【文章內(nèi)容簡介】 9C52的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（3239）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口（1017）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（2128）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（18）： 準(zhǔn)雙向通用I/O口；RST（9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。MCS51的CPU可包括運算部件，控制器，程序狀態(tài)字，B寄存器，累加器Acc（或A），位處理器等。 89C52管腳圖 顯示電路的設(shè)計 LED液晶顯示器是一種功耗極低的顯示器，它可以將處理得出的數(shù)據(jù)在顯示器上進(jìn)行顯示，讓人們直觀的看到被測體的質(zhì)量，: LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖它由4個LED組成一個陣列，并封裝于一個標(biāo)準(zhǔn)的外殼中。為使用于不同的驅(qū)動電路，有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)。根據(jù)本次設(shè)計任務(wù)書的要求和實際情況，此處采用的是共陰極結(jié)構(gòu)，： 共陰極結(jié)構(gòu)圖 復(fù)位電路的設(shè)計本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，是常用復(fù)位電路之一。當(dāng)89C52的ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RST引腳高電平到時，單片機復(fù)位。通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位，若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行時，只需按動按鈕即可，當(dāng)按下按鈕后是直接把+5V加到了RST/VPD端從而復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。 按鍵復(fù)位的電路第4章 小動物動態(tài)電子秤的軟件設(shè)計軟件設(shè)計一般按下列步驟進(jìn)行：即先分析系統(tǒng)對軟件的要求；然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件總體設(shè)計，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和對程序進(jìn)行模塊化設(shè)計，模塊化設(shè)計即將程序劃分為若干個相對獨立的模塊；接著畫出每一個專用模塊的詳細(xì)流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；最后按照軟件總體設(shè)計時給出的結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個完整的程序。在主程序的設(shè)計中要合理地調(diào)用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對硬件的、資源占用情況。采用模塊化設(shè)計方法以后依據(jù)系統(tǒng)的功能要求將軟件的初始化模塊、監(jiān)控模塊、采集模塊、轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、延時模塊分別進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試，然后把它們連接起來，進(jìn)行總調(diào)。 在劃分模塊時應(yīng)注意：每個模塊不宜太長，冗長復(fù)雜的設(shè)計不宜調(diào)用與運行，所以通常編制2050行的程序段較合適；應(yīng)使模塊之間相互獨立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調(diào)試；應(yīng)盡量利用已有并且熟悉的模塊。模塊化設(shè)計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進(jìn)行設(shè)計、研制、調(diào)試和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡化。模塊之間的相互獨立也有助于研制任務(wù)的分解和設(shè)計人員之間的分工合作，這樣可提高工作效率和儀表的研制速度。上述各種研制調(diào)試完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來，才能構(gòu)成完整的儀表，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和輸出等各種功能。軟件模塊的連接，一般是通過監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來實現(xiàn)，并且按功能層次繼續(xù)調(diào)用下一級模塊。模塊之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)緩沖器和標(biāo)志狀態(tài)）來完成的。 監(jiān)控程序設(shè)計整個設(shè)計既要滿足設(shè)定要求來完成如計算等功能的任務(wù)功能程序，也要有可以監(jiān)控儀器儀表正工作，保證其可靠性方面的監(jiān)控程序。整個儀器的測量都是自動完成的，所以設(shè)計一套功能完備的監(jiān)控程序是必須的也是必要的。監(jiān)控程序的主要作用是實時的響應(yīng)來自系統(tǒng)的各種信息，按信息的類別進(jìn)行處理；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能自動的采取有效的措施，消除故障，保證系統(tǒng)能夠繼續(xù)進(jìn)行正常工作。 數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計數(shù)據(jù)采集用ADC0809芯片來完成，主要分為啟動、讀取數(shù)據(jù)、延時等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元、繼續(xù)轉(zhuǎn)換（退出）幾個步驟。ADC0809初始化后，就具有了將某一通道輸入的05V模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量00HFFH，然后再存入89C52內(nèi)部RAM的指定單元中。在控制方面有所區(qū)別，可以采用程序查詢方式，延時等待方式和中斷方式。：ADC0809初始化啟動A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換是否完成數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)顯示NY開始返回 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換子程序原理框圖 數(shù)據(jù)處理子程序設(shè)計由于IN0通道允許輸入的模擬電壓值范圍為05V，又由于A/D的采樣結(jié)果為十六進(jìn)制數(shù)，但由傳感器中傳出的數(shù)據(jù)不符合要求。因此數(shù)據(jù)處理主要完成對輸入值系數(shù)調(diào)整，使輸出滿足要求，數(shù)據(jù)處理子程序可以成為整個程序的核心。根據(jù)試驗測得的數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的精確計算得出了A/D轉(zhuǎn)換器輸入最大（5V）時對應(yīng)的輸出為：5/FFH*K=196，最大十進(jìn)制結(jié)果為5位。R0R7分別為8位存儲，BCD碼是兩位十進(jìn)制數(shù)，所以需要三個寄存器來保存轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)據(jù)處理子程序是整個程序的核心。主要用來調(diào)整輸入值系數(shù)，使輸出滿足量程要求外還須使得A/D的采樣結(jié)果從十六進(jìn)制數(shù)向十進(jìn)制數(shù)形式轉(zhuǎn)化。 系統(tǒng)調(diào)整在IN0輸入的數(shù)最大為5V，要求的質(zhì)量3000g對應(yīng)的是5V，為十六進(jìn)制向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換方便，將系數(shù)放大100倍。并用小數(shù)點位置的變化體現(xiàn)這一過程。3000/256＝，76H＝118，因而能夠確定76H即為所需要的系數(shù)。 數(shù)制轉(zhuǎn)換數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換：在二進(jìn)制數(shù)制中，每向左移一位表示數(shù)乘二倍。以每四位作為一組對數(shù)分組，當(dāng)?shù)谒奈幌虻谖逦贿M(jìn)位時，數(shù)由8變到16，若按十進(jìn)制數(shù)制規(guī)則讀數(shù)，則丟失6，所以應(yīng)進(jìn)行加六調(diào)整，DA指令可完成這一調(diào)整?？梢姅?shù)制之間的轉(zhuǎn)換可以通過移位的方法實現(xiàn)，其中，移出數(shù)據(jù)的保存可以通過自乘再加進(jìn)位的方法實現(xiàn)，因為乘二表示左移一位，左移后，低位進(jìn)一，則需加一，否則加零。而通過移位已將要移入的尾數(shù)保存在了進(jìn)位位中，所以能實現(xiàn)。 防脈沖干擾平均值濾波在工業(yè)控制等應(yīng)用場合中，經(jīng)常會遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只會影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的采樣值的偏差。為此，可采取先對N個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中最大值和最小值，然后計算余下的N－2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這個方法既可以濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾。在實際應(yīng)用中，N可取任何值，但為了加快測量計算速度，一般N不能太大，一般取值為4，進(jìn)行4次采樣，即為四取二再取平均值。它具有計算方便速度快，存儲量小等特點，故得到了廣泛的應(yīng)用。：開始輸入值最大值？最大值＝輸入植輸入值最小值輸入值累加調(diào)用次數(shù)＝4？減去最大值減去最小值余下的累加和除以2輸出結(jié)果并放入ADVAL1YNNY采樣最小值＝輸入植NY返回 防脈沖干擾平均值濾波程序框圖 LED顯示子程序設(shè)計顯示子程序是字符顯示，調(diào)用8155初始化命令，然后輸出寫顯示命令。在顯示過程中一定要調(diào)用延時子程序，其任務(wù)是將測量結(jié)果送顯示器顯示。通過對LED顯示子程序的編寫、鏈接、調(diào)試等操作實現(xiàn)對測得的物品質(zhì)量進(jìn)行4位LED實數(shù)顯示，上限是3000g。： 8段LED共陰極常用字型碼顯示字符段碼顯示字符段碼03FH96FH106HA77FH25BHb7CH34FHc39H466Hd5EH56DHE79H67DHF71H707HP73H87FH第5章 小動物動態(tài)電子秤的整體調(diào)試調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián)調(diào)。由于硬件和軟件的研制是相對獨立進(jìn)行的，因此軟件調(diào)試是在硬件完成之前，而硬件也是在無完整軟件情況下進(jìn)行調(diào)試的。在調(diào)試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反復(fù)進(jìn)行這一過程，直至確信沒有錯誤之后連接傳感器采集的信號，接入單片機進(jìn)行整機聯(lián)調(diào)。 調(diào)試分析軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試都是獨立進(jìn)行的，軟件部分包括監(jiān)控子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序。軟件調(diào)試中需要用到的測量信號可以用仿真實驗臺上的電壓信號進(jìn)行模擬，整個測試過程可以使用偉福仿真箱進(jìn)行模擬調(diào)試。硬件部分的調(diào)試系統(tǒng)主要使用的是《CSY—2000傳感器與檢測技術(shù)試驗臺》中的電阻應(yīng)變式全橋傳感器和另外焊接的電路板。縱觀整個電路板，主要分為三大部分，分別是單片機部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、LED顯示器部分，其他就是輔助的小規(guī)模電路。《CSY—2000傳感器與檢測技術(shù)試驗臺》提供實驗臺、應(yīng)變式傳感器及其所需的4V～+4電源和放大電路。完成程序的設(shè)計和硬件的搭接之后要能確保軟件調(diào)試和硬件調(diào)試各自都正確無誤，接著再對硬、軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。在調(diào)試中繼續(xù)找出單獨調(diào)試中無法顯現(xiàn)的故障，反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)軟件、修改硬件設(shè)計的工作，直到所設(shè)計的電子秤顯示數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)誤差不大，才能進(jìn)行最后的軟件固化與整機的組裝工作。 故障調(diào)試及解決方式一、測得的數(shù)據(jù)線性度差，經(jīng)過放大器的傳感器信號不穩(wěn)定，并產(chǎn)生了零點漂移，且不滿足設(shè)定的放大倍數(shù)。原因分析：傳感器等實驗設(shè)備存在誤差，信號不穩(wěn)定是由于傳感器精度不夠準(zhǔn)確，以及連線時線路不穩(wěn)定等因素的影響。導(dǎo)致不能滿足設(shè)定的放大倍數(shù)的原因，可能是放大器選擇不合適，因為放大器只能對一定范圍內(nèi)的信號線性放大，導(dǎo)致不能滿足設(shè)定的放大倍數(shù)。解決方法：選擇精度高的傳感器，預(yù)先計算好運放放大倍數(shù)，以便于選擇合適的運算放大器。 二、傳感器顯示電壓的示數(shù)范圍與要求的4位LED顯示的質(zhì)量示數(shù)范圍不符，即上限不滿足3000g。原因分析：沒有選擇好轉(zhuǎn)換系數(shù)，使質(zhì)量范圍不能滿足要求。解決方法：修改程序中的轉(zhuǎn)換子程序部分，在進(jìn)制轉(zhuǎn)換時計算出轉(zhuǎn)換系數(shù)值。三、連接完成發(fā)現(xiàn)運行程序之后整個電路板上的4位LED均沒有顯示。原因分析：檢查電路之后發(fā)現(xiàn)ADC0809十分燙手，不屬于正常的情況。解決方法：元器件ADC0809因使用不當(dāng)本身已經(jīng)損壞，換了一個新的之后重新調(diào)試，有LED顯示。四、硬件電路板上的4位LED顯示的都是不規(guī)則亂碼。原因分析：可能是LED損壞了，又或者是電路焊接的問題。解決方法：檢測了電路之后發(fā)現(xiàn)電路的焊接沒問題，重新檢查之后才發(fā)現(xiàn)是由于沒有脈沖的輸入，接入脈沖之后一切顯示正常。五、不能在全速運行時實時顯示。原因分析：送顯示后延時時間不夠。解決方法：加長延時子程序。 聯(lián)調(diào)結(jié)果經(jīng)過以上調(diào)試檢查，雖然外觀并不特別美觀，但功能上比較符合任務(wù)書的要求。，效果比較清晰穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)計的實際情況，最大測量值經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到的結(jié)果要稍大于限定的3000g，為3009g。 根據(jù)本文設(shè)計所焊接的電路板 LED顯示35g LED顯示1609g LED顯示最大值3009g結(jié) 論本文設(shè)計的小動物動態(tài)電子秤是在各種儀器連接使用的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求，如傳感器的精密度，它直接影響電子秤的稱重準(zhǔn)確度。整個課題的開發(fā)過程主要包括了硬件電路設(shè)計和軟件程序的編寫兩個部分，主要任務(wù)是開發(fā)一個以89C52單片機為核心的小動物動態(tài)電子秤，可實現(xiàn)物品動靜態(tài)質(zhì)量的測量，并用LED顯示。通過整機聯(lián)調(diào)驗證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設(shè)計要求，達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)。硬件部分使用的是電阻應(yīng)變式全橋傳感器，精度較高，但輸出部分不是特別穩(wěn)定，對整個電路有一定影響。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號進(jìn)行量化、采集，主要分為信號放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，ADC0809雖然符合設(shè)計要求，但其轉(zhuǎn)換精度不高，對顯示存在影響。還需注意在對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大時，應(yīng)選取合適的運算放大電路，最好是預(yù)先計算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。而后所選擇使用的單片機能實現(xiàn)傳統(tǒng)電子儀器不可能實現(xiàn)的諸多功能，如實時測、控，以及測控結(jié)合，并能對測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)字顯示、存儲記憶、條件邏輯控制等。軟件部分采用模塊化設(shè)計，通過不同的配置后可以有不同功用。如數(shù)據(jù)采集部分的程序，對整個設(shè)計能進(jìn)行先期的處理。此階段還包含整個設(shè)計中最重要的動態(tài)處理部分，通過比較取舍，最終采用了軟件處理的方式，即防脈沖干擾濾波法，得到的結(jié)果精度可能比不上直接使用硬件處理，但它具有計算方便速度快等特點，比較符合設(shè)計的要求。接著是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求。最后是結(jié)果的顯示，本次設(shè)計使用4位LED顯示器，顯示效果簡單直觀。通過以上論述可以發(fā)現(xiàn)，整個設(shè)計的實用性較高，使用的硬件都是比較能夠方便取得的，但還是有很多缺陷，如傳感器輸出部分的穩(wěn)定問題，A/D轉(zhuǎn)換部分硬件的選擇，動態(tài)部分其他更完善處理的方法等，希望以后還能有所改進(jìn)，能夠趨于完美。社會經(jīng)濟效益分析本文所設(shè)計的小動物動態(tài)電子秤體積小、精度高、實時測量顯示直觀迅速、運行操作簡單、設(shè)計成本較低。由于采用的器件都是已經(jīng)非常普遍的器件，大多數(shù)已經(jīng)批量生產(chǎn)，并且價格也十分低廉，如89C52單片機、與非門74LS0同相驅(qū)動器740D觸發(fā)器7474。這就意味著所選擇使用的器件功能比較強大、穩(wěn)定，尤其是本次設(shè)計的核心元件89C52單片機，軟件配合度高，并具有種類齊全的支持芯片。這類微處理器既可用作控制器又適合于做數(shù)據(jù)處理，而且成本也甚是低廉。由于設(shè)計中著重考慮了硬件電路的簡單性，故盡可能減少硬件的復(fù)雜性，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到了硬件電路最優(yōu)化設(shè)計。軟件采用了匯編語言編寫和模塊化設(shè)計思想，程序可讀性強，便于系統(tǒng)的改進(jìn)和升級，靈活性和適應(yīng)性強，可用于物品靜態(tài)和動態(tài)兩種狀態(tài)的處理，給人們的日常生活帶來了方便。在工業(yè)生產(chǎn)中，通過更改部分參數(shù)，還能擴大物品最大值測量的范圍，所以無論是在日常生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)中都能有廣泛的應(yīng)用，如投入生產(chǎn)使用具有較大的商業(yè)價值和社會效益。參考文獻(xiàn)[1] 張剛毅, 彭喜源等. 新編MSC51單片機應(yīng)用設(shè)計. 哈爾濱: 工業(yè)大學(xué)出版社, 200