基于单片机控制的电子称的设计毕业设计论文.doc

i 基于单片机控制的电子称的设计 摘 要 本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用 c 语言进行软件 设计，硬件则以传感器、放大系统、a/d 转换系统、cpu 控制系 统、lcd 显示系统、报警系统及键盘控制系统七个部分组成。通 过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型， 将电压量纲（v）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤，在此 基础上增加了 lcd 显示、键盘控制及阈值报警功能，随时可改变 上限阈值，调节单价，去皮处理，显示总价格的功能，使本产品 智能化，符合现代社会电子信息化的要求。 关键词：单片机，传感器，a/d 转换，lcd 显示，阈值报警 ii the design of mcu-based electronic weigher abstract in this paper, scm was chosen as the main component of the electronic weigher. software program was designed by using c language, and the hardware contains 7 parts: sensor, amplification system, a/d conversion system, cpu, lcd display system, alarm system and keyboard control system circuit. by examining the linear relationship between the output voltage and the standard weight, a specific mathematical model was established, and then we should change the voltage dimensionality (v) to weight voltage (g), thus a original electronic weigher was obtained. on this basis, the electronic weigher can be intelligentized by adding lcd display system, keyboard control system and threshold alarm system. the upper threshold and the unit price of the electronic weigher can be changed at any time, and the total price can be displayed on the lcd. this intelligentized product meets the requirements of this electronic times. key words: scm, sensor, a/d conversion, lcd display, iii threshold alarm iv 目录 摘 要 i abstractii 目录 .iii 第 1 章 绪论 1 1.1 引言 .1 1.2 本设计在国内外的研究现状 .1 1.3 本设计的选题及意义 .2 第 2 章 总体方案设计 3 2.1 显示器的选择方案 .3 2.2 ad 芯片的选择方案 .3 2.3 cpu 的选择方案 4 2.4 总体方案的设计 .4 第 3 章 硬件设计 6 3.1 传感器的设计 .6 3.1.1 电阻应变式传感器的组成及原理 6 3.1.2 电阻应变式传感器测量电路的设计 7 3.2 a/d 转换系统的电路设计 8 3.2.1 adc0809 芯片的内部逻辑结构 8 3.2.2 adc0809 芯片的外部结构 9 v 3.2.3 adc0809 芯片的使用说明 .10 3.2.4 模数转换电路的设计 .10 3.3 cpu 控制系统的电路设计 .11 3.3.1 at89c52 芯片简介 .11 3.3.2 at89c52 芯片的引脚说明 .11 3.3.3 单片机控制电路的设计 .13 3.4 显示系统电路的设计 14 3.4.1 液晶显示简介 .14 3.4.2 lcd1602 的结构及引脚功能 .15 3.4.3 显示电路的硬件设计 .16 3.5 报警电路的设计 16 3.6 产品实物图 17 第 4 章 软件设计 .18 4.1 主程序的设计 18 4.2 ad 数据采集及处理子程序的设计 18 4.3 键盘处理程序的设计 20 第 5 章 设计结果与展望 .22 5.1 设计结果 22 5.2 展望 23 参考文献 24 附录 1 25 附录 2 26 vi 致谢 33 作品使用说明书 34 本科毕业设计论文 1 第 1 章 绪论 1.1 引言 随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技 术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的 影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取 代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平 定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控 制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高 1。 20 世纪 90 年代以来，随着科学技术的进步，工业生产自动 化、智能化水平的提高，各行业对称重计量提出了许多新要求， 归纳起来主要是：称重技术从静态称重向动态称重方向发展；测 量方法从模拟测量向数字测量方向发展；测量特点从单参数测量 向多参数测量方向发展；电子衡器产品的技术性能向高速率、高 准确度、高稳定性、高可靠性方向发展 2。 1.2 本设计在国内外的研究现状 近几年，我国的电子称重系统从最初的机电结合型发展到现 在的全电子型和数字智能型。电子称重技术逐渐从静态称重向动 本科毕业设计论文 2 态称重发展，从模拟测量向数字测量发展，从单参数测量向多参 数测量发展。电子称重系统制造技术及其应用得到了新发展。国 内电子称重技术基本达到国际上 20 世纪 90 年代中期的水平，少 数产品的技术已处于国际领先水平。做为重量测量仪器，智能电 子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测 量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称， 成为测量领域的主流产品。 在国际上，一些发达国家在电子称重力一面，从技术水平、 品种和规模等方到了较高的水平。特别是在准确度和可靠性等方 面有了很大的提高。其中梅特勒一托利多公司生产的 bbk4 系列 高精度电子秤精度达到了 1mg，速度大约为 1 次/秒 3。目前， 电子秤在称量速度方面需要进一步的研究。在称重传感器方面， 国外产品的品种和结构又有创新，技术功能和应用范围不断扩大。 1.3 本设计的选题及意义 作为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量 准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐 渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品 3。 随着数字信息时代的到来，在工业过程检测和称重计量与控 制系统中，数字化电子称和数字称重系统的应用越来越多。 本设计则是以智能电子测量为设计方向，将传感器的输出信 号经放大系统放大，再经过 a/d 转换系统进行模数转换后将信号 本科毕业设计论文 3 发送到 cpu 控制系统处理并传送给 lcd 显示系统显示。在此基础 上还增加了键盘控制及阈值报警功能，随时可改变称重上限阈值， 调节单价，显示总价格，去皮处理等功能，使本产品进一步智能 化，更接近本次设计的设计理念。 第 2 章 总体方案设计 本科毕业设计论文 3 在智能化电子测量的设计理念要求下，本设计由以下七部 分组成：电阻应变式传感器、放大系统、a/d 转换系统、cpu 控 制系统、lcd 显示系统、报警系统及键盘控制系统。其结构原理 图如图 2-1 所示。 2.1 显示器的选择方案 方案一：采用 led（数码管）显示。led（数码管）是 light-emitting diode 的缩写，它经过合理的设置可以完成显 示被测物质量、单价、总价以及可测上限值的任务，并且经济耐 用。同时 led 具有高亮度，高刷新率的优点，能提供宽达 160 的视角，可以在较远的距离上看清楚。但是它的显示存在信息量 少，显示不直观，不易理解，连线复杂等缺点。 方案二：采用 lcd（液晶屏）显示。lcd（液晶屏）是 liquid crystal display 的缩写，它具有字符显示的功能，不 但可以同时显示被测物质量、单价、总价以及可测上限值，还可 以同时显示相应的控制命令、指示符号及单位等，信息量丰富且 直观易懂。另外，液晶显示有功耗低，体积小，质量轻，寿命长， 不产生电磁辐射污染等优点。 综合比较二者的优缺点，本设计最终采用 lcd1602 作为显示 器。 本科毕业设计论文 4 2.2 ad 芯片的选择方案 方案一：采用 ad7810 作 为 a/d 转 换 器 件 。 ad7810 是美国 模拟器件公司（analog devices）生产的一种低功耗 10 位高速 串行 a/d 转换器。该产品有 8 脚 dip 和 soic 两种封装形式，并 带有内部时钟。它的外围接线极其简单，ad7810 的转换时间为 2s，采用标准 spi 同步串行接口输出和单一电源 （2.7v5.5v）供电。在自动低功耗模式下，该器件在转换吞吐 率为 1ksps 时的功耗仅为 27w，因此特点适合于便携式仪表及 各种电池供电的应用场合使用。 方 案 二 ： 采 用 adc0809 作 为 a/d 转 换 器 件 。 adc0809 是 采 样 分 辨 率 为 8 位 的 、 微处理机兼容的控制逻辑的 cmos 组件。其 内 部 有 一 个 8 通 道 多 路 开 关 ， 它 可 以 根 据 地 址 码 锁 存 译 码 后 的 信 号 ， 只 选 通 8 路 模 拟 输 入 信 号 中 的 一 个 进 行 a/d 转 换 。 它 是逐次逼近式 a/d 转换器，可以和单片机直接接口。 综上所述，由于考虑到 8 位模数转换已经满足本次设计要求， 而且 adc0809 的 价 格 相 对 较 低 ， 所 以 本设计采用 adc0809 作为 模数转换器件。 2.3 cpu 的选择方案 方案一：采用传统的 8 位的 51 系列单片机作为系统控制器。 at89c52 是 一 个 低 电 压 ， 高 性 能 cmos 8 位 单 片 机 ， 片 内 含 8k bytes 的 可 反 复 擦 写 的 flash 只 读 程 序 存 储 器 和 256 bytes 本科毕业设计论文 5 的 随 机 存 取 数 据 存 储 器 （ ram） ， 器 件 采 用 atmel 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技 术 生 产 ， 兼 容 标 准 mcs-51 指 令 系 统 ， 片 内 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器 和 flash 存 储 单 元 ， 功 能 强 大 的 at89c52 单 片 机 可 以 提 供 许 多 较 复 杂 系 统 控 制 应 用 场 合 。 而 且 我 们 做 的 很 多 产 品 都 是 在 51 的 基 础 上 完 成 ， 对 51 系 列 的 单 片 机 相 对 来 说 较 为 熟 悉 。 方案二：采用 32 位的 arm2138 作为系统控制器。arm2138 具有强大的存储空间，内嵌 32k 片内静态 ram 和 512k 的 flash 存储器，可以实现在系统可编程（isp） 、在应用可编程(iap)， 2 个 8 路 10 位 a/d 转换器，1 个 d/a 转换器，转换迅速准确，引 脚资源丰富，多达 47 个可承受 5v 电压的通用 i/o 口，多个串行 接口，包括 2 个 16c550 工业标准 uart、2 个高速 i2c 接口 （400kb/s） 、spi 和具有缓冲作用和数据长度可变功能的 ssp。 但价格相对较高。 综上分析，由于考虑到器件的价格、现有资源和对器件的掌 握程度，控制器模块选择方案一。 2.4 总体方案的设计 综合考虑本次设计要求、现有元器件资源、元器件价格和 对元器件的熟悉掌握程度，本次设计选用 at89c52 作为 cpu 控制 器，adc0809 作为模数转换器件，lcd1602 作为显示器件，再配 以其他相关元器件来实现硬件电路的设计。 本科毕业设计论文 6 a d c 0 8 0 9放大电路 电阻应变式 传感器 l c d 显示 键盘 报警电路 c p u 单片机 被测质量 图 2-1 基于单片机控制的电子秤的基本组成框图 传感器的测量电路选用全桥电路，由四个电阻应变计组成。 无外力作用时，桥路平衡，输出电压为零；有外力作用时，电阻 应变计的阻值发生变化，桥路失去平衡，有相应的电压输出。但 是由于此电压信号过于微弱，难以被 adc0809 采集，则需经过放 大电路放大才能经 adc0809 进行模数转换。转换后的数字信号经 单片机处理后送显示器显示。本设计还增加了键盘和报警电路， 键盘的功能是调节满量程的上限值和当前的单价，如果被测量的 物质重量超出所设定的满量程上限值，则蜂鸣器报警，否则显示 当前的重量、单价和相对应的总价。 宁波工程学院本科毕业设计论文 7 第 3 章 硬件设计 3.1 传感器的设计 3.1.1 电阻应变式传感器的组成及原理 电阻应变式传感器由电阻应变计、弹性体和测量电路三部 分组成 4。本次设计所采用的传感器如图 3-1 所示。弹性体在外 载荷作用下产生应变时，通过粘接剂传递给电阻应变计，引起电 阻值改变，其结果使电桥产生不平衡输出，此输出与外载荷成正 比。常用的电阻应变计有两种：电阻丝应变计和半导体应变计， 本设计中采用的是电阻丝应变计，为获得高电阻值，电阻丝排成 网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘 有覆盖层，起保护作用 5。 宁波工程学院本科毕业设计论文 8 图 3-1 应变式传感器安装示意图 在制作过程中，由于有些电阻应变计本身就存在误差，产生 误差的因素很多，在测量时我们一定要特别注意，尤其以温度的 影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：应变计 敏感丝栅电阻温度系数；应变计丝栅的线膨胀系数与弹性体的 线膨胀系数不一致 6。因此当温度变化时，在被测体受力状态及 大小不变时，输出电压会有一定的变化。 对于因温度变化对桥路零点输出及灵敏度的影响，即使采用 同一批应变计，也会因应变计之间稍有温度特性之差而引起误差， 所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法 是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部 对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。 产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定， 通过线性补偿，也可得到改善 7。 滞后和蠕变是关于应变片及 粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化 宁波工程学院本科毕业设计论文 9 较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。 3.1.2 电阻应变式传感器测量电路的设计 全桥测量电路（全桥电路如图 3-2 所示）中，将受力状态相 同的两片应变计接入电桥对边，不同的接入邻边 8。应变计初始 化阻值是 r1r 2r 3r 4，当其变化值 r 1r 2r 3r 4 时，其桥路输出电压 uoutke。其中 k 为应变灵敏系数， 为 电阻丝长度相对变化，e 为电桥供电电压。 图 3-2 全桥电路原理图 常规的电阻应变计 k 值很小，约为 2，机械应变度约为 0.0000010.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为 0.00050.1 欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻 变化，电阻应变传感器中常用的是桥式测量电路 8。 桥式测量电路有四个桥臂，其中任何一个都可以是电阻应变 计，电桥的一个对角线接入工作电压 ui，另一个对角线为输出电 宁波工程学院本科毕业设计论文 10 压 uo，如图 3-2 所示。其特点是：当 r1r3r 2r4时，电桥输出 uo 为零，电桥处于平衡状态，否则电桥不平衡，就有电压输出，可 利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变 化。为了保证测量的准确性，在实测之间应使电桥平衡，这样输 出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。 测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，我们在制 作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以 减小测量数据的误差。 3.2 a/d 转换系统的电路设计 本 设 计 采 用 adc0809 作 为 a/d 转 换 器 件 ， 它 是 采 样 分 辨 率 为 8 位 的 、 微处理机兼容的控制逻辑的 cmos 组件。其 内 部 有 一 个 8 通 道 多 路 开 关 ， 它 可 以 根 据 地 址 码 锁 存 译 码 后 的 信 号 ， 只 选 通 8 路 模 拟 输 入 信 号 中 的 一 个 进 行 a/d 转 换 。 它是逐次逼近 式 a/d 转换器，可以和单片机直接接口。 3.2.1 adc0809 芯片的内部逻辑结构 宁波工程学院本科毕业设计论文 11 图 3-3 adc0809 芯片的内部逻辑结构示意图 由图 3-3 可知，adc0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁 存与译码器、一个 a/d 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路 开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 a/d 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 a/d 转换完的数字量， 当 oe 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数 据。 3.2.2 adc0809 芯片的外部结构 adc0809 芯 片 有 28 条 引 脚 ， 采 用 双 列 直 插 式 封 装 ， 如 图 3-4 所 示 。 宁波工程学院本科毕业设计论文 12 图 3-4 adc0809 芯片的引脚结构示意图 in0 in7： 8 路 模 拟 量 输 入 端 ； d0 d7： 8 位 数 字 量 输 出 端 ； a、 b、 c： 3 位 地 址 输 入 线 ， 用 于 选 通 8 路 模 拟 输 入 中 的 一 路 ； ale： 地 址 锁 存 允 许 信 号 ， 输 入 ， 高 电 平 有 效 ； start： a/d 转 换 启 动 脉 冲 输 入 端 ， 输 入 一 个 正 脉 冲 （ 至 少 100ns 宽 ） 使 其 启 动 （ 脉 冲 上 升 沿 使 0809 复 位 ， 下 降 沿 启 动 a/d 转 换 ） ； eoc： a/d 转 换 结 束 信 号 ， 输 出 ， 当 a/d 转 换 结 束 时 ， 此 端 输 出 一 个 高 电 平 （ 转 换 期 间 一 直 为 低 电 平 ） ； 宁波工程学院本科毕业设计论文 13 oe： 数 据 输 出 允 许 信 号 ， 输 入 ， 高 电 平 有 效 。 当 a/d 转 换 结 束 时 ， 此 端 输 入 一 个 高 电 平 ， 才 能 打 开 输 出 三 态 门 ， 输 出 数 字 量 ； clk： 时 钟 脉 冲 输 入 端 。 要 求 时 钟 频 率 不 高 于 640khz； ref（ +） 、 ref（ -） ： 基 准 电 压 ； vcc： 电 源 ， 5v； gnd： 地 。 3.2.3 adc0809 芯片的使用说明 使 用 时 ， 首 先 输 入 3 位 地 址 ， 并 使 ale=1， 将 地 址 存 入 地 址 锁 存 器 中 。 此 地 址 经 译 码 选 通 8 路 模 拟 输 入 之 一 到 比 较 器 。 start 上 升 沿 将 逐 次 逼 近 寄 存 器 复 位 。 下 降 沿 启 动 a/d 转 换 ， 之 后 eoc 输 出 信 号 变 低 ， 指 示 转 换 正 在 进 行 。 直 到 a/d 转 换 完 成 ， eoc 变 为 高 电 平 ， 指 示 a/d 转 换 结 束 ， 结 果 数 据 已 存 入 锁 存 器 ， 这 个 信 号 可 用 作 中 断 申 请 。 当 oe 输 入 高 电 平 时 ， 输 出 三 态 门 打 开 ， 转 换 结 果 的 数 字 量 输 出 到 数 据 总 线 上 12。 3.2.4 模数转换电路的设计 为了调试方便，在设计中加入了电位器，当 adc0809 正常工 作时，再接入传感器进行调试。由于 adc0809 芯片的时 钟 频 率 的 要 求 ， 则 需 将 单 片 机 的 ale 信 号 分 频 再 传 给 adc0809，本设计 选用两个 d 触发器对 ale 信号进行分频。adc0809 芯片的 8 位 数 字 量 输 出 端 直 接 接 单 片 机 的 p1 口 ， 选 用 通 道 0 作 为 模拟量 输 宁波工程学院本科毕业设计论文 14 入 端 ， 则 需 将 a、 b、 c 接 低 电 平 ， 电 路 原 理 图 如 图 3-5 所 示 。 图 3-5 a/d 转换电路原理图 3.3 cpu 控制系统的电路设计 3.3.1 at89c52 芯片简介 at89c52 是 51 系 列 单 片 机 的 一 个 型 号 ， 它 是 atmel 公 司 生 产 的 。 at89c52 是 一 个 低 电 压 ， 高 性 能 cmos 8 位 单 片 机 ， 片 内 含 8k bytes 的 可 反 复 擦 写 的 flash 只 读 程 序 存 储 器 和 256 bytes 的 随 机 存 取 数 据 存 储 器 （ ram） ， 器 件 采 用 atmel 公 司 宁波工程学院本科毕业设计论文 15 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技 术 生 产 ， 兼 容 标 准 mcs-51 指 令 系 统 ， 片 内 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器 和 flash 存 储 单 元 ， 功 能 强 大 的 at89c52 单 片 机 可 提 供 许 多 较 复 杂 系 统 控 制 应 用 场 合 9。 at89c52 有 40 个 引 脚 ， 32 个 外 部 双 向 输 入 /输 出 （ i/o） 端 口 ， 同 时 内 含 2 个 外 中 断 口 ， 3 个 16 位 可 编 程 定 时 计 数 器 ,2 个 全 双 工 串 行 通 信 口 ， 2 个 读 写 口 线 ， at89c52 可 以 按 照 常 规 方 法 进 行 编 程 ,但 不 可 以 在 线 编 程 (s 系 列 的 才 支 持 在 线 编 程 )。 其 将 通 用 的 微 处 理 器 和 flash 存 储 器 结 合 在 一 起 ， 特 别 是 可 反 复 擦 写 的 flash 存 储 器 可 有 效 地 降 低 开 发 成 本 10。 at89c52 有 pdip、 pqfp/tqfp 及 plcc 等 三 种 封 装 形 式 ， 以 适 应 不 同 产 品 的 需 求 。 本 设 计 选 取 的 at89c52p 采 用 的 是 pdip 封 装 。 at89c52p 为 40 脚 双 列 直 插 封 装 的 8 位 通 用 微 处 理 器 ， 采 用 工 业 标 准 的 c51 内 核 ， 在 内 部 功 能 及 管 脚 排 布 上 与 通 用 的 8xc52 相 同 ， 其 主 要 用 于 会 聚 调 整 时 的 功 能 控 制 。 功 能 包 括 对 会 聚 主 ic 内 部 寄 存 器 、 数 据 ram 及 外 部 接 口 等 功 能 部 件 的 初 始 化 ， 会 聚 调 整 控 制 ， 会 聚 测 试 图 控 制 ， 红 外 遥 控 信 号 ir 的 接 收 解 码 及 与 主 板 cpu 通 信 等 。 3.3.2 at89c52 芯片的引脚说明 p0 口：p0 口是一组 8 位漏极开路型双向 i/o 口，也即地址 /数据总线复用口。作为输出口用时，每位以吸收电流的方式驱 动 8 个 ttl 逻辑门电路，对端口 p0 写“1”时，可作为高阻抗 宁波工程学院本科毕业设计论文 16 输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分 时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部 上拉电阻。在 flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校 验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻 11。 图 3-6 at89c52 芯片引脚图 p1 口：p1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。 对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可 作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚 宁波工程学院本科毕业设计论文 17 被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。 p2 口 ： p2 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 i/o 口 ， p2 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 ttl 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 p2 写 “1”， 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 平 ， 此 时 可 作 输 入 口 ， 作 输 入 口 使 用 时 ， 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 ， 某 个 引 脚 被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 (iil)。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 时 ， p2 口 送 出 高 8 位 地 址 数 据 。 在 访 问 8 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 时 ， p2 口 输 出 p2 锁 存 器 的 内 容 。 flash 编 程 或 校 验 时 ， p2 亦 接 收 高 位 地 址 和 一 些 控 制 信 号 。 p3 口 ： p3 口 是 一 组 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 i/o 口 。 p3 口 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 ttl 逻 辑 门 电 路 。 对 p3 口 写 入 “1”时 ， 它 们 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 并 可 作 为 输 入 端 口 。 此 时 ， 被 外 部 拉 低 的 p3 口 将 用 上 拉 电 阻 输 出 电 流 （ iil） 。 p3 口 除 了 作 为 一 般 的 i/o 口 线 外 ， 更 重 要 的 用 途 是 它 的 第 二 功 能 。 p3 口 还 接 收 一 些 用 于 flash 闪 速 存 储 器 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。 rst： 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 工 作 时 ， rst 引 脚 出 现 两 个 机 器 周 期 以 上 高 电 平 将 使 单 片 机 复 位 。 ale/prog： 当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ale（ 地 址 锁 存 允 许 ） 输 出 脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一 般 情 况 下 ， ale 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的 1/6 输 出 固 定 的 脉 冲 信 号 ， 因 此 它 可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 的 是 ： 宁波工程学院本科毕业设计论文 18 每 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 将 跳 过 一 个 ale 脉 冲 。 对 flash 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ prog） 。 如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ sfr） 区 中 的 8eh 单 元 的 d0 位 置 位 ， 可 禁 止 ale 操 作 。 此 外 ， 该 引 脚 会 被 微 弱 拉 高 ， 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ale 禁 止 位 无 效 。 psen 程 序 储 存 允 许 （ psen） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当 at89c52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 psen 有 效 ， 即 输 出 两 个 脉 冲 。 在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 psen 信 号 。 psen 程 序 储 存 允 许 （ psen） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当 at89c52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 psen 有 效 ， 即 输 出 两 个 脉 冲 。 在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 psen 信 号 。 ea/vpp： 外 部 访 问 允 许 。 欲 使 cpu 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 ， ea 端 必 须 保 持 低 电 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 lb1 被 编 程 ， 复 位 时 内 部 会 锁 存 ea 端 状 态 。 如 ea 端 为 高 电 平 （ 接 vcc 端 ） ， cpu 则 执 行 内 部 程 序 存 储 器 中 的 指 令 。 flash 存 储 器 编 程 时 ， 该 引 脚 加 上 +12v 的 编 程 允 许 电 源 vpp， 当 然 这 必 须 是 该 器 件 是 使 用 12v 编 程 电 压 vpp。 xtal1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 宁波工程学院本科毕业设计论文 19 3.3.3 单片机控制电路的设计 在本次设计中，cpu 控制系统的设计如图 3-7 所示： 图 3-7 cpu 电 路 的 设 计 原 理 图 包含了复位电路、振荡电路，p0 口作为 lcd1602 的数据端， p1 口作为 a/d 转换后的信号输入端，p2 口作为报警电路、键盘 电路及 lcd1602 的控制接口。 宁波工程学院本科毕业设计论文 20 3.4 显示系统电路的设计 3.4.1 液晶显示简介 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示 区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显 示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全 彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像 机、pda 移动通信工具等众多领域。 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段 式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰 度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动 （static） 、单纯矩阵驱动（simple matrix）和主动矩阵驱动 （active matrix）三种。本设计采用的是字符式。 用 lcd 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 ram 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1” ，其它的为“0” ， 为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但 由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可 以让控制器工作在文本方式，根据在 lcd 上开始显示的行列号及 每行的列数找出显示 ram 对应的地址，设立光标，在此送上该字 符对应的代码即可 13。 宁波工程学院本科毕业设计论文 21 3.4.2 lcd1602 的结构及引脚功能 lcd1602 的 结 构 如 下 图 所 示 ： 图 3-8 lcd1602 的 结 构 图 第 1 脚：vss 为地电源。 第 2 脚：vdd 接 5v 正电源。 第 3 脚：vl 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比 度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使 用时可以通过一个 10k 的电位器调整对比度。 第 4 脚：rs 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低 电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：r/w 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平 时进行写操作。当 rs 和 r/w 共同为低电平时可以写入指令或者 宁波工程学院本科毕业设计论文 22 显示地址，当 rs 为低电平 r/w 为高电平时可以读忙信号，当 rs 为高电平 r/w 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：e 端为使能端，当 e 端由高电平跳变成低电平时， 液晶模块执行命令。 第 714 脚：d0d7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极 3.4.3 显示电路的硬件设计 lcd1602 的电路设计如下图所示： 图 3-8 lcd1602 的 结 构 图 其 中 数 据 口 接 单 片 机 的 p0 口 ， e 接 p2.5， rs 接 宁波工程学院本科毕业设计论文 23 p2.7， rw 接 p2.6。 3.5 报警电路的设计 本设计采用蜂鸣器作为报警器，从而实现阈值报警功能。其 设计电路如图 3-9 所示，将蜂鸣器的正极接 vcc，负极接三极管 8550 的集电极，8550 的基极串联一个 2k 的电阻再接到 cpu 的 p2.4 口，当 p2.4 为高电平时，8550 无法导通，蜂鸣器不叫，当 p2.4 为低电平时，8550 导通，蜂鸣器报警。 图 3-9 报警电路原理图 宁波工程学院本科毕业设计论文 24 3.6 产品实物图 图 3-10 产品实物图 第 4 章 软件设计 4.1 主程序的设计 主程序设计的流程如下图所示，开机后先对 lcd1602 进行初 宁波工程学院本科毕业设计论文 25 始化，并显示单价及上限阈值，接下去则循环采集 ad 数据及键盘 程序。 开始 l c d 1 6 0 2 初始化 显示初始化 a d 数据采集 及处理 键盘扫描及处理 图4-1 主程序流程图 4.2 ad 数据采集及处理子程序的设计 数据采集由 adc0809 芯片来完成，主要分为启动、读取数据、 等待转换结束、读出转换结果、采集的数据求和、取平均（退出） 几个步骤。adc0809 初始化后，就具有了将某一通道输入的 05v 模拟信号转换成对应的数字量 0x000xff，然后再存入指 comment y1: 看到这里了 宁波工程学院本科毕业设计论文 26 定缓冲单元中。其转换方式可以采用程序查询方式，延时等待方 式和中断方式三种。本设计采用的是延时等待方式，具体程序流 程图如图 4-2所示。 a d 采集子程序 启动 a d c 0 8 0 9 将所采集的数据 相加 是否已采集 1 0 次 ？ 采集数据 返回主程序 采集数据取平均 y n 等待转换结束 图 4-2 ad数据采集及处理子程序流程图 数据处理子程序是整个程序的核心。主要用来调整输入值 系数，使输出满足量程要求。另外完成 a/d的采样结果从二进制 数向 bcd码转化 14。在硬件调试过程中重量与电压的关系如表 一所示： 宁波工程学院本科毕业设计论文 27 表 4-1 重量与电压的关系表 质量/g 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 0 22 0 24 0 电压/v 0. 39 0. 78 1. 16 1. 56 1. 94 2. 34 2. 73 3. 12 3. 50 3. 89 4. 28 4. 67 线性符合设计要求，且每个砝码对应的电压值转 bcd 码后正 好近似 20，则无需其他处理。 4.3 键盘处理程序的设计 在本次设计中，总共用到三个按键。按键 0 是切换键，按一 次切换键进入单价修改状态，按两次进入上限阈值修改状态，按 三次进入电子称去皮处理状态，再按一次则返回正常显示状态。 按键 1 实现对单价或上限阈值加一的功能。按键 2 实现对单价或 上限阈值减一的功能。每个按键对应的流程图如下所示。 宁波工程学院本科毕业设计论文 28 按键 0 子程序 c o u n t = 1 , 进入单价调整状态 ； c o u n t = 2 , 进入上限调整状态 ； c o u n t = 3 , 进入去皮处理状态 ； c o u n t = 3 ? c o u n t = 0 返回主程序 c o u n t + 1 n y 图 4-3 按键 0 的子程序流程图 按键 1 子程序 c o u n t = 1 ? 单价 + 1 返回主程序 c o u n t = 2 ? 量程上限 + 1 n y n y 图 4-4 按键 1 的子程序流程图 宁波工程学院本科毕业设计论文 29 按键 2 子程序 c o u n t = 1 ? 单价 - 1 返回主程序 c o u n t = 2 ? 量程上限 - 1 n y n y 图 4-5 按键 2 的子程序流程图 宁波工程学院本科毕业设计论文 30 第 5 章 设计结果与展望 5.1 设计结果 本设计成功实现了电子称量功能，在原始电子称的基础上还 增加了单价调节、阈值报警和去皮称重功能。利用 lcd1602 同时 显示当前重量值、当前重量所对应的单价、总价以及可测重量的 上限值，如图 5-1 所示。 图 5-1 成品显示器显示示意图 其中“p”表示当前的单价， “m”表示当前重量值， “$”表 示当前物质的总价， “max”表示当前设定的承载上限值。 “p” 宁波工程学院本科毕业设计论文 31 、 “max”和“m” （可以去皮称重）的调整操作如下： 单价调节功能操作：先按一下切换键当液晶屏上的“p” 后面显示“？”时，在按加一减一键调整价格值，调整好后在按 切换键退出； 测量上限调节功能操作：先按两下切换键，当液晶屏上的 “max”后面显示“？”时，在按加一减一键调整上限值，调整 好后在按切换键退出； 去皮功能操作：先按三下切换键，直到显示屏上的“m” 值显示“000 g” ，再按一下切换键则显示去皮前重量值。 本产品总体实现智能电子称的功能。但是由于本次毕业设计 由于传感器发出的信号不是很稳定，所以称重时误差很大。如果 使用精密度较高的传感器，效果会好很多。其次是数据采集处理 阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要分为 信号放大、采集，然后进行 a/d 转换。该阶段需注意的地方是对 传感器输出的信号进行放大时，应选取合适的运算放大电路。最 好是预先计算好应放大的倍数，以便选取。还有就是进行数据处 理时，选取适当的数据转换系数，使输出满足量程要求。 5.2 展望 随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体 水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能 仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与 发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对 宁波工程学院本科毕业设计论文 32 象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官” 的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学 量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装 置本次课设中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的 15。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及 各部分之间的关系才能达到要求。 参考文献 1 殷剑宏, 吴开亚. 图论及其算法m. 合肥：中国科学技术 大学出版社，2004. 2 赵茂泰.智能仪器原理及应用m.北京：电子工业出版社，2 004. 3 刘敏, 张强, 郝树虹，王艳芬. 称重传感器的选用原则a. 电子科学, 2009, 01: 39. 宁波工程学院本科毕业设计论文 33 4 张毅刚.mcs-51 单片机应用设计m.哈尔滨：哈尔滨工业大 学出版社，2003. 5 贾伯年，俞朴.传感器技术m.南京：东南大学出版社，200 0. 6 谢惠玲. 应变式称重传感器技术动向和发展趋势j. 科技 创新导报, 2009, 14: 114-116. 7 田佳琳，郑宾，姜华. 称重传感器测量单元的研究与设计m . 电脑知识与技术, 2009, 5（33）: 9503-9505. 8 施昌彦.电子衡器的现状和发展趋势a.21 世纪称重技术交 流会主题报告论文集c.2006. 9 李道华，李玲，朱艳.传感器电路分析与设计m.武汉大学 出版社，2000. 10 单成祥.传感器理论设计基础及其应用m.北京：国防工 业出版社，1999. 11 李刚，林凌，姜苇单片机系统设计与应用技巧m.北京 ：北京航空航天大学出版社，2004 12 李斌，董慧颖. 可重组机器人研究和发展现状j. 沈阳 工业学院学报，2000，19（4）：23-27 13 张景元李业德.一种基于单片机的多功能电子称j.微计 算机信息，2006，4:52- 53. 14 王华. 数.模称重传感器的应用c. 江苏现代计量, 2009 ，4：35-36. 15 王艳春，何鹏，李会. 智能电子称重系统的设计j .微 宁波工程学院本科毕业设计论文 34 计算机信息，2007，04：111-112 附录 1 图 1 电子称的主板电路图 宁波工程学院本科毕业设计论文 36 附录 2 #include #include #include sbit ep=p25;/6 sbit rw=p26;/5 sbit rs=p27;/4 sbit st=p35;/4 sbit b_dis=p24;/声音信号指示 sbit busy=p33;/ad 转换忙信号 sbit en=p34; unsigned char count,pr=5,max=199,key_num=0,m,s,d,l; unsigned int g=0x00; unsigned char bcd_dis4,bcd_p2,bcd_m4,bcd_z5; void delay(unsigned int i) for(;i0;i-); void lcd_wc(unsigned char command) 宁波工程学院本科毕业设计论文 37 rs=0; rw=0; ep=0; delay(2); p0=command; delay(4); ep=1; delay(4); ep=0; void lcd_wd(unsigned char dat) rs=1; rw