基于单片机控制的电子称的设计.doc

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 DESIGN OF MCU BASED ELECTRONIC WEIGHER ABSTRACT 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 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 obtained 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 intelligentized product meets the requirements of this electronic times Key Words SCM sensor A D conversion LCD display threshold alarm III 目录目录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 目录目录 III 第第 1 章章绪论绪论 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 章章总体方案设计总体方案设计 3 2 1显示器的选择方案 3 2 2AD 芯片的选择方案 3 2 3CPU 的选择方案 4 2 4总体方案的设计 4 第第 3 章章硬件设计硬件设计 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 2A 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 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 3CPU 控制系统的电路设计 11 3 3 1 AT89C52芯片简介 11 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 IV 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 章章软件设计软件设计 18 4 1主程序的设计 18 4 2AD 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 章章设计结果与展望设计结果与展望 22 5 1设计结果 22 5 2展望 23 参考文献参考文献 24 附录附录 1 25 附录附录 2 26 致谢致谢 33 作品使用说明书作品使用说明书 34 宁波工程学院本科毕业设计论文 1 第第 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 2 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 3 第第 2 章章 总体方案设计总体方案设计 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 2 22 2AD 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 2 s 采用标准 SPI 同步串行接口输出和单一电源 2 7V 5 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 27 W 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 4 方案二 采用 ADC0809 作为 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 3CPU 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 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 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 5 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 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 6 第第 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 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 因此当温度变化时 在被测体受力状态及 宁波工程学院本科毕业设计论文 7 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 其特性随温度变化较大 所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用 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 R1 R2 R3 R4 当其 变化值 R1 R2 R3 R4时 其桥路输出电压 Uout KE 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 000001 0 001 所以 电阻应变片的电阻变化范围为 0 0005 0 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压 Uo 如图 3 2 所示 其特点 是 当 R1R3 R2R4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 宁波工程学院本科毕业设计论文 8 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 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 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 9 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 图 3 4 ADC0809 芯片的引脚结构示意图 IN0 IN7 8 路模拟量输入端 D0 D7 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 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 10 GND 地 3 2 3 ADC0809 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 ADC0809 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 作为模拟量输入端 则需将 A B C 接低电平 电路原理图如图 3 5 所示 宁波工程学院本科毕业设计论文 11 图 3 5 A D 转换电路原理图 3 33 3CPU 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 12 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 13 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 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 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 每当访问外部数据存储器时将跳过一个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 宁波工程学院本科毕业设计论文 14 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 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 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 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 15 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 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 6 8 或 8 8 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 3 4 2 LCD1602 的结构及引脚功能 LCD1602 的结构如下图所示 宁波工程学院本科毕业设计论文 16 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 7 14 脚 D0 D7 为 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 17 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 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 8550 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 18 3 63 6产品实物图产品实物图 图 3 10 产品实物图 第第 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 Comment y1 看到这里了 宁波工程学院本科毕业设计论文 19 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 2AD 数据采集及处理子程序的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 0 5V 模拟信号转换成对应的数字量 0 x00 0 xff 然后再存入指定缓冲单元中 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 20 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 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 表 4 1 重量与电压的关系表 质量 g20406080100120140160180200220240 电压 V0 390 781 161 561 942 342 733 123 503 894 284 67 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 21 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 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 Count 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 22 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 23 第第 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 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 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 24 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 25 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 2004 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 0 1 39 4 张毅刚 MCS 51 单片机应用设计 M 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2003 5 贾伯年 俞朴 传感器技术 M 南京 东南大学出版社 2000 6 谢惠玲 应变式称重传感器技术动向和发展趋势 J 科技创新导报 2009 14 114 116 7 田佳琳 郑宾 姜华 称重传感器测量单元的研究与设计 M 电脑知识与 技术 2009 5 33 9503 9505 8 施昌彦 电子衡器的现状和发展趋势 A 21 世纪称重技术交流会主题报告论 文集 C 2006 9 李道华 李玲 朱艳 传感器电路分析与设计 M 武汉大学出版社 2000 10 单成祥 传感器理论设计基础及其应用 M 北京 国防工业出版社 1999 11 李刚 林凌 姜苇 单片机系统设计与应用技巧 M 北京 北京航空航天大 学出版社 2004 12 李斌 董慧颖 可重组机器人研究和发展现状 J 沈阳工业学院学报 2000 19 4 23 27 13 张景元李业德 一种基于单片机的多功能电子称 J 微计算机信息 2006 4 5 2 53 14 王华 数 模称重传感器的应用 C 江苏现代计量 2009 4 35 36 15 王艳春 何鹏 李会 智能电子称重系统的设计 J 微计算机信息 2007 0 4 111 112 附录附录 1 图 1 电子称的主板电路图 宁波工程学院本科毕业设计论文 27 附录附录 2 include include include sbit EP P2 5 6 sbit RW P2 6 5 sbit RS P2 7 4 sbit ST P3 5 4 sbit B DIS P2 4 声音信号指示 sbit BUSY P3 3 AD 转换忙信号 sbit EN P3 4 unsigned char count pr 5 max 199 key num 0 M s d l unsigned int G 0 x00 unsigned char bcd dis 4 bcd P 2 bcd M 4 bcd Z 5 void delay unsigned int i for i 0 i void LCD WC unsigned char command RS 0 RW 0 EP 0 delay 2 P0 command delay 4 EP 1 delay 4 EP 0 void LCD WD unsigned char dat RS 1 RW 0 EP 0 delay 2 P0 dat delay 2 EP 1 delay 4 宁波工程学院本科毕业设计论文 28 EP 0 void LCD ON void LCD WC 0 x0c delay 256 void LCD OFF void LCD WC 0 x08 delay 256 void LCD CLEAR void LCD WC 0 x01 delay 256 void LCD SET POS unsigned char wz LCD WC wz 0 x80 delay 256 void LCD INIT void LCD WC 0 x38 delay 256 LCD ON LCD WC 0X06 delay 256 LCD CLEAR void LCD DISP unsigned char string int i 0 while string i LCD WD string i delay 1000 宁波工程学院本科毕业设计论文 29 void A D void G 0 for h 0 h 10 h P1 0XFF ST 0 delay 1 ST 1 delay 1 ST 0 while BUSY G G P1 delay 1000 unsigned char key void unsigned char temp i key num 0 if P2 delay 5 if P2 temp P2 for i 0 i 1 key num while P2 return key num void BCD P unsigned char b bcd P 0 b 10 0 x30 bcd P 1 0 x00 void BCD unsigned char b bcd dis 0 b 100 0 x30 bcd dis 1 b 10 10 0 x30 宁波工程学院本科毕业设计论文 30 bcd dis 2 b 10 0 x30 bcd dis 3 0 x00 void BCD Z unsigned int b bcd Z 0 b 1000 0 x30 bcd Z 1 b 100 10 0 x30 bcd Z 2 b 10 10 0 x30 bcd Z 3 b 10 0 x30 bcd Z 4 0 x00 unsigned char F BCD void d bcd M 0 0 x30 100 bcd M 1 0 x30 10 bcd M 2 0 x30 return d void m INIT void LCD SET POS 0 x00 LCD DISP P LCD SET POS 0 x08 LCD DISP M g LCD SET POS 0 x40 LCD DISP LCD SET POS 0 x48 LCD DISP max LCD SET POS 0 x02 BCD P pr LCD DISP bcd P LCD SET POS 0 x4c BCD max LCD DISP bcd dis B DIS 1 BCD max bcd M 0 bcd dis 0 bcd M 1 bcd dis 1 bcd M 2 bcd dis 2 bcd M 3 bcd dis 3 s max