多功能電子秤設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

摘要1233隨著時代科技的迅猛發(fā)展，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，人們生活水品也更進一步的有所提高。智能化的電子產(chǎn)品自然也得到了越來越多人的喜愛，而多功能電子秤具有結(jié)構(gòu)體積小、測量的精度較高、擁有廣泛的應(yīng)用范圍、機械操作起來簡便易懂等優(yōu)點，基本取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量器具。本設(shè)計介紹了該系統(tǒng)實現(xiàn)方法，通過LCD顯示器顯示所測重量以及當(dāng)前選擇的功能。該課題的設(shè)計主要由STC89C52單片機、重量測量模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0808、單片機的外圍接口電路：4*4矩陣掃描按鍵以及LCD1602液晶屏幕顯示五部分組成。本系統(tǒng)比傳統(tǒng)測量更具有準(zhǔn)確性和直觀性，具有一定的實際推廣性。關(guān)鍵字：壓力傳感器；STC89C52單片機；ADC0808；LCD1602目錄第一章緒論1.1課題目地與意義1.2國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展與現(xiàn)狀1.3主要工作及設(shè)計思路第二章硬件設(shè)計2.1工作原理2.2系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.3控制器部分2.4數(shù)據(jù)采集部分2.5鍵盤處理部分2.6顯示電路部分2.7報警部分第三章具體電路設(shè)計3.1AT89C52的最小系統(tǒng)電路3.2數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計3.3顯示電路與AT89C52單片機接口電路設(shè)計3.4鍵盤電路與AT89C52單片機接口電路設(shè)計3.5報警電路的設(shè)計第四章軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計4.2子程序設(shè)計4.21A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計4.22顯示子程序設(shè)計4.23鍵盤輸入控制程序的設(shè)計4.24報警子程序的設(shè)計第五章仿真調(diào)試5.1軟件試用5.2仿真調(diào)試第六章總結(jié)1緒論1.1課題目的及意義多功能電子秤屬于我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫臏y量系統(tǒng)，廣泛的在各中小型超市、大中型商場、物流配送中心等地方應(yīng)用。由于它具有結(jié)構(gòu)體積小、測量的精度較高、擁有廣泛的應(yīng)用范圍、機械操作起來簡便易懂等優(yōu)點。本次所設(shè)計的基于8051的多功能電子秤具有STC89C52單片機、重量測量模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0808、單片機的外圍接口電路：4*4矩陣掃描按鍵以及LCD1602液晶屏幕顯示五部分組成。為了滿足重量測量系統(tǒng)測量范圍30kg，測量精度能夠在0.001kg以下，選擇使用了電阻應(yīng)變式壓力傳感器，并且應(yīng)用了A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808。重量測量系統(tǒng)通過4*4掃描鍵盤選擇功能，再運用LCD1602液晶屏幕顯示測量結(jié)果，比傳統(tǒng)測量更具有準(zhǔn)確性和直觀性。多功能電子秤屬于電子衡器中的一種，是國際之間貿(mào)易，國防科技建設(shè)，科學(xué)研究當(dāng)中不可缺少的重要計量設(shè)備，所用設(shè)備產(chǎn)品的水平的高低，將直接影響著各行各業(yè)的發(fā)展水平與社會整體經(jīng)濟效益的提高。電子秤具有重量較輕，體積較小，結(jié)構(gòu)簡單，維護起來方便等特點，重量信號可以通過遠程數(shù)據(jù)傳輸，易于實現(xiàn)稱重顯示的數(shù)字化，達到生產(chǎn)過程中的自動化流程的目的。目前市場上使用的稱量工具，很多都屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運行不可靠，并且制造成本高，而且整體水平不高，還存在部分小型企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量差且技術(shù)環(huán)節(jié)薄弱，設(shè)備不齊全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對性的開發(fā)出一套有實用價值的多功能電子秤，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善重量測量系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展及現(xiàn)狀電子秤是人們在生活和生產(chǎn)中的重要計量工具之一，無論是在工農(nóng)業(yè)還是在制造業(yè)以及食品行業(yè)等都能見到它的身影，它成功解決了物體間量的差距問題，也大大的提高了企業(yè)在生產(chǎn)中實現(xiàn)的經(jīng)濟效益，加快了生產(chǎn)力度和生產(chǎn)進度，保證了生產(chǎn)質(zhì)量。我國的衡器產(chǎn)業(yè)隨著歷史的發(fā)展，經(jīng)過了漫長的發(fā)展歷程，但是長期以來都是以機械衡器為主，直至二十世紀(jì)八十年代，由于電子衡器的逐步擴大應(yīng)用才開始踏上研究開發(fā)之路。進入新世紀(jì)后，我國的衡器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入了快速發(fā)展通道，衡器產(chǎn)品亦開始發(fā)生質(zhì)的變化，并逐步向高產(chǎn)量發(fā)展，無論是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還是在制造水平方面，都實現(xiàn)了飛躍的發(fā)展，慢慢演變成小型化、模塊化、集成化和智能化發(fā)展，其技術(shù)日趨成熟，趨向于高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高。但就總體而言，我國電子秤產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。1.3課題要求及內(nèi)容安排本文主要介紹了一種基于8051的多功能電子秤的設(shè)計過程，給出了各個模塊的詳細設(shè)計思路、電路圖以及程序代碼。在文章的原理與總體方案中將介紹到設(shè)計的原理和思路。在硬件設(shè)計章節(jié)中，則將較為詳細地介紹系統(tǒng)硬件各個模塊功能的說明和使用。文中介紹了重量測量模塊原理及其應(yīng)用，選用STC89S52型單片機作為主控制器件，對電阻應(yīng)變式壓力傳感器進行信號讀取，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0808直接讀取被測重量值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，便于單片機處理及控制，然后通過4*4掃描按鍵進行功能選擇，再在LCD1602液晶顯示屏上實現(xiàn)功能狀態(tài)和數(shù)據(jù)的顯示。另外本文還包括對keil軟件進行了介紹，包括創(chuàng)建工程，程序調(diào)試與下載等，以及具體程序各模塊介紹，包括對A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0808和LCD的初始化。本課題的具體要求如下：稱重范圍：不超過30kg測量精度：W0.001Kg顯示方式：LCD1062顯示所稱量的物品重量。特殊功能：通過4*4鍵盤按鍵選擇去皮、清零、返回、累計等功能。本論文將分四個部分講述基于8051的多功能電子秤的設(shè)計制作過程。第一部分講述提出本設(shè)計的目的及意義和國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展及現(xiàn)狀。第二部分確定本設(shè)計的總體方案。第三部分詳細介紹各硬件設(shè)計模塊實現(xiàn)的方法。第四部分對本設(shè)計進行軟件模塊的設(shè)計。第五部分完成軟硬件的測試實驗。最后，在文章的總結(jié)部分將闡述該系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的問題和需要改進的方案。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1總體設(shè)計電路本文介紹了一個基于8051的多功能電子秤的設(shè)計，它使用電阻應(yīng)變式壓力傳感器進行重量測量，單片機通過4*4鍵盤按鍵選擇進行去皮，清零，返回，累計等功能模式，并利用LCD1602液晶顯示屏對重量測量結(jié)果進行顯示。2.2方案設(shè)計圖2-1總體結(jié)構(gòu)圖由STC89C52芯片將電阻應(yīng)變式壓力傳感器所測重量通過LCD1602液晶模塊顯示出來，并顯示當(dāng)前的重量狀態(tài)和系統(tǒng)執(zhí)行功能。根據(jù)4*4按鍵模塊通過按鍵的選擇，確定去皮、清零、返回、累計等功能。2.3方案論證隨著科技的發(fā)展，智能化的電子衡器越來越多的進入到了人們的生活當(dāng)中，小到中小型超市，物流配送中心，再到國防建設(shè)，科技研究，都離不開智能化的電子衡器。隨著社會的發(fā)展需求，高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高的電子衡器產(chǎn)品越來越受到重視以及發(fā)展。電子秤所用傳感器的選擇以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的信號處理都將影響著電子衡器的質(zhì)量和特性，選用結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、頻率響應(yīng)好的傳感器再配合高增益高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)處理模塊，可以避免由于外界環(huán)境的干擾信號的影響所產(chǎn)生的運行不穩(wěn)定，進一步提高電子秤的測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多功能智能化實用性。1）壓力傳感器傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。方案一采用壓電傳感器，壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。壓電傳感器由于其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。高內(nèi)阻、小功率是壓電傳感器件的弱點。功率小，就意味著輸出的能量較微弱，電纜分布的電容以及噪聲干擾都會影響壓電傳感器的輸出特性，這一點就意味著對其外接電路的要求非常高。方案二采用電容式傳感器，電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它擁有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)好、可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點。電容傳感器可以用來檢測力、位移、壓力以及振動學(xué)非電參量。雖然電容式傳感器有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單和良好動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，但也有其不足之處：（1）高阻抗、小功率。由于受到幾何尺寸的約束限制，電容傳感器的電容量一般都很小，基本僅有幾皮法到幾十皮法。由于電容量C太小，所以它的容抗就會變得很大，用來作為一個高阻抗元件，它的負載能力又顯得較差，功率？也會很小。所以容易受到外界環(huán)境產(chǎn)生的干擾信號的影響，產(chǎn)生的信號需要經(jīng)過放大處理，并且還要采取一系列抗干擾的措施。初始的電容小，電纜電容以及線路所存在復(fù)雜散亂的電路所構(gòu)成的寄生電容對其影響很大。方案三采用電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻是電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，它的工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為AR/R后，由于應(yīng)變量以及相應(yīng)的電阻量變化一般都很微小，很難能夠直接精確的測量，而且不方便數(shù)據(jù)處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的AR/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號變化。它的轉(zhuǎn)換電路常用全橋測量電路來將應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓信號。直流電橋的特點是產(chǎn)生的信號不會受到各元件和導(dǎo)線所分布的電感及電容的影響，而且它的抗干擾能力強，不過由于機械應(yīng)變的輸出信號較小，這就需要要求配合用高增益和高穩(wěn)定性的放大器將輸出信號放大處理。電阻應(yīng)變片式傳感器有如下特點：(1)測量和應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)變片可以制作成各種機械量傳感器，滿足測量要求。（2）擁有高靈敏度和高分辨力，精度也較高。（3）機械結(jié)構(gòu)輕小，對試件的影響小，對復(fù)雜的環(huán)境適應(yīng)性強，可在高壓、高溫、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)也好。（4）商品化，使用起來方便，有利于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。由于本次設(shè)計是一種多功能的電子秤，需要分辨力和靈敏度高，精度較高的傳感器元件，并且要求結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小，對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化測量。故采用方案三中的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。2）信號轉(zhuǎn)換方案一采用A/D轉(zhuǎn)換原理：1、逐次逼近法逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個緩沖寄存器、比較器、D/A轉(zhuǎn)換器以及邏輯控制電路組成。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為V。，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi進行比較，若Vo<Vi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的V。再與Vi比較，若Vo<Vi，該位1被保留，否則被清除［5］。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行的。2、雙積分法采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成?；驹硎菍⑤斎腚妷鹤儞Q成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi,Vi采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間T的正向積分，時間T到后，開關(guān)再接通與Vi極性相反的基準(zhǔn)電壓VREF，將VREF輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為0V時停止積分°Vi越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值，就是輸入模擬電壓Vi所對應(yīng)的數(shù)字量，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。方案二采用V/F轉(zhuǎn)換V-F控制的原理是產(chǎn)生一個震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個壓敏電容，當(dāng)受到一個變化的電壓時候它的容量會變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。列如LM331：LM331是性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。LM331采用了新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態(tài)范圍寬，可達100dB；線性度好，最大非線性失真小于0.01%，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331的內(nèi)部電路組成如圖所示。由輸入比較器、定時比較器、R-S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護管等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。LM331可采用雙電源或單電源供電，可工作在4.0?40V之間，輸出可高達40V，而且可以防止Vcc短路。由于本次設(shè)計的是一個基于8051的多功能電子秤，由電阻應(yīng)變式壓力傳感器傳出的信號基本相當(dāng)于直流信號，并且鑒于本次設(shè)計并不太復(fù)雜，采用方案一可以達到設(shè)計要求，而且能夠達到一目了然的效果。3）顯示模塊方案一使用8位數(shù)碼管作為顯示，此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼。由此設(shè)計出的重量測量系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。缺點是：硬件部分簡單，雖然可以實現(xiàn)基本的稱重功能，但是不能實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達到顯示購物清單的要求。又因為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴展必受到限制，功能過于單一，達不到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。方案二前端信號處理時，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD1602顯示器。LCD1602由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。它可以顯示的字符有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。這種方案不僅加強了人機交換的能力，而且滿足設(shè)計要求，可以顯示所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。目前單片機技術(shù)比較成熟，功能也比較強大，被測信號經(jīng)放大整形后送入單片機，由單片機對測量信號進行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示出被測物體的重量。單片機控制適合于功能比較簡單的控制系統(tǒng)，而且其具有成本低，功耗低，體積小，算術(shù)運算功能強，技術(shù)成熟等優(yōu)點。方案三采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）為控制核心，利用EDA軟件編程，下載燒制實現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片Xilinx公司的SpartanII系列XC2S100E芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點，可實現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。采用FPGA測頻測量精度高，測量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，設(shè)計要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強。FPGA的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時還可以提高設(shè)計的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。雖然以FPGA為核心的電子秤測量系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中其高集成度才能更好得以體現(xiàn)。其主要在PC機接口卡的總線接口、程控交換機的信號處理與接口、雷達聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機床的測試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。因為LCD1602是采用并口傳輸，速度快，且顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡單，成本較低，鑒于本設(shè)計并不太復(fù)雜，單片機完全能實現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計時，可以采用第二種設(shè)計方案，這樣不僅可以動態(tài)顯示，還可以一目了然的知道當(dāng)前功能選擇的狀態(tài)。2.4本章小結(jié)本章對設(shè)計所需要的模塊設(shè)計出了總體方案，論述了總體方案的內(nèi)容，并對各個方案的提出和比較進行了相應(yīng)的闡述。通過以上方案的分析和比較，根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求選出了最適用，最經(jīng)濟，最簡單的硬件模塊。再結(jié)合設(shè)計方案總體結(jié)構(gòu)圖，只需要對各個方案的思路進行規(guī)劃與完善，則可以實現(xiàn)本次設(shè)計的要求。3硬件電路的設(shè)計硬件設(shè)計是整體系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，需要從系統(tǒng)的實用性、穩(wěn)定性和軟件編程的可實現(xiàn)性出發(fā)，來實現(xiàn)該系統(tǒng)各個模塊的相關(guān)功能。本節(jié)內(nèi)容就是對系統(tǒng)設(shè)計的模塊功能的實現(xiàn)進行逐個的介紹和分析。3.1硬件設(shè)計概述STC89C52是一種低電壓、高性能的微處理器。在系統(tǒng)測重方面，電阻應(yīng)變式壓力傳感器，重量輕，分辨力和靈敏度高，精度較高，對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力強；在轉(zhuǎn)換模塊方面，才用A/D芯片ADC0808進行轉(zhuǎn)換，ADC0808是8位AD芯片；在顯示方面，采用LCD1602液晶顯示，可以將電阻應(yīng)變式壓力傳感器所測的數(shù)據(jù)和功能狀態(tài)進行顯示和調(diào)節(jié)。在控制方面，采用4*4按鍵的形式進行功能的調(diào)節(jié)以及去皮、清零、返回、累計等功能的選擇。3.2STC89C52芯片概述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存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。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，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作

停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。PIOpTTpI5P13P14PL5piepi?01254567■—I1—11—11—11—1PIOpTTpI5P13P14PL5piepi?01254567■—I1—11—11—11—11—11—11—1PPPFPPPPo1234S67

00000000j9DEO&[:定1bDE2DB2；3DB4DB5DE6gDB7P3I：I1O_P3TTl^P3^r|p項泰P30jT2-lDP31.-TZI：'P32/IHTLIP33/IHT1F34rropasrriXIHP2OP21^3P22P23^5P24pELWEISX2RESETE心序FetZts?WRT36ALE/PRDGPSEN31VCC=35—增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.[2]工作電壓：5.5V?3.3V（5V單片機）/3.8V?2.0V（3V單片機）工作頻率范圍：0?40MHz，相當(dāng)于普通8051的0?80MHz，實際工作頻率可達48MHz用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM功能共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART工作溫度范圍：-40?+85°C（工業(yè)級）/0?75°C（商業(yè)級）PDIP封裝3.3重量測量模塊的設(shè)計本模塊采用的是電阻應(yīng)變式壓力傳感器HL-8型，具有精度高、6二rfn的應(yīng)塵JF受:力才泊中弓I下山】的成坐受力更編圖3-4傳感器的受力工作原理易加工、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗偏載能力強、固有頻率高等特點。應(yīng)變電阻1k皿應(yīng)變電阻1應(yīng)變電阻1k皿應(yīng)變電阻1會口黑也域電游察接E—白色紐信號負接m—a綠色統(tǒng)信號正所S+房式色技電源正接研圖3-5電阻應(yīng)變片全橋測量電路將應(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)生變形時，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3-5所示的電橋，力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測量電路的電壓變化,通過測量輸出電壓的數(shù)值,再通過換算即可得到所測量物體的重量。3.4鍵盤接口電路的設(shè)計鍵盤模塊集成了16個按鍵，按鍵加入了3.3kg限流電阻和防止反電勢的二極管4148。4?_!4?_!拜庫辭禹圖3-134*4矩陣鍵盤本模塊設(shè)計闡述如下：4*4掃描鍵盤模塊，具有數(shù)字輸入鍵0~9,功能鍵去皮、清零、返回、累計,2個備用鍵，通過鍵盤按鍵對STC89C52單片機輸入按鍵指令，進而實現(xiàn)在測量過程中所需的功能，最后通過LCD1602顯示出測量結(jié)果。3.5顯示電路模塊的設(shè)計此模塊是方便用戶使用該系統(tǒng)的時候，顯示其當(dāng)前系統(tǒng)的功能狀態(tài)和物體重量的裝置，是實現(xiàn)人機交換的重要設(shè)備。用戶通過它來觀看按鍵指定功能的信息，確定輸入指定的功能，得知當(dāng)前功能下的重量測量狀態(tài)。單片機通過它告知用戶的重量測量結(jié)果，并根據(jù)數(shù)字的顯示和重量的顯示來選擇功能命令。3.5.1液晶顯示器LCD1602的概述液晶顯示器(LCD)全稱是LiquidCrystalDisplay，它采用了液晶控制透光度技術(shù)來實現(xiàn)色彩的顯示器。液晶顯示是一種極具有流動性和光學(xué)特性的有機化合物，它可以根據(jù)外加電場實現(xiàn)顏色的分辨，因此可以作為字符顯示器。該LCD液晶模塊，采用一個16X2的字符型液晶顯示模塊。3.5.2LCD1602引腳及功能介紹LCD1602與單片機通訊時采用8位并行傳輸?shù)姆绞剑?8］它的控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)忙標(biāo)志(BF)，顯示數(shù)RAM(DDRAM)，字符發(fā)生器ROMA(CGOROM)字符發(fā)生器RAM(CGRAM)，地址計數(shù)器RAM(AC)組成。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼。圖3-14LCD1602的連接圖場號符號引腳說明編號苻號引腳說明1VSS電源地&D2[JataI/O2VDD電源正極10D3DatdI/O3VL液晶顯示裝壓信號11D4OatAI/O4RS數(shù)據(jù)/命。逸擇端LWL）12D5I/O5RZW讀/寫選擇靖（H/L）13D6I/O&E使能信號14D7OatAI/O7DODatoiI/O15BU背北源正極BD1DataI/O1€BLK背光源金極圖3-15接口信號說明LDC1602如上圖3-14和圖3-15所示：Vss（1腳）：接地。Vdd（2腳）：接電源。Vee（3腳）：作為顯示器對比度調(diào)整端，當(dāng)它接電源時對比度最弱，接地時對比度最高。RS（4腳）：RS為寄存器選擇端，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時表示選擇指令寄存器。R/W（5腳）：R/W為讀寫信號線，高電平⑴時進行讀操作，低電

平（0）時進行寫操作。E（6腳）：E端為使能（enable）端，表示使能信號，工作時下降沿表示使能。DB0（7腳）：低4位三態(tài)、DB0（7腳）：低4位三態(tài)、DB1（8腳）：低4位三態(tài)、DB2（9腳）：低4位三態(tài)、DB3（10腳）：低4位三態(tài)、DB4（11腳）：低4位三態(tài)、DB5（12腳）：低4位三態(tài)、DB6（13腳）：低4位三態(tài)、DB7（14腳）：低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）。雙向數(shù)據(jù)總線1位。雙向數(shù)據(jù)總線2位。雙向數(shù)據(jù)總線3位。雙向數(shù)據(jù)總線4位。雙向數(shù)據(jù)總線5位。雙向數(shù)據(jù)總線6位。雙向數(shù)據(jù)總線7位（最高位）本模塊設(shè)計闡述如下：顯示模塊初始化。首先接口數(shù)據(jù)位設(shè)置為8位，顯示行數(shù)為2行，然后設(shè)置為整體顯示。利用光標(biāo)和字體閃爍，設(shè)置為增量移位的方式。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用3個字符數(shù)組，第一組顯示當(dāng)前狀態(tài)下的重量，第二組顯示當(dāng)前設(shè)定的價格，第三組則設(shè)定當(dāng)前累計總價。如果沒有物體測量，則一直顯示為“ZL|DJ|ZJ”和“00.00|00.0|00.00”，此時可以根據(jù)用戶對按鍵的控制對功能選擇操作。當(dāng)要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，根據(jù)按鍵操作完成顯示。3.6本章小結(jié)本章通過對該系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)的詳細闡述，分析了各個硬件電路模塊的工作原理和該原理在本系統(tǒng)中的運用。在設(shè)計硬件電路的同時，發(fā)揮單片機在智能化實際應(yīng)用方面的優(yōu)勢，使得硬件電路在結(jié)構(gòu)和操作方面提高了可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計主要由單片機、重量測量模塊、4*4掃描鍵盤、液晶顯示器LCD1602和ADC0808等部分組成。其中4*4掃描鍵盤用于輸入命令，進行各種功能在LCD上面的調(diào)節(jié)。由用戶通過連接單片機的掃描鍵盤輸入需要的功能和數(shù)字后經(jīng)過單片機根據(jù)相應(yīng)功能來執(zhí)行對LCD的顯示，從而顯示出測量的重量。4軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要可分為主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換ADC0808程序模塊、顯示子程序服務(wù)程序模塊、掃描鍵盤服務(wù)程序等模塊。下面是分別對各部分模塊作流程圖和相關(guān)編程的詳細介紹。4.1軟件編程keil的簡介KeilC51是KeilSoftware公司提供的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。它集項目管理、編譯工具、代碼編寫工具、代碼調(diào)試以及安全仿真于一體，是一種簡單易用的編程軟件。當(dāng)Keil51與Proteus配合使用的時候，可以完成匯編語言、C語言等應(yīng)用系統(tǒng)的仿真開發(fā)，從而可以縮短實際系統(tǒng)的研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。4.2多功能電子秤的總體程序設(shè)計整個系統(tǒng)的程序設(shè)計采用的是模塊化結(jié)構(gòu)。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計可以根據(jù)設(shè)計要求和電路結(jié)構(gòu)，將整個系統(tǒng)分成各個功能模塊，再把這些小的功能模塊進行程序編寫，最后包含在整體主函數(shù)中進行仿真的過程。這種設(shè)計方法可以使系統(tǒng)各部分的功能趨于明朗化。當(dāng)系統(tǒng)整體編譯出現(xiàn)問題時，就可以根據(jù)模塊功能設(shè)置找出問題的所在，從而更省時地解決問題。在整個設(shè)計過程中，需要把軟件設(shè)計與硬件設(shè)計結(jié)合在一起，才能完成整個系統(tǒng)的仿真。系統(tǒng)上電后首先完成初始化工作，然后CPU按照設(shè)定好的各個程序執(zhí)行。本系統(tǒng)的主程序是基于一個無限的循環(huán)的單任務(wù)機制的。在這循環(huán)的過程中可以調(diào)用各模塊的子程序函數(shù)來完成對應(yīng)的操作。這種機制具有簡單直觀，易于控制的優(yōu)點。該系統(tǒng)從軟件的功能可分為兩大類：一是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各個模塊實質(zhì)性的功能如測量、顯示、通訊等。二是監(jiān)控類軟件（主程序），它是整個系統(tǒng)的控制核心，用來協(xié)調(diào)各個功能執(zhí)行模塊之間的操作轉(zhuǎn)換。軟件設(shè)計包括初始化程序、主程序、延時子程序、顯示程序等。4.3總體程序設(shè)計思路結(jié)合電路，程序的總體設(shè)計思路闡述：1、接通電源，按下啟動鍵，后進行重量、單價、總價的顯示，顯示為：“ZL|DJ|ZJ”和“00.00|00.0|00.00”。2、在重量測量模塊，將所測物體放在傳感器上ADC0808進行信號轉(zhuǎn)換后發(fā)送給單片機處理，在LCD上顯示所測重量，對應(yīng)顯示為“ZL”和“00.00|”。3、按下按鍵“去皮”，可以將當(dāng)前顯示重量顯示為“ZL|”和“00.00|”。4、按下按鍵“0~9”，可以設(shè)置當(dāng)前測量單價，例如輸入“456”，則顯示為“DJ|”和“45.6I”。表示當(dāng)前設(shè)置單價為45.6。5、按下按鍵“累計”，可以顯示出當(dāng)前測量重量與單價的總和，例如輸入為“ZL|DJ|ZJ”和“23.00|01.0|00.00”，則顯示為“ZL|DJ|ZJ”和“23.00|01.0|23.00”。6、按下按鍵“清零”，可以清除當(dāng)前測量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備二次測量，顯示為“ZL|DJ|ZJ”和“00.00|00.0|00.00”。4.4總體程序設(shè)計流程圖主程序是從初始化開始，進行初始化顯示：“ZL|DJ|ZJ”和“00.00|00.0|00.00”，CPU再進行按鍵掃描檢測，檢測完畢后，就可以顯示各功能模塊了。整體設(shè)計流程圖如圖4-1所示:4.5按鍵模塊設(shè)計流程圖

NNN圖4-2NNN圖4-2掃描按鍵流程圖圖4-2為掃描鍵盤流程圖，用來控制檢測按鍵是否按下，根據(jù)檢測按下的按鍵來選擇執(zhí)行的功能狀態(tài)，判斷執(zhí)行的按鍵是數(shù)字鍵還是功能鍵：去皮、返回、清零、累計。如果沒有按鍵按下，則返回重新掃描檢測按鍵是否按下，以此類推，當(dāng)檢測按鍵是否按下完畢后，在LCD1602液晶顯示屏上將結(jié)果顯示出來。矩陣鍵盤掃描程序如下所示：//""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""http://****************************************************〃矩陣鍵盤掃描程序//""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""****************************************************unsignedcharKEY_Scan(){unsignedchartemp=0;unsignedcharcom=0x55,com1=0,com2=0;P3=0xf0;if(P3!=0xf0){com1=P3;P3=0x0f;com2=P3;}P3=0xf0;while(P3!=0xf0);temp二com1|com2;if(temp==0xee)com=1;//數(shù)字1if(temp==0xed)com=4;//數(shù)字4if(temp==0xeb)com=7;//數(shù)字7if(temp==0xe7)com=11;//備用鍵*號鍵if(temp==0xd7)com=0;//數(shù)字0if(temp==0xb7)com=14;//備用鍵*號鍵if(temp==0xde)com=2;//數(shù)字2if(temp==0xdd)com=5;//數(shù)字5if(temp==0xdb)com=8;//數(shù)字8if(temp==0xbe)com=3;//數(shù)字3if(temp==0xbd)com=6;//數(shù)字6if(temp==0xbb)com=9;//數(shù)字9if(temp==0x7e)com=16;//數(shù)字A鍵，去皮功能if(temp==0x7d)com=15;//數(shù)字B鍵清除鍵，二次測量if(temp==0x7b)com=12;//數(shù)字C輸入單價錯誤時返回上一止步if(temp==0x77)com=13;//數(shù)字D鍵，計算總價return(com);}//****************************************************4.6顯示模塊流程圖圖4-3LCD1602流程圖圖4-3為LCD1602設(shè)置流程圖，LCD是由P0口進行位功能選擇，重量進行的是動態(tài)顯示。當(dāng)LCD初始化結(jié)束以后，顯示光標(biāo)，隨后顯示“ZL|DJ|ZJ”和“00.00|00.0|00.00”，然后通過按鍵移動光標(biāo)的位置，分別進行重量，單價和總價的顯示，當(dāng)顯示結(jié)束時，則進入重量測量的動態(tài)顯示。LCD1602顯示程序設(shè)定如下所示：//""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""http://****************************************************//LCD1602IO設(shè)置//"""""""""""""""""""