基于单片机的电子秤的设计.doc

四川信息职业技术学院 毕业设计说明书 论文 设计 论文 题目 基于单片机的电子秤的设计 专 业 应用电子技术 班 级 应电 12 3 学 号 1111111 姓 名 某某某 指导教师 某某某 二 一四年十一月二十五日 四川信息职业技术学院毕业设计 论文 任务书四川信息职业技术学院毕业设计 论文 任务书 学 生 姓 名 某某某学号1111111班级应电 12 3专业应用电子技术 设计 或论文 题目基于单片机的电子秤的设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 副教授 设计 论文 内容 运用单片机技术知识 技能设计一个简易电子秤 功能要求 1 用 LED 液晶显示屏显示被称物体的质量 2 当物体超重时可以自动报警 3 用 EWB 软件进行仿真或制作实物 要求完成 选择各单元电路结构并阐述工作原理 绘制整机电路原理图 A4 图纸 写出 C 语言源程序 准 确计算或估算电路参数 正确选择电路元件与设备 给出元件 设备明细表 设计说明书 要求准确 阐述电路选择依据 反映计算方法 元件 设备选择等设计过程 并使用软件进行仿真或制作实物 进度安排 第 1 周 列出任务表查找资料 选择参考方案 第 2 4 周 确定方案 画仿真图 电路图 编辑程序 列出元器件清单表 第 5 8 周 收集资料 第 9 11 周 整理报告 确定初稿 第 12 13 周 检查定稿 准备答辩 第 14 周 答辩 主要参考文献 资料 写清楚参考文献名称 作者 出版单位 1 张毅刚 MCS 51 单片机应用设计 哈尔滨工业大学出版社 2 潘新民 微型计算机控制技术 人民邮电出版社 3 朱鸿彪 实用电子制作 人民教育出版社 4 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 5 李建忠 单片机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社 6 朱宇光 单片机应用新技术教程 北京 电子工业出版社 审 批 意 见 教研室负责人 年 月 日 备注 任务书由指导教师填写 一式二份 其中学生一份 指导教师一份 目目 录录 摘 要 1 绪 论 2 第一章 方案设计与论证 3 1 1 方案选择 3 1 2 方案论证 4 第二章 硬件设计与分析 5 2 1 单片机最小系统 5 2 1 1 芯片介绍 5 2 1 2 时钟电路设计 7 2 1 3 复位电路设计 8 2 2 信号采集模块 9 2 2 1 传感器的选择 9 2 2 2 传感器的选择 9 2 3 数据转换电路 10 2 3 1 A D 转换器的选择 10 2 3 2 ADC0832 的介绍 11 2 3 3 单片机对 ADC0832 的控制原理 11 2 4 声光报警电路 12 2 5 显示电路 13 2 6 整机电路 13 第三章 软件设计 14 3 1 主程序流程图 14 3 2 模数转换子程序 15 3 3 报警子程序设计 15 3 3 报警子程序设计 16 第四章 系统仿真与调试 18 4 1 常用调试工具 18 4 2 PROTEUS电子秤的工作过程 18 结 论 20 参考文献 21 附录 1 整机电路图 22 附录 2 程序清单 23 附录 3 元器件清单表 29 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 用在了电子称重的控制系统中 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 AT89C51 单片机为主控芯片 辅以传感器采集模块 声光报警电路 电 源供电模块 显示电路模块 数据转换模块等构成智能称重系统 从而实现自动称重 系统的称重功能 声光报警功能 硬件部分主要由单片机 AT89C51 LCD AD 转换 器 压力传感器 蜂鸣器等基本外围电子电路组成 可以说 此设计所完成的电子秤很 大程度上满足了应用需求 此电子秤具备备了功能多 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 关键词 传感器采集 液晶显示 数模转换 声光报警 绪 论 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 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 本文设计的电子秤以单片机为主要部件 用汇编语言进行软件设 计 硬件则以电阻传感器为主 测量 0 5Kg 电子秤 随时可改变上限阈值 并达到阈 值报警的功能 称重传感器输出的电量是模拟量 数值比较小达不到 A D 转换接收的 电压范围 所以送 A D 转换之前要对其进行前端放大 整形滤波等处理 然后 A D 转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示 其数据显示部分采用 LCD 显示 成本 低且能很好地实现所要求的功能 本次课设完成的电子秤的主要优点是 1 实时测量 与监控 2 阈值修改与重设功能 3 超值报警功能 4 测量精度高 5 显示速度 快 准确 本文设计的电子秤虽然是一个极其简单的智能仪器 但是通过它可以更深入的了 解智能仪器的工作原理以及其优异的性能 第一章 方案设计与论证 本设计方案采用内部含 Flash 存储器的单片机 AT89C51 作为核心部件 并配以时 钟电路 复位电路 显示电路 声光报警电路 采集电路 显示电路 成功实现重量 显示 从而达到设计要求 电子秤的工作原理如下 当物体放在秤盘上时 压力施给传感器 该传感器发生 形变 从而使阻抗发生变化 同时使用激励电压发生变化 输出一个变化的模拟信号 再将该信号输出到模拟转换器 转换成便于处理的数字信号输出至单片机 单片机进 行处理 运算后将结果送至显示器进行显示 1 1 方案选择 在设计系统时 针对要实现的功能来设计电子秤的方案有以下俩种 方案一 本方案由时钟电路 复位电路 数据采集电路 数码管显示电路 单片 机以及声光报警电路组成 是在系统工作原理的基础上进行了扩展 增加外界对单片 机内部的数据设定 使电子秤实现称重的功能 这种方案 硬件部分简单 接口电路 易于实现 并且在编程时大大减少了程序量 设计其方框图如图 1 1 所示 时钟电路 复位电路 数据采集电路 数码管显示电路 声光报警电路 单 片 机 方案二 本方案由时钟电路 复位电路 数据采集电路 LCD 显示电路 A D 转 换 单片机以及声光报警电路组成 此方案前端信号处理时 选用信号转换等措施 尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的 LCD 显示器 这种方案不仅加强了人机 图 1 1 方案一方框图 交换的能力 而且显示位数全面 其方框图如图 1 2 所示 单 片 机 时钟电路 复位电路 LCD 显示电路 声光报警电路 AD 转换电路 数据采集电路 1 2 方案论证 方案一设计的电子秤 可以实现称重功能 但是局限于数码管的功能 在显示时 有精度局限 在显示重量时 如果数码管没有足够的位数 那么称量物体重量的精度 必受到限制 此方案需要较多的数码管接入电路中 这样在处理输入输出接口时需要 另行扩展足够多的 I O 接口供数码管使用 比较麻烦 而 LCD 显示器则大大节省了 I O 口的运用 显示位数更多 精度也更高 满足设计要求 另一方面 方案一在前端 信号处理不够周到 而方案二在前端信号处理时 多了 A D 转换措施 能够有效地处 理信号 常符合设计要求 鉴于本电子秤设计的功能要求 所以在具体设计时采用了第二种设计方案 图 1 2 方案二方框图 第二章 硬件设计与分析 电子秤系统是由单片机最小系统 数据处理电路 数据采集电路 声光报警电路 显示电路和稳压电源等组成 电子秤系统电路原理图见附录 1 所示 2 1 单片机最小系统 电路最小系统由单片机 时钟电路 复位电路组成 它是电路工作的最基本的单 元电路 任何单片机基于单片机的设计系统都离不开它 2 1 1 芯片介绍 AT89C51 单片机包含中央处理器 程序存储器 ROM 数据存储器 RAM 定时 计数器 并行接口 串行接口和中断系统等几大单元及数据总线 地址总线和控制总 线等三大总线 中央处理器 中央处理器 CPU 是整个单片机的控制核心部件 完成运算和控制功能 CPU 有 运算器和控制器组成 它是 8 位数据宽度的处理器 能处理 8 位二进制数据或代码 CPU 负责控制 指挥和调度整个单元系统协调的工作 完成运算和控制输入输出功能 等操作 内部数据存储器 RAM 8051 内部共有 256 个 RAM 单元 其中有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个 专用寄存器单元 它们是统一编址的 专用寄存器只能用于存放控制指令数据 用户 只能访问 而不能用于存放用户数据 所以 用户能使用的 RAM 只有 128 个 可存放 读写的数据 运算的中间结果或用户定义的字型表 内部程序存储器 ROM 89C51 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM 用于存放用户程序 原始数据或表格 定时 计数器 89C51 有两个 16 位的可编程定时 计数器 以实现定时或计数产生中断用于控制程 序转向 并行输入输出 I O 口 89C51 共有 4 组 8 位 I O 口 P0 P1 P2 或 P3 用于对外部数 据的传输 全双工串行口 89C51 内置一个全双工串行通信口 用于与其它设备间的串行数据传送 该串行 口既可以用作异步通信收发器 也可以当同步移位器使用 中断系统 89C51 具备较完善的中断功能 有两个外中断 两个定时 计数器中断和一个串行 中断 可满足不同的控制要求 并具有 2 级的优先级别选择 时钟电路 89C51 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路 用于产生整个单片机运行的脉冲时序 但 89C51 单片机需外置振荡电容 单片机的引脚说明 89C51 系列单片机采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构 下图是它们的引脚配置 40 个引脚中 正电源和地线两根 外置石英振荡器的时钟线两根 4 组 8 位共 32 个 I O 口 中断口线与 P3 口线复用 其引脚排列如图 2 1 所示 图 2 1 单片机引脚排列图 控制引脚介绍 1 ALE 系统扩展时 P0 口是八位数据线和低八位地址先复用引脚 ALE 用 于把 P0 口输出的低八位地址锁存起来 以实现低八位地址和数据的隔离 2 PSEN 低电平有效时 可实现对外部 ROM 单元的读操作 3 EA 当 EA 信号为低电平时 对 ROM 的读操作限制在外部程序存储器 而 挡 EA 为高电平时 对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始的 并可延至外部程序 存储器 4 RST 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效 用以 完成单片机的复位初始化操作 5 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振引线端 并行 I O 端口介绍 P0 端口 P0 0 P0 7 P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I O 端口 端口置 1 对端口写 1 时作高阻抗输入端 作为输出口时能驱动 8 个 TTL P1 端口 P1 0 P1 7 P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 端口 输出时可驱 动 4 个 TTL 端口置 1 时 内部上拉电阻将端口拉到高电平 作输入用 对内部 Flash 程序存储器编程时 接收低 8 位地址信息 P2 端口 P2 0 P2 7 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 端口 输出时可驱 动 4 个 TTL 端口置 1 时 内部上拉电阻将端口拉到高电平 作输入用 对内部 Flash 程序存储器编程时 接收高 8 位地址和控制信息 在访问外部程序和 16 位外部数据存 储器时 P2 口送出高 8 位地址 而在访问 8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内 容在此期间不会改变 P3 端口 P3 0 P3 7 P3 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 端口 输出时可驱 动 4 个 TTL 端口置 1 时 内部上拉电阻将端口拉到高电平 作输入用 除此之外 P3 端口还用于一些专门功能 如表 2 1 所示 表 2 1 P3 引脚的第二功能说明 P3 引脚兼用功能 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 申请 INT0 P3 3外部中断 1 申请 INT1 P3 4定时器 计数器 0 的外部输入 T0 P3 5定时器 计数器 1 的外部输入 T1 P3 6外部数据存储器写选通 WR P3 7外部数据存储器读选通 RD 2 1 2 时钟电路设计 单片机是一个复杂的同步时序电路 为了保证同步工作方式的实现 电路应在唯 一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作 时钟电路用于产生单片机的工作的所修 要的时钟信号 时钟可以由内部方式或外部方式产生 89C51 内部方式时钟电路 是 在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件 就能构成自激振荡电路 定时元件通常采 用石英晶体和电容组成的并联谐振电路 电容器 C1 和 C2 主要起频率微调作用 电容 值可选取为 30pF 左右或 40pF 左右 89C51 外部方式时钟电路是 XTAL1 接外部振荡器 XTAL2 悬空 对外部振荡信号无特殊要求 只要保证脉冲宽度 一般采用频率低于 12MHz 的方波信号 而此设计采用石英晶体内部时钟电路 如图 2 2 所示 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端 XTAL2 则是输出端 使用外部振荡器时 外部 振荡信号应直接加到 XTAL1 而 XTAL2 悬空 内部方式时 时钟发生器对振荡脉冲二分频 如晶振为 12MHz 时钟频率就为 6MHz 晶振 的频率可以在 1MHz 12MHz 内选择 电容取 30pF 左右 系统的时钟电路设计是采用的内部 方式 即利用芯片内部的振荡电路 AT89C51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别 是此放大器的输入端和输出端 这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器 外接晶 体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路 接在放大器的反馈回路中 对外接电 容的值虽然没有严格的要求 但电容的大小会影响震荡器频率的高低 震荡器的稳定 性 起振的快速性和温度的稳定性 因此此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz 电 容应尽可能的选择陶瓷电容 电容值约为 30pF 2 1 3 复位电路设计 复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态 单片机的工作就 是从复位开始的 当在单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时 单片机 内部就执复位操作 实际应用中 复位操作有两种基本的形式 一种是上电复位 另一种是按键复位 由于本次设计采用的是上电复位 这里只介绍上电复位 如图 2 3 所示 上电复位上电瞬间 电容充电电流最大 电容相当于短路 RST 端为高电平 自 图 2 2 时钟电路 动复位 电容俩端的电压达到电源电压时 电容充电电流为零 电容相当于开路 RST 端为低电平 程序正常运行 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 该电路典型的电阻和电容参数为 晶振为 12MHz 时 C1 为 10uF R1 为 8 2k 晶振为 6MHz 时 C1 为 22uF R1 为 1k 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态 之后 程序计数器 PC 0000H 程序从 0000H 地址单元开始执行 单片机启动后 片内 RAM 为随机值 运行中的复位操作 不改变片内 RAM 的内容 特殊功能寄存器复位后状态使确定的 P0 P3 为 FFH SP 为 07H SBUF 不定 IP IE 和 PCON 的有效值为 0 其余的特殊功能寄存器的状态均为 00H 相应的意义 为 P0 P3 FFH 相当于各口锁存器已写入 1 此时不但可以用于输出 也可以用于输 入 SP 07H 堆栈指针指向片内 RAM 的 07H 单元 第一个入栈内容将写入 08H 单元 IP IE 和 PCON 的有效位为 0 各中断源处于的优先级且均被关断 串行通信的波 特率不加倍 PSW 00H 当前工作寄存器为 0 组 2 2 信号采集模块 当物体放在秤盘上时 压力施给传感器 该传感器发生形变 从而使阻抗发生变 化 同时使用激励电压发生变化 输出一个变化的模拟信号 再将该信号输出到数据 处理模块 进行数据处理 2 2 1 传感器的选择 传感器对于系统至关重要 需要综合实际的需求和各类压力传感器的性能参数加 以选择 传感器属于精密部件 剧烈振动 自由落体 碰撞 过载 过压等等 都非 常容易造成传感器永久损坏或者影响精度和线性 目前常用的有 电容式压力传感器 压电式压力传感器 电阻应变式压力传感器 综合考虑 本设计要实现的电子秤的是绝对压力值 同时为了简化电路 提高稳定 性和抗干扰能力 需要使用具有温度补偿能力的电阻应变式压力传感器 本设计选用 MXP4115 压力传感器 其最大量程为 5Kg 图 2 3 按键复位电路 2 2 2 传感器的选择 MPX411 系列为压阻传感器是国家的最先进的单片硅压力传感器设计用于广泛的 应用范围 特别是那些采用微控制器或微处理器与 A D 输入 这种传感器结合先进的 微机械加工技术 薄膜金属化和两极处理 以提供成比例的一个准确的 高层次的模 拟输出信号所施加的压力 小型化和片上集成的高可靠性是工程师最合适的打算 MPX411 系列为压阻传感器提供差分和仪表应用 最大误差为 1 4 温度补偿 在 40 到 125 C 是优惠减少重量和体积比现有混合动力模块 有耐用的环氧 Unibody 的元素 专利的硅剪应力应变计 其管脚说明如表 2 2所示 表 2 2 MPX4115 管脚说明 123456 VOUTGNDVCCNCNCNC 如图 2 4 所示 本设计主要将传感器 1 2 脚接到 ADC0832 的 CH0 与 CH1 脚用于 获取模拟量 4 5 脚接数字地 3 脚接 VCC 5V 当我们改变传感器的模拟电压值时 相应的其 ADC 数据传给单片机的数字量会随之变化 在液晶显示屏显示的也不一样 2 3 数据转换电路 数据采集电路的作用就是将从采集电路接收到的模拟信号转换成便于处理的数字 信号 并输出至下级电路 2 3 1 A D 转换器的选择 A D 转换部分是整个设计的关键 这一部分处理不好 会使得整个设计毫无意义 目前 世界上有多种类型的 ADC 有传统的并行 逐次逼近型 积分型 ADC 也有近 年来新发展起来的 型和流水线型 ADC 多种类型的 ADC 各有其优缺点并能满足 图 2 4 信号采集电路 不同的具体应用要求 根据系统的精度要求以及综合的分析其优点和缺点 本设计采用了 12 位 A D 转换 器 ADC0832 ADC0832 为 8 位分辨率 A D 转换芯片 其最高分辨可达 256 级 可以 适应一般的模拟量转换要求 其内部电源输入与参考电压的复用 使得芯片的模拟电 压输入在 0 5V 之间 芯片转换时间仅为 32 S 据有双数据输出可作为数据校验 以 减少数据误差 转换速度快且稳定性能强 2 3 2 ADC0832 的介绍 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率 双通道 A D 转换芯片 由于它体积小 兼容性 性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎 其目前已经有很 高的普及率 ADC0832 为 8 位分辨率 A D 转换芯片 其最高分辩可达 256 级 可以适应一般的 模拟量转换要求 芯片转换时间仅为 32US 据有双数据输出可作为数据校验 以减少 数据误差 转换速度快且稳定性能强 其独立的芯片使能输入 使处理器控制更加方便 通过 DI 数据输入端 可轻易实 现通道功能的选择 其引脚功能如表 2 3 所示 表 2 3 ADC0832 引脚功能 2 3 3 单片机对 ADC0832 的控制原理 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线 分别是 CS CLK DO DI 引脚符号功能说明 1CS 片选使能 低电平使能 2CH0 模拟输入通道 0 或作为 IN 使用 3CH1 模拟输入通道 1 或作为 IN 使用 4GND 芯片参考零点位 5D1 数据信号输入 选择通道控制 6D0 数据信号输出 转换数据输出 7CLK 芯片时钟输入 8VCC REF 电源输入以及参考电压输入复用端 但由于 DO 端 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的 所以电路设计 时我们将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用 当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平 此时芯片禁用 CLK 和 DO DI 的电平可任意 当要进行 A D 转换时 须先将 CS 使能端置于低电平直到转换完全结 束 此时芯片开始转换工作 同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲 DO DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号 在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平 表示启始信号 在第 2 3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据 用于选择通道功能 其通道控制表 2 4 所示 表 2 4 通道控制表 DOD1对 CH0 进行单通道转换 00CH0 为正输入端 IN CH1 为负输入端 IN 01CH0 为负输入端 IN CH1 为正输入端 IN 10对 CH0 进行单通道转换 11对 CH1 进行单通道转换 到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用 此后 DO DI 端则开 始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取 从第 4 个脉冲下沉开始由 DO 端输出转换 数据最高位 DATA7 随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据 直到第 11 个脉冲 时发出最低位数据 DATA0 一个字节的数据输出完成 也正是从此位开始输出下一个 相反字节的数据 即从第 11 个字节的下沉输出 DATA0 随后输出 8 位数据 到第 19 个脉冲时数据输出完成 也标志着一次 A D 转换的结束 最后将 CS 置高电平禁用芯 片 直接将转换后的数据进行处理就可以了 其接口电路如图 2 5 所示 2 4 图 2 5 ADC0832 的接口电路 声光报警电路 智能仪器一般都有报警功能 报警主要用于系统运行出错 当测量的数据超过仪 表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置 本系统中 设置报警的目 的是在超出电子秤测量范围不能正常显示时 发出声光报警信号 提示用户 防止损 坏仪器 声光报警电路是由单片机的 I O 口来控制的 当称重物体重量超过系统设计所允 许的重量 通过程序使单片机的 I O 值为低电平 则发光二极管导通 二极管发光 蜂鸣器 LS1 发出报警声 声光报警电路如图 2 6 所示 图 2 6 声光报警电路 2 5 显示电路 显示电路的作用是显示被称物体的重量 通过第一章方案论证讨论得出本设计采 用 LM016L 液晶显示 其优点是显示位数更多 精度也更高 其接口电路如图 2 7所示 图 2 7 液晶 LM016L 接口电路 LM016L 模块采用 HD44780 控制器 hd44780 具有简单而功能较强的指令集 可 以实现字符移动 闪烁等功能 LM016L 与单片机 MCU 通讯可采用 8 位或 4 位并行传 输两种方式 hd44780 控制器由两个 8 位寄存器 指令寄存器 IR 和数据寄存器 DR 忙标志 BF 显示数 RAM DDRAM 字符发生器 ROMA CGOROM 字 符发生器 RAM CGRAM 地址计数器 RAM AC 其引脚功能表如所示表 2 5 所示 表 2 5 LM016L 引脚功能 引脚符号功能说明 1VSS通常情况下接地 2VDD接电源 5V 3VEE液晶显示器对比度调整端 4RS寄存器选择 5RW读写信号端 6E使能端 下降沿使能 7D0 D3低 4 位三态 双向数据总线 0 位 11D4 D7高 4 位三态 双向数据总线 0 位 2 6 整机电路 电子秤系统原理是 当物体放在秤盘上 压力施给传感器 产生传感器内部平行 四边形形变 由这 4 片应变片接成的惠斯通 Wheatstone 电桥在供桥电压的激励下随重 量不同而输出不同的电压信号后送给 A D 转换电路 转换成便于处理的数字信号输出 至单片机 单片机进行处理 运算后将结果送至显示器进行显示 整机电路图详见附 录 1 第三章 软件设计 本次设计软件系统采用模块化设计方法 不仅易于编程和调试 也可减小软件故 障率和提高软件的可靠性 本设计主要包括主程序模块 LCD 显示模块 超量程报警 模块 AD 转换模块等 3 1 主程序流程图 当单片机上电复位后 系统电路开始运行程序 首先利用压力传感器检测所称物 体重量 之后启动 AD 转换 将转换完成的数字信号送入单片机进行处理 之后判断 其值是否达到设定值 若达到设定值 则使 P3 0 为 0 从而启动报警 同时显示重量 若小于设定值 则使 P3 0 为 1 并显示重量 其流程图如图 3 1 所示 开始 声光报警 是否超过设 定值 重量显示 初始化 采样重量 AD 转换 单片机数据处理 调用报警子程序 是 否 图 3 1 主程序设计流程图 3 2 模数转换子程序 A D 转换子程序主要是指在系统开始运行时 把称重传感器传递过来的模拟信号 转换成单片机易于处理的数字信号 并将数字信号传递到单片机 便于单片机进行处 理的程序设计 当主程序调用 AD 转换子程序时 AD 转换便开始初始化 等待初始化完成后 MCU 便通过拉低 CS 拉高 CLK 来启动 ADC0832 进行外部压力传感转换后的电压信 号进行采样 每产生 8 个 CLK 脉冲 DATA 就获得一位完整的 8bit 数据 所以我们需 要判断 DATA 右移 8 位是否完成 若未完成则继续转换 若完成 则拉高 CS 拉低 CLK 返回数据 DATA 将数据存储并送入单片机 其流程图如图 3 2 所示 开始 AD 转换完 送入单片机 ADC0832 初始化 启动 AD 转换 数据存储 N Y 3 3 报警子程序设计 报警子程序主要是指在称重过程中 为了防止所称物过重导致仪器损坏 而设置的 超量程报警电路 一但所称物体超过设定量程 则启动报警 否则不启动 图 3 2 AD 转换子程序设计流程图 当单片机接收到采集的重量值后 立即与程序所设量程值进行比较 若采样值大 于设定量程 则启动报警 也就是将 P3 0 置为 0 从而使发光二极管点亮 蜂鸣器发 声 若采样值小于设定量程 则关闭报警或者不报警 也就是将 P3 0 置为 1 从而使 发光二极管灭 蜂鸣器停止发声 其流程图如图 3 3 所示 3 3 图 3 3 报警子程序流程图 开始 采集重量 是否 大于上限 返回 声光报警 Y N 报警子程序设计 显示子程序主要是来判断是否需要显示 以及如何去显示 也是十分重要的程序之一 而显示子程序是其他程序所需要去调用的程序之一 因此 显示子程序的设计就显得 举足轻重 设计的时候也要十分的小心 本次设计显示模块采用 1602 液晶屏 LM016L 液晶能够显示比较复杂的汉字和图形 对它的操作主要将一些固定的字符写入寄存器中 当需要显示时调用即可 以达到在 液晶屏上显示的效果 LCD 液晶显示子程序包括显示液晶显示初始化 字符定位函数 输出字符函数 显示函数 转换函数 写数据函数 写命令函数等组成 当主程序调用液晶显示函数时 首先调用延时子程序 然后 LCD 开始初始化 等 待初始化完成后便对其写入控制操作字 包括图形的显示方式 字体的模式等 然后 写入数据 再在其内部输出字符函数 最后将字符显示出来 也就是显示出所称物体 的重量 之后调用延时显示重量 最后其流程图如图 3 4 所示 开始 显示字符串 LCD 初始化 写入指令 写入数据 设置坐标字符地 址 延时 图 3 4 显示子程序流程图 第四章 系统仿真与调试 4 1 常用调试工具 Keil 软件是集成调试环境 集成了编缉器 编译器 调试器 支持软件模拟 支 持项目管理功能强大的观察窗口 支持所有的数据类型 树状结构显示 一目了然 支持 ASM 汇编 C 语言 多语言多模块源程序混合调试 在线直接修改 编译 调试源程序 错误指令定位 功能很强大 用于对程序的调试和编辑 Keil 软件调试 情况如图 4 1 所示 图 4 1 Keil 软件界面 4 2 Proteus 电子秤的工作过程 绘制电子秤的软件仿真图步骤分以下三步 1 查找所需要的元器件 2 根据要求连接电路图 3 下载所写完的 C 程序并仿真 通过以上步骤 来实现电子秤的仿真实现 状态一 如图 4 2所示 此时电子秤处于正常阶段 压力传感器压力值小于 104 8 蜂鸣器不工作 发光二极管不亮 LCD 显示重量 精确到 0 001Kg 图 4 2 状态一仿真图 状态二 如图4 3 所示 此时电子秤处于超量程阶段 压力传感器压力值大于 104 8 蜂鸣器发声 发光二极管点亮 LCD 显示重量 精确到 0 001Kg 图 4 3 状态二仿真图 结 论 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按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本 次设计中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的 本设计是以单片机 AT89C51 为控制核心 LCD 显示器 压力传感器 AD 转换器 等元器件所组成的电子秤称重系统 当重量低于设定上限时 LCD 正常显示其重量 重量高于设定上限时 LCD 将不能正常显示其重量 并且发光二极管被点亮 蜂鸣器 发声 警告防止物体太重损坏仪器 当重量再次低于设定上限时报警器停止报警 发 光二极管灭 蜂鸣器停止发声 LCD 正常显示重量 下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结 首先 进行选题 之后 就是找资料了 查找资料是做毕业设计的前期准备工作 到图书馆查找资料或在网上下载资料 再之后就是软件的学习 根据已有论文资料中 提到的软件用途 有针对性的学 包括毕业设计前期读文献资料 要与毕业设计紧密 联系起来 最好是边做边读 有针对性的读 最后 仿真调试也是设计中重要的一个 环节 首先必须熟悉每个元器件在电路中的作用 其次分析电路的运行过程选择合适 的元器件 否则无法正常运行 程序也需要不断的改写 才能达到效果 总之 做这个毕业设计过程中我懂得了许多东西 培养了我独立工作的能力 树 立了对自己工作能力的信心 相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响 虽然 这个设计还不是很完善 但是 我所在在设计过程中所学到的东西 使我终身受益 参考文献 1 李建忠 单片机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社 2002 2 朱宇光 单片机应用新技术教程 北京 电子工业出版社 2000 3 刘守义 单片机应用技术 西安 西安电子科技大学出版社 2002 4 房小翠 单片机实用系统设计技术 北京 国防工业出版社 1999 5 李华 MCS 51 系列单片机实用接口技术 北京 电子工业出版社 2000 6 李全利 单片机原理及应用技术 北京 高等教育出版社 2006 7 何立民 单片机高等教程 航空航天大学出版社 2000 8 张毅刚 MCS 51 单片机应用设计 哈尔滨工业大学出版社 1997 9 潘新民 微型计算机控制技术 人民邮电出版社 1999 10 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 2004 附录 1 整机电路图 附录 2 程序清单 include include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define BUSY 0 x80 常量定义 define DATAPORT P0 sbit ADCS P3 5 sbit ADDI P3 7 sbit ADDO P3 7 sbit ADCLK P3 6 sbit LCM RS P2 0 sbit LCM RW P2 1 sbit LCM EN P2 2 uint x1 y1 z1 0 w1 temp1 uchar ad data k n m e num s 采样值存储 sbit beep P3 0 char press data 标度变换存储单元 unsigned char ad alarm 报警值存储单元 unsigned char press ge 0 unsigned char press shifen 0 unsigned char press baifen 0 unsigned char press qianfen 0 uchar code str0 Weight Kg void delay uint void lcd wait void void delay LCM uint LCD 延时子程序 void initLCM void LCD 初始化子程序 void lcd wait void LCD 检测忙子程序 void WriteCommandLCM uchar WCLCM uchar BusyC 写指令到 ICM 子函数 void WriteDataLCM uchar WDLCM 写数据到 LCM 子函数 void DisplayOneChar uchar X uchar Y uchar DData 显示指定坐标的一个字符子函数 void DisplayListChar uchar X uchar Y uchar code DData 显示指定坐标的一串字符子函数 void weishu uint m void weishu1 uint m void display void uchar Adc0832 unsigned char channel void alarm void void data pro void main funcation void main void delay 500 ad data 0 initLCM WriteCommandLCM 0 x01 1 DisplayListChar 0 0 str0 while 1 ad data Adc0832 0 采样值存储单元初始化为 0 alarm data pro display DisplayListChar 0 0 str0 延 K 1ms 12 000mhz void delay uint k uint i j for i 0 i k i for j 0 j 100 j 写指令到 ICM 子函数 void WriteCommandLCM uchar WCLCM uchar BusyC if BusyC lcd wait DATAPORT WCLCM LCM RS 0 选中指令寄存器 LCM RW 0 LCM RW 0 写 模式 LCM EN 1 nop nop nop nop nop nop nop LCM EN 0 写数据到 LCM 子函数 void WriteDataLCM uchar WDLCM lcd wait DATAPORT WDLCM LCM RS 1 LCM RW 0 LCM EN 1 nop nop nop nop nop nop nop nop LCM EN 0 lcm 内部等待函数 void lcd wait void DATAPORT 0 xff LCM EN 1 LCM RS 0 LCM RW 0 LCM RW 1 nop nop nop nop nop nop nop while DATAPORT nop nop nop nop nop nop nop nop LCM EN 1 nop nop nop nop nop nop nop LCM EN 0 LCM 初始化子函数 void initLCM LCM EN 0 DATAPORT 0 delay 15 WriteCommandLCM 0 x38 0 dela