【正文】 02 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2， 20*2 和 40*2 行等 的模塊。我們以 1602LCD 字符型液晶顯示器為例。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別， 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量 :162 個字符，芯片工作電壓 :—，工作電流 :()，模塊最佳工作電壓 :，字符尺寸 :(WH)mm[19]。 由于本次設(shè)計的顯示模塊需要顯示多位數(shù)字，如果采用數(shù)碼管顯示的話將會占用多個單片機 I/O 口 ,使得電路變得更為復(fù)雜。所以選用液晶顯示， 1602LCD 符合基本條件，能夠采用。 鍵盤輸入 鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。因此鍵盤模塊設(shè)計的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。鍵盤是由若干個按鍵開關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關(guān)觸點，當鍵按下時，觸點閉合，當鍵松開時，觸點斷開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。 方案一 專用芯 片式設(shè)計 專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問題的處理，甚至還集成了顯示接口功能。列如 Intel8279 是一種為 8 位微處理器設(shè)計的比較成熟的通用鍵盤 /顯示器接口芯片，其功能有：接收來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)，并作預(yù)處理；數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)點很明顯，可靠性高，口簡單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。但在很多應(yīng)用場合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。 方案二 矩陣式鍵盤設(shè)計 矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用 I/O 口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按 鍵設(shè)置在 行列的交點上。例如，用 22 的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 4 個鍵的鍵盤， 44 行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 16 個鍵的鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省 I/O 口線。相對于專用芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。缺點就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問題。 圖 44 矩陣鍵盤 考慮到成本方面，我決定采用矩陣鍵盤。 電源模塊 系統(tǒng)需要多種電源，單片機需要＋ 5V電源，運放需要 177。5V， V/F 轉(zhuǎn)換器需要 177。12V，傳感器需要＋ 5V以上的線性電源。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo、輸出電流 Io、輸出紋波電壓 ΔUopp等性能指標要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等 [16]。 此次設(shè)計的穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖 圖 穩(wěn)壓電源組成圖 方案一 采用 LM31 LM337 共地可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源 LM317 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓，不過它只能允許可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護電路；由一個電阻（ R）和一個可變電位器 (RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓為： Vo=(1+RP/R)。 LM337 輸出為負的可調(diào)電壓，采用兩個獨立的變壓器分別和 LM317 及 LM337 組裝，操作比較簡單。電路圖如下所示： 圖 LM317 與 LM337 組裝電路 方案二 : 采用 7805,7905， 7812 和 7912 組成穩(wěn)壓電路 7805， 7905 固定式三端穩(wěn)壓器可輸出 177。5V,固定式三端可調(diào)穩(wěn)壓器 7812 和 7812 組裝電路可對稱輸出 177。12v,其電路圖如圖所示 . 圖 LM317 與 LM337 組裝電路 方案一的電路由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 LM317 和 LM337 組裝而成 ,可輸出范圍為 177。 177。12 連續(xù)可調(diào) ,通過對滑動變阻器的調(diào)整可輸出 +5V,177。12,(39)V連續(xù)可調(diào) .其電路組裝比較簡單 ,但輸出所需電壓 時需要調(diào)整可變電阻 ,不能直接輸出 ,因此使用時不方便 .方案二由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器和三端固定式穩(wěn)壓器共同組成 ,所用器件比方案一多 ,但電路組裝簡單 ,不會增添麻煩 ,在方案二中可直接得到 +5v 和 177。12 的輸出電壓 .使用時比較方便 ,綜上所述 ,方案二比方案一合理 ,因此選擇方案二。 具體實施方案簡介 根據(jù)以上設(shè)計方案，硬件部分采用 51 系列單片機 AT89C51 為控制核心部件，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能。 AT89C51 是一款 8 位的內(nèi)帶 4K 程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實現(xiàn)電子秤系統(tǒng)的各項功能時，所需的軟件量并不是很大，不 需要太大的程序存儲空間，因此在對AT89C51 實際設(shè)計時不需要在片外再擴展程序存儲器，這樣不僅節(jié)省了硬件資源，也優(yōu)化了電 路的設(shè)計。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機 AT89C51 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括數(shù)據(jù)采集、人機接口界面、系統(tǒng)電源部分。 數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號放大處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成。在具體選擇傳感器時，考慮到在稱量物品時必要的精度、準確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在一定的范圍之內(nèi)。另外由于秤臺的自身重量、振動和沖擊分量，以及還要避免物體超重時對傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時要 保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計要求的要大。一般選擇滿量程時候的誤差不能大于規(guī)定量。由于傳感器的輸出信號中含有一定的干擾噪聲，所以必須要對傳感器的輸出信號進行濾波，在濾波電路的設(shè)計時利用普通小電容濾除高頻干擾，利用大的電解電容濾除低頻干擾。傳感器輸出的電信號比較微弱，一般為毫伏級，必須采用適當?shù)碾娐愤M行信號放大處理，這樣才能保證整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性能。這時需要共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口簡單的專用儀表放大器 INA126。在選擇V/F 轉(zhuǎn)換器時根據(jù)系統(tǒng)精度的要 求，選擇了具有很強抗干擾能力 V/F 轉(zhuǎn)換器 LM331，雖然轉(zhuǎn)換速度慢，但精度高，輸入阻抗高，可自動調(diào)零，具有超量程信號，全部輸出的 TTL電平信號兼容。作為電子秤，系統(tǒng)對 V/F 轉(zhuǎn)換的速度要求不高，而且 LM331 的轉(zhuǎn)換精度足以滿足系統(tǒng)的誤差要求。 人機交互部分的鍵盤在系統(tǒng)中，可以輸入數(shù)字和已經(jīng)固定的控制命令等。在這次設(shè)計中我們采用了 44 鍵盤控制。顯示用的 LCD 我們根據(jù)要求選用了字符點陣式液晶顯示器 LCD1602，可以一次滿屏幕顯示多個個中文字符或英文字符，滿足電子秤在稱物時的購物清單顯示要求。 本章小結(jié) 本章主要是對本次設(shè)計的方案選擇與論證， 按照設(shè)計的基本要求，通過分析與論證，最后確定系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機交互界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器 、信號的前級處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成 。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給 51 單片機控制器處理，由單片機完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動液晶顯示模塊完成人機間的信息交換。 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求以及系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能，在設(shè)計系統(tǒng)時可以分成以下幾個部分：單片機控制模塊，前端信號采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊，人機接口界面以及系統(tǒng)電源部分（為實現(xiàn)系統(tǒng)超量 程與欠量程的報警功能，還擴展了報警電路）。 基于 AT89C51 的主控電路 AT89C51 簡介 芯片功能介紹及設(shè)計： AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 引腳說明 AT89C51 芯片圖如下： 圖 AT89C51 的引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于 內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高 電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。此