基STC89C52电子设

基于STC89C52的电子秤设计 毕业设计 系（院）： 电子与通信工程系 学生姓名： 张安秀 专业班级： 应用电子技术 学 号： 122212123 指导教师： 魏雯 2015年 3月25日 声 明本人所呈交的基于单片机的电子秤设计 ，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 张安秀 日 期： 2015.3 【摘要】 本文是基于STC89C52单片机,片外配合SP20C-G501型电阻应变式传感器模块、HX711模数转换器模块、蜂鸣器报警模块、键盘模块、JLX12864液晶显示器模块、晶振电路模块以及电源模块来设计的一款电子秤。它采用自上而下的模块化设计，具有形象直观、操作简单、结构紧凑、重量测试快速准确等优点。能够对小型物体进行实时并且快速地重量测试、重量显示、重量超阀报警以及置零等功能。【关键词】：STC89C52芯片；秤重传感器；AD转换器；显示电路；ABSTRACTThedigitaldesign of electronic scaleis STC89C52 MCU,chipwithtype SP20C-G501 strainresistance sensormodule,HX711 analog to digital convertermodule,buzzer alarmmodule,keyboard module,12864liquid crystal displaymodule,crystal oscillator circuitmodule,reset circuit moduleand power moduleare integrated to form adigital electronic design.Thedigital electroniccalleddesign uses the modular designfrom top to bottom,has the advantages ofvisual image,simple operation,compact structure,fast andaccuratetest weight.The system canreal-timefor smallobjectsandfastweight test,weight display,alarm valveset to zero weightultraandother functions.【Key words】 STC89C52 microcontroller；weighing sensor；AD converters；display circuit；目录一 引言1二 数字式电子秤的总体方案设计1（一）方案的选择1（二）系统总体设计方案2三 电子秤的硬件设计2（一）STC89C52单片机主控模块2（二）振荡电路模块3（三）普通电阻应变式传感器SP20C-G5014（四）HX711模数转换器模块5（五）蜂鸣器报警模块5（六）44键盘模块6（七）JLX12864液晶显示器模块7四 系统软件设计8（一）系统主程序流程图设计8（二）系统子程序流程图设计9五 系统实现及功能调试10（一）系统初始界面图10（二）单价显示界面图10（三）金额显示界面图11（四）超重报警界面图11六 总结12致谢13参考文献13附录一 原理图14附录二 元器件清单15附录三 程序16一 引言电子称重器是集控制技术和电子技术等多门学科于一身的自动化设计。在上个世纪50年代电子技术的发展主要涉及重量测量装置，由于工业革命的影响，电子技术和机电技术迅猛发展，机电结合式电子衡器在此背景下被研发出来。电子秤从产生到成熟，经历了40多年的改进和升级，从最初较为笨重的机电结合式到现代的全数字智能式，电子秤可谓是多门学科共同的智慧结晶。电子秤被广泛应用在航天航空、医药卫生、轻工食品、冶金矿工、能源交通以及工商贸易等场合。在古代中国，衡器便在古人的智慧下被创造出来，从它产生开始，就广受社会各界的青睐。它作为各个场合下的一种称重标准，如内外贸易、交通、科研以及工农业等领域，在人们的日常生活中，扮演着不可或缺的角色。作为商业管理和工业控制系统的一个构成部分，电子衡器不仅提供了一种标准，更促进了贸易以及工业的发展，因为只有有重量标准可循时，贸易和经济才可以有条不紊的进行与发展。另外，电子秤的发展去除了传统杆秤的糟粕，更是提取了现代各种学科的精华，为工业活动、商业活动以及人们的生活节省了大量的时间，电子秤的出现无疑是对自动化一个完美的诠释。所以，随着科学技术的迅猛发展，社会各界不断对电子秤提出了更高的要求，它的性能和功能直接影响着各门各业的发展。本设计采用HX711数模转换器，它可独自完成将内部信号放大及模数转换，使电子秤的采样数据分辨率和精确度都非常高。并且采用JLX12864液晶显示器作为显示部分，它具有分辨率高以及画质清晰的特点。二 数字式电子秤的总体方案设计（一）方案的选择方案一：采用FPGA或CPLD芯片作为控制核心，主要构成模块有片外结合SP20C-G501型电阻应变式传感器模块、HX711模数转换器模块、超重报警模块、键盘模块、液晶屏显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百兆的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的数字式电子秤对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使设计在性能上得不到最有效的保障。方案二：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，但是成本较高，对于此次的设计来说，增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中有点大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。方案三：采用STC89C52单片机作为控制核心，主要构成模块有片外结合SP20C-G501型电阻应变式传感器模块、HX711模数转换器模块、蜂鸣器报警模块、键盘模块、12864液晶显示器模块、晶振电路模块以及电源模块。由于STC89C52单片机在电子业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本相对比较低廉，且模块分明、稳定性强。综合上述三个方案的分析，本次设计采用方案三作为数字式电子秤的最终设计方案。（二）系统总体设计方案SP20C-G501型电阻应变式传感器的主要作用是实现对重物的感应并将其转化为电压信号，实现非电量和电量的转换，电压传感器输出的微弱电压信号由放大器放大。HX711模数转换器模块的主要作用是将模拟电压信号转化为数字信号并传送给单片机，单片机在接收到带有重量信息的数字信号后，通过JLX12864液晶显示器将重量显示给使用者，并将重量跟上限重量进行对比，当物体重量超过系统上限时，系统通过单片机进行报警，避免电子秤被压坏。如下图2-1所示： 图2-1 系统结构框图三 电子秤的硬件设计本设计是基于STC89C52单片机为控制核心的电子秤，主要构成模块有片外结合SP20C-G501型电阻应变式传感器模块、HX711模数转换器模块、蜂鸣器报警模块、键盘模块、12864液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块，下文将对各个模块进行介绍。（一）STC89C52单片机主控模块STC89C52是由宏晶公司出产的一种带8K字节FLASH存储器的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合我们做实验。STC89C52单片机采用了高密度且非易失储存器的制造技术，它的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集完美兼容。宏晶公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。基于上述的特点，STC89C52单片机现在在很多嵌入式场合发挥着越来越多的作用。如下图3-1所示：图3-1 STC89C52单片机引脚图STC89C52的主要特性： 能够和MCS-51相 兼容 内部集成了一个容量高达8K字节的FLASH 内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性能全静态工作：0Hz-24MHz在程序配置下能够使系统进入掉电或者闲置的低功耗模式；三个16位定时器/计数器可编程串行通道片内振荡器和时钟电路 128*8位内部RAM5个中断源 32可编程I/O线（二）振荡电路模块晶体振荡器简称晶振，它是由一个电阻和一个电容并联再串联一个电容的二端网络可以等效而成的。在这个等效网络中通常有两个频率点，其中较低的频率点是串联谐振形成的，较高的频率点是并联谐振形成的。晶体自身的性能是使这两个频率点相距在一个较窄的范围里，因为晶振可以在窄的频率范围里等效成一个电感，所以两个大小一致的电容并联在晶振的两个引脚可以组成一个并联谐振电路。并联谐振电路和单片机内部的反馈电路在一起形成正弦波振荡电路，即使电路中的其他部分变化幅度再不稳定也不会影响振荡频率，因为晶振中的等效电感频率范围非常窄。负载电容值是晶振中一个重要参数，当晶振并联的电容值与负载电容值相等时，谐振频率才是晶振上标注的数值。一般在反相放大电路的两个输入端接入晶振电路，晶振电路的两个并联电容的另一端接地。如下图3-3所示：图3-2 晶振电路模块原理图（三）普通电阻应变式传感器SP20C-G501下图为本数字式电子秤控制系统中的SP20C-G501型电阻应变式传感器模块，该模块的工作原理主要是通过内部的压敏电阻实现的，当有重物压在上面时，压敏电阻的阻值将会改变从而惠更斯电桥的两臂将失去平衡，输出电压将发生变化。如下图3-4所示：图3-3 重量传感器模块该模块的输出电压和四个电阻的关系由下式决定：（四）HX711模数转换器模块 A/D转换主要作用是将模拟信号转换成合适的数字信号送单片机处理，从而完成数据的相关处理。HX711型模数转换器是一款24位的模数转换芯片，它是专为高精度的数字式电子秤而开发的。这款芯片内部集成了片内震荡模块和稳压模块，所以同其他模数转换模块相比，只需要较少的外围模块即可实现它的所有功能，另外它的抗干扰性强、响应速度快、集成度高等特点使得它能够适应大多数应用场合。如下图3-5所示：图3-4 HX711引脚图（五）蜂鸣器报警模块 蜂鸣器报警模块的工作原理为：当物体重量超过系统上限时，单片机将在P1.0的管脚输出低电平输出，PNP三极管将被导通，电流将通过三极管，由此蜂鸣器和LED将有电流流过，蜂鸣器发出报警声，LED被点亮通知用户；当物体重量在系统测试范围之内时，P1.0管脚输出高电平，PNP三极管将被截至，由此蜂鸣器和LED将没有电流流过，蜂鸣器不能发出报警声，LED也处在截至状态。如下图3-6所示：图3-5 声光报警模块（六）44键盘模块通常情况下，有单片机实现的控制系统中有两种按键形式较为普遍使用，第一种是矩阵式的编码键盘，第一种是静态的独立按键。编码键盘即动态扫描键盘，这种结构的按键电路形式适用于多按键配置的系统中，只需要消耗较少的I/O口就可以实现较多的按键输入，其能够实现的最大按键输入数N与占用的I/O口数m关系为：然而这种动态扫描键盘需要较复杂的代码才能实现。第二种独立按键是一种静态的按键，单片机不会对它进行扫描，其结构较为简单，代码形式也很简单，只需要对其接的管口进行电平判断就可实现逻辑功能。轻触式的机械开关是一种较长使用并且成本低廉的开关，在没有被按下是，其内部的电路结构是断开的，不能到点，而当它被按下时，其等效的开关就被接通，从而实现了电路的导通。另外，由于机械式开关内部由于有一个弹性部件，所以在按动的时候会伴随一系列的抖动过程，这个抖动过程会给逻辑判断带来极大的干扰，所以在程序构建上通常会对按键进行消抖处理，通常较为常用的是延时消抖，即通过一定的延时将抖动阶段避开，过了这段时间再对电平进行判断，这样就能使系统得到必要的保障。在本系统中，因为要使用到的按键输入很少，所以采用独立按键结构。如下图3-8所示：图3-7 动态扫描键盘原理图（七）JLX12864液晶显示器模块JLX12864型液晶显示器是一种低功耗、高清画质的液晶显示器，它的分辨率为12864，因此通常将它称为JLX12864。它是一种既能显示图片又能显示汉字的液晶屏，其内部已经集成了字库，因此用它作为系统的显示器时，将会使开发代码的实现变得非常容易。如图下图3-8所示：图3-8 JLX12864液晶显示器模块四 系统软件设计（一）系统主程序流程图设计图4-1 主程序流程图设计主程序流程图可以描述为：在上电后，系统要经过一系列的初始化，在初始化工作完成后，系统就要进入正式工作状态了。当开始称重时，传感器在重物的压力下会有直流电压输出，直流电压的采样将通过HX711模块把模拟信号转换成数字信号传送给单片机进行处理，单片机处理后会得到相应的重量值。在工作过程中，单片机还会不断对键盘进行扫描监视，当有按键按下时，单片机就要判断是哪个按键被按下然后执行该按键的相应功能，并且根据输入的价格将其转换成总价并显示在液晶显示器上。（二）系统子程序流程图设计1.HX711流程图设计图4-2 HX711流程图设计 HX711流程图可以描述为：在系统上电后，HX711被初始化，然后HX711模数转换器模块将传感器输出的直流电压转换成数字信号传送给单片机，显示出相应数据。2.JXL12864液晶显示器工作流程图设计图4-3 JXL12864液晶显示器工作流程图设计JXL12864液晶显示器工作流程图可以描述为：在系统上电后，液晶屏经过一系列的初始化工作，之后液晶屏会显示一个开机画面并进入系统的主页面，当电子秤有按键被按下时，或者重物被称重时，显示器将相应的信息反映给使用者。五 系统实现及功能调试本次设计采用万用板焊接，万能板是电路板的一种，需要自己布线焊接，可使物体的重量、单价和价格直接在液晶显示屏上显示出来。如下图5-1所示：图5-1电路板调试步骤有：系统通电并显示初始化、重量显示、单价的设定、价格的计算以及超重报警。具体步骤如下：（一）系统初始界面图系统通电后，“重量、单价、金额、千克、元”等相关参数将在JXL12864液晶显示器显示。如下图5-2所示：图5-2 系统初始界面图（二）单价显示界面图压力传感器外接,经A/D转换电路,通过显示器显示重量，单价由键盘设定，比如输入数据“5”，该数据同样在显示器上显示。如下图5-3所示：图5-3 单价显示界面图（三）金额显示界面图重量和单价由数据处理函数进行处理，输出的总价保留两位。如重量0.177单价50.88。如下图5-4所示：图5-4 金额显示界面图（四）超重报警界面图当所称物体的重量超过额定量程时，发光二极管LED2导通、发光，蜂鸣器BD1发出响声，提醒用户。如下图5-5所示。图5-5 超重报警界面图六 总结时间过得很快，历经3月的毕业设计已经落下帷幕，本次设计任务终于在一次又一次的徘徊挣扎中完成，其中经过了最初的方案拟定、方案对比、最终方案、资料搜集、查阅文献、电路连接、电路调试等主要过程，可谓是每个过程都充满着挑战与艰辛。本次设计涉及的知识面比较广泛，我大学中所学知识基本都包括在内。芯片选择相比较简单一些，其中我学过AT89C512，使用也比较多，但本次设计采用的芯片为STC89C52，它具有成本低，可靠性好，操作方便等优点，集传感器技术、编程技术于一体，实现了基本的称重显示功能。本设计不仅采用STC89C52单片机作为控制核心，还由普通电阻应变式传感器SP20C-G501模块、HX711模数转换器模块、蜂鸣器报警模块、键盘模块、JLX12864液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块等构成，在设计的过程中我还学会了使用STC系列单片机的许多用法，从而学会了更多的知识和提高了自主学习的能力。由于知识量以及时间的有限，本系统也存在诸多可以改进的地方，比如本设计采用STC89C52单片机作为控制核心，虽然它技术成熟并且价格非常低廉，但是其体积却很大，这是嵌入式开发所忌讳的，如果能够换成体积更小的MCU，那么本系统的性价比将又得到一个很大的提升。我想，通过这次的毕业设计，我对自己三年所学的知识又有了一个新的认识与提高，我相信这次毕业设计对我而言是受益匪浅的！ 致谢本次设计中，遇到很多困难，得到了指导老师魏雯老师的悉心指导.魏老师在论文设计中给我提出了许多宝贵的合理化建议，帮助我解决了遇到的许多问题.不断向我传授解决问题的方法，同时给我指明了努力的方向，于此同时还不忘记关心我们的生活.在这里非常感谢魏老师给我的指导和帮助！ 马上就要离开了，心里有很多的舍不得.三年的大学时光转瞬即逝，在苏州工业职业技术学院（简称苏工院）的学习和生活是我人生中一段非常非常宝贵而且难忘的经历.感谢我的母校苏工院给我提供的这么好的学习和生活的空间，真心地希望苏工院越来越好！参考文献1谭浩强.C语言程序设计教程M.北京:高等教育出版社,2010.2郑锋,王巧芝,程丽平.51单片机典型应用开发实例大全M.北京:中国铁道工业出版社,2011.3于海生,潘松峰,于培仁.微型计算机控制技术M.北京:清华大学出版社,2009.4候殿有.单片机C语言设计M.北京:人民邮电出版社,2010.5张毅刚.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2010.6俞国亮.MCS-51单片机原理与应用M.北京:清华大学出版社,2010.7杜洋.爱上单片机M.北京:人民邮电出版社,2011.8彭伟.单片机C语言程序设计实训100例M.北京:北京航空航天大学出版社,2010.9姜志海,赵艳雷.单片机的C语言M.北京:电子工业出版社,2008.10张毅刚,MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2003.11贾伯年,俞朴.传感器技术M.东南大学出版社.2000. 12单成祥,传感器理论设计基础及其应用M.北京：国防工业出版社.1999. 13李道华,李玲，朱艳 .传感器电路分析与M.武汉：武汉大学出版社.2000. 14周立功.单片机实验与实践M.北京航空航天大学出版社.2004.15何立民.单片机高级教材M.北京：航空航天大学出版社.2000.16童诗白,华成英.模拟电子技术基础M. 北京：北京高等教育出社.2001.附录一 原理图附录二 元器件清单名称编号封装描述数量STC89C52单片机STC89C52DIP-40单片机11kR1、R2直插电阻5按键S1至S16轻触按键按键412MXTALHC-495晶振110kR6A09-103排阻2miniUSB接头S2miniUSB接头miniUSB接头1开关S1六脚自锁开关130pfC1，C2603电容210ufC3直插电解电容112864液晶屏12864液晶屏显示器1hx711模块hx711模块AD模块1DIP40插槽DIP40插槽DIP-40插槽1自锁开关自锁开关六角开关1LEDLED直插LED灯2BELLBELL直插蜂鸣器1Q1Q1SO-92A三极管85501排针排针DIP-40排针1排母排母DIP-30排母1电源座电源座电源座1USB数据线1附录三 程序 31