基于51单片机数字电子称设计综述

1、贵阳学院本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）题 目: 基于 51单片机控制的数字电子称设计院 系：电子与通信工程学院专 业：电子信息科学与技术姓 名：冉光强学 号：090605401018指导教师：张涛教师职称：副教授填写日期：2013年4月30日贵阳学院本科毕业论文（设计）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，此电子秤具备了功能多、性能价格比高、 功耗低、系统

2、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，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，从而实现自动称重系统的称重功能、报警功能、 数据计算功能以及人机交换功能。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。关键词：AT89C51压力传感器；A/D转换器；LCD显示器3AbstractWith the applicati on of microelectro nic tech no logy , the tools of traditi onal weighi ng on the market h

3、ave cant satisfy the dema nds of people. In order to cha nge the problem of the application of traditional weighing tools in the using of daily life, the design will be integrated with intelligenee, automation and human nature in the electronic scales with weight con trol system. This system mai nly

4、 con trolled by the sin gle chip microcomputer , measured by weighting transducer and A/D converter component and added with the display unit, the electronic scales are aptitude for the high ratio of performanee, multi-fu nction , low power con sumpti on ,and it is simple eno ugh ,especially it is g

5、ive n the characteristic with Easy-to-use in tuitively, Speed, Measure accurately, Higher automati on.The system take AT89C51 SCM as the main controller chip, and its peripheral circuit attach to in tegrated circuit, display circuit, alarm circuit, keyboard circuit which in tegrate the weighing syst

6、em circuit board, so the design can realize the automatic weighing system function, alarm fun ctio n, weighi ng data calculati on fun cti on and Man-mach ine excha nge function. We can say that the design of complete electronic scales largely meet the applicati on requireme nts perfectly.KEYWORDS :

7、AT89C51; sen so; A/D con verter； LCD Display目录第一章绪论11.1研究目的和意义11.2电子称重系统的应用领域11.3国内外研究现状、发展动态 11.4主要工作以及设计思路2第二章电子称原理及系统方案论证与选择 32.1 电子称的兀器件 32.2称重器的工作原理 32.3系统总体设计方案比较与论证 32.4控制器部分 52.5数据采集部分52.5.1 传感器的选择52.5.2 A/D 转换器的选择 62.6键盘处理部分方案论证82.7显示电路部分的选择 82.8报警部分电路选择8第三章电子称具体电路的设计93.1 AT89C51的最小系统电路 93.

8、1.1单片机芯片AT89C51介绍 93.1.2 AT89C51的最小系统电路构成 113.2数据采集部分电路设计 123.3显示电路与 AT89C51单片机接口电路设计 133.4键盘电路与AT89C51单片机接口电路设计 153.5报警电路的设计 16第四章系统软件设计174.1 主程序设计174.2 子程序设计 184.2.1 A/D转换启动及数据读取程序设计 184.2.2显示子程序设计194.2.3 键盘输入控制程序的设计 204.2.4报警子程序的设计 21第五章软件仿真及调试235.1软件使用235.1.1 keil软件的简单使用 235.1.2 Protues 软件的简单使用

9、245.2仿真调试245.3使用说明 26第六章总结27致谢28参考文献29附 录30附录1系统总图30附录2仿真总图30附录3程序清单31贵阳学院本科毕业论文（设计）第一章绪论1.1研究目的和意义传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。随着 社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型 秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大 大减小了秤的体积和制造难度，以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美 观，由于内部集成了单片机以及软件系统， 电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能 性。他可以完成过载报

10、警，总价计算等众多功能。目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且 整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱， 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，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统， 从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。1.2电子称重系统的应用领域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。电子秤的应用领域主要分为工业计量和 民用消费类。在工业计量应用领

11、域有电子天平，珠宝秤，市场计价秤等；而民用秤主 要有厨房秤，人体秤，便携式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高，而民用消费 类的应用对精度的要求不高，但对秤的外观，智能性，便携性却有很高的要求。1.3国内外研究现状、发展动态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。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。现今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

12、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。 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。在国内，上海友声衡器有限公司和深圳市汇思科电子科技有限公司两家公司做的 比较出色。上海友声衡器有限公司，产品特点：一、电路集成度高、简单可靠。采用 目前世界上最先进的 另增量调制型单片集成AD转换

13、技术，与目前大部分衡器厂家 所采用的传统双积分电路相比，具有精度高、采样速度快、集成度高、电路简单、维 修特别方便等优势，尤其是电路的长期可靠性和互换性优越， 保证了大规模生产的稳 定质量。二、低功耗设计。产品设计紧跟电子技术发展潮流，从传感器供电电路、主 机电路设计到器件选择，均符合低功耗要求。部分液晶显示型号产品在内置蓄电池充 足电后最多可以工作400多小时，该指标在同类衡器产品中处于领先地位。在国外，电子称重行业主要有：美国 SETR/西特公司、德国赛多利斯、日本石田 电子秤、瑞士托利多电子秤等几个优秀的电子秤产商。其中，美国Setra （西特）品牌成立于1967年，以电容技术闻名于世界

14、，其革命性的高精度可变电容原理，已取得 了 30多项专利，是Setra的压力、加速度、称重产品的技术核心。经过近 40年的 研究、开发和持续改进，Setra的产品在HVAC/R工业过程控制、测量测试、环境参 数测量和半导体超纯测量等领域享有盛名。 西特电子天平从1982年开始，Setra西特） 将其高超的电容技术应用于电子天平，设计出极具竞争力的电子天平和各种称重系 统。1.4主要工作以及设计思路本课题的主要设计思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应 的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来

15、。此外，还可通过键盘 设定所称物品的价格。在设计期间，本人努力查阅相关资料，对称重的基本原理以及各软件、仿真模块 做了认真的分析、研究。根据性能成本考虑，在以下几方面做了仔细的分析研究，主 要有：系统模块的划分、A/D精度的考虑、单片机与外围模块的接口电路以及电子秤 应用程序的实现等。7第二章电子称原理及系统方案论证与选择2.1电子称的元器件电子秤的工作电路：称重传感器、A/D转换电路、单片机电路、显示电路、键盘电 路、报警电路等电路组成。2.2称重器的工作原理称量重量通过秤体传递到称重传感器， 传感器随之产生力，电效应，将物体的重 量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信

16、号。此信号再由模/ 数器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结杲送御内存贮器盂要显小时，CPU发出指令，从内存贮 器中读出送到显示器显示。一般信号的A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完 成。称重传感器即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变 换成电信号或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、 空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐

17、振式）或是利用磁弹性、压电和压阳等物理效应的传感器。在数宁式的测竝电路屮 迎常包括运算、变换、计数、 寄存、控制和驱动显示等环节。2.3系统总体设计方案比较与论证在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种，方案 数码管显示，结构简图如图2-1所示：数据采集 单片机数码管显示图2-1数码管显示方案此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的 单片机。由此设计岀的电子秤系统便件部分简单茨I丨电路易实现，并且在编程 时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。 缺点是：硬件部分简单， 虽然可以实现电子称基本的称重功能。 但是不能实现外部数据的

18、输入，无法根据实际 情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机， 系统电路过于简单，达不到设计的标准。方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。结构简图如图2-2所示:单片机数码管显示数据采集键盘输入图2-2带有键盘输入的结构简图此方案设计的电子秤可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有 足够的位数，那么称量

19、物体重量的精度必受到限，所以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。方案三 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交换的能力，而且满足设计要求， 可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。结构简图如图2-3所示：LCD显示压力传感器信号转换AT89C5键盘控制报警控制图2-3 LCD显示方案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。单片机控制

20、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。但其缺点是外围电路比较复杂，编程复杂。使用这种方案 会给系统设计带来一定的难度。方案四采用现场可编程门阵列（FPGA为控制核心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SpartanU系列XC2S10065片上，体积大大减小、逻辑 单兀乂活、集成度冃以及适用范国广等特点 叮实现人规模和超丈规模的巢成电路采用FPGA测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便，设计 要求的精度较高，所以要求系统的稳定性要好，抗干扰能力要强。

21、从下图中可以看到 系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件。其中控制器采用Xil inx公司可编程器件FPGA为核心，基于ISE软件平台，采用VHDL编程实现数据处理、LED和LCD 驱动、时钟芯片的I2C通讯、键盘控制等模块。结构简图如图 2-4所示：压力传感器信号转换时钟芯片FPGA图2-4 FPGA控制组成结构图FPGA的逻辑容量密度大，集成度高，可大大减少印刷电路板的空间，减低系统 功耗，同时还可以提高设计的工艺性和产品的可靠性。虽然以FPGA为核心的电子称系统很优化，但只有在大规模和超大规模集成电路 中其高集成度才能更好得以体现。其主要在PC机接口卡的总线接口、程控交换机的信号

22、处理与接口、雷达声纳系统的成像控制与数字处理、数控机床的测试系统等方面 有广泛应用。鉴于本电子称的设计并不太复杂， 单片机完全能实现所需功能，所以在 具体设计时，米用了第三种设计方案。2.4控制器部分本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器，而且以单片机为主控制器 的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量 过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求， 根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的 的系统，可以选用带EPRO

23、 M的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片 内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATMEL生产的AT89CX）系列单片机。AT89CXX系列与MCS-51相比有 两大优势：第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便；第二，提供了 更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳定的MCPU。 这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。最后我们最终选择了 AT89C51这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。 AT89C51内部带有4KB的程序存储器，基本上已经能够满足我们的需要。2.5数据采集

24、部分电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、A/D转换电路，因此对于这部分的论证主要分两方面。2.5.1传感器的选择在设计中，传感器是一个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显的特别的重要 不仅要注意其量程和参数，还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难易程度和设计性价比等等.传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体 的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于 加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷， 因此选用传感器量程时，要考虑诸多

25、方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器 量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在 20%80%之间，线性好，精度高。重量误 差应控制在土 0.01Kg又考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感 器，所以我们确定传感器的额定载荷为 5Kg，允许过载为150%F.S精度为0.05%,最 大量程时误差0.01kg。可以满足本系统的精度要求。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确 定传感器的性能是否发生变化。在某些要

26、求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标 定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能经受住长时间的考验。使用特别注意：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。传感器是测量机构最重要的部件，目前常用的有电阻应变是压力传感器和电容式压力传感器、压电式压力传感器。选用是应按着稳定性、精度等级、灵敏度、寿命和安装环境依次作为优先考虑。 现比较如下：1. 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度高，寿命较短，对环境要求苛刻， 不易长距离传输。2. 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感 器有待进一步研

27、究。3. 电阻应变式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境 要求不太严格。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、 电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用 惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压 缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小）从而使电桥失去平衡，产生相 应的差动信号，供后续电路测量和处理。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，要求使用具有温度补偿能力的电阻应变式压力传感器，在仿真系统中将使用滑动变阻器作为压力传感器进行仿真。2.5.2 A/D转换器的选择A/D转换部分是整个设计

28、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 年来新发展起来的另型和流水线型ADC,多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不 同的具体应用要求。目前，ADC集成电路主要有以下几种类型：（1）并行比较 A/D转换器：如 ADC0808ADC0809等。并行比较 ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为 闪烁式”ADC它由电阻 分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。这种结构的 ADC所有位的转换同时 完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。缺点是： 贵

29、阳学院本科毕业论文（设计）并行比较式A/D转换的抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位，因 此并行比较式A/D适合于数字示波器等转换速度较快的仪器中。(2) 逐次逼近型A/D转换器：如：ADS7805 ADS7804等。逐次逼近型ADC是应 用非常广泛的模/数转换方法，这一类型 ADC的优点：高速，采样速率可达 1MSPS 与其它ADC相比，功耗相当低；在分辨率低于12位时，价格较低。缺点：在高于14 位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理， 包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。(3) 积分型 A/D 转换器：如：ICL7135 ICL7109

30、 ICL1549 MC14433 等。积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC,是应用比较广泛的一类转换器。它的基本原理是通 过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VF。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的 整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。 这类ADC主要应用于低速、

31、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是：分辨率高， 可达22位；功耗低、成本低。缺点是：转换速率低，转换速率在12位时为100300SPS(4) 压频变换型ADC:其优点是：精度高、价格较低、功耗较低。缺点是：类似 于积分型ADC,其转换速率受到限制，12位时为100300SPS考虑到本系统中对物体重量的测量和使用的场合，精度要求不是很苛刻，转换速率要求也不高，而双积分型A/D转换器精度高，具有精确的差分输入，重要的是输入阻抗 高，可自动调零，有超量程信号输出，全部输出于 TTL电平兼容。且双积分型A/D转 换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50Hz的工频干扰抑

32、制能力较强，对高于工频干扰(例如噪声电压)已有良好的滤波作用。只 要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信 号，很容易受到工频信号的影响。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05V之间。芯片转换时间仅为32小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。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处 理器控制变的更加方便。通过 DI数

33、据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 ADC0832的实物图如图2-5所示：图 2-5 ADC0832 实物2.6键盘处理部分万案论证本设计采用矩阵式键盘：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线， 一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。图2-6给出了一个4X4的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。4X 4矩阵式键盘共可以安装16个键，但只需要8条测试线。当键盘的数量大于 8时，一 般都采用矩阵式键盘。结合本设计的实际要求，采用4X4矩阵式键盘。0/|23/4巧T/R%A.B1rRCFZRR=5K.图2-6矩阵式键盘1 2 3 4 1 a

34、 7 D D DDD-D D2.7显示电路部分的选择数据显示是电子秤的一项重要功能， 是人机交换的主要组成部分，它可以将测量 电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。数据显示部分可以有以下两种方案供选择。显示的组成有以下两种方案可供选择：一是LED数码管显示，二是LCD液晶显示两种选择。LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从 袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。本设计采用的是LM4229液晶显示。其实物图如图2-7所示：图2-7 LM4229实物图2.8报警部分电路选择智能仪器一般都具有报警功能，当测量的数据超过仪表量程或者是超过用

35、户设置 的上限时为提醒用户而设置。在本系统中，设置报警的目的就是在超出电子秤测量范 围以及总价不能正常显示时，蜂鸣器发出报警信号，提示用户，防止损坏仪器。第三早电子称具体电路的设计根据设计要求与设计思路，此系统由一块AT89C51单片机、复位电路、时钟电路、 4*4矩阵键盘、LM4229液晶显示器、蜂鸣器、A/D0832转换电路、传感电路。具体 设计框图如图3-1所示：LCD显示压力传感器信号转换AT89C5键盘控制报警控制图3-1具体电路设计框图在本系统中用于称量的主要器件是称重传感器（一次变换元件），称重传感器在受到压力或拉力时会产生电信号，受到不同压力或拉力是产生的电信号也随着变化， 而

36、且力与电信号的关系一般为线性关系。由于传感器输出的为模拟信号，所以需要对其进行A/D转换为数字信号以便单片机接收，因此电路中需要用进行A/D转换。在本系统中，系统电路的构成主要有以下几部分：AT89C51的最小系统构成、数据采集、人-机交换电路等。3.1 AT89C51的最小系统电路3.1.1单片机芯片 AT89C51介绍AT89C51是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FalshProgrammable and Erasable Read Only MemoCy的低电压，高性能 CMOS8位微处理器， 俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读

37、存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器, AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了 一种灵活性高且价廉的方案。34567891011121314151617:1920O12345XW7PPPPPPPPP0 4P0 0莎-I -P3 0(RXE)P3 1CTXD)P3 2(/INT0)P3 3(/INTI)P3 4(TO)P3 5(T

38、1) P3.6(/WR)P3 7(/RD) XTAL2XTAL1 GND6239383736353433 !3029232726252421P0 7/EA/VPP ALE/PROG /PSEN P2 7P0 5P0 622 P4 32 2 p P52P2 3 o O p P图3-2 AT89C51引脚图VCC供电电压。GND:接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，

39、P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输 出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个TTL门电流，当P2 口被写“ 1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并 因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址 的高八位。在给出地址 “ 1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数

40、据存储器 进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收 高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门 电流。当P3 口写入“ 1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于 外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 /INT0 （外部中断0） P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外

41、部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PR0G当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8

42、EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX, MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状 态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器 周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出 现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH，不 管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET当/EA端保 持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编 程电源（VPF）。XTA

43、L1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。3.1.2 AT89C51的最小系统电路构成 1 |_爲t22u叫22pSC2220C300000000.0jb2.3.4.5b6711111111PPPPPFPPRY8TALE?：LR2i-10kX11979l31AD6 P0.7/AD7PSENF2 OUA0P2.1/A9 P2.2/A10 P2 3/A11ALEP2 4/A1 2EAP2.5/A13P1.0JT2P2.&/A14P2.7/A15P3 O/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDPI 2P3.2/INT0P1.3P3.3/1NT1P1.4P3.

44、4/raPI.5P3.6/T1P1 6P3.6JWRP1.7P3.7/RDU5ATS9C514-i_JiT11. 1.一口.2Z23:13DOD102D3D4D5D6 jitHALTFS1MD2 ft ST pnJ L-1EL/WR CE23图3-3 AT89C51单片机最小系统图AT89C51单片机的最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。单 片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在 引脚XTAL1和 XTAL2外接晶体振荡器（简

45、称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方 式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。当MCS-5I系列单片机的复位引脚 RST全称RESET出现2个机器周期以上的高电 平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式： 上电复位和上电或开关复位。上电 复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机 自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。单片机的复位操 作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC= 0000H,这表

46、明程序从0000H 地址单元开始执行。系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态 下。51单片机的复位是由RESETH脚来控制的，此引脚与高电平相接超过 24个振荡 周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到 RESET 引脚转为低电平后，才检查 EA引脚是咼电平或低电平，若为咼电平则执行芯片内部 的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。3.2数据采集部分电路设计数据采集部分电路包括传感器输出信号电路、A/D转换器与单片机接口电路。我们采用滑动变阻器来模拟压力传感器， 数据采集模块与单片机的接口连接如图 3-4所 示：图3-4数据采集模块与

47、单片机接口电路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、 双通道A/D转换、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在05V 之间、工作频率为250KHZ转换时间为32 S 一般功耗仅为15mW、8P、14PDIP （双列直插）、PICC多种封装、 商用级芯片温宽为0C to +70C-，工业级芯片温宽为40C to +85C；。由于它体积小，兼容性强，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的管脚如图3-5所示：U13VCCCSCLkCH0DICH1DOGND12534ADC0S32图3-5 A

48、DC0832管脚图芯片接口说明：CS片选使能，低电平芯片使能。CH0模拟输入通道0,或作为IN+/-使用。CH1模拟输入通道1,或作为IN+/-使用。GND芯片参考0电位（地）。DI数据信号输入，选择通道控制。DO数据信号输出，转换数据输出。CLK芯片时钟输入。Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。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。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将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，

49、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使能端置于低电平并且保持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。 当此2位数据为“ 1、“0时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“ 1、“ 1时， 只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0 “0时，将CH0作为正输入端IN+，CH1 作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“

50、0” “ 1时，将CH0作为负输入端IN-, CH1 作为正输入端IN+进行输入。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。3.3显示电路与AT89C51单片机接口电路设计在2.3显示电路论证中，本设计采用是 LCD显示。在LCD驱动时，需在段电极和 公共电极上施加交流电压。若只在电极上施加 DC电压时，液晶本身发生劣化。液晶 驱动方式包括静态驱动、动态驱动等驱

51、动方式。（1）静态驱动所有的段都有独立的驱动电路，表示段电极与公共电极之间连续施加电压。它适合于简单控制的LCD（2）多路驱动方式构成矩阵电极，公共端数为n,按照1/n的时序分别依次驱动公共端，与该驱动 时序相对应，对所有的段信号电极作选择驱动。这种方式适合于比较复杂控制的 LCD。 在多路驱动方式中，像素可分为选择点、半选择点和非选择点。为了提高显示的对比 度和降低串扰，应合理选择占空比（duty）和偏压（bias）。施加在LCD上所表示的ON 和OFF时的电压有效值与占空比和偏压的关系如下：Vo: LCD驱动电压N:占空比（1/N）a:偏压（1/a）多路驱动方式可分为点反转驱动和帧反转驱动

52、。点反转驱动适合于低占空 比应用，它在各段数据输出时，将数据反转。帧反转驱动适合于高占空比应用，它在 各帧输出时，将数据反转。对于多灰度和彩色显示的控制方法，通常采用帧频控制 （FRC和脉宽调制（PWM）方法。帧频控制是通过减少帧输出次数，控制输出信号的有 效值，来实现多灰度和彩色控制。而脉宽调制是通过改变段输出信号脉宽，控制输出信号的有效值，来实现多灰度和彩色控制。本设计采用LM4229液晶显示器，LM4229是一种图形点阵液晶显示器，它主要 由行驱动器/列驱动器及240 X 128全点阵液晶显示器组成，可完成图形和汉字的显 示，下面仅介绍并行接口：表3-1 LM4229并行接口引脚介绍管脚

53、号管脚名称管脚功能描述1VSS电源地2VDDVCC（ LCD供电电源）3V0对比度（亮度）调整4C/DWR=0、C/D=1 写命令 WR=0、C/D=0 写数据 RD=0C/D=1 读状态 RD=0 C/D=0读数据5RD读，低电平有效6WR写，低电平有效7-14D0-D7数据总线15CE使能，低电平有效16RST复位，低电平有效17VEELCD负电压18MD2方式选择19FS1终端字体大小选择20HALFHalf Function （H=Normal L=Stop oscillation 停止振动）LM4229液晶显示器与单片机的接口电路如图 3-6所示:RP2ranmi 口H.UUI4Rj

54、6iH.7ITPJWP2.1*3 現犀I 口F2.IAE2P2SW13 辩阳4K2.TJft1SP3IVRXD TOI/TXp pintT P33flNTFpj.i/raP3JMT1KJ&WR03.TfflD3fgoI 2 3 4- E- 6 T D D D D D D D 000-1D11120u1516176 LSJ & SB -0|=|君 -0 306|=|菽LLIUXi Q O Q QL&I图3-6LM4229液晶显示器与单片机的接口电路3.4键盘电路与 AT89C51单片机接口电路设计矩阵式键盘的结构与工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平