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基于单片机控制的电子称,基于,单片机,控制,电子称
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黄河科技学院本科毕业设计 任务书 信息工程 学院 电子信息工程 系 电子信息工程 专业 10 级 2 班学号 100101084 学生 李博 指导教师 王玉巧 毕业设计题目 基于单片机控制的电子秤设计 毕业设计工作内容与基本要求一、背景和意义 通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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。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。二、目标和任务 1. 电子秤的控制系统设计，89S52作为控制器。 2. 称重电路设计。 3. 显示电路、报警电路设计、A/D转换系统及按键设计。 4. 根据硬件结构，先画出总的程序框图，结合实际效果，用汇编语言编出程序。5. 设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；PCB文件生成与打印输出。 6. 编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸。 三、途径和方法 本课题利用单片机原理及应用、模拟电子技术、数字电子技术、protel工具等设计智能台灯控制电路，可以先查阅相关资料（网上查找或参考相关书籍手册），明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解其工作原理；在理解的基础上确定设计电路方案，设计电路，画出原理图及PCB印制版图；最后提交写出毕业设计说明书一份。 四、主要参考资料 1 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2003).北京:北京理工大学出版社，2005. 2 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:电子工业出版社，2005. 3 童诗白.模拟电子技术基础.第二版.北京:高等教育出版社,2003. 4 石东海.单片机数据通信技术从入门到精通.西安:西安电子科技大学出版社，2002. 5 余永权,汪明慧,黄英. 单片机在控制系统中的应用J.电子工业出版社 2003. 6 朱大奇等.单片机原理串口及应用.南京:南京大学出版社，2003.五、技术要求 1要求学生具有一定的电子设计与制作方面的理论知识，熟悉89S52单片机；A/D转换器电路的引脚安排；掌握各芯片的逻辑功能及使用方法；了解面包板结构及其接线方法。 2学校机房提供上网功能，安排学生每周不少于2次上机； 3图书馆要求开放，能够提供资料查询； 4安排学生辅导与学习的场所。 毕业论文时间： 2013 年 2 月 25日至 2013 年 5 月 31 日计 划 答 辩 时 间： 2013 年 5 月 27 日工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字，理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册。专业（教研室）审批意见：审批人（签字）：黄河科技学院毕业设计开题报告表课题名称基于单片机控制的电子秤设计课题来源教师拟订课题类型BY指导教师王玉巧学生姓名李博专 业电子信息工程学 号100101084一、课题背景和目的通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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。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。二、课题任务要求本设计的电子称是以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计。通过传感器测量信号，用信号放大系统放大信号，经过A/D转换系统转换信号输送给CPU控制系统，通过LCD显示系统显示数据，键盘输入系统用来输入操作指令，阀值报警系统可以防止超量程损坏电子称。基本上实现了电子秤的基本功能。具备使用方便，直观，测量准确，成本低等特点。适应了现代社会发展的需求。在本设计中将智能化，人性化，自动化用在了电子秤的控制系统中。系统采用AT89S52芯片作为单片机的主控芯片，外围以称重电路，显示电路，报警电路，键盘电路等构成系统电路板，从而实现了自动称重的各种控制功能。三、课题任务实现方法利用图书馆和网络，搜集与本课题相关的资料，明确课题的方向和目的。利用大学期间已学的单片机原理及应用、模拟电子技术、数字电子技术、protel工具等知识，设计智能台灯电路，并完成课题所需的理论知识，了解其工作原理。掌握每个元件在电路中的功能和其参数的可行性，最后设计电路，画出原理图及PCB印制板，提交毕业设计说明书一份。四、进度安排第 12 周： 编写开题报告； 第 36 周： 课题理论分析，并完成文献综述、文献翻译； 第 78 周： 设计方案；第 910周： 完成电路图设计； 第1112周： 毕业设计说明书的撰写及修订；第 13 周： 准备答辩；第 14 周： 答辩。五、所需技术条件1、仿真器。2、计算机。3、protel软件。4、编程器六、主要参考文献1 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2003).北京:北京理工大学出版社，2005.2 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:电子工业出版社，2005.3 童诗白.模拟电子技术基础.第二版.北京:高等教育出版社,2003.4 石东海.单片机数据通信技术从入门到精通.西安:西安电子科技大学出版社，2002.5 余永权,汪明慧,黄英. 单片机在控制系统中的应用J.电子工业出版社 2003.6 朱大奇等.单片机原理串口及应用.南京:南京大学出版社，2003.7 赵佩华.微型计算机原理与组成.西安:西安电子科技大学出版社，2003.8 金春林.AVR系列单片机C语言编程与应用实例M .清华大学出版社，2003.9 张军. AVR单片机应用系统开发典型实例.中国电力出版社.10 沙占友.单片及外围电路设计M .北京:电子工业出版社，2003.指导教师签名： 日期： 课题来源：（1）教师拟订（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供课题类型：（1）A工程设计（艺术设计）；B技术开发；C软件工程；D理论研究；E调研报告 （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题黄河科技学院毕业设计课题申报表课题名称基于单片机控制的电子秤设计课题来源教师拟定课题类型BY命题人姓名王玉巧技术职务 讲师工作单位信息工程学院该课题是否需要实习否建议实习地点一、选题背景通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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。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。二、主要内容1. 电子秤的控制系统设计，89S52作为控制器。2. 称重电路设计。3. 显示电路、报警电路设计、A/D转换系统及按键设计。4. 根据硬件结构，先画出总的程序框图，结合实际效果，用汇编语言编出程序。5. 设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；PCB文件生成与打印输出。6. 编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸。三、现有条件1.校图书馆可提供图书资料查询方面的支持。2.院机房可提供上网查询搜集信息及上机编程等方面的支持。3.单片机实验室可提供编程及仿真。4.实训室提供PCB板制作。四、时间安排第1-2周： 收集资料，提交开题报告。第3-6周： 查阅与整理课题相关资料，完成文献综述、文献翻译。第7-9周： 建立整体框架，画出设计框架。第10-11周：撰写毕业设计说明书初稿。第12周： 修改毕业设计说明书并定稿。第13周： 准备答辩。第14周： 答辩。五、预期成果及表现形式设计完成后，应完成整个硬件系统电路的设计，画出相应的电路原理图及PCB印制版图，列出元件清单，提交文献综述、文献翻译、毕业设计说明书各一份，并制作光盘。专业（教研室）意见：负责人签名： 年 月 日院（系）意见：负责人签名： 年 月 日填表说明：1、课题来源：（1）教师拟订；（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供2、课题类型：（1）A工程设计（艺术设计）；B技术开发；C软件工程；D理论研究；E调研报告 （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题；要求（1）、（2）均要填，如AY，BY等。第 I 页黄河科学院毕业设计说明书 单位代码 01 学 号 100101084 分 类 号 TN01 密 级 毕业设计说明书基于单片机控制的电子称 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 李博 指导教师 王玉巧2014年4月30日基于单片机控制的电子称摘 要电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器 。它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。电子称主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎。本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究，讨论了单片机控制系统中关键的计算问题。本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。关键词：电子称，AT89S52，称重传感器，单片机 第 II 页黄河科学院毕业设计说明书 Electrnoic Scale Design Based on MCUAuthor:Bo LiTutor:Yuqiao WangAbstract Intelligent electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, an integrated modern technology of new weighing equipment. It is closely integrated with our daily lives into a convenient, fast, precision weighing instrument, widely used in commercial, plant health plant, country markets, supermarkets, shopping malls, and retail and other public places, information display and weight. Intelligent Electronics said the key to SCM as the central control unit, through the weighing sensor analog-digital conversion unit, in the accompanied keyboard, display circuit and powerful software to component. Said not only accurate measurement of the electronic, fast and convenient, more importantly, automatic weighing, statistics show that by the majority of users. Intelligent Electronics said that as easy to carry, easy to use, the impact on peoples lives more and more. This system is known for the electronic automatic weighing and data processing of research. To illustrate how to use the MCU is sampling data processing, data acquisition and conversion, computational problems studied. Discuss the key SCM system calculation. This paper presented the hardware design of intelligent electronics that, based on detailed analysis of the electronic control, said the software. As the structure of microprocessor controlled electronics that simple, low cost and very popular, this will be discussed in detail. Keywords: electronic scale, AT89S52,Load sensor 第 36 页 黄河科学院毕业设计说明书 目 录1 绪论11.1 引言11.2 选题背景和意义11.3 国内外电子称发展及成果12 方案论证与比较32.1 数据采集部分32.1.1 前级放大器的选择及简介32.1.2 A/D转换器选择及简介42.2 控制器的选择及简介62.3 人机交互部分92.3.1 键盘/显示部分的选择及简介92.4 称重传感器102.4.1 称重传感器的工作原理112.4.2 称重传感器的主要参数指标113 硬件系统设计133.1 基于AT89S52的主控电路133.2 基于ICL7135的前端处理电路143.2.1 信号处理电路143.3 人机交互界面153.3.1 键盘控制电路153.3.2 液晶显示电路163.4 系统电源173.4.1 电源电路173.5 报警电路183.6 称重数据处理技术204 软件设计224.1 系统应用程序组成224.2 主程序流程图234.3 AD采样程序块234.4 液晶显示程序块25总结31致谢31参考文献321 绪 论1.1 引言在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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。1.2 选题背景和意义称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。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。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，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。1.3 国内外电子称发展及成果我国的衡器在20世纪40年代以前还全是机械式的，40年代开始发展了机电 结合式的衡器。50年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。80年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电子衡器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合而实现称重技术和过程控制的自动化特点，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门。电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子称到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用领域不断地扩大。根据近些年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性。2 方案论证与比较 2.1 数据采集部分2.1.1 前级放大器的选择及简介压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。我们考虑可以采用以下几种方案可以采用：方案一: 采用专用仪表放大器在一般信号放大的应用中通常只通过差动放大电路就可满足要求，然而基本放大电路的精密度较差，且差动放大电路上变更放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精确度的变因就更加复杂。仪表放大电路则无上述的缺点。采用专用仪表放大器，如：AD620、AD623等2。此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。仪表放大器的如图2.1所示。图2.1 仪表放大器的示意图方案二 :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。所以，此中方案不宜采用。方案三: 由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。此方案原理图如图2.2所示。图2.2 高精度运算放大器电路图电阻R1、R2电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声，C1、C2为普通小电容，可以滤除高频干扰，C3、C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器R6可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。缺点：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7。基于以上分析，我们决定采用方案一实现前级放大功能，即制作方便而且精度很好的专用仪表放大器AD620。2.1.2 A/D转换器选择及简介方案一:逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805、ADS7804等6。逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高，功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。方案二:双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等2。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。方案三:采用V/F变换该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案可不用A/D芯片，V/F转换器上把电压信号转换为频率信号的期间，有良好的精度、线性和积分输入特点，它的应用电路简单，外围元件性能要求不高，对环境适应能力强，转换速度不低于一般的双积分型A/D期间，且价格较低。目前，V/F直接处理技术得到了广泛应用。当前12位以上的A/D转换器价格昂贵,人们正在寻找新的途径来取代它,其中V/F 变换器便是一种较好的选择。由于集成V/F变换器件具有高精度、高线性度,而且外接电路和与单片机接口简单,因此用V/F变换器做成高精度、低价格、远距离、高性能的A/D 转换器,在要求速度不太高的场合是很适用的。基于以上分析并结合实际因素，我们决定采用V/F转换方案，选用V/F转换芯片LM33111，如图2.3所示。图2.3 LM331内部结构电路LM331 为双列直插式8 脚芯片， LM331 内部有输入比较电路、定时比较电路、R-S 触发电路、复零晶体管、输出驱动管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护点路等部分。输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL、DTL 和CMOS等不同的逻辑电路。此外，LM331 可采用单/双电源供电，电压范围为440V，输出也高达40V。I（PIN1）为电流源输出端，在f（PIN3）输出逻辑低电平时，电流源输出对电容充电。引脚2（PIN2）为增益调整，改变的值可调节电路转换增益的大小。f（PIN3）为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由t 和t 决定。引脚4（PIN4）为电源地。引脚5（PIN5）为定时比较器正相输入端。引脚6（PIN6）为输入比较器反相输入端。引脚7（PIN7）为输入比较器正相输入端。引脚8（PIN8）为电源正端。2.2 控制器的选择及简介根据题目要求，有以下两种控制方案：方案一：采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心，利用EDA软件编程，下载烧制实现。系统集成于一片Xilinx公司的Spartan系列XC2S100E芯片上，体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路9。但是大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。方案二：目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量，由于系统需要的按键较多，因此要加一个键盘显示管理芯片（HD7279）。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点.单片机的价格大大低于可编程逻辑器件，而且平时我们大多都是用单片机，比较熟悉。由如上分析，本设计选用的是方案二，采用51系列单片机来实现，最后电路的核心采用最常用的ATMEL公司的AT89C528。AT89C52的引脚图如图2.4所示。图2.4 AT89C52引脚图引脚说明： VCC：电源电压GND:地 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。另外，P1.0和P1.1还可以作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和触发输入（P1.1/T2EX）。P1口在程序编写和校验期间同时接收低8位地址。P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，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电流（IIL）。P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。当Flash编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，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电流（IIL）。P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下表2.1所示。此外，P3口还用于接收一些用于控制Flash编程和校验的控制信号。表 2.1 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2 (外部中断0)P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器都选通）RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/:当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出。一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，通过向SFR的8EH单元输入0能使ALE停止工作。该位置位后只有在MOVX和MOVC指令下ALE才能工作。此外，在该引脚被微弱拉高时，如果单片机在执行外部程序模式时，应设置ALE无效位不起作用。/VPP:外部访问允许。为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令，必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端会自动内部锁存。当执行内部编程指令时，应该接到VCC端。当处于Flash编程时，该引脚接12V的编程允许电压VPP,当12V的编程电压是允许的情况下。XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.3 人机交互部分2.3.1 键盘/显示部分的选择及简介键盘输入和显示部分在控制仪器中起着人机交互的作用，这两部分的设计是仪器和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一，并关系到用户使用的满意度。采用专用键盘/显示芯片HD7279和液晶1602。HD7279芯片价格低廉，内部含有译码器，并具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。在设计时，外围电路简单，只需一个电阻和一个电容即可解决键盘/显示电路的外围设计，如图2.5所示。液晶1602具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，且外围电路简单5。 图2.5 HD7279键盘/显示模块以下简介一下HD7279和液晶1602。HD7279是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵。该芯片内部含有译码器，可直接接受16进制码，HD7279A还同时具有2种译码方式，HD7279还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。 HD7279A共有28个引脚。 RC引脚用于连接HD7279A的外接振荡元件，其典型值为R=1.5k,C=15pF。RESET为复位端。该端由低电平变成高电平并保持25ms即复位结束。通常，该端接+5V即可。DIG0DIG7分别为8个LED管的位驱动输出端。SASG分别为LED数码管的A段G段的输出端。DP为小数点的驱动输出端。HD7279A片内具有驱动电路，它可直接驱动1英吋及以下的LED数码管，使外围电路变得简单可靠4。 1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚：VSS为地电源，第2脚：VDD接5V正电源，第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对 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：RW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RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW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1516脚：空脚。表2.2为液晶1602的主要技术参数。表2.2 液晶1602的主要技术参数显示容量：16*2个字符芯片工作电压：4.5-5.5V工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95*4.35（WXH）mm2.4 称重传感器根据设计要求，选择了量程为6Kg的称重传感器。2.4.1 称重传感器的工作原理最普遍的电子秤应用桥式称重传感器实现，称重传感器的输出电压直接与放在其上的重量成比例。称重电桥一个具有至少两个可变桥臂的4电阻结构的电桥，所称重量引起的电阻变化可产生一个叠加在2.5 V（电源电压的一半）共模电压之上的差分电压。电桥线路如图2.6所示。图2.6 称重传感器的基本电路它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。可取为应变片、和为应变片或均为应变片等几种形式。、和、分别为电桥的输入端和输出端。根据电工学原理，可导出当输入端加有电压时，电桥的输出电压为:当时，电桥处于平衡状态。因此，电桥的平衡条件为。当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有、和的变化时，可近似地求得电桥的输出电压为:由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂的电阻变化率之差, 相对邻两桥臂的电阻变化率之和成正比.对于平衡电桥，如果相邻两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相同 ，或相对两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相反，则电桥将不会改变其平衡状态，即保持。如果电桥的四个桥臂均接入相同的应变片，则有式中，分别为接入电桥四个桥臂的应变片的应变值1。2.4.2 称重传感器的主要参数指标称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。 1、灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6 mV。当电子秤应用于工业环境时，在6 mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。2、总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计6。3、漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。3 硬件系统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）。3.1 基于AT89S52的主控电路主控电路主要采用芯片AT89S52、74LS373和62256。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。芯片74LS373是典型的锁存器芯片，它是三态输出的八位锁存器。芯片内含八个D型触发器4。 P1口和P2.0P2.6口作为地址总线，其中P1口作为低地址线和数据总线复用，P2.0P2.6口做高地址线。P2.7作为62256的片选控制总线，ALE接锁存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作为外部数据存储器写/读选通信号输出端分别接62256的/WE和/OE端，主控电路图如图3.1所示。图3.1 主控电路图3.2 基于ICL7135的前端处理电路3.2.1 信号处理电路滤波放大电路图如图3.2所示。图3.2 信号滤波放大图上图中电容C5、C6用来滤除采样信号电压中的高频噪声，选用0.1uF的普通独石电容；电容C7、C84用来滤除采样信号电压中的低频噪声，选用22uF的普通独石电容。电阻R3、R4选用较小的阻值，因为采样信号电压值只有毫伏级，所以其阻值不宜太大，否则导致放大器由于输入电流太小而放大效果不明显。微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从AD620的第6脚输出。A/D转换器ICL7135的输入电压变化范围是-2V+2V，传感器的输出电压信号在020mv左右，因此放大器的放大倍数在200300左右，可将R9接成1K的滑动变阻器。由于ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低器7。图中的LM741的输出端与AD620的地端相连，LM741的2脚与6脚相连构成电压跟随器，R15与正负电源相接，通过改变R15的阻值可使VO与 RET之间的压差变化，从而实现调零、去皮的功能。在读取A/D转换后的结果时，选用数据选择器作为数据读取的控制器，这样简化了ICL7135与单片机的接口电路，便于硬件设计与软件编程的实现。在ICL7135进行A/D转换结束后输出的/STRB负脉冲引起AT89S52中断。同时在第一个/STB负脉冲时由软件将P1.7口置0，因而使S=0，使74LS157的Y（1Y，2Y，3Y，4Y）=A（4A，3A，2A，1A）。AT89S52读P1.0P1.3口便读得。BCD码，此时D5=1。此后，D4，D3，D2，D1轮流为“1”，即可读得千位、百位、十位和个位的BCD码。前端信号处理电路设计如图3.3所示。图3.3 信号数模转换图3.3 人机交互界面3.3.1 键盘控制电路1、SPI串行接口工作方式ZLG7289 采用串行方式与微处理器通讯,串行数据从DATA 引脚送入芯片，并由CLK 端同步。当片选信号变为低电平后，DATA 引脚上的数据在CLK 引脚的上升沿被写入ZLG7289 的缓冲寄存器器3。电路图如图3.4所示。 图3.4 键盘控制电路图键盘控制芯片ZLG7289 控制键盘的扫描，当监测到有键按下后ZLG7289的9脚便产生一个低电平通知单片机，单片机可以采用查询或者中断方式将数据通过P3.0口以串行方式读入。因为查询方式会浪费大量的时间，所以本系统采用的是中断方式。3.3.2 液晶显示电路显示部分采用LCD1602液晶显示模块，液晶板上排列着若干 57或 510点阵的字符显示位,每个显示位可显示1个字符，从规格上分为每行 8、16、20、24、32、40位，有一行、两行及四行三类。其与单片机的连接电路如图3.5所示。图3.5 液晶显示接口电路1脚和2脚为液晶1602地和电源引脚，3脚为背光调节引脚，通过10K电位器接地，背光可通过电位器来调节亮度；4脚、5脚、6脚为液晶片选控制引脚，分别连接到单片机的P2.0、P2.1、P2,2端口，714脚为数据接口，与单片机的P0口相连实现数据的传输，15、16、脚为液晶的背光控制脚，分别接到电源和地。3.4 系统电源3.4.1 电源电路 选用初级220V、次级18V，功率为10W的变压器两只提供交流电源，经过整流稳压滤波后，再分别由LM317和LM337提供系统所需的直流稳压电源。具体电路如图3.6所示。图3.6 电源电路LM337/LM317稳压器的输出端不加电容亦能工作，但由于其放大器是在1：1的深度负反馈下工作，当输出端负载为容性的某一值时，稳压器有可能出现自激现象，因此在电源的输出端接入一个470uF/25V的电解电容C18、C19，提供足够的电流供给。在稳压器的输出端接入电容后，一旦输入端出现短路时，该电容器的放电电流有可能破坏调整管的B、E结。因此在稳压器的输入输出端之间接入保护二极管D4、D5。在电路中C14、C15的作用是为了抑制旁路R11、R12两端的纹波电压的。由于R13、R14上的电压是输出电压的一部份，加入C14、C15可有效的抑制输出电压的纹波，在电路中选取10uF/25V的电解质电容。当R13、R14上的压降超过7V而又发生输出短路时，C14、C15将通过调整端向输出端放电，这时有可能烧坏稳压器中的放大管，为此，在电阻R11、R12上分别并联一只二极管D6、D7，用以泄放电流，保护稳压器。在输入端加入了0.1uF电容C12、C13，滤除有害杂波，提高输入电源的质量器2。3.5 报警电路下图为系统报警电路原理图，用于超载和欠量程提示。系统设计了两个发光二极管作为超载和欠量程指示灯，使系统更加完善。当系统判断为超载或欠量程时，ICL7135给输出一个高电平信号OR（超载）或UR（欠量程），经非门后形成低电平从而驱动发光二极管发光提示。报警电路图如图3.7所示。 图3.7 报警电路原理图用proteus仿真图如图3.8、图3.9所示。图3.8 电子称仿真图图3.9 电子称仿真图3.6 称重数据处理技术测量精度和可靠性是电子秤设计的关键，引入软件数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节硬件本身的缺陷或弱点，使原来靠硬件电路难以实现的信号处理可以得到解决，提高电子秤的综合性能。在电子称重系统中，主要的数据处理技术有：无效物理量的消除、零漂处理、标度变换技术、非线性补偿技术、数字滤波技术等。1、无效物理量的消除在称重系统中，称重传感器输出的信号是秤台、支架和被测物之和的转换信号，实际所要测的是被测物的重量，因此，秤台、支架等是无效的物理量，在信号处理过程中要用软件方法来消除。2、零漂处理零位稳定是影响电子秤精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零位漂移值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。3、标度变换在实际测量中，被测模拟信号被检测出来并转换成数字量后，需要转换成操作人员所熟悉的工程量。因为，被测对象经传感器、A/D转换后得到的数字量是一系列的数码，这些数码值并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，因此，必须把它转换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是工程量变换，又称标度变换。4、非线性补偿在检测中，由于检测传感器的输入输出特性往往只在一定范围内近似呈线性，而在某些范围内则明显呈非线性，同时，传感器具有离散性，还可能有温漂、滞后等。在信号处理过程中也常用软件处理方法来补偿和校正以上误差。常用的非线性补偿处理的方法有三种：分段线性插值法、曲线拟合法、查表法。对于不太弯曲的输入输出曲线，可采用线性插值法，对于很弯曲的输入输出曲线，可采用二次抛物线插值法，对于不规则的输入输出曲线，可采用分段曲线拟合法。对于用应变称重传感器的称重系统来说，由于其非线性度不是很大，所以常采用分段线性插值法。5、数字滤波技术实际测量中，由于被测对象的环境比较恶劣，干扰源比较多，各种电子秤在称量过程中，来自传感器的有用信号往往混杂有各种频率的干扰信号。为了抑制某些干扰信号，通常在称重仪表的信号入口处采用RC低通滤波器，该种滤波器能抵制高频干扰信号，但对低频干扰信号的滤波效果差，而数字滤波却可以对极低频率的干扰信号迸行滤波。数字滤波就是在软件设计时采用一定的计算方法对输入的信号进行数学处理，减少干扰信号在有用信号中的比重，提高信号的真实性，它不需要增加硬件，只需根据预定的滤波算法编制相应的程序，即可达到信号滤波的目的。数字滤波可以对各种干扰信号进行滤波，其稳定性高，滤波参数修改方便，一种滤波程序可供多个通道共用。在称重系统中常用的数滤波技术有：程序判断滤波法、平滑滤波法、中位值滤波法等。实际应用中可根据情况选择其中一种或几种滤波方法的组合，对采集信号实现数字滤波。本设计对五种数据处理技术进行了结合运用。4 软件设计4.1 系统应用程序组成本设计采用C语言编程，编译环境为keil UV3器12。keil c51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发系统，和汇编相比，C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到keil c51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件，然后分别有C51 及A51 编辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（.HEX），然后通过单片机的烧写软件将HEX 文件烧入单片机内。软件主要三个方面：一是初始化系统；二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。这三个方面的操作分别在主程序中来进行。程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。程序结构如图4.1所示。图4.1 程序结构4.2 主程序流程图系统程序固化在STC12C5A60S2内部的flash存储器中，分为主程序和若干子程序。主程序的功能是系统初始化，管理和调用各个子程序。本设计的程序流程图如图4.2所示。图4.2 程序流程图4.3 AD采样程序块本文设计的STC12C5A60S2片内AD程序如下：#include config.h/- / SPEED1 SPEED0 A/D转换所需时间#define AD_SPEED 0x60 / 0110,0000 1 1 90 个时钟周期转换一次, / CPU工作频率21MHz时 A/D转换速度约 300KHz/#define AD_SPEED 0x40 /0100,0000 1 0 140 个时钟周期转换一次/#define AD_SPEED 0x20 /0010,0000 0 1 280 个时钟周期转换一次/#define AD_SPEED 0x00 /0000,0000 0 0 420 个时钟周期转换一次/-unsigned int get_AD_result(unsigned char channel) unsigned char AD_finished=0; /存储 A/D 转换标志 ADC_RES = 0; /A/D 转换结果高8位 ADC_RESL = 0; /A/D 转换结果低2位 channel &= 0x07; /0000,0111 清0高5位 ADC_CONTR = AD_SPEED; _nop_();ADC_CONTR|=0xE0;/1110,0000清ADC_FLAG，ADC_START位和低三位 ADC_CONTR |= channel; /选择 A/D 当前通道 _nop_(); ADC_CONTR |= 0x80; /启动 A/D 电源 delay(1); /使输入电压达到稳定 ADC_CONTR |= 0x08; /0000,1000 令 ADCS = 1, 启动A/D转换 AD_finished = 0; while (AD_finished = 0 ) /等待A/D转换结束 AD_finished = (ADC_CONTR & 0x10); /0001,0000 测试A/D转换结束否 ADC_CONTR &= 0xE7; /1111,0111 清 ADC_FLAG 位, 关闭A/D转换 return (ADC_RES2|ADC_RESL);/返回转换后的结果4.4 液晶显示程序块本文设计的1602液晶操作程序如下：/* 函 数 名：WriteDataLCD() 功 能：向1602写数据 说 明： 入口参数：WDLCD 返 回 值：无 */void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD)ReadStatusLCD(); /检测忙LCD_Data = WDLCD;LCD_RS = 1;LCD_RW = 0;LCD_E = 0; /若晶振速度太高可以在这后加小的延时LCD_E = 0;LCD_E = 0; /延时LCD_E = 1;/* 函 数 名：WriteCommandLCD() 功 能：向1602写指令 说 明： 入口参数：WDLCD，BuysC 返 回 值：无 */void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC) /BuysC为0时忽略忙检测if (BuysC) ReadStatusLCD(); /根据需要检测忙LCD_Data = WCLCD;LCD_RS = 0;LCD_RW = 0; LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1; /* 函 数 名：ReadDataLCD() 功 能：从1602读数据 说 明： 入口参数：无 返 回 值：LCD_Data */unsigned char ReadDataLCD(void)LCD_RS = 1; LCD_RW = 1;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1;return(LCD_Data);/* 函 数 名：ReadStatusLCD() 功 能：读取1602状态 说 明：如果为忙，则一直等到非忙为止 入口参数：无 返 回 值：LCD_Data */unsigned char ReadStatusLCD(void)LCD_Data = 0xFF; LCD_RS = 0;LCD_RW = 1;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1;delay_18B20(200); /Delay5Ms(); /检测忙信号 proteus仿真时，延迟5MS，关闭while循环while (LCD_Data&Busy) /硬件使用时，不延迟，打开while循环return(LCD_Data);/* 函 数 名：LCDInit() 功 能：1602初始化 说 明： 入口参数：无 返 回 值：无 */void LCDInit(void)LCD_Data = 0;WriteCommandLCD(0x38,0); /三次显示模式设置，不检测忙信号Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,0);Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,0);Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,1); /显示模式设置,开始要求每次检测忙信号WriteCommandLCD(0x08,1); /关闭显示WriteCommandLCD(0x01,1); /显示清屏WriteCommandLCD(0x06,1); / 显示光标移动设置WriteCommandLCD(0x0C,1); / 显示开及光标设置/* 函 数 名：DisplayOneChar() 功 能：按指定位置在1602显示一个字符 说 明：X为列，Y为行，DData为字符 入口参数：X，Y，DData 返 回 值：无 */按指定位置显示一个字符void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData)Y &= 0x1;X &= 0xF; /限制X不能大于15，Y不能大于1if (Y) X |= 0x40; /当要显示第二行时地址码+0x40;X |= 0x80; /算出指令码WriteCommandLCD(X, 0); /这里不检测忙信号，发送地址码WriteDataLCD(DData);/* 函 数 名：DisplayListChar() 功 能：按指定位置在1602显示一串字符 说 明：X为列，Y为行，*DData为字符串 入口参数：X，Y，DData 返 回 值：无 */void DisplayListChar(unsigned ch
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