一、課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容

1、用4只LED數(shù)碼管輸出顯示重量。

2、可通過按鍵設(shè)置重量功能，且停鬧無須手工操作。

3、可通過按鍵設(shè)置重量的單位。

4、稱重時的誤差少于10g。

二、課程設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)

1、系統(tǒng)框圖、方案論證；

2、各部分的硬件電路原理圖及功能說明；

3、程序流程圖及分析；

4、系統(tǒng)調(diào)試與分析；

5、源程序清單。

三、課程設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作

1. 畫出系統(tǒng)框圖，論證系統(tǒng)設(shè)計方案；

2、器件選型，給出系統(tǒng)各個組成部分的硬件電路原理圖；

3、給出程序流程圖；

4、進(jìn)行源程序的設(shè)計及調(diào)試；

5、撰寫課程設(shè)計報告的。

四、課程設(shè)計（論文）進(jìn)程安排

五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)

[1] MCS-51系列單片微型計算機及其應(yīng)用

[2] MCS－51系列單片機實用設(shè)計

發(fā)出任務(wù)書日期： 2017年 05月12 日   指導(dǎo)教師簽名：

計劃完成日期：   2017年 05月20 日   教學(xué)單位責(zé)任人簽章：

目錄

1系統(tǒng)分析

1.1功能要求

1.2方案論證

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計              9

3 結(jié)束語              18

參考文獻(xiàn)              19

附錄1材料清單              20

附錄2電路原理圖              21

附錄3實物圖              22

附錄4主要程序清單              23

1系統(tǒng)分析

1.1功能要求

本課題的主要設(shè)計思路是：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。單片機經(jīng)過相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。此外，還可通過鍵盤設(shè)定所稱物品的價格。

本文主要主要以下幾個方面的工作：

(1)詳細(xì)講解了稱重器工作原理。

(2)對稱重器系統(tǒng)進(jìn)行總體方案的設(shè)計。

(3)對于稱重器的硬件系統(tǒng)，重點介紹關(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。

(4)對于稱重器的軟件系統(tǒng)，通過解說LCD液晶顯示的使用及鍵盤的工作原理，對于主程序的編寫與調(diào)試提供重要的依據(jù)。

(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，實現(xiàn)模擬的稱重顯示。

(6)對稱重系統(tǒng)的測量值與顯示值的差值，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試與誤差校正。

主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍0～10Kg;分度值0.01kg;精度等級Ⅲ級;電源DC1.5V（一節(jié)5號電池供電）。

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2017-6-2 16:59 上傳

數(shù)碼管顯示。結(jié)構(gòu)如圖1.2所示：

圖1.2數(shù)碼管顯示方案

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。此設(shè)計的硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。缺點是：硬件部分簡單，雖然可以實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法實時地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購物清單的要求。又因為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2.1.1 AT89S52的最小系統(tǒng)電路構(gòu)成

AT89S52單片機的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機構(gòu)成。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。

單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。

當(dāng)單片機的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。

上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位。單片機的復(fù)位操作使單片機進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。

系統(tǒng)復(fù)位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。

圖2.1AT89S52最小系統(tǒng)電路

2.2.2  A/D轉(zhuǎn)換器與AT89S52單片機接口電路

AD574是美國Analog Device公司生產(chǎn)的12位單片A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時間為25us，轉(zhuǎn)換精度為0.05%，所以適合于高精度的快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。芯片內(nèi)部包含微處理器借口邏輯（有三態(tài)輸出緩沖器），故可直接與各種類型的8位或者16位的微處理器連接，而無需附加邏輯接口電路，切能與CMOS及TTL電路兼容。AD574采用28腳雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。

圖2.2AD574芯片引腳圖

A/D574有5根控制線，邏輯控制輸入信號有： A0：字節(jié)選擇控制信號。 CE：片啟動信號。

/CS：片選信號。當(dāng)/CS=0，CE=1同時滿足時，AD574才處于工作狀態(tài)，否則工作被禁止。

R/-C：讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號。

12/-8：數(shù)據(jù)輸出格式選擇控制信號。當(dāng)其為高電平時，對應(yīng)12位并行輸出；為低電平時，對應(yīng)8位輸出。

當(dāng)R/-C=0，啟動A/D轉(zhuǎn)換：當(dāng)A0=0，啟動12位A/D轉(zhuǎn)換方式；當(dāng)A0=1，啟動8位轉(zhuǎn)換方式。

當(dāng)R/-C=1，數(shù)據(jù)輸出，A0=0時，高8位數(shù)據(jù)有效；A0=1時，低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為0，高4位為三態(tài)。 輸出信號有：

STS：工作狀態(tài)信號線。當(dāng)啟動A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，STS為高電平；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時為低電平。則可以利用此線驅(qū)動一信號二極管的亮滅，從而表示是否處于A/D轉(zhuǎn)換。  

由于對AD574 的8、10、12引腳的外接電路有不同連接方式，所以AD574與單片機的接口方案有兩種，一種是單極性接法，可實現(xiàn)輸入信號0～10V或者0～20V的轉(zhuǎn)換；另一種為雙極性接法，可實現(xiàn)輸入信號-5～+5V或者-10～+10V之間轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計采用單極性接法。

圖2.3 AD574與AT89S52的接線圖

根據(jù)芯片管腳的原理，無論啟動、轉(zhuǎn)換還是結(jié)果輸出，都要保證CE端為高電平，所以可以將單片機的/RD引腳和/WR端通過與非門與AD574的CE端連接起來。轉(zhuǎn)換結(jié)果分高8位、低4位與P0口相連，分兩次讀入，所以12/-8端接地。同時，為了使CS、A0、R/-C在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時保持相應(yīng)的電平，可以將來自單片機的控制信號經(jīng)74LS373鎖存后再接入。CPU可采用中斷、查詢或者程序延時等方式讀取AD574的轉(zhuǎn)換結(jié)果，本設(shè)計采用查詢方式。

2.1.3  顯示電路與AT89S52單片機的接口電路

圖2.4 單片機與LCD接線圖

3.4  鍵盤電路與AT89S52的接口電路設(shè)計

鍵盤一般是由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，若按照其接線方式的不同，可分為兩種： 一種是獨立式接法，一種是矩陣式接法；若按照按鍵的結(jié)構(gòu)原理，可分為兩類：一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等，一類是無觸點式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵、磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者壽命長。

按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無鍵按下時處于高電平。顯然如果讓所有的列線也處在高電平，那么按鍵按下與否不會引起行線電平的變化，因此，必須使所有的列線處在低電平。只有這樣，當(dāng)按鍵按下時，該鍵所在的行電平才會由高電平變?yōu)榈碗娖健�CPU根據(jù)行電平的變化，便能判定相應(yīng)的行有鍵按下。

對應(yīng)鍵盤的相應(yīng)取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的工作情況而定，其選取的原則既要保證CPU能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多的占用CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有3種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。

① 編程掃描方式：利用CPU完成其他工作的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵值為止。

② 定時掃描方式，定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生一定時間（列如10ms）的定時，當(dāng)定時時間到，就會產(chǎn)生定時器溢出中斷。CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的子程序。

③ 中斷掃描方式：采用上述兩種掃描方式時，無論是否有鍵按下，CPU都要定時掃描鍵盤，而單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作時，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入，因此，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。為提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式。其工作過程如下：當(dāng)無鍵按下時，CPU處理自己程序，當(dāng)有鍵按下時，產(chǎn)生中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。

說明此（低電平）行沒有鍵被按下。接著進(jìn)行下一行“0”行掃描與列讀入，知道4行關(guān)不檢查完為止，若無鍵按下，則返回。

矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理： 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/矩陣式鍵盤有兩種識別鍵是否被按下的方法：行掃描法和線反轉(zhuǎn)法。行掃描法又稱逐行零掃描查詢法，及逐行輸出行掃描信號“0”，使各行依次為低電平，然后分別讀取列數(shù)據(jù)，檢查此（低電平）行中是否有鍵被按下。如果讀得某列線為低電平，則表示此（低電平）行線與列線的交叉處有鍵按下，再對該鍵該鍵譯碼計算，得到鍵值，然后轉(zhuǎn)入該鍵的功能子程序入口地址；如果沒有任何一根列線為低電平，則O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。

矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 ：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如下圖所示鍵盤，介紹過程如下。判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線R0-R3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。  

在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用編程掃描的工作方式。鍵盤為4 X 4鍵盤，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十個數(shù)字及確認(rèn)和清除鍵。

圖2.5 單片機與鍵盤接口電路

各個按鍵的功能說明：

數(shù)字鍵：.、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9被按下時直接顯示在ＬＣＤ液晶顯示屏上。

啟動鍵：當(dāng)按下此鍵時，ＬＣＤ液晶顯示開啟。

單價鍵：當(dāng)此按鍵被按下時，此刻要求輸入稱重物品單價，即要求按下數(shù)字鍵。 確定鍵：前提是單價已輸入完畢，當(dāng)此按鍵被按下時，ＬＣＤ屏幕顯示當(dāng)前稱重物品的總價格。

總價鍵：當(dāng)稱重物品單價不變、重量改變時，按下此按鍵時，ＬＣＤ液晶屏上顯示當(dāng)前重量物品的總價格。

清除鍵：當(dāng)此鍵按下時，單價及總價處的顯示清零。

2.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計

2.2.1  主程序設(shè)計

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設(shè)計是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。如果是機電一體化的設(shè)計人員，往往需要同時考慮單片機的軟硬件資源分配。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號頻率輸入處理。

程序設(shè)計是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點：

(1) 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。

(2) 根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯的可能性。

(3)編寫程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋恚瑯?gòu)成一個有機的整體，即程序。

程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是對利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗疲�特別是限制轉(zhuǎn)向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由主程序、初始化程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤掃描子程序和顯示子程序等組成。

2.2.2  C語言在單片機中的應(yīng)用

C語言是一種通用的計算機程序設(shè)計語言，在國際上非常流行。它既可以用來編寫計算機的系統(tǒng)程序，也可以用來編寫一般的應(yīng)用程序。以前計算機的系統(tǒng)軟件主要用匯編語言編寫，單片機應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。C語言是當(dāng)前最流行的程序設(shè)計語言，它像其它高級語言一樣，面向用戶，面向解題的過程，編程者不必熟悉具體的計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令；C語言又像匯編語言一樣，可以對機器硬件進(jìn)行操作。如進(jìn)行端口0，1操作、位操作、地址操作，并可內(nèi)嵌匯編指令，將匯編指令當(dāng)作它的語句一樣。我們知道，匯編語言將涉及計算機硬件，所以C語言又像低級語言一樣，可以對計算機硬件進(jìn)行控制，因此人們把它稱為介于高級語言與低級語言之間的一種中級語言。正是因為C語言具有這樣的特性，所以很適合編寫要對硬件進(jìn)行操作的軟件程序。本文采用C語言進(jìn)行編寫．因為經(jīng)系統(tǒng)軟件比較，本系統(tǒng)存儲量較大，因此必須應(yīng)用C語言編程了。 4.1.2 電子稱的軟件設(shè)計與實現(xiàn)

電子稱軟件設(shè)計均采用模塊化設(shè)計，整個程序包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換模塊程序、鍵盤掃描程序、液晶顯示子程序等模塊。所有程序均采用C語言編寫。電子計價秤的軟件設(shè)計思路說明如下：主程序的作用為程序初始化，計算單價×物體重量(單價通過鍵盤給出，物體重量通過壓力傳感器獲得)，并實時顯示十進(jìn)制的物重，單價，總價。設(shè)定T0為計數(shù)工作方式，T1為定時工作方式。其中R0為標(biāo)志位寄存器當(dāng)為OOH時為正常顯示方式。當(dāng)為01H時為累計顯示方式，在T1定時中斷程序中。一秒鐘采樣物料重量(已轉(zhuǎn)成脈沖頻率)，并賦值重量計算RAM區(qū)和顯示RAM區(qū)。在INTO外部中斷程序中，采樣單價并賦值單價計算。

2.2.3 系統(tǒng)主程序流程圖

主程序流程圖給出了系統(tǒng)工作的基本過程，描述了信號的基本流向，起到一個向?qū)У淖饔谩?/font>

本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序和定時器中斷程序兩大模塊。在程序過程中，加入了抗干擾措施。下面對部分模塊作介紹。

附錄1材料清單

名稱	型號	數(shù)量
單片機	AT89C2051	1
數(shù)字集成芯片	CD4017	2
數(shù)字集成芯片	CD4069	1
超高亮數(shù)碼管	共陽  尺寸0.5inch	4
高亮發(fā)光二極管	1.017.jpg (822 Bytes, 下載次數(shù): 102) 下載附件 2017-6-2 16:59 上傳 3紅、透明	13
高亮發(fā)光二極管	3綠、透明	50
普通二極管	IN4001	4
普通二極管	IN4148	2
穩(wěn)壓二極管	C4V7( 4.7V)	1
三極管	9012	5
三極管	9013	1
輕觸按鍵	小（尺寸6×6mm×5.5）	3
蜂鳴器	5 V	1
晶振	6M（小體積）	1
底座	14腳	1
底座	16腳	2
底座	20腳	1
底座	40腳	1
電阻	220歐姆，1/8瓦	8
電阻	4.7K，1/8瓦	5
電阻	100歐姆，1/8瓦	1
電阻	10k，1/8瓦	4
電阻	270歐姆，1/8瓦	1
電容	100微法/25伏	2
電容	220微法/25伏	1
電容	30P  瓷片	3
電容	104（0.1微法）	3
變壓器	5 V/100 M A	1
電源線	150cm	1
固定腳	銅	3套
PCB線路板	直徑11．5	1

附錄2電路原理圖

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2017-6-2 16:59 上傳

附錄3實物圖

1.019.jpg (57.43 KB, 下載次數(shù): 103)

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2017-6-2 16:59 上傳