基于单片机的简易电子秤的设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的简易电子秤的设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

02 2 总体方案设计 7 过载报警部分的方案 智能仪器一般都具有报警和通讯功能，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。 在本系统中，设置报警的目的就是在超出电子秤测量范围时，发出声光报警信号，提示用户，防止损坏仪器。 超限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时，通过程序使单片机的 I/O 值为高电平，从 而三极管导通，使蜂鸣器SPEAKER 发出报警声，同时使二极管发光。 Equation Chapter (Next) Section 1 湖北科技学院学士学位论文 8 3 电子秤的硬件设计 系统设计的总体思路 物体放在压力传感器上，传感器发生 形变，阻抗就发生变化，产生一个变化的模拟信号，该信号需要有放大电路放大后输入到模数转换器，转换为数字信号后输入到微处理器处理。 微处理器根据键盘命令以及程序将结果输出到显示器，直到显示结果。 如下图所示 31 所示。 图 31 硬件设计的总体思路 单片机 AT89C51 最小系统 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器 ， 128 字节 RAM， 32 个双向 I/O 口线，两个 16 位定时器 /计数器， 5 个 中断 源 ，一个 全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU的工作，但允许RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C51 的 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口， P P2 和 P3 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，同时 P3 口还作为 AT89C51 的一些特殊功能口 [16]。 压 力 传感器 放大电路 模数转换 微处理器 键 盘 x = x = x = LCD 显示 x = x = x = 3 电子秤的硬件设计 9 VCC VCC22ufC3EA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T1151234567839383736353433322122232425262728RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89C5122pFC122pFC21212MHZS131K 图 32 AT89C52 最小系统的设计 AT89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，其最小系统简单 、可靠，仅 由时钟电路、复位电路、电源电路构成。 时钟电路 AT89C51 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。 AT89C51 单片机的时钟产生方法有两种。 内部时钟方式和外部时钟方式。 本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。 振荡晶体可在 到 12MHZ 之间选择。 电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，可在 20pF 到 100pF 之间取值。 所以本设计中，振荡晶体选择 12MHZ,电容选择 22pF[11]。 复位电路 AT89C51 的复位电路是由外部的复位电路来实现的。 只需给复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期的高电平就可使其复位。 复位电路通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。 本设计就是用的按键手动复位。 其中电平复位是通过 RST 端经电阻与电源Vcc 接通而实现的。 电源电路 AT89C51 的电源脚分别为 20 脚 Vss 和 40 脚 Vcc（图中已默认连接，未显示出来）。 这两个脚分别接地和 +5V 直流电源， 31 脚 EA 为内外存储器的控制端，接 +5V 允许访问外部存储器。 放大电路 传感器 检测电路的功能是 把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出 ，本设计中选湖北科技学院学士学位论文 10 用的是 CZAF605 电阻应变式称重传感器，因为通过其得到的电压信号很小，为所以还需要放大器放大信号。 考虑到干扰的作用，对传感器的信号进行了滤波处理，最终设计如图 33。 Rd RaRc RbVCC10K10K200pF 100pF200pF 100pFV4IN+3IN2OUT6REF5RG1RG8+V7INA128VCC1K 图 33 传感器与放大器的接口电路 INA128 的 2 和 3 脚为信号输入端， 5 和 7 脚为电源引脚。 微弱信号放大后从INA128 的第 6 脚输出。 通过调节 Rg 的阻值可以来改变放大倍数，使得输出电压在 A/D转换的基准电压要求范围之内。 根据要求 ,A/D 转换器的输入电压变化范围是 0V～ ，传感器的输出电压信号在 0～ 10mv， 4 .9 9 9 4 9 9 .9 5 0 00 .01G   因此取放大器的放大倍数 500。 因此代入公式501 KG Rg , 5 0 k 1 0 0 .2499Rg   。 模数转换器与单片机接口电路 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 32μS，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 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择 [21]。 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，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 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 [9]。 3 电子秤的硬件设计 11 作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 0~5V且 8 位分辨率时的电压精度为。 如果作为由 IN+与 IN输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。 但值得注意的是，在进行 IN+与 IN的输入时，如果 IN的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为 00H。 ADC0832 与单片机的接口电路如图 34。 T115RD17WR16CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8ADC0832VCC 图 34 ADC0832 与单片机的接口电路图 显示电路与单片机接口电路 本设计采用的是 LCD1602 显示， LCD1602 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它有若干个 5 7 或者 5 11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为 如此所以他不能显示图形。 1602LCD 是指显示的内容为 16 2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 1602 采用标准的 16 脚接口，其中 1 和 2 脚为电源正负极， 3 脚为对比度调整端，4 脚 RS 为寄存器选择 ， 5 脚 RW为读写信号线 ， 6 脚为使能端， 7 到 14 脚为 8 为双向数据端。 15 和 16 脚为电源背光极。 LCD1602 与单片机的连接如图 35。 39383736353433322122231K1K1K1k1K1K1K1KVCCVSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7LCD1602100VCCVCC 图 35 单片机与 LCD1602 接线图 湖北科技学院学士学位论文 12 3 脚 VEE 接一个滑动变阻器，滑动变阻器两端接电源和地。 调试欢动变阻器的值可以改变 LCD 的对比度。 因为 LCD 为共 阳极，所以 D0 到 D7 有加入上拉电阻。 键盘电路与单片机接口电路 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，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 34=12 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 16 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键。 由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式键盘的按键 识别方法 ： 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种 “行扫描法 ”。 行扫描法 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。 判断键盘中有无键按下 将全部行线 Y0Y3置低电平，然后检测列线的状态。 只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与 4 根行线相交叉的 3 个按键之中。 若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。 其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其 它线为高电平。 在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。 若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 在本系统中键盘采用矩阵式键盘并采用中断工作方式。 键盘为 3 4 键盘，包括 0、 十个数字及确认和清除键。 采用中断工作方式提高了CPU的利用效率，没键按下时没有中断请求，有键按下时，向 CPU提出中断请求， CPU响应后执行中断服务程序，在中断程序中才对键盘进行扫描。 下图就是键盘电路与AT89S52 单片机接口电路图。 1234567S9 S8S3 S2S12S0S7S1S4S5S11S6R2R3R4R5VCC 图 36 键盘电路与单 片机的连接图 3 电子秤的硬件设计 13 报警电路 当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时，将产生一个信号给报警电路。 使报警电路报警从而提醒工作人员注意， 超限报警电路如下图所示。 RXD101KPNPVCCDiodeSpeaker 图 37 报警电路图 它是有 AT89C52 的 RXD 口来控制的， RXD 本来为低电平，当超过设置的重量时（ 5Kg），通过程序使 RXD 口值为高电平，从而使三极管导通，报警电路接通，使蜂鸣器 SPEAKER 发出报警声，同时使报警灯 LED 发光。 这一任务的实现主要靠程序来完成。 电源电路 一般电网电压为交流 220V，而本文设计的电子秤系统需要的电压是直流 5V，显然不能满足实际要求，所以需要设计一个直流稳压电源。 直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。