【導(dǎo)讀】由于稱重器具在商業(yè)貿(mào)易中的重要作用，稱重技術(shù)的發(fā)展一直都受到人們的關(guān)注。另外本系統(tǒng)還擴(kuò)展了電子萬年歷和電子溫度計的功能，使得系統(tǒng)更加實用。件編程的基本思路，最后針對系統(tǒng)的測試結(jié)果進(jìn)行了分析。

　　

【正文】 障，達(dá)到事半功倍的效果。相反如果模塊選擇失當(dāng)，整個設(shè)計進(jìn)程將會大費(fèi)周折， 最 終的 結(jié)果 往往也不理想。 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 16 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 MCU 的最小 系統(tǒng)電路設(shè)計 單片機(jī) 最小系統(tǒng)的設(shè)計參考了經(jīng)典的 51單片 機(jī) 的 電路設(shè)計， 包括 震蕩電路，復(fù)位電路， 該方案已經(jīng) 久經(jīng) 實踐的檢驗，所以是非常成熟的， 因此 在此不再贅述，具體的電路連接圖如 下 圖 圖 31單片機(jī) 最小系統(tǒng) 原理圖 稱重 傳感器 和 A/D轉(zhuǎn) 換芯片 HX711 的電路 設(shè)計 根據(jù) 平行梁式 稱重傳感器的數(shù)據(jù)手冊，傳感器的接線方法如圖 32 圖 32傳感器 接線示意圖 HX711 芯片 的電路設(shè)計也參考了廠家給出的 方案 ， 沒有外接 晶振 ， 數(shù)據(jù)輸入選擇是Ａ通道，其中 AVDD和 GND為稱重 傳感器提供電源 。 具體 電路設(shè)計如 圖 33 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 17 圖 33 HX711電路 原理圖 數(shù)據(jù)輸入模塊的電路設(shè)計 按鍵 輸入模塊是采用普通的 矩陣 鍵盤電路， 鍵盤 的控制 口 連接的 單片機(jī) P3 口 ， 如 圖 34 圖 34 鍵盤 電路 液晶顯示 模塊的電路設(shè)計 12864 的 硬件 電路設(shè)計采用其 8位 并行數(shù)據(jù)傳輸 工作 模式，單片機(jī)的 P2口 為 12864 的 并行數(shù)據(jù)口， 為 使能端 （ E）， 為 讀寫控制端 （ R/W） , 為數(shù)據(jù) /指令 控制端（ D/I） ,為串 /并 選擇控制 端 （ PSB）， 具體的電路原理圖如圖 35 圖 35 LCD12864接口 電路 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 18 報警模塊的電路設(shè)計 蜂鳴器驅(qū)動 電路 也比較簡單，由于 51 單片機(jī) 的 I/O 口 不足以直接驅(qū)動蜂鳴器，因此需要 設(shè)計 三極管放大電路 ； LED 報警 電路比較簡單 LED通過串接 1K電阻后和 口 相連接 。 具體的電路設(shè)計如圖 36 圖 36蜂鳴器 報警電路 時鐘 模塊 和 溫度模塊 的電路設(shè)計 DS1302 的 硬件電路也相對比較簡單，兩個小電容起到溫度震蕩頻率的作用，單片機(jī) 口接時鐘端， 為 數(shù)據(jù)口， 為 復(fù)位 /片選 端， VCC2 接 后 備 電源 。 具體 電路 設(shè)計如圖 37 圖 37時鐘 模塊原理圖 DS18B20 由于是單總線 芯片，其電路設(shè)計也非常簡單 ， 數(shù)據(jù)端口接單片機(jī)的 ， 如圖 圖 38時鐘 電路原理圖 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 19 第 4 章 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計 編程語言和開發(fā)工具的選擇 編程語言的選擇 51 單片機(jī)的編程語言 有 匯編語言 或是 C51 語言 等 高級語言 。其中 匯編語言產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短 ,所 占用的存儲空間 相對 很小 ,因此 匯編程序的執(zhí)行速度 較 快 ,可以 充分發(fā)揮 出 單片機(jī)的硬件性 能 。 使用匯編語言編 寫 復(fù)雜的應(yīng)用 卻非常 困難 ,并且 程序的可讀性 以及 可移植性 都 不強(qiáng) 。 用 C51 語言編寫 的程序代碼 相對 長 ,需要占用 更多的程序存儲空間 。 但這 些 都只 是相對于匯編語言來講的 ,如果 程序編寫得科學(xué)合理，那么 C 語言 也可以 編寫非常精簡和高效率的 程序 代碼 ,同時 C 語言的 易 讀性和可移植性卻 是 匯編語言 望塵莫及 的 ,編程效率 將會 大大高于匯編語言 ， 減小了程序眼的編程難度。 所以 本 方案 選擇 C51 語言 作為系統(tǒng) 的 編程語言是合適的。 軟件 開發(fā)環(huán)境 的選擇 當(dāng)今主流的 C51編譯 軟件 主要有以下 幾種 ： IAR、 Avocet、 Tasking、 Dunfiled shareware、Micro Computer Controls、 KEIL 等 。 其中 KEIL 以 其 緊湊代碼和 易于使用 的界 面深受 編程開發(fā)人員的喜愛，在國內(nèi) 51 單片機(jī) 開發(fā) 界 KEIL 更是久負(fù)盛名，是國內(nèi)編程人員首選的開發(fā)工具 。因此 本 設(shè)計采用 KEIL V4 版本 作為系統(tǒng)軟件開發(fā) 環(huán)境 是非常合適的。 程序設(shè)計的 總 體 思路 本次 設(shè)計的系統(tǒng) 包含 的模塊 數(shù)量 比較多，如果所有函數(shù)都 在一個 源 代碼 文件 中實現(xiàn)， 容易使 源代碼 文件過于臃腫，同時程序的可讀性和 可 維護(hù)性也 會 較差 。 因此本設(shè)計考慮采用 模塊 化編程的思想 ， 即每個模塊 的 功能 均 只由一個源 代碼 文件實現(xiàn) ， 同時對應(yīng)一個頭文件， 以 供 其他源 代碼 文件 調(diào)用 。每個源程序 和對應(yīng)的頭文件 均以相應(yīng) 的模塊名來命名 ， 力求做到聞名而知意，這樣處理的結(jié)果會使整個設(shè)計的程序部 分 可讀性非常強(qiáng)，也大大提高了程序的可移植 性 。 這樣的程序設(shè)計方法 也 便于對 各 個模塊的調(diào)試 采 取 分而治之，然后再各個擊 破 的策略 ， 可以盡可能地減小程序調(diào)試的難度。 整個 程序的 結(jié) 構(gòu)圖如 圖 41： 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 20 圖 41程序結(jié)構(gòu) 圖 程序 大體上 分為 兩部分 ，即萬年歷和稱重系統(tǒng)， 兩種 模式通過 A鍵來切換，具體的程序流程圖如 圖 。 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 21 圖 42程序 流程圖 各個 模塊程序設(shè)計 說 明 鍵盤掃描程序 矩陣 鍵盤 掃描程序 是 在 “ ” 源 文件中實現(xiàn)的 。 程序 掃描 的方法是先 給 某一行置低電平，然后對每一列進(jìn)行完整掃描， 列 掃描完成后在變化另一行，同樣進(jìn)行列掃描， 直至 每一行都被掃描過，鍵盤也就完成 了 一次掃描，總共有 16 個 按 鍵 ，也就是 說 需要做 16 次 判斷，如果有鍵被按下，則返回其鍵值 。 由于 系統(tǒng) 沒有 設(shè)計 硬件消抖電路，因此需要在程序中加入軟件消抖，具體的實現(xiàn)方法是加入適當(dāng)?shù)难訒r，以消除 按鍵 抖動 造成 的電平跳變 ， 從而增加按鍵 穩(wěn)定 性。 詳細(xì) 程序 請 參考 附錄 部分 相關(guān)內(nèi)容。 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 HX711 有 兩條串口通訊線分別 是 數(shù)據(jù) 線 DOUT 和時鐘 線 PD_SCK， 利用 者兩個引腳可以 輸出數(shù)據(jù)和選擇輸入通道以及 增益。當(dāng) DOUT 為高電平時，說明 明 A/D 轉(zhuǎn)換器 未就緒 ， 需要 等待， 串口時鐘輸入信端 PD_SCK 此時 應(yīng) 該 為低電平。 DOUT 從高電平變低電平后， 說明 A/D 轉(zhuǎn)換 已經(jīng)就緒，此時如果 PD_SCK 輸入 了 25 到 27個的時鐘脈沖。 其中第一個時鐘脈沖的上升沿將讀出輸開始 各個 模塊初始化 A 鍵是否按下 進(jìn)入 稱重模式 Y 進(jìn)入 萬年歷模式 N C 鍵 B鍵 設(shè)置 單價 正常 走時 去皮 校時 獲取 數(shù)據(jù) 顯示數(shù)據(jù) Y N Y N 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 22 出 的 24 位數(shù)據(jù)的最高位 ， 一直到 第 24 個時鐘脈沖完成， 24 位 數(shù)據(jù)就完成了輸出 輸 。 剩下 的第 25到 第 27個時鐘脈沖 是 用來 設(shè)定 下一次 A/D 轉(zhuǎn)換的 數(shù)據(jù) 輸入通道 以及 增益 調(diào)節(jié) 的。 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入通 道或增益 任意 一個參數(shù)發(fā)生 改變時， 都 需要 至少 經(jīng)過 4個數(shù)據(jù)輸出周期 輸出 的數(shù)據(jù) 才能穩(wěn)定， 也就是說 4 個數(shù)據(jù)輸出周期后 DOUT 才會變 為 低電平， 開始 輸出有效數(shù)據(jù)。 詳細(xì)設(shè)置 參見表 41。 表 41 HX711增益 選擇 從 HX711 讀出 的 24 位 二進(jìn)制數(shù)還需要經(jīng)過換算才能轉(zhuǎn)換為最終的實際重量。 具體 換算方法為： 傳感器 電源為固定的 ， 傳感器 靈敏度為 1mv/v,經(jīng)過 A/D 的 128 倍 放大后的滿量程電壓 （重物 為 5kg 時） 的 表達(dá)式為： *1mv/V*128 = （ ） 同時 A/D 的 參考電壓也是 ，所以，不難得出滿量程最終輸出的二進(jìn)制數(shù)為 ： *224/ ≈ 2147483 （ ） 根據(jù) 傳感器的線性特征，可以得到，當(dāng)輸出二進(jìn)制數(shù)為 n 時 ，對應(yīng)的實際質(zhì)量 x 為 ： x≈ n/ 顯示程序設(shè)計 12864 的 程序設(shè)計采用并行顯示方 式 的，具體的端口定義見圖 43： 圖 43 12864端口 定義 液晶初始化完成后，先顯示屏幕上一些固定的信息，然后再顯示從傳感器或芯片上讀出的數(shù)據(jù)?？紤]到要顯示的信息比較多， 12864 有限的屏幕不能一次性地把所有內(nèi)容顯示完全，經(jīng)測試 滾動 顯示的效果也不理想 ， 因此設(shè)計 把 信息分成了兩屏來顯示 ， 具體實現(xiàn)方法是通過鍵盤基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 23 上的 “A” 鍵 來切換， 對應(yīng) 的兩種模式分別為萬年歷和電子秤，這樣就完美地解決了 12864 單次 顯示內(nèi)容少的問題 。 報警模塊程序設(shè)計 報警 模塊 的程序 非常簡單， 根據(jù) 硬件電路的設(shè)計，只要當(dāng)讀取的傳感器的數(shù)據(jù)超過了設(shè)定值，此時只要將連接蜂鳴器 和 LED 的 I/O 口 置為低電平，蜂鳴器 和 LED 就會產(chǎn)生報警信號 ，經(jīng)過 測試連續(xù)的蜂鳴器報警聲太過尖銳，會引起使用者的不適，因此后期程序 經(jīng)過 了改進(jìn)，在程序中加入了稍許的延時，實現(xiàn)了 間歇 性的報警聲 ， 效果較之以前有很大提高。 時鐘模塊程序設(shè)計 時鐘 模塊程序 設(shè)計 的難點 是 時間 的調(diào)整，部分，根據(jù)設(shè)計的要求，需要 由 鍵盤直接輸入 時間 的數(shù)值 ，再 將調(diào)整后的時間 值寫入 DS1302 的對應(yīng) 的時間 寄存器中 ，還要同步 把 調(diào)整后的時間 顯示在 12864 液晶 屏上 。時鐘 模塊程序的流程圖如圖 44 圖 44時鐘 模塊 程序 流程圖 溫度模塊程序設(shè)計 溫度 模塊 的 主 函數(shù)中先調(diào)用 DS18B20 的 初始化函數(shù) 即“ init_DS18B20( )” ， 然后再 在 大循環(huán) 中調(diào)用 DS18B20 的 溫度獲取函數(shù) 。 由于 本 系統(tǒng)只有一個 DS18B20 溫度 傳感器因此 可以 跳過讀序號列號的操作 ，直接讀取溫度寄存器。 DS18B20 的 溫度分高 分 為兩個字節(jié)存放在兩個寄存開始 DS1302 初始化 按鍵 B 是否被按下 YES 進(jìn)入 時間調(diào)整狀態(tài) 時鐘 芯片正常走時模式 讀取 內(nèi)部寄存器中時間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示在 12864 屏幕 上 NO 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 24 器 中， 讀取之后需要把兩字 節(jié) 的數(shù)據(jù)合并，然后轉(zhuǎn)換為 12864 可以 直接顯示的字符，最后在液晶屏上顯示出當(dāng)前的溫度值。 小結(jié) 本系統(tǒng) 的 程序設(shè)計由于模塊化編程思想的引入而 使 其調(diào)試 難度 大大降低 ， 每個模塊都可以單獨 進(jìn)行 調(diào)試，當(dāng)模塊單獨工作正常時，再將其放 入整個系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，如果系統(tǒng)哪一 部分 出現(xiàn)問題，也可以迅速找到問題根源 并 進(jìn)行修改 ， 由此可見模塊化編程對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的程序編寫是一種非常行之有效的方法。 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 25 第 5 章 系統(tǒng)整體 校調(diào) 調(diào)試方法 和步驟 根據(jù) 前面 所述模塊化的編程方法，系統(tǒng)的調(diào)試基本上也遵循了這一原則 。即 先易后難，先局部再整體 的 調(diào)試方法，先調(diào)試一些相對簡單的模塊，比如蜂鳴器報警和 液晶顯示， 程序編譯通過后 把 可以仿真的模塊在 protues 仿真 軟件 中進(jìn)行 了仿真測試，仿真測試通 過后，最后 把 程序燒寫進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行實際硬件的測試 。 由于軟件 仿真 和實際的硬件一般都存在一定的 差距 ，軟件仿真通過的模塊不一定可以在硬件測試中通過。根據(jù) 硬件 測試的結(jié)果對程序進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整， 直至 硬件 測試也 通過。 當(dāng) 各個模塊 軟件 仿真和硬件測試通過后，需要進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，也就是要把各個獨立的模塊給整合 進(jìn) 一個系統(tǒng) 。 這一步的調(diào)試也相當(dāng)?shù)仃P(guān)鍵 ， 需要保證各個模塊既可以正常地工作又不能影響到其他模塊，所以各個模塊需要達(dá)到局部獨立工作，但整體上又協(xié)調(diào)統(tǒng)一的要求。 圖 51 和 圖 52 是 某些模塊的仿真過程 。 圖 51時鐘 模塊仿真結(jié)果 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 26 圖 52稱重 模塊仿真圖 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及其解決方法 程序調(diào)試 主要分為兩大部分， 即 萬年歷模式和電子秤模式。其中 萬年 歷模式中 時間 顯示 相對 比較 簡單 ，程序調(diào)試的難點在于時間 調(diào)整 函數(shù)的處理 。 由于矩陣鍵盤的引入 ， 系統(tǒng)設(shè)計要求時間調(diào)整需要通過鍵盤直接輸入要調(diào)整的數(shù)值，而不是像傳統(tǒng)時鐘那 樣 只通過 一個按鍵實現(xiàn)時間數(shù)據(jù)單步的加減