毕业论文 智能称重系统软件设计.doc

题目：智能称重系统软件设计 摘要摘要 随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满 足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题， 在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系 统中。 本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器 及 a/d 转换器组成，加上显示单元，此电子秤俱备了功能多、性 能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、 测量准确、自动化程度高等特点。 本系统以 at89c52 单片机为主控芯片，外围附以称重电路、 显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从 而实现自动称重系统的各种控制功能。此设计所完成的智能称重 系统很大程度上满足了应用需求。 关键词关键词 ： at89c52;称重传感器;a/d 转换器;lcd 显示器 题目：智能称重系统软件设计 abstract with the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. in order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatuss control system with intelligence and automation. this system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and a/d transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energy, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on. the system is mainly controlled by the microcontroller at89s52, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. it can achieve all function of the apparatus. 题目：智能称重系统软件设计 keywords:keywords: at89s52，ponderation sensor，a / d converter， led display 目录 第一章 前言1 1.1 称重系统的发展与应用.1 1.2 选题背景与意义.2 1.3 研究现状.2 1.3.1 影响因素2 1.3.2 产品质量3 1.3.3 发展方向4 1.3.4 电子秤的智能化4 1.4 本文的结构.5 第二章 系统方案的设计6 2.1 电子称重系统的设计要求.6 2.1.1 基本要求6 2.1.2 特色与创新6 2.2 实验原理及设计基本思路.7 2.2.1 系统的工作原理7 2.2.2 系统设计基本思路7 第三章 系统硬件设计8 沈阳化工大学学士学位论文 目录 2 3.1 基于 at89s52 的主控电路.8 3.1.1芯片介绍.8 3.2 传感器的选择.10 电路转换设计.10 3.3 看门狗接口电路设计.11 3.4 人机接口单元设计.13 3.4.1 hd7279芯片主要特点14 3.4.2 hd7279与at89c52单片机的接口电路设计.14 第四章 系统软件设计17 4.1 主程序设计.17 4.1.1 主程序流程图18 4.2 中断程序设计.19 4.2.1 t0中断程序设计19 4.3 键处理程序设计.20 4.4 报警程序的设定.25 4.5 系统的量程变换.26 第 5 章 整体调试29 5.1 硬件调试: .29 5.2 软件调试.30 致 谢31 参考文献32 沈阳化工大学学士学位论文 目录 3 附录一 原理图及 pcb 图.33 附录二 元件列表35 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 前言 1 第一章第一章 前言前言 1.11.1 称重系统的发展与应用称重系统的发展与应用 质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。 公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对 交换货物进行计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。据考证，世界上最古 老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普 遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成 本、高智能化的电子称重系统无疑具有极其广阔的市场前景。 50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机 电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初 的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子衡器的技术装备 和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。电子衡器制造技术及应用得 到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量 向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称 重和动态称重的研究与应用。但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量 与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺 装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定 性和可靠性较差等很多不足的地1。 21世纪，电子产品变得越来越丰富，给人们带来了很多很多的方便，其中 电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许 多工作，为人们节省了时间，提高了工作效率。 随着科技日新月异的发展，在21世纪种类繁多的电子称重系统。通过分析 近年来电子称重产品的发展情况及国内外市场的需求，电子称重系统总的发展 趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度 高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并 重的“智 能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 前言 2 1.21.2 选题背景与意义选题背景与意义 电子称重系统是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商 场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机 械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子称重系统有称量精度高、装 机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构 和材料上都是全新的计量衡器。电子称重系统的设计首先是通过压力传感器采 集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通 过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经 a/d 转换 电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示 器，从而显示出被测物体的重量。 目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本 高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大，能源 消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子称重系统的整体水平不高，部分小 型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质 量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从 技术上克服上述诸多缺点，改善电子称重系统在应用中的不足之处，具有现实 意义。 1.31.3 研究现状研究现状 1.3.11.3.1 影响因素影响因素 随着科技的进步, 对电子秤的要求也越来越高。影响其精度的因素主要有: 机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限 制, 会使力的传递出现误差，而传感器输出特性存在非线性, 加上信号放大、 模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。因 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 前言 3 此，在高精度的称重场合，迫切需要电子称重系统能在线自动校正系统的非线 性。此外，为了保证准确、稳定地显示, 仪器内部分辨率(主要是 adc 的分辨 率) 一般要比外部显示分辨率高 4 倍以上, 这就要求所采用的 adc 具有足够的 转换位数，而采用高精度的 adc，自然增加了系统的成本2。 1.3.21.3.2 产品质量产品质量 目前市场上主流的电子称重系统根据使用功能的不同包括以下几个类型： 电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装秤以 及条形码电子秤等3。面对种类如此繁多的电子秤，目前市场上存在许多不合 格的电子秤产品。不合格问题主要表现在以下三个方面： 温度试验项目不符合标准规定； 湿热试验项目达不到标准要求； 抗电脉冲串试验和抗静电放电试验项目不合格。 造成产品不合格的原因主要有以下几个方面： 称重传感器的质量不达标，制约了电子称重产品整体质量的提高； 关键元器件未进行筛选和通电老化，造成电子计价秤质量失控； 部分产品设计上抗干扰能力不强； 检验把关不严 面对目前市场上电子称重产品的总体质量不高的局面，除了加强对电子秤 产品的日常监督管理之外，还要从根本上推动技术的发展，促进电子称重产品 质量的提高，更好地保护消费者的合法权益4。 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 前言 4 1.3.31.3.3 发展方向发展方向 电子称重系统不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的 方向发展5。据悉, 目前电子秤的附加功能主要有以下几种： 电子称重系统附加了计算机系补偿装置，可以进行自诊断、校正和多种 补偿计算和处理； 具有皮重、净重显示等多功能。电子称重系统有些已经具备了动态称重 模式，通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法，消除上述误差； 附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功 能, 以满足多种使用的要求。 今后, 随着电子高科技的飞速发展, 电子秤技术的发展定将日新月异。同 时, 功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世, 其应用范围也会更加 拓宽。 1.3.41.3.4 电子秤的智能化电子秤的智能化 电子秤的称重功能是基于微电脑控制芯片处理器这一核心技术来实现的。 由于目前在设计电子称重系统时大量地采用集成芯片，因此电子秤系统已经摆 脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向发展6。在此基础上可以实现 系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软 件实现数据库管理等。 电子称重系统由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤 有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械式的称重工具。在具体开 发电子秤的系统时应该根据用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而可 以开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。目前，随着电子技术的飞速发 展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推进基于微处理器为核心的电子秤系 统功能的日趋完善，因此多元化智能电子称重系统具有广泛的应用前景和开发 价值！7 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 前言 5 1.41.4 本文本文的结构的结构 本文以电子秤的研发作为应用背景，对传感器、模数转换、单片机及其接 口 等技术进行了分析。全文共分为六章，各章的主要内容如下： 第一章、扼要地介绍了电子秤的概念、特点与相关研究背景； 第二章、论证了系统方案，包括对原理的阐述，各种优缺点的比较，属于 理 论分析部分； 第三章、通过对各种芯片的介绍以及对电路功能的分析，对系统硬件进行 描 述，给出了单片机的的控制方案； 第四章、简单介绍了系统软件流程； 第五章、对整个设计做了总结，归纳了存在的问题和进一步研究的方向。 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 系统方案设计 6 第二章 系统方案的设计 电子称重的应用系统是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展的存储 器、扩展的输入输出设备等部分；软件是各种工作程序的总称。硬件和软件只 有紧密配合、协调一致，才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时， 就应考虑相应软件的设计方法，而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求 进行的。 2.12.1 电子称重系统的设计要求电子称重系统的设计要求 2.1.12.1.1 基本要求基本要求 电子称重范围：099.99kg；重量误差不大于0.00001kg； led 显示器、能显示小数点后一位 2.1.22.1.2 特色与创新特色与创新 使用单片机为控制核心，大大简化了系统的组成构造，且单片机可拓展 性强，可以很方便的对系统进行拓展和应用。 使用键盘输入数据，操作简单，方便。 led显示所称量的物品重量，同时还可显示物品精确的重量。 当物品重量超过电子秤量程，即过载情况或者是物品重量小于 a/d 转换 器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 系统方案设计 7 2.22.2 实验原理及设计基本思路实验原理及设计基本思路 2.2.12.2.1 系统的工作原理系统的工作原理 电子称重系统的工作原理。首先是通过压力传感器采集到被测物体的重 量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电 路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经 a/d 转换电路转换成数字量 被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被 测物体的重量。在实际应用中，为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干 扰，还需要在传感器与 a/d 芯片之间加上信号调整电路。8 2.2.22.2.2 系统设计基本思路系统设计基本思路 按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、 人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和 a/d 转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量 的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较 高，系统的大部分功能都需要软件来控制。在扩展功能上，本设计增加了一个 过载、量程报警提示。 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 8 第三章 系统硬件设计 根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时可以分成以下几 个部分：单片机控制模块，前端信号采集、处理、转换模块，人机接口界面以 及系统电源部分（为实现系统超量程与欠量程的报警功能，还扩展了报警电路） 。 3.13.1 基于基于 at89s52at89s52 的主控电路的主控电路 3.1.13.1.1 芯片介绍芯片介绍 、芯片芯片 at89s52at89s52 9 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 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 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。 at89c52 有 pdip、pqfp/tqfp 及 plcc 等三种封装形式，以适应不 同产品的需求。 主要功能特性见下表： 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 9 表 3.1 at89s52 功能 兼容 mcs-51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次）isp flash rom 32 个双向 i/o 口 4.5-5.5v 工作电压 3 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-24mhz 全双工 uart 串行中断口线 256x8bit 内部 ram 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（wdt）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 isp 字节和分页编程 双数据寄存器指针 引脚封装如下图所示： 主要引脚功能说明： p3 引脚功能复用见下表： 表 3.2 p3 引脚功能复用 p3.0 串行通讯输入(rxd) p3.1串行通讯输出(txd) p3.2外部中断 0( int0) p3.3外部中断 1(int1) p3.4 定时器 0 输入(t0) p3.5定时器 1 输入(t1) p3.6 外部数据存储器写选通 wr p3.7外部数据存储器写选通 rd 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 10 3.23.2 传感器的选择传感器的选择 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 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。现代科技的快速发展使人类社会进入了信 息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传 输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的 窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程 要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地 位与作用特别重要。 称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号的输出装置。 称重压力传感器实际上是一个高灵敏电桥，它通过称重桥与承重杆相连，当物 料的重量使称重压力传感器应变片电阻变化时，电桥产生不平衡电压，此不平 衡电压经放大后即为称重信号10。 电路转换设计电路转换设计11 4-20ma 转化 0-5v 电路图如下 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 11 图 3.1 4-20ma 转化 0-5v 原理如下： 传感器采集的信号输出为 4-20ma 然后经过一个 r0 250 欧变化为 1-5v 计算公式为 4 x250=1v 20x250=5v 把 1 点电压通过电位器和电压跟随器设成 1v 点位器 3.33.3 看门狗接口电路设计看门狗接口电路设计12 (1) x5045 的功能与特点： x5045有4种基本功能：上电复位、看门狗定时器、低电压检测和spi 串行e2prom 上电复位 当器件通电并超过vcc门限电压时，x5045内部的复位电路将会提供一 个约为200ms的复位脉冲让微处理器能正常复位。 看门狗定时器 看门狗定时器对微处理器提供了一种因外界干扰而引起程序陷入死循环或 跑飞状态的保护功能。通过编程可选择三种定时时间。在设定的定时时间里没 有对x5045进行访问，则reset引脚变为高电平。延时200ms以后在变为 低电平。cs的下降沿复位看门狗定时器。 低电压检测 工作过程中x5045监测电源电压下降并且在电源电压跌落到vcc门限电 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 12 压以下时，会产生一个复位脉冲，复位脉冲保持有效直到电源电压 1v 以下。 如果电源电压在降落到门限电压后上升，则在电源电压超过门限电压后延时 200ms，复位信号消失，使得微处理器可以继续工作。 串行eprom存储器 x5045的存储器部分是具有xicor公司的块锁保护cmos 4kb串行 prom。它被组织成8位的结构，由一个四线构成的spi总线方式进行操 2 作， 一次最多可写16b。 (2) x5045 的特性： 工作电源电压范围宽，为2.75.5v 采用cmos工艺，低功耗，具有3ma工作电流。 数据传输速度快，时钟频率可达3.3mhz。 eprom擦/写次数最少10万次，最短100年的保存期。 片内偶然性事件写保护 (3) x5045 的引脚排列与定义： x5045芯片有8引脚dip和soic两种封装如图3.4所示 图 3.2 x5045 引脚分布 vcc reset si sck so vss5 6 7 8 dipsoic cs wp x5045 1 2 3 4 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 13 x5045的引脚定义与功能说明如表3.3所示 序号引脚名 引脚功能说明 1cs片选端。当cs为低电平时，x5045工作。当cs的电平变化将复位 看门狗定时器 2so串行数据输出端。数据在sck的下降沿输出到so线上 3 wp写保护输入端。低电平时，对芯片的写操作被禁止，其他功能正 常。高电平时，写操作允许，其他功能正常。 4 vss电源地 5 si串行数据输入端。所有操作命令、字节地址及写入的数据在次端输 入。输入数据由时钟sck的上升沿锁存。 6 sck 串行时钟输入端 7rwset复位输出端。高电平有效，漏极开路输出方式。用于电源检测和看 门狗超时输出。 8vcc电源电压。有3种电压规格的芯片分别为 1.83.6v、4.55.5v、2.75.5v 表3.3 x5045的引脚定义 3.43.4 人机接口单元设计人机接口单元设计13 键盘/显示器采用hd7279芯片,它是一片具有串行接口，并可同时驱动8 位共阴式数码管（或64位独立的led 发光二级管）的智能显示驱动芯片。 该芯片同时能对多达88的键盘矩阵进行监控，单片即可完成led显示、 键盘接口的全部功能。从而可以提高cpu的工作效率，同时其串行接口方式 又可简化cpu接口电路的设计。 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 14 3.4.13.4.1 hd7279hd7279 芯片主要特点芯片主要特点 (1)(1) 芯片与cpu之间采用串行接口方式，仅占用4根口线，接口简单。 (2)(2) 内部含有译码器，可直接接收bcd码或16进制码，同时具有两种 译码方式，实现led数码管位寻址和段寻址，消隐和闪烁属性等多种控制指 令，编程灵活。 (3)(3) 循环左移和循环右移指令。 (4)(4) 内部含有驱动器，无需外围元件可直接驱动led。 (5)(5) 具有级联功能，可方便的实现多于 8 位显示或多于 64 键的键盘接口。 (6)(6) 具有自动消除键抖动并识别按键值的功能。 3.4.23.4.2 hd7279hd7279 与与 at89c52at89c52 单片机的接口电路单片机的接口电路设计设计 hd7279为28引脚标准双列直插式封装（dip） ，单一的+5v供电。其 引脚排列如图3.3所示，引脚功能如表3.3所示 图 3.3 hd7279 管脚图 引脚 引脚名 引脚功能说明 1，2vdd正电源（+5v） 3，5nc无连接，悬空 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 hd7279 vdd vdd nc vss nc cs clk data key sg sf se sd scsb sa dp dig2 clko rc reset dig0 dig1 dig5 dig3 dig4 dig6 dig7 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 15 4vss接地 6cs片选信号，低电平有效 7clk同步时钟输入端 8data串行数据输入/输出端 9key按键有效输出的 1016sgsaleg 的 ga 段驱动输出的 17dp小数点驱动输出端 1825dig0dig7led 位驱动输出端 26clko震荡输出端 27rcrc 振荡器连接端 28reset复位端，低电平有效 表 3.6 hd7279 引脚功能 本次设计使用到八个数码管，与键盘连接使用八个10k电阻，dp及 sasg引线上串联200电阻，使用键盘必须要连接一个100k的下拉电阻。 hd7279需要一个外接的rc振荡电路以供系统工作，外接振荡元件典型值为 （r=1.5k，c=15pf）。如果芯片无法正常工作，首先检查此振荡电路。单 片机通过key引脚电平来判断是否有键按下，在使用查询方式管理键盘时， 该引脚接至单片机的1位i/o端口（图中为p1.3）；如果使用中断方式，该引 脚接至单片机的外部中断输入端。同时应将该中断触发控制位设置成下降沿有 效的边沿触发方式。若置成电平触发方式，则应注意在按键时间较长时可能引 起的多次中断问题14。 本次设共需要五个按键，键值分别为00h、08h、10h、18h、20h，显 示所需led数码管八个。键盘显示器芯片hd7279与at89c52单片机接口 电路如图3.4所示 沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统硬件设计 16 1 2 y1 12mhz 30pf c1 30pf c2 +5v r11 r12 r13 200kr14 r18 r17 r15 r16 100 r9 +5v 15k r3 15pf c4 vdd 1 vdd 2 nc 3 vss 4 nc 5 cs 6 clk 7 data 8 key 9 sg 10 sf 11 se 12 sd 13 sc 14 sb 15 sa 16 dp 17 dig0 18 digi 19 dig2 20 dig3 21 dig4 22 dig5 23 dig6 24 dig7 25 clk0 26 rc 27 reset 28 7279 r4r5r6r7 r8 d1d2d3d4d5 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds8 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds7 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds6 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds5 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds4 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds3 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds2 f 9 g 10 e 1 d 2 k 3 c 4 dp 5 b 6 a 7 k 8 ds1 s1s2s3s4s5 vcc d07 d07 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u1 89c52 图 3.4 主板电路图 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 17 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步 骤和方法。其步骤可概括为以下三点： 分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合 理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出 高质量程序的关键。 根据算法画流程图：画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以 减少出错的可能性。 编写程序：根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起 来，构成一个有机的整体，即程序。 程序数据的一种理想方法是结构化程序设计方法。结构化程序设计是对利 用到的控制结构类程序做适当的限制，特别是限制转向语句(或指令)的使用， 从而控制了程序的复杂性，力求程序的上、下文顺序与执行流程保持一致性， 使程序易读易理解，减少逻辑错误和易于修改、调试。根据系统的控制任务， 本系统的软件设计主要由主程序、初始化程序、显示子程序、数据采集子程序 和延时程序等组成。 4.14.1 主程序设计主程序设计 程序设计采用模块化设计，控制时序采用时间触发的时间片轮询调度法， 1s 为一个控制周期，分为 20 个时间片，每个时间片为 50ms，将所有的任务分 配在各时间片完成，主程序仅完成初始化，然后进入休眠状态。 50ms 定时采用 89c51 内部定时器 1，工作在方式 1，由于晶振为 12mhz,1 个机器周期为 1 微秒，所以 t1 预装初始值=65536- 50000=15536=3cb0h。x5045 看门狗定时器周期设置为 200ms，写入状态寄存 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 18 器常数 status_reg=20h。 初值计算方法如下： 由于晶振 12mhz，所以 1 个机器周期 tcy=12 x 1/12 x106 =1us 。所以： 计数值 m=t/tcy=50 x10-3 /1 x10-6 =50000 n=216-m=65536-50000=15536=3cboh 4.1.14.1.1 主程序流程图主程序流程图 内部变量及定时器初始化 hd7279 初始化 休眠 启动 loop 中断唤醒 x5045 初始化 图 4.1 主程序流程图 主程序流程图如图 4.1 所示，完成初始化功能，然后进入休眠状态，可以 减少功耗和提高抗干扰能力。由各种中断唤醒，执行完中断服务程序后，重新 进入休眠状态。 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 19 4.24.2 中断程序设计中断程序设计 本次设计的中断程序由t0中断和t2中断组成。t0相当于主中断，t2 中断是一个辅助中断。t0中断中要完成对定时器的重新赋值，采样处理，按键 处理，显示处理，以及对x5045进行“喂狗”处理。它执行的顺序也就是整 个仪表工作的一个逻辑顺序。t2中断主要用于频率采集15。 4.2.14.2.1 t0t0 中断程序设计中断程序设计 t0中断程序流程如图4.2所示 t0 中断程序入口 定时器常数重装 sys_clk+1 sys_clk 任务调度模块 显示模块 键处理模块 看门狗定时器“喂狗” 中断服务程序返回 图 4.2 t0 中断程序流程图 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 20 4.34.3 键处理程序设计键处理程序设计16 键处理程序工作流程： (1)(1) 判断7279是否有键按下，查询key_clk的值，为1为无按键， 直接将kb_fig（按键处理标志位）清零后返回； (2)(2) 若为0则有按键，查询kb_fig的值，为1是已经处理过，直接返 回，为0则通过7279读按键值。 (3)(3) 根据读到的按键值进入相应的子程序进行处理，处理结束后将 kb_fig置1后返回。 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 21 键处理模块 kb_fig=1? kb_fig=0 读键值 key_in=0key_in=8key_in=10key_in=18key_in=20 kb_fig=1 返回 key_ok =1？ 设定 显示确认 y y n n 图 4.3 键处理模块程序流程图 按键功能及显示说明见表 4.1 所示 按键按键功能功能键码键码意义意义 设定设置参数键20h按键显示下一设定 参数 显示显示测量值18h按键显示测量参数 增建10h从 0 至 9 循环 左移键08h按键左移一位 确定确定键00h参数存入 x5045 表 4.1 按键功能及键码表 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 22 本设计中的 5 个按键分别为： (1)(1) 设定键：键值为 20h，每按下一次，就显示一个设定的参数值。本次设 计中设定键共有 5 个参数切换：采样值、量程上限值、量程下限值、报警上限 值、报警下限值。其程序流程图如 4.4 所示 图 4.4 设定键程序流程图 (2)(2) 通道键：键值为 18h，实现系统的温度采样显示和脉搏采样显示间的切 换其程序流程图如 4.5 所示 1 0 0 图 4.5 通道键程序流程图 key_in=20h 04321 报警下限 al报警上限 ah量程下限 hl量程上限 hh采样 sp 返回 判断 set_sta 值 ch=？ 显示温度，ch=1 显示频率，ch=0 返回 通道键 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 23 ch=0？ set_sta=5 ？ left=0？ set_sta=0？ 右 1 位+1右 2 位+1右 3 位+1 返回 增加键 (3)(3) 增加键：键值为 10h，每按下一次，就将处于闪烁状态的数码管的值加 “1” ，当增加到“9”后，再循环到“0” ，重新增加。其程序流程图如 4.6 所示 图 4.6 增加键流程图 (4)(4) 左移键：键值为 08h，每按下一次，使处于闪烁状态左移一位，就可以 对该位进行修改，可以修改的只有中间的 3 个数字位，所以当闪烁状态移动到 右数第 4 位后，再回到右第 2 位闪烁，形成循环移动。其程序流程图如 4.7 所 示 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 24 y n y n 0 1 2 图 4.7 左移键程序流程图 (5)(5) 确认键：键值为 00h，每次修改完参数后，按下此键，既可将修改后的 参数存入 x5045 中保存起来其程序流程图如 4.8 所示 左移键 ch=0? set_sta=5? set_sta=0？ left=？ 右一位闪烁右二位闪烁右三位闪烁 返回 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 25 0 1 y n y n 图 4.8 确认键程序流程图 4.44.4 报警程序的设定报警程序的设定 报警程序的设定对硬件的保护起决定性的作用，所以必须设置报警系统， 确认键 ch=？ set_sta =5？ set_sta =0？ set_sta =？ 返回 量 程 上 限 量 程 下 限 下 限 报 警 下 限 报 警 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 26 报警程序流程图如下： 开始 a/d高位大？ 与阈值相等？ a/d低位大？ 与阈值相等？ 报警 返回 y n y n y y n n 图 4.9 报警程序图 报警程序的设计，开始采集数据。采集到的数据要与设定好的数据进行比 较，如果采集的数据大于设定的数据，那么系统开始报警。反之系统将采集到 的数据继续运行下去。 4.54.5 系统的量程变换系统的量程变换 量程变换在实际应用中尤为重要，也是系统智能化的一种表现， 量程变换流程图如下 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 27 1543 采集数据 12 位的转换数据（r2r3）*100 乘积结果/1023 整数60h 余数/102 十位61h 余数/10 百分位62h bcd dr0-dr3 图 4.10 量程变换流程图 量程变换首先由 1543 采集数据，得到 12 位的转换结果。把这 12 位的数据 乘以 100 得到的结果再除以 1023。在计算的过程中会有三个数字的整数部分是 10，由于显示的原因不能把 10 直接显示出来，所以要把 10 变成 9。然后把整 数部分送到 61h 中。 在上述过程中会有余数产生，余数要除以 102，得到的结果也要同上述一 沈阳化工大学学士学位论文 第四章 系统软件设计 28 样处理，得到的结果即为十分位，送到 61h 中。接下来的处理也是一样的，得 到百分位，送到 62h 中。 通过 bcd 的转换，最后显示出来。 沈阳化工大学学士学位论文 第五章 整体调试 29 第第 5 5 章章 整体调试整体调试 系统的调试工作环节在设计中的地位尤为重要，在硬件焊接布线与软 件程序编写完成之后，就要对其进行调试，以保证编写的软件程序通过硬件能 够正常实现其功能，完成设计要求。根据系统设计要求以及选择的芯片，绘制 原理图，写入各个芯片的封装形式，并生成网络表。然后绘制 pcb 图，根据元 件的大小及布局设计边框的大小。 5.15.1 硬件调试硬件调试: 硬件调试通过静态调试和动态调试两种方式进行16： （1 1）静态调试：静态调试是在系统未工作时的一种硬件检查。 目测。首先对焊接好的电路板进行检查。检查是否有多焊、漏焊等问题， 焊点是否整齐完美 万用表测试。目测之后，可采用万用表测试。先用万用表复核目测中认 为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符。再检查各种 电源线与地线之间是否有短路现象，如有则仔细查出并排除。短路现象一定要 在加电前查出。如果电源与地之间短路，系统中所有芯片或设备都可能被毁坏， 后果十分严重。因此，对短路问题，在整体调试及今后的运行中都要格外小心。 加电检查。在短路问题排除后通电。上电时，首先检查所有插座或器件 引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近于零。然后， 在断电状态下将芯片逐个插在电路板上的相应插座中，每插上一个做一遍上述 的电压检查，特别要检查电源到地是否短路，这样就可以确定电源错误或与地 短路发生在哪块芯片上。在对各芯片、器件加电过程中，还要注意观察芯片或 器件是否出现过热、变色、冒烟、异味等现象，如出现这些现象，应立即断电， 仔细检查电源加载等情况，找出产生异常的原因加以解决。 沈阳化工大学学士学位论文 第五章 整体调试 30 5.25.2 软件调试软件调试 本次设计中我们采用星研2000进行软件调试，主要是通过对系统程序的 汇编、连接、执行来检查程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的, 从而达到设计预期的效果。 键盘/显示器程序：本次设计用到五个按键、八个led，能够实现设定、 通道、增键、减键、确定五个基本按键，设定键设置五个状态，并能显示采样 数值。 沈阳化工大学学士学位论文 第五章 整体调试 31 沈阳化工大学学士学位论文 题目：智能称重系统软件设计 32 致致 谢谢 经过老师的悉心指导，大学四年的生活终于在毕业设计的成功完成画上了 圆满的句号。 在这里我要感谢测控教研室的全体老师，是他们所教的专业知识为毕业设 计打下牢固的基础。我要对我的指导老师刘老师和魏老师表示深深的感谢和由 衷的敬意，在毕业设计中两位老师给予了莫大的帮助，开导我的思路，让我能 够把自己所学的理论知识应用于设计之中，从而不但加深了课本知识的掌握理 解，更增强了实践等综合能力。在设计过程中，对于我的疑问，两位老师总能 及时耐心的给我讲解，直至我能彻底搞懂个中的要点与细节。在此，向刘老师 和魏老师表示真诚的感谢。另外我要感谢的同组人韩军同学，由于设计期间我 生病了一段时间因而不能完成的任务都由他独自承担，当我回来继续我的工作 时有许多的不明白之处他都一一为我解答，令我很快又融入了毕业设计动手又 动脑的快乐之中，所以毕业设计的成功也离不开他的帮助，在此也对韩军同学 表示感谢。 光阴飞溅，转眼毕业设计以接近尾声。而这仅仅是人生当中又一次开始， 我会带着老师和同学们对我的教导与帮助，在今后的工作和生活当中继续勤恳、 严谨的工作，为社会科技的创新发展贡献一份力量。 最后，再一次感谢曾经帮助过我的老师和同学们。在未来的工作生活中， 你们的帮助与意见将是我人生最宝贵的财富。 沈阳化工大学学士学位论文 题目：智