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1、韶 关 学 院课程设计说明书（论文）课程名称：题 目：基于单片机的电子坪设计 学生姓名：梁毅、彭志浩、叶伟东、黄佳胜、刘梓杰学 号：、院 系：物理与机电工程学院专业班级：11自动化01指导教师姓名及职称： 韩竺秦 起止时间： 2023 年 3 月 2023 年 5月 课程设计评分：目录引言- 1 -第一章 系统的组成及工作原理- 2 -1.1系统的组成- 2 -1.2系统的工作原理- 3 -第二章 系统硬件设计- 4 -2.1主控芯片STC89C52单片机基本系统- 4 -2.1.1 STC89C52单片机性能介绍- 4 -2.1.2 STC89C52单片机引脚功能- 4 -2.1.3 复位电
2、路- 5 -2.1.4 晶振电路- 6 -2.2 A/D转换芯片HX711接口电路的设计- 6 -2,2.1 HX711引脚功能- 8 -2.2.2 HX711管脚说明- 8 -2.3 压电传感器的设计- 12 -2.3.1 应变式电阻传感器- 12 -2.3.2 应变片式电阻传感器的结构和原理- 12 -2.3.3 全桥测量电路- 14 -2.4 显示电路设计- 15 -2.4.1 LCD1602命令及时序- 18 -2.5 键盘输入- 20 -第三章 系统软件设计- 21 -3.1 C语言在单片机中的应用- 21 -3.2 系统主程序流程图- 22 -3.3 子程序设计- 23 -3.3.
3、1 A/D数据采集子程序- 23 -3.3.2 显示子程序- 23 -3.3.3 键盘扫描子程序- 24 -第四章 系统的调试- 25 -4.1 AD值反向转换重力值的参数计算- 25 -4.2 误差分析- 25 -总结- 26 -致谢- 27 -参考文献- 28 -附录1 系统原理图- 29 -附录2 系统程序清单- 33 -附录3 实物图- 42 -引言随着人们生活水平的不断提高，商业水平越来越现代化，人们对商品的度量速度和精度也提出了新的规定。目前，商用电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆秤和机械案秤。电子计价秤在秤台结构上有一个显著的特点：一个相称大的秤台，只在中间装置一个专门
4、设计的传感器来承当物料的所有重量。为了满足电子秤的设计规定，本设计针对普通商业度量需要分析和设计。论述了系统的设计思想、方法及设计实行过程，具体分析了各个模块的选用、功能及实现方法，涉及系统的硬件构成，传感器的选择，系统的运作流程图等，以及所用到的一些工具，工作环境。我们进行了各单元电路方案的比较论证及拟定，最终选取以STC89C52单片机为控制核心，传感器选用HL-8型悬臂梁式电阻应变式传感器。该芯片集成了涉及稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。减少了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU芯片的接口和编
5、程非常简朴，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器进行编程。 第一章 系统的组成及工作原理1.1 系统的组成本数字电子秤系统可分为单片机控制电路、A/D转换电路、传感器、LCD显示、矩阵键盘、蜂鸣器模块等几部分，其系统组成如图1-1所示。称重传感器 HL-8型数据采集部分电子秤专用24位高精度高增益传感器芯片HX711单片机控制模块单片机STC89C52人机交互界面12864液晶4*4矩阵键盘蜂鸣器报警模块 图1-1 系统的组成框图1.2 系统的工作原理系统原理如图1-1所示，系统通过传感器将压力这种物理量转化为电信号，即传感器内部的电阻应变片感应到压力后，电阻发生微小变化，通过全桥测
6、量电路将电阻的微小变化转化成电压的微小变化，HX711将信号调整到A/D能采集的范围，然后由A/D进行采集，接着把采集到的24位高低电平通过DOUT送到单片机进行解决，单片机解决后，把数字信号输送到显示电路中，由显示电路输出测量结果。整个系统实现了用单片机来控制输出，在线性度的拟定过程中，需要对程序进行反复的修改，最终实现设计的规定。第二章 系统硬件设计2.1主控芯片STC89C52单片机基本系统2.1.1 STC89C52单片机性能介绍STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K的在系统可编程闪烁存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51
7、产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在线可编程，也适于常规编程器。在单芯片上，拥有机灵的8位CPU和在系统上可编程闪烁存储单元，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8K字节闪烁存储器，256字节读写存储器，32位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16位定期器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许读写存储器、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，读写存储
8、器内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.1.2 STC89C52单片机引脚功能VCC：电源。GND：地。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在闪烁编程时，P0口也用来接受指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部
9、上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的因素，将输出电流。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的因素，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送“1”。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在闪烁编程和校验时，P2口也接受高8位地址字节和一些控制信号。P3口：
10、P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的因素，将输出电流。RST：复位输入。当晶振工作时，RST引脚连续2个机器周期高电平将使单片机复位。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应当接Vcc。在闪烁编程期间，EA也接受12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.
11、1.3 复位电路单片机上电时，当振荡器正在运营时，只要连续给出RST引脚两个机器周期的高电平，便可完毕系统复位。外部复位电路是为提供两个机器周期以上的高电平而设计的。系统采用上电自动复位，上电瞬间电容器上的电压不能突变，RST上的电压是Vcc上的电压与电容器上的电压之差，因而RST上的电压与Vcc上的电压相同。随着充电的进行，电容器上的电压不断上升，RST上的电压与Vcc上的电压相同。随着充电的进行，电容器上的电压不断上升，RST上的电压就随着下降，RST脚上只要保持10ms以上高电平，系统就会有效复位。电容C1可取1033F，R取10k，充电时间常数为1010-610103=100ms。复位
12、电路的实现可以有很多种方法，但是从功能上一般分为两种：一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电源之后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制；另一种方法是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平，控制单片机的复位。本设计使用了第二种方法，其电路图如图2-1所示。 图2-1 STC89C52单片机复位电路，晶振电路图2.1.4 晶振电路STC89C52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端，外接石英晶体或陶瓷振荡器以及补偿电容C2、C3构成并联谐振电路。当外接石英晶体时，电容C2、C3选30pF10pF；当外接陶瓷振荡器时，电
13、容C2、C3选40pF10pF。STC89C52系统中晶振频率一般在1.212MHz选择。外接电容C2、C3的大小会影响振荡器频率的高低、振荡频率的稳定度、起振时间及温度稳定性。在设计电路板时，晶振和电容应靠近单片机，以便减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠工作。在本系统中，选择了12MHz石英晶振，电容C1、C2为30pF。其电路图如图2-1所示。2.2 A/D转换芯片HX711接口电路的设计根据设计规定，系统规定输出的电流信号为201000mA，步进为1mA，且规定显示数值，因此，给定量的执行元件A/D转换器至少需要12位的转换精度。结合系统的设计规定，并考虑到单片机的I/O接口资源紧张等因素
14、，最终拟定选用HX711量化精度能达成1/40961/1000，完全能达成设计的精度规定。HX711接口电路如图2-2所示。图2-2 HX711接口图HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了涉及稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点、减少了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简朴，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，相应的满额度差分输入信号幅值分别为20mV或40mV。通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需此外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接部件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。2,2.1 HX711引脚功能表21 HX711引脚功能管脚号名称性能描述1VSUP电源稳压电路供电电源：2.6-5.5V（不用稳压电路时接AVDD）2BA
