基于单片机控制的电子称的设计毕业设计论文.doc

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1、I 基于单片机控制的电子称的设计 摘摘 要要 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 DESIG

2、N OF MCU-BASED ELECTRONIC WEIGHER ABSTRACTABSTRACT 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

3、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 o

4、btained. 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 i

5、ntelligentized product meets the requirements of this electronic times. KeyKey WordsWords: SCM, sensor, A/D conversion, LCD display, III threshold alarm IV 目录目录 摘摘 要要I I ABSTRACTABSTRACTIIII 目录目录IIIIII 第第 1 1 章章 绪论绪论1 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 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计3 3 2.1 显示器

6、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 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计6 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

7、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 第第 4 4 章章 软件设计软件设计1818 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 第第 5 5 章章 设计结果与展望设计结果与展望2222 5.1 设计结果 22 5.2 展望 23 参考文献参考文献2424 附录附

8、录 1 1 2525 附录附录 2 2 2626 VI 致谢致谢3333 作品使用说明书作品使用说明书3434 本科毕业设计论文 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1引言引言 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

9、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。 1.21.2本设计在国内外的研究现状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

10、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

11、扩大。 1.31.3本设计的选题及意义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

12、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。 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计 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。 2.12.1显示器的选择方案显示器的选择方案 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

13、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

14、 4 2.22.2ADAD 芯片的选择方案芯片的选择方案 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

15、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。 2.32.3CPUCPU 的选择方案的选择方案 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 CMO

16、S 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

17、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。 2.42.4总体方案的设计总体方案的设计 综合考虑本次设计要求、现有元器件资

18、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 ADC0809放大电路 电阻应变式 传感器 LCD显示 键盘 报警电路 CPU 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

19、，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 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计 3.13.1传感器的设计传感器的设计 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

20、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

21、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

22、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 R1R2R3R4，当其变化值 R1R2R3R4 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

23、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 R1R3R2R4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。 3.23.2A

24、/DA/D 转换系统的电路设计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

25、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 IN0IN7：8 路模拟量输入端； D0D7：8 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

26、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 ADC

27、0809 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 ADC

28、0809 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 3.33.3CPUCPU 控制系统的电路设计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

29、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

30、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

31、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

32、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”

33、，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

34、，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

35、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 AT89

36、C52 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。 XTA

37、L2：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 3.43.4显示系统电路的设计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

38、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

39、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

40、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

41、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。 3.53.5报警电路的设计报警电路的设计 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，855

42、0 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 3.63.6产品实物图产品实物图 图 3-10 产品实物图 第第 4 4 章章 软件设计软件设计 4.14.1主程序的设计主程序的设计 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 LCD1602初始化 显示初始化 AD数据采集 及处理 键盘扫描及处理 图4-1 主程序流程图 4.24.2ADAD 数据采集及处理子程序的

43、设计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。 AD采集子程序 启动ADC0809 将所采集的数据 相加 是否已采集10次？ 采集数据 返回主程序

44、 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 2040608010 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. 6

45、7 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。 4.34.3键盘处理程序的设计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 Count=1,进入单价调整状态； Count=2,进入上限调整状态； Count=3,进入去皮处理状态； Co

46、unt=3? Count=0 返回主程序 Count+1 N Y 图 4-3 按键 0 的子程序流程图 按键1子程序 Count=1? 单价+1 返回主程序 Count=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 Count=1? 单价-1 返回主程序 Count=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 第第 5 5 章章 设计结果与展望设计结果与展望 5.15.1设计结果设计结果 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

47、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“？

48、”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

49、转换系数，使输出满足量程要求。 5.25.2展望展望 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