【正文】 C89C52 單片機(jī)接口電路 ................................ (11) 顯示電路與 STC89C52 單片機(jī)的接口電路 ............................... (13) 4 主程序設(shè)計(jì) .......................................................... (17) 主程序設(shè)計(jì) ......................................................... (17) 系統(tǒng)主程序流程圖 ................................................... (18) 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) ..................................................... (19) 5 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................ (20) 調(diào)試過程 ........................................................... (20) 故障分析與解決方案 ................................................. (20) 功能測試 ........................................................... (21) 精度測量 ........................................................... (21) 6 結(jié)論 ................................................................ (212) 參考文獻(xiàn) ............................................................. (212) 致 謝 ................................................................. (214) 附錄材料目錄 .......................................................... (25) 附錄 1................................................................. (25) 附錄 2................................................................ (257) 附錄 3................................................................. (28) 1 基于 STC89C52 單片機(jī)的電子秤 功能仿真設(shè)計(jì) 摘 要： 隨著數(shù)字化技術(shù)的快速不斷變化和應(yīng)用，電子稱重技術(shù)同樣也得到了很大的發(fā)展和應(yīng)用，各種數(shù)字化智能化的電子衡器逐漸出現(xiàn)，但商用電子稱作為電子稱重方面重要的一部分，在中小型市場并沒有得到普及，依然以桿秤、臺秤和普 通電子秤為主的商用電子秤，存在明顯的精度差、容易損壞和難維修等缺陷，特別是在進(jìn)行輕微物體、藥材等的測量時(shí)誤差更大。 本文設(shè)計(jì)的電子秤主要以 STC89C52 單片機(jī)為核心，通過 Proteus 軟件和 Keil 軟件實(shí)現(xiàn)了對電子稱的功能仿真設(shè)計(jì)。用壓力傳感器采集壓力數(shù)值，通過 A/D 轉(zhuǎn)換送給單片機(jī)，單片機(jī)通過重量參數(shù)進(jìn)而選擇 24 位精度值進(jìn)行處理，最后將輸出的稱重值顯示在在 1602LCD液晶上。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) STC89C52。A/D 轉(zhuǎn)換 。STC89C52。A/D converter。而衡器作為國家法定計(jì)量的器具，自古以來就被人們重視，作為一種計(jì)量方式， 廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)作業(yè)、科研研究、交通計(jì)數(shù)、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊緊相連，也是民生、國防、科學(xué)、貿(mào)易中不可缺少的計(jì)量工具。以及加強(qiáng)企業(yè)管理和改善經(jīng)營等多方面的應(yīng)用。 電子衡器的研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外發(fā) 展情況 從國際上看，隨著二十世經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越快，為了能夠把稱重技術(shù)引入到越來越先進(jìn)生產(chǎn)工藝中去，使稱重技術(shù)的發(fā)展越來越智能化，希望稱重過程向自動化發(fā)展，因此電子技術(shù)不斷進(jìn)入衡器 3 制造業(yè)。在 1960 年開發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專門稱重值打印機(jī)。電子秤的發(fā)展過程與其他事物一樣，同樣經(jīng)歷了由簡 單到復(fù)雜變換、由粗糙到精密變化、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全面電子化、再由單一功能到多功能發(fā)展的過程。 50 年代開始，出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子秤。已由傳統(tǒng)機(jī)械式衡器步入集傳感器、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和一體化的電子衡器發(fā)展階段。 電子稱的發(fā)展方向 電子稱的發(fā)展動向?yàn)椋盒⌒突?、模塊化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、可靠 性高；其應(yīng)用性趨向于綜合性、組合性；而且更需要向多種功能的方向發(fā)展。電子稱部分已具備了動態(tài)稱量模式，即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動調(diào)零等方法，消除上述的誤差； (2)電子稱附加了計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償處理裝置，可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理； (3)附加單價(jià)總額計(jì)算功能。 課題的研究意義 今后，隨著電子高科技的快速發(fā)展，電子稱重技術(shù)也定將 日新月異。從實(shí)際情況看來，目前中小型市場上使用的稱量工具，主要還是以桿秤、臺秤、小型簡易電子稱為主，操作簡單但精度比較低，而且調(diào)整時(shí)間長，運(yùn)行不可靠，易損件多，維修困難，能源消耗大，生產(chǎn)成本比較高。在這些中小型市場，稱重儀器選擇的局限性，已逐漸無法滿足越來越走向現(xiàn)代化的需求，對電子稱的要求不僅僅要簡便而且要更公平更合理，對精度不僅有要求，對功能也有更多的期望，電子稱 不僅要稱量較重物體，還能夠更精確的稱量較輕的物體，比如茶葉和藥材等，要求精度更高，稱量更準(zhǔn)確。 本文的設(shè)計(jì)思路 隨著微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步。除此之外，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的 AT89系列單片機(jī)，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時(shí)候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。據(jù)悉 , 目前電子秤的附加功能主要有這些方面：電子秤附加了計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償處理裝置，可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理；具有皮重、凈重顯 示等特種功能。目前的電子秤有附加多種計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能 , 以滿足多種使用的要求。 綜上所述 ,本課題的主要設(shè)計(jì)思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機(jī)。本文主要以下幾個(gè)方面的工作： (1)詳細(xì)講解了稱重器工作原理。 (3)對于稱重器的硬件系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹關(guān)于精度、轉(zhuǎn)換速率的壓力傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換模塊器件的選取。 (5)依據(jù)稱重系統(tǒng)的總電路，通過 Keil軟件 C語言編程和 Proteus仿真，實(shí)現(xiàn)模擬的稱重顯示。 報(bào)警電路 壓力傳感器 信號轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī) 鍵盤控制 LCD 顯示 電源輸入 5 主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍 0～ 5Kg。精度等級 Ⅲ 級 。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便 ,集重量稱量功能于一體 ,能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。缺點(diǎn)是：硬件部分簡單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法實(shí)時(shí)地設(shè)定各種控制參數(shù)。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)簡圖如圖 22 所示： 圖 22 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡圖 此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購物總額以及簡單的貨物代碼等。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示購物清單和所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。單片機(jī)控制適合于功能比較簡單的控制系統(tǒng) ,而且其具有成本低 ,功耗低 ,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng) ,技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。系統(tǒng)集成于一片 Xilinx 公司的 SpartanⅡ 系列 XC2S100E 芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路 [4]。從中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的 核心器件。結(jié)構(gòu)簡圖如圖 24 所示： FPGA 的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時(shí)還可以提高設(shè)計(jì)的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。其主要在 PC 機(jī)接口卡的總線接口、程控交換機(jī)的信號處理與接口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處 理、數(shù)控機(jī)床的測試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。 圖 24 電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖 硬件方案設(shè)計(jì)與論證 CPU 的選擇方案 本文基于以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。 STC 公司的 51 系列的單片機(jī)都可使用，在這里選用 STC 生產(chǎn)的 STC89C52 單片機(jī) [5]。 第二， STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。 第三， 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？臻e模式 下 ， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T可選。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會進(jìn)入了信息時(shí)代，在 信息時(shí)代人們的社會活動將主要依靠對信息資源的開發(fā)和獲取 、傳輸和處理，而傳感器處于自動檢測與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測信息的窗口；傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號 [6]。稱重傳感器中最多的是電阻應(yīng)變式稱重 ,應(yīng)變片是稱重傳感器的核心單元 ,彈性體是基礎(chǔ)組成部分。 S 行雙連孔式傳感器量程范圍一般在 2Kg 到 500Kg,這種類型稱重傳感器抗偏，抗側(cè)能力較強(qiáng)。輪輻式傳感器由于結(jié)構(gòu)的對稱性，所以能夠承受大的側(cè)向力，由于它有較大的滯后誤差，很多場合都被橋式傳感器所取代。橋式傳感器精度高，標(biāo)定方便，普遍應(yīng)用于汽車秤跟平臺秤等多個(gè)場合。剪切梁 式傳感器運(yùn)用剪切原理制作而成，精度跟穩(wěn)定性都很高，一般都不需要線性補(bǔ)償都能達(dá)到要求。測量范圍在幾十千克的場合一般選用單 S 梁式傳感器，它不適合在振動大的時(shí)候使用。 (2)使用環(huán)境條件，如需密封、防爆等。精度等級通常由彈性體結(jié)構(gòu)決定，以及處理過程中是否有線性補(bǔ)償。估算被測物體的最大重量在多少，要想獲得較準(zhǔn)備 的測量數(shù)值一般選擇的量程是被測體最大重量的 2 到 倍。它的特點(diǎn)：精度高、易加工、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)、固有頻率高。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片 的的敏感柵也隨之變形，其阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓的變化。 HX711 是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道 A 或通道 B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。20mV 或 177。通道 B 則為固定的 64 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。 HX711 的芯片功能介紹，該芯片有兩路可選擇差分輸入，片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為 128。選用上電自動復(fù)位電路簡單的數(shù)字控制和串口通訊。 典型工作電流： , 斷電電流： 1μA ，工作電壓范圍： ~ ，工作溫度范圍 ： 20 ~ +85℃ 。在編寫單片機(jī)程序時(shí)，鍵盤作為一種人機(jī)接口的方式實(shí)現(xiàn)，是很常用的。最后單片機(jī)響應(yīng)中斷并讀取鍵值，有時(shí)也可以采用輪訓(xùn)的方式。如果單片機(jī)的中斷向量比較少（例如 AVR 系列單片機(jī)，每個(gè) I/O 口都可以作為中斷），也可以直接把各個(gè)鍵盤接到每個(gè)具有中斷功能的 I/O 上面。 上述兩種方法都存在比較明顯的缺陷：第一種方法需要專門的外圍芯片，增加成本，且一般不容易檢測按鍵的按下、釋放及長按鍵等事件。且采用軟件延時(shí)的方式，浪費(fèi) CPU 資源，很不可取。掃描方法即 CPU 在一定的節(jié)奏下，去掃描按鍵數(shù)據(jù)線上的信號，然后分析并確定按鍵事件。 顯示器部分的選擇 顯示器是人機(jī)交換的主要部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過 CPU 處理后直觀的顯示出來。 L