毕业设计（论文）-基于称重法实现的硬币计值与计数装置.doc

编号： 毕业设计说明书题 目：基于称重法实现的硬币计值与计数装置 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 0801130533 指导教师： 职 称： 讲 师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年5月20日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 4 页摘 要由于各种新型的自动支付系统的不断出现，硬币运用的领域还在进一步的扩大，这也使得硬币的使用量与日俱增。因此，对不确定数量硬币进行计值和计数来取代手工计数和计值就成为我们需要去解决的问题。这就需要研制基于称重法实现的硬币计值和计数装置。整个设计以STC89C52RC为控制核心，实现称重的基本控制功能。系统硬件部分可以分为单片机部分、数据采集、人机交互界面、通讯接口四大部分。STC89C52RC部分包括最小系统和复位电路；数据采集由500g称重传感和24位A/D转换HX711芯片部分构成；人机交互界面由1602液晶显示器和按键输入；通讯接口部分采用了RS232通讯技术。软件部分应用了C语言进行编程，实现称重功能和显示功能，用C+实现了上位机界面的显示。本硬币计数计值装置可以实现对1元人民币硬币的基本称重计数功能，可以显示币值的大小，以及硬币的数量。同时还扩展了兼顾其他硬币测试，超重报警的功能，串口通讯功能。使用较为简单，具有一定的应用价值。关键词：单片机；称重传感器；HX711芯片；1602液晶；串口通信AbstractBecause all sorts of new type of automatic payment system appear constantly, , the area of the use of coins is still further expanded, which also makes the use of coin is growing rapidly. Therefore, the number of uncertainty for coins count and count value to replace manual count and count value become the problem we need to solve. This needs to be developed the device which based on the weighing method to realize COINS count value and counting.The entire design with STC89C52RC as the control core, to realize the basic control function weighing. The hardware of the system can be divided into the four most: the microcontroller, data acquisition, man-machine interface, communication interface. The STC89C52RC, including the smallest parts of the system and reset circuit; data acquisition by the 500g weight sensing and 24-bit A/D converter the HX711 chip section constitute; the man-machine interface by 1602 LCD display and key input; Communication interface part adopts the RS232 communication technology. Software of C programming to realize the weighing function and display function, using C+ to realize the PC interface display. This coin counting device can achieve the basic weighing count function of count value of 1 yuan coin, can show which coin is it, and the number of COINS. Also extended the other COINS test, the overweight alarm functions, the serial communication functions. The device is simple to use, and has certainly application value.Key word: microcontroller;load cell;HX711 chips;1602 LCD display;Serial communication目 录引言11 设计内容和意义11.1 设计要求11.1.1基本要求11.1.2创新特色11.2 系统设计思路11.3 设计的意义与目的22 系统方案选择和论证22.1 称重传感器的选择22.1.1称重传感器的方案选择22.1.2电阻应变式传感器介绍32.1.3称重传感器参数42.2 A/D芯片的选择52.2.1A/D芯片的方案选择52.2.2 HX711芯片介绍52.3 显示器的选择62.4 单片机的选择72.5 总体方案设计72.6 本章小结83 系统硬件模块设计83.1 前端信号的采集、处理、转换模块83.1.1信号采集采用称重传感器83.1.2信号转换用HX711模块93.2 单片机电路103.2.1STC89C52RC的介绍103.2.2单片机电路部分123.3 显示模块133.3.1 1602 LCD133.3.2显示电路的硬件设计153.4 报警模块163.5 串口通信模块163.5.1MAX232芯片163.5.2RS-232串行接口介绍173.5.3串口通信电路183.6 本章小结194 软件程序设计194.1 系统主流程图194.2 AD数据采集及处理子程序204.3 按键选择处理程序214.4 下位机程序实现224.5 上位机显示实现224.6 本章小结235 调试分析235.1 硬件安装235.2 电路调试235.2.1硬件测试245.2.2软件调试245.2.3测试分析255.3 系统设计的发展前景及改进266 总结266.1 论文总结266.2 感想27谢 辞29参考文献30附 录31附录一：系统原理图31附录二：系统PCB图32附录三：装置外观图33附录四：单片机程序34附录五：上位机串口通信程序40 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 42 页 共 41页引言硬币是一种世界范围内最常用的流通货币之一，硬币广泛地用在商业、交通、通讯、娱乐以及各种自动售货、付费系统中。由于各种新型的自动支付系统的不断出现，硬币支付的领域还在进一步的扩大，这也使得硬币的使用量增大。在这么一个庞大的背景下，对硬币的计值和计数的时间也提出了要求，若是人工进行计值和计数，不但会没有效率，计算错误的可能性也很大。因此，对不确定数量硬币进行计值和计数就成为我们需要去解决的问题。而高智能化的硬币计值与计数装置必有其广阔的前景。所以也就出现了硬币计数装置。市面上现有硬币计值与计数装置，多用于超市、商场、银行等部门工作人员硬币计数，能减少了工作强度，提高了工作效率。我们知道同种类型的硬币的都有一个固定重量，利用这一重量，我们就可以来计算出总硬币的重量，智能而且精准的得出硬币的币值和数量。在大量计算硬币数目时候就非常的快速和方便了，提高使用者计算的效率。1 设计内容和意义1.1 设计要求1.1.1基本要求（1）以1元硬币为设计对象，可以测币值的大小与数量。（2）可以显示所称的物体的数量和个数。1.1.2创新特色（1）除了可以称1元人民币之外，增加称量5角和1角两种硬币。（2）当物品重量超过量程时，具有超重报警功能。（3）用1602显示币值与数量。（4）用上位机显示出币值与数量。1.2 系统设计思路基于称重法实现的硬币计值与计数装置是能够用称重传感器来称量硬币的重量，从而将重量转化为相应的币值和个数的。并在LCD和上位机上显示出来。按照设计要求，系统硬件部分可以分为单片机控制部分、数据采集（包括称重传感器、A/D转换电路）、人机交互界面（显示电路和按键）、串口电路四大部分。此基于单片机的硬币计数计值装置工作原理是利用称重传感器称得出硬币的固定质量相对应的信号电压， ADC采样将电压信号转换成数字信号后送入单片机。单片机对数字信号进行处理，单片机控制显示器，输出显示相对应的硬币的数量与币值。若超过了规定的重量，报警电路会使蜂鸣器报警，反正则能正常测量。单片机串口还能与PC机进行通讯，实现在上位机显示。此装置摆脱了传统的硬币计数计值，使得硬币高效准确的计值和计数。称重传感器及单片机是该硬币计值与计数装置的核心，而A/D转换是设计部分的难点，根据功能的需要，选择合适、精确、经济的称重传感器、单片机和A/D转换芯片都是至关重要的，接下来是进行方案的论证，将会对称重传感器、单片机和A/D芯片进行详解。1.3 设计的意义与目的硬币在诸多领域中广泛运用使得硬币的使用量也随之增长。硬币使用量的增长同时对硬币的迅速识别与计算要求也提高了。以往都是以人工来手动计数与计值，随着硬币使用量越来越多，如何将回收的大量硬币在短时间内快速有效的计值和计数成为关注的问题。随着电子技术迅速发展，也就出现了硬币的识别与计数装置。通过称重法研制的硬币的自动计数和计值装置可以取代手工计值好计数，使得硬币高效准确的计值和计数，为人们省去很多机械烦琐的体力工作，节约了时间和精力，也使得了许多领域的工作更加简单方便省时，保障了人类智慧能够最大限度的发挥。对社会经济的发展起到了积极促进的作用。基于称重法实现的硬币计值与计数装置可以用在银行、商店、电玩、超市、地铁等领域。使用简单，为人们省去很多机械烦琐的体力工作，节约了时间和精力，也使得了许多领域的工作更加简单方便省时，在一定范围内提高了生产力。2 系统方案选择和论证在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计硬币计值与计数装置的方案的选取都有几种，下面，我们一一进行选择比较，选取合适的方案进行设计。2.1 称重传感器的选择2.1.1称重传感器的方案选择称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力-电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。称重传感器的选型应根据应用情况入手，从传感器支撑点的数量、量程、精度等级、环境适应性等几个方面进行选择。能够实现力-电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和压电式等。方案一：采用压电传感器压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、体积小、工作可靠和重量轻等。缺点是不能用于静态测量，某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要对外接电路要求很高。方案二：采用电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种用金属弹性体做为弹性元件通过粘贴在弹性体敏感部位的电阻应变计组成的电桥，并在外加电源激励下可以将力转换为电信号的测量装置。电阻应变式传感器的优点是精度高，适用面广，寿命长，结构简紧凑，频响特性好，抗偏载能力强，能够在相对比较差的环境下工作，易于实现小型化、整体化，价格便宜等。缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它在自动测试和控制技术中得到了广泛地运用。综合以上两种方案，采用方案二电阻应变式传感器。一个硬币的标准重量为6.05g，是比较小的质量，所以要求精度比较高。其次，我们也需要该传感器能在比较多的场合中使用。所以根据设计实际情况，经过比较，觉得电阻应变片型传感器比较适合。2.1.2电阻应变式传感器介绍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。弹性体在外力的作用下产生形变，电阻应变片变形后，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，把这一个电阻值变化为电信号，此输出与外载荷成正比的电信号，从而完成了将力转换为电信号的过程。电阻应变片式电阻为电阻式传感器的核心元件。电阻应变片的接法如图2.1所示电桥，当电桥四个臂上接工作应变片都参与机械变形，同一温度场，温度影响相互抵消，电压输出灵敏度高。应变计初始化阻值是R1R2R3R4，且其变化值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2.1 电阻应变式传感器的电路工作原理图图中，电桥的一个对角线为接入电压Ui，另一个对角线为输出电压Uo。其特点是：电桥能够精确地测量微小的电阻变化，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。为了测量的准确性，在实测时应使电桥平衡，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。弹性体的功能一是承受称重传感器所受到的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡，二是产生一个高品质的应变场，使电阻应变片完成转换任务。测量电路是把电阻应变片的电阻变化量转换为电压输出，是电子秤设计电路中是重要的环节，在制作的过程中应尽量调整好测量的范围的精确度，以减小测量数据的误差。电阻应变式传感器在安装过程中时要按悬臂梁方式安装，本次设计所采用传感器安装示意图如图2.2所示。在安装使用过程中，严禁超载。如果在外力撤除后不能恢复原状，发生塑性变形，则传感器损坏。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，电阻应变式传感器必须在规定的温度范围内使用。图2.2 应变式传感器安装示意图2.1.3称重传感器参数通过比较，选择了电阻应变片型传感器。本次设计主要是用该称重传感器来称量硬币的，一般测60颗左右，所以选择了量程500g称重传感器，它具有灵敏度高、响应快、使用寿命长且成本低廉等优势，满足本系统的要求。本设计所使用的称重传感器的参数如表2.1所示：表2.1 称重传感器的主要技术参数参数数值参数数值额定载荷:500G非线性:0.05%F.S综合误差:0.05%F.S滞后:0.05%F.S灵敏度:500g载荷0.60.8mv/v重复性:0.05%F.S绝缘电阻:2000M零点温度影响:0.05%F.S安全过载范围:150%(%F.S)蠕变:0.05%F.S/3min输入阻抗:100050灵敏度温度影响:0.2F.S/10输出阻抗:100050零点输出:0.1(mV/V)激励电压:5-12VDC 推荐激励电压:5-10V四根接线的定义分别是：红色线为电源正极输入端，黑色线为电源负极输入端，绿色线为信号输出正极端，白色线为信号输出负极端。2.2 A/D芯片的选择2.2.1A/D芯片的方案选择在选择单片机数据采集常用的外围器件A/D芯片时，对A/D转换器的位数，转换速率，灵敏度和精度，相关的引脚，工作电源电压，与其他器件是否匹配，性价比等都要进行相关的考虑选择。方案一：采用AD0809做为A/D转换芯片。ADC0809是分辨率为8位的控制逻辑CMOS组件，对选通的输入信号进行A/D转换。在输入模拟量时，信号需是单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；且在转换过程中应该保持模拟量不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。方案二：采用HX711做为A/D转换芯片。HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D 转换器芯片。该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。综合以上两种方案，采用HX711做为A/D转换芯片。考虑到在本系统中，因为硬币质量比较小，所以需要转换精度较高。HX711的A/D转换的位数比较高，其决定了分辨率比较高。而且该芯片有集成度高、成本低，电路简单等诸多优点。价格比较合适。所以就选择了专用型高精度24位A/D转换芯片HX711。2.2.2 HX711芯片介绍专用型高精度24位A/D转换芯片HX711与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机初始化过程。专用型高精度24位A/D转换芯片HX711的管脚说明如图2.3所示： 图2.3 HX711的管脚图主要特点：（1）模拟输入：通道A模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。由于桥式传感器输出的信号较小，增益为128 或64，所对应的满量程差分输入电压分别20mV 或40mV。通道B 应用于包括电池在内的系统参数检测。（2）片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D 转换器提供模拟电源。如果不使用芯片的稳压电路，管脚VSUP与管脚AVDD相连，并接入2.65.5V的模拟电源。 （3）片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟。将管脚X1接地，则HX711自动选择使用内部时钟，并自动关闭外部时钟输入和晶振相关电路。 （4）简单的数字控制和串口通讯：所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程。串口通讯由管脚PD_SCK 和DOUT 组成，用来输出数据，选择输入通道和增益。（5）芯片上电时，自动复位电路会使芯片自动复位。由管脚PD_SCK输入来控制芯片断电。（6）耗电量（含稳压电源电路）：典型工作电流：1.7mA, 断电电流：1A。 2.3 显示器的选择在选择显示时，我们要考虑到我们所选的显示器首先要能完成显示我们所要求的硬币的质量，硬币的个数和币值。其次是显示电路是否简单合适，工作电源电压，与其他器件是否匹配，编程是否简便等都要进行相关的考虑选择。方案一：采用LED数码管显示。LED数码管可以完成显示被测物质量、单价的任务，电路容易理解，驱动程序简单，并且经济耐用。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，而且要比较多的七段译码器驱动显示，占单片机多个I/O口等缺点。方案二：采用1602LCD液晶屏显示。1602LCD液晶屏除了可以显示被测物质量、单价等，因为它具有字符显示的功能，还可以显示相应我们想要显示的信息，符号等，信息量丰富且易于观察。另外，液晶显示有环保，低功耗，体积小，质量轻，寿命长，美观，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。2.4 单片机的选择在选择单片机时，要考虑到我们所选的单片机是否能够做为主控系统来对整个系统进行控制，还要考虑到器件的价格、现有资源和对器件的掌握程度，控制器模块来进行选择。方案一：采用AT89C52单片机为主控系统。AT89C52是ATMEL公司生产一个低电压，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），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，可以提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52与MCS-51系列的单片机兼容，但是速度慢，不支持ISP在线编程技术，而需要V8仿真器烧写程序，仿真器价格昂贵，程序存储容量为8KB。方案二：采用STC89C52RC单片机为主控系统。STC89C52RC单片机是宏晶科技生产新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，用户应用程序空间为8K字节，片上集成512字节RAM，抗干扰能力强。支持ISP在线编程技术，无需专用编程器，无需专用仿真器，可以直接用串口下载，使用起来方便，与仿真器相比，降低了成本。综合以上二种方案分析，采用STC89C52RC单片机为主控系统。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。所以选择的芯片都是我们熟知的，以上两种单片机编程都是通用的，但是在下载程序方面，STC89C52RC支持串口在线编程，较为方便。STC在价格方面也便宜。基于以上考虑，最后选择了STC89C52RC单片机。2.5 总体方案设计根据系统功能的要求和系统构成的需要来设计硬币计值与计数装置，经过以上各部分的方案论证与比较，综合考虑，我们选择出认为比较合适的总体方案。选用STC89C52RC作为CPU控制器，HX711作为A/D转换芯片，LCD1602作为显示器件，500g称重传感器为所选的传感器。总体的系统框图如图2.4所示。电阻应变片式称重传感器1602LCD显示报警电路CPUSTC89C52RC按键高增益24位A/D转换芯片HX711上位机图2.4 系统的硬件结构框图此方案设计的硬币计值与计数装置，以STC89C52RC为控制核心，电阻应变片式称重传感器测的硬币的质量转换为模拟电信号，经专用型高精度24位A/D转换芯片HX711组成的A/D转换电路处理前端信号后，将转换的电压值传递给STC89C52RC单片机进行控制处理，CPU实时并将结果送液晶显示器，显示则采用了1602LCD显示器，通过按键来切换测量的类型，通过报警电路来实现超重报警。再配以其他相关元器件来实现硬件电路的设计完成此课题。这种方案不仅满足了设计要求，信息量丰富且直观易懂，也加强了人机交换的能力。2.6 本章小结本章介绍了基于称重法的硬币计值与计数装置设计所需要的称重传感器，并对其安装方法和参数进行介绍。同时，对于本设计所需要的A/D芯片、显示器件和单品机的方案进行选型。最后得出总体的设计方案。3 系统硬件模块设计系统硬件部分包括数据采集，单片机控制部分，液晶显示，报警，串口通信等部分。数据采集、处理和转换部分由称重传感器和为高精度称重传感器而设计的转换电路组成。串口通信由PC机与单片机通信，主要是由MAX232实现。3.1 前端信号的采集、处理、转换模块本电路由信号的采集和信号的处理转换两大部分组成,信号采集采用称重传感器采集硬币的重量。信号的处理转换则采用HX711A/D转换模块来实现对所采集的重量进行模数转换，转换成电压。下面对这两部分进行介绍。3.1.1信号采集采用称重传感器在设计过程中，我们使用500g称重传感器来测量所需要知道的硬币的质量，再用A/D把测量的质量转换为电压。而称重传感器要按照正确的按悬臂梁方式安装使用，其使用方法前面已经介绍过，这就不具体说明了。称重传感器称重量这一步骤就属于前端信号采集。之后，将测的重量通过引脚连接到A/D转换部分进行信号处理，这一过程通过引线传输实现，下面我们来看下其引脚图。称重传感器的引脚图如图3.1所示：图3.1 称重传感器引脚图电源部分的传送用红、黑两条线提供：电源正极输入端是红色线端，电源负极输入端是黑色线端。信号传输部分是用绿、白两条线传送：信号输出正极端是绿色线端，信号输出负极端是白色线端。3.1.2信号转换用HX711模块前端信号采集即称重传感器称了重量之后，就将进行信号的处理和转换部分，这一部分主要是用HX711A/D模块来完成的。专用型高精度24位A/D转换芯片HX711有着编程简单，片内有可编程放大器，集成度高，相应速度快等优点。下面对设计过程中的HX711芯片和外围器件组成的模块进行了解。HX711转换模块电路图如图3.2所示：图3.2 HX711转换模块电路图从图中可以看到：（1）图中，称重传感器的白色信号输出负极端S-引脚接入HX711芯片的INNA通道A的负输入端，称重传感器的绿色信号输出正极端S+引脚接入HX711芯片的INPA通道A的正输入端，而HX711芯片的通道B则接地。这说明了我们选择了通道A模拟差分输入直接与桥式传感器的差分输出相接。通道B未用。（2）图中将管脚VSUP与管脚AVDD相连，即电源则接入与单片机芯片相同供电电源。称重传感器的电源正极输入端E+与AVDD相连供电，称重传感器的电源负极输入端E-与地线相连。（3）图中将管脚X1接地，即HX711自动选择使用内部时钟。（4）HX711芯片由串口时钟输入信号管脚PD_SCK 和数据输出管脚DOUT 分别接入单片机的P1.6和P1.7口相接进行数据的传输。单片机来控制这这两个管脚的输出数据，选择输入通道和增益。所有控制信号由管脚驱动，无需对HX711芯片内部的寄存器编程。在单片机控制信号转换模块时候，是对PD_SCK 和DOUT的编程来控制转换，所以，需要了解单片机如何通过PD_SCK 和DOUT端对转换模块控制。单片机对PD_SCK输入控制HX711的断电。当PD_SCK为低电平时，HX711芯片处于正常工作状态。当PD_SCK从低电平变高电平并保持在高电平，HX711芯片进入断电状态。转换器未准备好输出数据，数据输出管脚DOUT 为高电平，串口时钟输入信号PD_SCK 应为低电平。当DOUT 从高电平变低电平后，PD_SCK 应输入25 至27 个不等的时钟脉冲。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24 位数据的最高位（MSB），直至第24 个时钟脉冲完成，24 位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。第25至27 个时钟脉冲用来选择下一次A/D 转换的输入通通道和增益。HX711芯片改变增益时或从复位或断电状态进入正常状态后，A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。3.2 单片机电路3.2.1STC89C52RC的介绍（1）STC89C52RC主要特性如下：1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；2. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）；3. 工作频率范围：040MHz，实际工作频率可达48MHz；4. 用户应用程序空间为8K字节；5. 片上集成512字节RAM；6. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成；8. 具有EEPROM功能；9. 具有看门狗功能；10. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2；11. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；（2）STC89C52RC芯片的引脚说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。并要外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。对端口写入1时，通过上拉电阻把端口拉到高电位，可用作输入口。P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入P1.1/T2EX）。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。对端口写入1时，通过上拉电阻把端口拉到高电平，可用作输入口。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。对端口写入1时，通过上拉电阻把端口拉到高电位，可用作输入口。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，P3.0作为串行输入口RXD；P3.1 作为串行输出口TXD；P3.2作为外部中断INT 0；P3.3作为外部中断1 INT 1；P3.4作为定时器0的外部输入T0；3.5作为定时器1的外部输入T1；P3.6作为外部数据存储器写选通WD；P3.7作为外部数据存储器读选通RD。RST复位键（9脚）：当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。PSEN（29脚）：单片机对片外ROM操作时，外部程序存储器选通信号。ALE/PROG （30脚）：地址锁存器地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。EA（31脚）：访问外部程序存储器控制信号。高电平时取片内程序，低电平时则取片外程序。3.2.2单片机电路部分单片机电路主要由最小系统及外围电路等组成。设计时，把P0口作为1602LCD的数据端；P1口的P1.6、P1.7管脚分别接高精度高增益24位A/D芯片HX711的时钟输入端口PD_SCK和数据输出端口DOUT，作为A/D转换后的信号输入端；P2口的P2.1管脚连接报警电路； P2.3管脚连接按键；P2.5、P2.6、P2.7做为LCD1602的控制接口；RST作为按键复位端口；XTAL1与XTAL2管脚连接晶振。在本次设计中，单片机电路组成图如图3.3所示：图3.3 单片机电路组成图（1）时钟电路单片机的时钟电路由单片机的晶振谐振器XTAL1与XTAL2管脚外接的一只晶振和两只起振电容电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。本系统采用18.432MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。（2）复位电路复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这状态开始工作，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路和上电复位以重新启动。在本电路中用的是高电平复位，通常在单片机的复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到地，由此形成一个RC充电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位,最后回归到低电平进入正常工作状态。本设计中采用上电复位和按键复位都有效。上电复位要求接通电源之后，单片机自动实现复位。开机瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。另为在单片机运行期间还可以通过按键完成复位工作。本设计除了硬件上的复位电路，在软件的编程过程中，也注意置上电复位，来防止系统进入死循环。（3）按键单片机的P2.3管脚接上一个按键。这一个按键通过编程控制，用来做切换硬币的模式。3.3 显示模块1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。1602是指显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的。内带字符发生器的控制器，可以让控制器工作在文本方式，根据LCD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显示所需字符。3.3.1 1602 LCD(1)1602 LCD的结构字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，本次设计所用的是16个管脚的LCD。多出来的2条线是背光源线。管脚结构图如图3.4所示：图3.4 1602LCD的结构图1脚：VSS为地电源。2脚：VDD接5V正电源。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，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。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。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。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。714脚：D0D7为8位双向数据线。15脚：背光源正极。16脚：背光源负极(2) 1602LCD指令说明及时序1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）我们可以从控制命令表3.1看到其指令操作等。表3.1 1602LCD控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。下面介绍了1602的工作时序情况：读状态输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字；写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无；读数据输入：RS=H，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=数据；写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无。3.3.2显示电路的硬件设计显示电路部分的设计是用1602液晶显示器显示，该电路设计如图3.5所示：图3.5 LCD1602的结构图图中，VL为液晶显示器对比度调整端，通过使用一个10K的电位器调整对比度。1602LCD的数据端（714管脚）接入单片机的P0口；LCD16024脚RS为寄存器选择管脚，R/W为读写信号管脚和E端为使能端接入单片机的P2.5、P2.6、P2.7端口。1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的，编程时参考上面的指令来进行字符的读写操作。3.4 报警模块在单片机应用的设计上，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警。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，将蜂鸣器的正极接接三极管8550的集电极，负极接地，8550的基极串联一个500欧的电阻再接到单片机的P2.1口，当P2.1为高电平时，8550无法导通，蜂鸣器不叫，当P2.1为低电平时，8550导通，蜂鸣器报警。报警设计如图3.6所示：图3.6 报警电路原理图3.5 串口通信模块为了让控制系统与计算机之间可以进行数据相互传递，本系统采用MAX232芯片组成的电路与RS232串行口相连，通过编程实现单片机与上位机之间的通信。下面我们介绍MAX232芯片和串口通信的相关知识。3.5.1MAX232芯片MAX232是一种把电脑的串行口RS232信号电平（-10，+10V）转换为单片机所用到的TTL电平（0，+5V）的芯片。下面介绍一下MAX232的特性。MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用单电源供电。它在EIA/TIA2232E标准串行通信接口中日益得到广泛的应用，采用双列直插封装形式、接收器输出为三态TTL/CMOS等优越性。该器件包含 2 驱动器，2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5-V TTL/ CMOS 电 平。每一个发送器将 TTL/ CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。MAX232的管脚及其内部电路图如图3.7所示。图3.7 MAX232管脚及其内部电路图MAX232内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。在一般需要串行通信的系统中使用，MAX232外围需要4个电解电容，是内部电源转换所需电容，宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。3.5.2RS-232串行接口介绍目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。9针串口（DB9）的针号图如图3.8所示。图3.8 串口通讯的接口管脚9 针串口（DB9）针号功能说明：1针数据载波检测DCD；2针接收数据RXD；3针发送数据TXD； 4针数据终端准备DTR；5针信号地GND；6针数据设备准备好DSR；7针请求发送RTS；8针清除发送CTS；9针振铃指示DELL。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k。所以RS-232适合本地设备之间的通信。实际应用中，设计者在设计计算机与外围设备的通信时，通常在9针的基础再简化，只用其中的2、3、5这三个管脚进行通信。这三个管