小巧智能电子称

1、 烟 台 南 山 学 院单片机课程设计题目 小巧智能电子称 姓 名： 所在学院： 烟台南山学院 所学专业： 自 动 化 班 级： 0班 学 号： 2706 指导教师： 君 完成时间： 2013-12-3 摘 要电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数或特性。本文所设计的电子秤由三大部分组成：承重、传力复位系统；称重传感器；测量显示和数据输出的载荷测量装置。我们以本次“单片机课程设计”为契机，运用所学单片机，测控电路及现代检测技术相关知识并结合相关资料深入研究一种用单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。这种高精度智能电子称体积小，计量准

2、确，携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能满足商业贸易和居民家庭的使用需求。主要功能有去皮、计价、总计、单价设定、总量、单键、总计显示，过载报警等。这套电子称系统采用51系列AT89c51单片机作为主控芯片，用汇编语言进行软件设计，测量0500g电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。主电路配以几个主要的集成电路器件设计成机构简单，功能齐全的小巧智能电子秤系统。本系统的设计思路是：利用电阻应变式传感器采集当前物重压力，利用全桥四壁电桥电路测量转换压力信号，利用专用仪表INA126放大器放大传感器输出的微弱模拟信号，利用A/D转换器ADC0809把模拟信号转变成数字信号，进行

3、模数转换，然后把数字信号输送到单片机中，单片机根据测量转换电路输出电压和标准重量的线性关系所建立的数学模型计算相应的重量传送到显示电路中去，由显示LED电路根据输入单价，准确计算出物品的金额，同时把重量、金额显示到LED上，它可以分析压力过量程，并发出超重（过载）提示。目 录1 绪论12 总体方案设计与论证23 硬件系统的方案设计与论证 33.1 数据采集43.1.1 压力传感器的选择43.1.2 测量转换电路与信号放大电路的选择63.2 信号放大电路73.3 数据采样保持器93.4 A/D转换电路ACD0809 10 3.3.1 ADC0809芯片介绍113.3.2 AT89c51单片机与A

4、DC0809接口电路123.5 单片机的选择 133.6 单片机测控系统的抗干扰设计 143.7 显示与单片机接口电路 153.8 矩阵键盘接口电路 153.9 系统报警电路 163.10 去皮功能清零键与单片机的接口电路 173.11 系统的电源电路设计 174 软件系统设计 184.1 数据采集子程序 184.1.1 系数调整 194.2 显示子程序 204.3 键盘扫描子程序 214.4 系统主程序 235 总结 246 参考文献287 附件一：系统总原理图29 附件二：系统程序30 1 绪论电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺

5、少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联

6、网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。例如标签秤在超市中的应用已经是耳闻目睹的了。一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这小小的电子标签上。标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。顶尖条码标签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。主要功能有去皮、计价、总计、单价设定、总量、单键、总计显示等。因此，本方案系统的设计关键是选择何种传感器，如何设计信号转换电路将检测到的模拟信号转换成数字信号及选择何种单片机作为主控芯片。另外，在扩展功能上，本设计增加设计了一个过载报警提示，大大提高到了系统的可靠性。在指导教师老师的指

7、导和带领下，通过本次单片机课程设计，培养了我及组员陈雅茹，王月同学理论联系实际的设计思想，训练综合运用传感器设计和有关课程的理论，结合实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固加深有关传感器、智能仪器、单片机、测控电路等方面的知识。我们在合理选择传感器及其他元件环节中，通过正确计算、选择各零件和元件参数，确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，了解和掌握检测系统综合设计过程和方法。最后，也大大提高了我们进行设计基本技能的训练。如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和数据处理及计算机应用的能力。2 总体方案设计与论证在最初

8、系统设计时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的总体方案有以下几种：方案一：以LED数码管显示为基础的系统结构结构简图如下所示：数据采集数码显示数据采集图1 数码管显示方案此方案利用LED数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子称基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的

9、要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。为此在前一种方案的基础上我们队进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。数据采集单片机数码显示键盘输入结构简图如下图所示：图2 带外部扩展和键盘输入的结构简图此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，能够显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。如果称量物体重量较大或较小时将会影响电子称的精度。这样就会出现称量不准确。方案二：带过载报警和微信号放大的系统结构基于方案一中出现的问题，我们在前端信号处理时，选用放大、信号转换器

10、等措施，并加入过载报警电路，大大提高了电子称的准确性。结构简图如下图所示：测量转换电路信号转换电路单片机LED显示键盘输入数据采集重物称量报警抗干扰设计图3 电子称系统的组成结构图总体方案图综合比较方案一，方案二，我们可以看出方案二中系统的稳定性，安全性能大大得以提高，而且电子称的计价，去皮，总价，等功能都可以如方案一那样得以体现，所以在具体设计时，采用了第三种设计方案。总体方案图如图3所示。3 硬件系统的方案设计与论证3.1 数据采集3.1.1 压力传感器的选择传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传

11、感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。本系统要运用传感器将物体重量在电子秤上产生的压力转换成电信号输出显示，所以此处应选择测量压力的传感器。据测控电路所学知识，我们知道测量压力的传感器有压电传感器；电容式传感器；电阻应变式传感器等，下面结合测控电路，现代检测技术知识分别对这几种传感器进行比较，以得出最优方案。方案一 压电传感器压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于“动态力学量”的测量，不适合测频率太

12、低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。由于我们使用的电子称都是用来测量静态物体，即测量静态量，所以不适合选择压电传感器。方案二 电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为； 式中：两极板间的距离；两平行极板相互覆盖的有效面积；介质的相对介电常数；真

13、空中介电常数。若被测量的变化使式中、A、三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出4。 虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：（1）小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因C太小，故容抗=1/C很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=C ，C很小，则P也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。（2）初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。 我们知道，电子称的第一个要求就是称量准确，所以电容式传感器不是最佳选择。方案三 电阻应变式传感器电阻应

14、变式传感器简称电阻应变计，它由电阻应变片和测量线路两部分组成，其结构图如下图4所示。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，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。图4 电阻应变式传感器结构图当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数。由物理学知识可知，一根金属丝的

15、电阻为：在金属丝的弹性范围内 ： （2-2） 式中：金属丝的灵敏系数 金属丝的应变 以下为金属应变片的结构：图5 金属应变片结构图图5 金属应变片结构如图所示为丝绕式应变片的构造示意图。它以直径为0.025mm左右的、高电阻率的合金的电阻丝，绕成形如栅状的敏感栅。敏感栅为应变片的敏感元件，它的作用是感应应变变化。敏感栅粘贴在基片上。基片除能固定敏感栅之外，还有绝缘的作用；敏感栅上面粘贴有覆盖层。敏感栅电阻丝两端焊接引出线，用来和外接导线连接。本设计需要4个应变片，它们的分布如下图： 图6 应变片粘贴示意图图6 电阻应变片结构图作用力F与某一位置处的应变关系可按下式计算： 式中： 距自由端为处的

16、应变值； 梁的长度； 梁的材料弹性模量； 梁的截面积； 梁的厚度。在此传感器选用在双孔悬壁梁式称重传感器。双孔悬臂梁式称重传感器是电子计价秤中广泛使用的传感器。这种传感器的弹性体具有上下两个平行梁。它的最大特点就是具有抗偏载的力学特性。也就是说，弹性体的应变量只取决于作用在弹性体平面内且与轴线相垂直的力分量，而与其他分量无关。型号选择CB004，以为是它的有关参数：3.1.2 测量转换电路与信号放大电路的选择在电子称的数据采集部分，由物体才产生的压力经电阻应变片的测量转换电路转变成电压信号后再送入放大电路中进行信号放大。产品类型: CB004 系列 ； 结构特点：铝合金 ；应用领域: 定量包装

17、秤和配料秤等 功能特点: 体积小，质量轻，精度高额定载荷：0100Kg应变片由于温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，如果不采取必要是措施克服温度的影响，测量精度无法保证，所以在设计时选用“电桥测量电路”进行温度补偿补偿（如下图7所示）。电桥的一个对角线结点介入电源电压，另一个对角线结点为输出电压。为了使电桥在测量前的输出电压为零，应该选择四个桥臂上的电阻均作应变片，使，这样电桥就平衡了。当每个桥臂上的电阻变化值，且电桥输出端的负载电阻味很大，全等臂形式工作，即（初始值）时，电桥输出电压可用下式近似表示：根据不同的要求，应变电桥有不同的工作方式：单臂半桥工作方式，

18、双臂半桥工作方式，全桥四臂方式。其中全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。所以为设计高灵敏度的电子称，选用全桥四臂工作方式。但是，电子称在使用中不可能严格地成比例关系，所以必须设置调零电路，如图8所示;调节RP，最终可以使电桥趋于平衡，被调到零位，这一过程就是调零。图中的、是用于减小调节范围的限流电阻。3.2 信号放大电路由传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。要求放大器输入阻抗应远大于信号源内阻；抗共模电压干扰能力强；在预定的频带宽度内有稳定准

19、确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比；能附加一些适应特定要求的电路。在设计过程中我们考虑了以下几个方案。方案一 利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于信号转换器需要很高的精度，几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。方案二 三运放高共模抑制比放大电路。三运放高共模抑制比放大电路具有高输入阻抗，高增益的特点。如图7所示它由3个集成运算放大器组成，其中A1,A2，为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，A3构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制A1,A2

20、的共模信号，并适应接地负载的需要。它由3个集成运算放大器组成，其中A1,A2，为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，A3构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制A1,A2的共模信号，并适应接地负载的需要。图7 三运放高共模抑制比放大电路它由3个集成运算放大器组成，其中A1,A2，为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，A3构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制A1,A2的共模信号，并适应接地负载的需要。由输入级电路可以写出流过的电流为：由此求得：于是，输入级的输出电压，即运算放大器A1与A2输出之差为：其差模增益为由上

21、面公式可以知道，电路具有良好的共模抑制能力，同时不要求外部电阻匹配。但是，此电路要求R3、R4相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声，对精度影响较大，所以不适合放在电子称的放大电路中方案三 专用仪表INA126放大器INA126 是精密低噪声差分信号采集仪表放大器，内部采用两个运放设计，使之具有非常低的静态电流 (175 A) 和有很宽电源供电范围 (1. 35 18V) ，可用于便携式仪表和数据采集系统。 INA126 的增益通过外部电阻设置，增益范围从 5V/V to 10000V/V 。激光平衡输入电路提供低偏移电压、低温漂偏移电压和良好的共模抑制比。

22、INA126引脚说明图9 INA126 引脚图引脚说明 1、8脚：接电位器，控制放大倍数 2脚： 差分输入负端 3脚： 差分输入正端 4脚： 电源输入负端，-5V 5脚： 接地端 6脚： 单端输出端 7脚： 电源输入正端，+5V INA126具体电路设计图10 INA126 电路设计图INA126在外接电阻RG时，可实现范围内的任意增益；工作电源范围为；最大电源电流为1.3mA；最大输入失调电压为125V；频带宽度为120kHz（在G=100时）。基于以上分析，采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器INA126。3.3 数据采样保持器进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定

23、的时间，即A/D转换的孔径时间。当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器图11 采样/保持电路3.4 A/D转换电路ACD0809A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。在选择A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设计运用的是8位A/D转换器ADC0809，A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。3.4.1 ADC0809芯片介绍ADC0809 是CMOS 单片型逐次逼近式

24、AD 转换器，内部结构如图12所示图12 ADC0809芯片结构图它由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA 转换器、逐次逼近，寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL 兼容。主要特性：1）8路8位AD 转换器，即分辨率8 位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s4）单个5V 电源供电5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-4085 摄氏度7）低功耗，约15mW。ADC0809主要信号引脚的功能说明IN7IN0模拟量输

25、入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。TART转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又

26、可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V (ef(+)=+5V, Vref(-)=-5V).2.4.2 AT89c51单片机与ADC0809接口电路AT89c51单片机与ADC0809接口电路如下图13所示。电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后

27、转换数据的传送。A/D 转换后得到的是数字量，这些数据应传送单片机进行处理。数据串的关键是如何确定A/D 转换完成。因为只有确定数据转换完成后，才进行传送。为此可采用以下三种方式：定时传送方式；查询方式；中断方式。ADC0809与AT89c51的中断方式接口电路只需将ADC0809的EOC端经过一非门连接到AT89c51的INTl 端即可。采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求， 由外部中断1 的中断服务程序读AD 结果，并启动AT89c51的下次启动。图13 AT89c51单片机与ADC0809接口电路ADC0809的时钟

28、由AT89c51的ALE信号给出；数字量输出和AT89c51的P0口直接相接；地址控制线同样使用P0口，用一片74LS373锁存地址，然后连入ADDAADDC，74LS373的使能由AT89c51的ALE控制。ADC0809各个使能端们由P2.0和读写标志口共同控制，任意写一个数时允许AD ALE并启动转换（AT89c51的START端）；读入时应该使AD读端口使能（AD ENABLE端）；数字量传输使用中断方式，将AD0809的 EOC接入AT89c51的 INT0，转换完成后可以触发AT89c51执行中断程序。这样连接的ADC由于使用AT89c51的P2.0口和AT89c51的IN0，地址

29、应该是0xFEF8；实际使用的实验箱中有唯一地址译码器，地址为0xcfa0；另外，实验箱部分电路已经连好，包括51最小系统和AD、显示输出的必要连线，Vref也已经连为5V不能改变。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。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化

30、太快，则需在输入前增加采样保持电路。3.5 单片机的选择 根据所学单片机知识，AT89c51采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。所以我们选用AT89c51单片机作为主控芯片，其引脚图如下图14所示图14 AT89

31、c51单片机引脚图AT89c51单片机引脚介绍Vss(20脚):接地VCC（40脚）: 主电源+5VXTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。RST（9脚）: 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使

32、单片机复位（RESET）PSEN（29脚）: 在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。ALE/PROG（30脚）:在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样

33、可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。EA/VPP（31脚）: 当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。 输入/输出引脚： （1）P0.0P0.7 (39脚32脚)（2）P1.0P1.7 （1脚8脚） （3）P2.0P2.7 （26脚21脚） （4）P3.0P3.7 （10脚17脚）P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O

34、口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电

35、流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL

36、）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管脚备选功能P3.0RXD:串行输入口P3.1TXD:串行输出口P3.2:外部中断0P3.3:外部中断1P3.4T0:记时器0外部输入P3.5T1:记时器1外部输入P3.6:外部数据存储器写选通P3.7:外部数据存储器读选通3.6 单片机测控系统的抗干扰设计 本次设计的电子称系统内部电路比较复杂，不仅有传感器，还有输入通道、数字信号处理系统、显示装置、接口电路、控制电路及稳压电源等，并且是模拟与数字电路并存、硬件与软件相结合的。它在外界环境下会受到强干扰，而且系统本身也会产生干扰。为提高系统的可靠性，必须有效

37、地抑制各种干扰，优化电路设计和软件设计。在此，设计硬件看门狗电路来抑制干扰。由X2045构成的看门狗电路如下图15所示图15 由X2045构成的看门狗电路3.7 显示与单片机接口电路在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。我们使用的为动态显示 LED动态显示方式。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的I/O口线

38、控制。图16 AT89c51接口与显示电路3.8 矩阵键盘接口电路常用的键盘有独立式键盘和矩阵式键盘（1）独立式键盘：其键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行口或其它接口芯片的并行口）相连。其芯片内部又有上拉电阻接口和无上拉电阻接口之分，无上拉电阻接口的应在片外设置上拉电阻。 独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根口线，在按键数量多时，口线占用太多。所以独立式按键键盘常用于按键数量不多的场合，不适合本设计系统的扩展。（2）矩阵式键盘：采用行列式结构，按键设置在行列的交点上。当口线数量为8时，可以将4根口线定义为行线，另外4根口线定义为列线，形成4*

39、4键盘，可以配置16个按键，由于其功能的优越性，本设计选择此种类型键盘。其硬件连接如下图17所示：图17 键盘电路键盘扫描模块的实现：在上述数码显示的基础上，利用实验仪器提供的键盘扫描电路和显示电路，实现电子秤的控制。本部分可分为三个模块：（1）键盘输入模块：扫描键盘、读取一次键盘并将键值存入键值缓冲单元。（2）显示模块：将要显示的显示单元的内容在显示器上动态显示。（3）主程序：调用键盘输入模块和显示模块。本设计用到十二 个键，分别为0-10数字键、重量价格切换键以及求总额键。利用实验板上5*2的小键盘，向列扫描码地址逐列输出低电平，然后从行码地址读回。如果有键按下，则相应地址应为低，如果无键

40、按下，由于上拉的作用，行码为高，这样就可以通过输出的列码和读取的行码来判断按下的是什么键。同时，为防止键盘抖动，需要有一定的延时。3.9 系统报警电路报警电路是超过设定的范围，单片机输出信号驱动蜂鸣器发声警报，如图18所示，当BDLL端为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器报警，反之不报警，这里设定当超过质量的上限时通过软件使AT89c51的P1.0口清零，再过P1.0口出来的低电平信号连接到BELL端蜂鸣器发声报警。图18 系统报警电路3.10 去皮功能清零键与单片机的接口电路将一手动控制的高低电平信号（手动单脉冲）送入单片机P1.0口，通知单片机进行去皮操作。所谓去皮功能就是将电子称的显示重

41、新恢复到零初始状态，这一电路就是单片机的复位电路，可以参见图15所示3.11 系统的电源电路设计在此电子称系统中，单片机需要+5V电源供电，放大电路部分需要电源，所以必须要有一种稳压电路，在此设计由7805和7905构成的三端固定式稳压器，电路图如图19所示。该电路的特点是可以共用一套整流滤波电路，由于负载与电源公共地未连通，需增加二极管VD起保护作用。图19 4 软件系统设计4.1 数据采集子程序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的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。在硬件调试过程中重量与电压的关系如表1所示：表1 称重与转换电压的

42、关系重量0.020.040.060.080.10电压0.1450.3000.4450.5930.742重量0.120.140.160.180.20电压0.8901.0401.1891.3371.486重量0.220.0.240.260.280.30电压1.6351.7841.9322.0812.230重量0.320.340.360.380.40电压2.3782.5272.6762.8262.973重量0.420.440.460.480.50电压3.1213.2703.4193.5683.717利用MATLAB软件编程，得拟合函数为： 式中 物体所受的重量；传感器输出的压力值(其中=7.3458

43、 = -0.0012)数据处理过程是对A/D转换结果的数字量的处理，即式中 数据的模拟量；数据的数字量再对和进行十进制与十六进制的转换=（ ） 所以在编程中实际的运算过程为 据最小二乘法得到拟合图形如下图20所示图20 称重与电压的拟曲线具体程序流程图如图21所示开始A/D转化结果196返回进制转换送显缓单元进制转换减去(.001219.6)乘以7.3458送显缓单元图21 数据采集程序流程图4.1.1 系数调整在IN0输入的数最大为5V，要求的质量500g对应的是4.8V，为十六进制向十进制转换方便，将系数放大100倍。并用小数点位置的变化体现这一过程。4.2 显示子程序显示程序是用来实时显

44、示所测质量值，该部分程序是将显缓单元数据进行实时显示，其流程图如图22所示。显示程序R0：显缓地址R2：最左位选码取段码段码送B口位码送A口延时35ms返回R0+1R2右移5位显示完？图22 显示子程序流程图4.3 键盘扫描子程序1、 矩阵式键盘的软件实现原理：矩阵式键盘的行线通过电阻接+5V（芯片内部有上拉电阻时，就不用外接了），当键盘上没有键闭合时，所有的行线和列线是断开的，行线均呈高电平。 当键盘上某一键闭合时，该键所对应的行线与列线短接。此时该行线的电平将由被短接的列线电平决定。因此，可以采用以下办法完成是否有按键按下及按下的是哪一个键的判断：（1）判断有无按键按下：将行线接至单片机的

45、输入口，列线接至单片机的输出口。首先使所有列线为低电平，然后读行线状态，若行线均为高电平，则没有按键按下；否则，可以断定有键按下。（2）列扫描法识别按键：先让第一列为低电平，其余列为高电平，读行线状态，如果行线状态不全为“1”，则说明所按键在该列，否则不在该列。然后，让第二列为低电平，做同样判断，其余列类推。这样就可以找到所按键的行列位置。此种方法称为列扫描法，此方法在原理上易于理解，但当所按键在最后一列时，所需要扫描的次数较多。本设计扫描列数不多，鉴于编程简单，本设计选择此种方案。（3）线反转法识别按键：先把列线置为低电平，行线置成输入状态，读行线；再把行线置成低电平，列线为输入状态，读列线

46、。有键按下时，由两次所读得的状态即可确定所按键的位置。（4）按键处理：按键处理是根据所按键散转进入相应的功能程序。为了散转的方便，通常应先得到按下键的键号。键号是键盘的每个键的编号，可以是十进制或十六进制。键号一般通过键盘扫描程序取得的键值求出。键值是各键所在行号和列号的组合码。根据键值中的行号和列号信息就可以计算出键号，例如： 键号 = 所在行号 * 键盘列数 + 所在列号根据键号就可以方便地通过散转进入相应键的功能程序。程序流程图如下图23所示初始化地址参数输出列扫描信号列扫描信号移位读输入行信号返回按照行列计算键值查表得键码等待按键释放返回读键输入子程序框图该列有键输入？6列扫描完？YY

47、NN开始4.4 系统主程序开始显示缓冲区初始化LED显示有键输入？读取键值键值转换为显示数据主程序框图YN5 总结时光飞逝，一转眼，一个学期又进尾声了，本学期的单片机课程设计也在两周内完成了。 俗话说“好的开始是成功的一半”。说起课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，选一个自己有兴趣的题目；其次，老师对实验的讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计，到头来一点收获也没有。最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。 硬件的设计跟焊接都要我们自己动手去操作，软件的编程也要我们不断的调试，最终一个能完

48、成课程设计的劳动成果出来了。 当然，这其中也有很多问题，第一、不够细心比如由于粗心大意接错了线，由于对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验。对于这次课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。第三，在做人上，我认识到，无论做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。 在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的

49、可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力，对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。 再次感谢老师的辅导以及队友同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。6 参考文献1. 刘迎春.传感器原理.国防工业出版社.2004年 2. 袁希光.传感器技术手册.国防工业出版社.1986年3. 郑秀瑗.应力应变电测技术.国防工业出版社.1985年4. 蔡春源.新编机械设计手册.辽宁科学技术出版社.1993年5. 王森.仪表常用数据手册.化学工业出版社.1998年6. 孙传友.测控电路及装置.北京航空航天大学出版社.2002年7. 王俊杰.检测技术与仪表.武汉理工大学出版社. 2002年8. 贾伯年，俞朴.传感器技术.南京：东南大学出版社，2000：33-629. 单成祥.传感器理论设计基础及其应用.北京：国防工业出版社，1999年10. 李道华，李