str[--i]='0'+(tmp%10);tmp/=10;)str[0]=tmp+'0';31多功能稱重系統(tǒng)〃重新找回零點(diǎn)，每次測(cè)量前調(diào)用voidTo_Zero()(FullScale=ReadCount()/1000;price=0;)〃顯示單價(jià)，單位為元，四位整數(shù)，兩位小數(shù)voidDisplay_Price()(unsignedinti,j;display_GB2312_string(5,44,"");i=price/100;〃得到整數(shù)部分j=price-i*100;//得到小數(shù)部分int2str(i,str1);〃顯示整數(shù)部分if(i>=1000)(display_GB2312_string(5,44,str1);)elseif(i>=100)(display_GB2312_string(5,52,str1);)elseif(i>=10)(display_GB2312_string(5,60,str1);西華大學(xué)課程設(shè)計(jì))else(display_GB2312_string(5,68,str1);)〃顯示小數(shù)點(diǎn)display_GB2312_string(5,76,".");〃顯示小數(shù)部分int2str(j,str1);if(j<10)(display_GB2312_string(5,84,"0");display_GB2312_string(5,92,str1);)else(display_GB2312_string(5,84,str1);))〃顯示重量，單位kg，兩位整數(shù)，三位小數(shù)voidDisplay_Weight(