電子秤軟件設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書電子秤軟件設(shè)計 學(xué)生姓名： 武鵬飛 學(xué)號： 11050444X15 學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 系 名： 自動控制系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師： 余紅英 2015年 6 月中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書電子秤軟件設(shè)計摘 要電子秤在人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，本文設(shè)計一種基于單片機(jī)和高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的高精度電子稱。在模擬信號處理部分本系統(tǒng)采用精密的電橋壓力傳感器，通過差分輸入的儀用運(yùn)放INA321作為高阻抗輸入的模擬前端，然后通過精密運(yùn)放OPA2350組成可調(diào)增益放大器。在數(shù)字處理部分主要通過ADS1256高精度的24為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，結(jié)合精密的參考電源將模

2、擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然后通過STC89C52單片機(jī)讀取數(shù)字電壓通過相關(guān)的查表計算顯示在1602液晶上面。通過PROTEUS軟件進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)本方案實(shí)用可行。關(guān)鍵字：電子秤，單片機(jī)，DS18B20，DHT11Electronic scale software designAbstractElectronic scale is widely used in people "s daily life. This paper designs a high precision electronic weighing conversion chip based on MCU and high

3、resolution. In analog signal processing part of the system uses precision bridge pressure sensor, through the differential input operational amplifier INA321 as high impedance input analog front end, followed by Precision Op Amp OPA2350 composition and variable gain amplifier. In the digital process

4、ing part, the analog signal is converted into digital signal by the high precision 24 of the ADS1256 and the precision reference power. And then through the STC89C52 microcontroller read the digital voltage through the relevant look-up table shows in 1602 LCD above. Through the simulation of PROTEUS

5、 software, it is found that the scheme is practical and feasible.Keywords: electronic scale, microcontroller, DHT11, DS18B20目錄1 引言11.1 課題研究背景11.2 國內(nèi)外發(fā)展情況11.3 課題研究價值及意義32 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件介紹42.1 電子稱原理與結(jié)構(gòu)42.1.1 電子稱原理42.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹42.2 STC89C52單片機(jī)42.3 ADS1256芯片介紹62.4 顯示器件選型83 電子稱電路設(shè)計和元件使用93.1 系統(tǒng)電源設(shè)計93.1.1 外部電源配置

6、93.1.2 板載穩(wěn)壓電路93.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計103.3 信號放大電路設(shè)計123.3.1 信號差分輸入電路設(shè)計123.3.2 可調(diào)整放大電路133.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計143.5 1602液晶電路設(shè)計154 軟件設(shè)計及仿真174.1 keil C51軟件介紹及其使用174.1.1 keil C51軟件介紹174.1.2 單片機(jī)代碼結(jié)構(gòu)184.2 系統(tǒng)運(yùn)行流程184.3 ADC驅(qū)動程序編寫18第 頁 共 頁4.3.1 SPI接口時序184.3.2 SPI接口時序?qū)崿F(xiàn)204.3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片操作時序235 程序仿真及調(diào)試265.1 PROTEUS仿真軟件介紹265.2 PROTEUS電

7、路繪制265.3 仿真調(diào)試276 結(jié)論28附錄29參考文獻(xiàn)38致謝39第 頁 共 頁1 引言1.1 課題研究背景現(xiàn)代社會的發(fā)展，對稱重技術(shù)提出了更高的要求。目前，臺式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍，但存在較大的局限性：體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場所受到制約?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧壓縮、拉伸變形來實(shí)現(xiàn)計量的彈簧秤，居民用戶使用的是國家已經(jīng)明令淘汰的桿秤。多年來，人們一直期待測量準(zhǔn)確、攜帶方便、價格低廉的便攜式電子秤投放市場1。 質(zhì)量是測量領(lǐng)域中的一個重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢ω浳锝粨Q量進(jìn)行估計，起初采用木材或陶土制作的

8、容器對交換貨物進(jìn)行計量。以后，又采用簡單的秤來測定質(zhì)量。據(jù)考證，世界上最古老的計量器具出土于中東和埃及，最古老的衡器和砝碼出自于埃及。秤是最普遍、最普及的計量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。低成本、高智能化的電子秤無疑具有及其廣闊的市場前景2。1.2 國內(nèi)外發(fā)展情況衡器是通過作用于被測量物體的重力來確定該物體質(zhì)量的計量器具。在整個衡器的發(fā)展過程中，先后主要出現(xiàn)了六種類型的衡器：架盤天平、不等臂平臺秤、吊車秤、傾斜象限桿秤、彈簧秤和自動秤。其中，不等臂平臺秤（“十進(jìn)制”）是當(dāng)今動態(tài)軌道衡的鼻祖，至今它仍是最通用的一種秤。 第一次世界大戰(zhàn)后，由于金融貿(mào)易和工業(yè)發(fā)展的需要，

9、急需能進(jìn)行快速稱量的衡器。機(jī)械式衡器在此期間得到很大的發(fā)展。當(dāng)時以傾斜杠桿案稱占絕大多數(shù)，讀數(shù)裝置除扇形度盤外，還有滾筒形度盤，從而擴(kuò)大了讀數(shù)范圍并可附加價格標(biāo)尺。以后又出現(xiàn)了用于工業(yè)的帶雙擺錘測量機(jī)構(gòu)的圓形度盤指針式秤和成本低廉、帶投影標(biāo)尺的傾斜式杠桿秤3。 第二次世界大戰(zhàn)后出現(xiàn)了電子衡器，它主要由稱重顯示控制器、稱重傳感器和電器控制等部分組成，其發(fā)展過程與其它事物一樣，經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由粗糙到精密、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全電子化、由單一功能到多功能的過程。 近30年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱量、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出電信號的電子衡器。這是

10、因為電子衡器不僅能給出質(zhì)量或重量值的信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔(dān)著控制和檢驗功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化4。電子衡器具有反應(yīng)速度快、測量范圍廣、應(yīng)用面廣、結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、信號遠(yuǎn)傳、便于計算機(jī)控制等特點(diǎn)，計量精度高，而且實(shí)現(xiàn)了多功能、多用途。電子衡器已被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，近年來愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制之中，使現(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)成為工藝技術(shù)、儲運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。電子秤是載于秤的臺座、盤、鉤上的物品的重量由傳感器蠕變反應(yīng)平衡，而由儀器數(shù)字顯示的電子衡器。電子秤集機(jī)、電、儀于一體，具有多功能、高精度、

11、快速和動態(tài)計量、穩(wěn)定可靠等特征，代表了衡器產(chǎn)品發(fā)展的方向。電子秤屬于日用衡器，為勞動密集型產(chǎn)品。 電子秤產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性5。 目前我國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中列入的十大類衡器（案秤、臺秤、地上衡、地中衡、吊稱、皮帶秤、料斗秤、檢驗秤、軌道衡和特種秤）均已實(shí)現(xiàn)了電子化。據(jù)近期統(tǒng)計，工業(yè)用衡器（按銷售量統(tǒng)計）中的電子產(chǎn)品已占三分之二左右，技術(shù)水平比較成熟的靜態(tài)衡器的計量范圍可以從1µg到800t，部分非

12、自動衡器（如電子計價秤、電子臺秤、電子地上衡、電子皮帶秤、電子吊秤和電子軌道衡等）已達(dá)到國際九十年代初期水平，有的產(chǎn)品達(dá)到了九十年代中期水平；由于近十年來電子技術(shù)的迅速發(fā)展，商用衡器的加工能力迅速增長，產(chǎn)品成本大幅度降低，市場穩(wěn)步發(fā)展?，F(xiàn)在，電子計量稱重技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，電子衡器的功能及應(yīng)用拓展到更廣泛領(lǐng)域。隨著我國加入WTO組織，經(jīng)濟(jì)市場的開放度加大，一批具有國際先進(jìn)水平的衡器產(chǎn)品和技術(shù)（如定量包裝秤、自動重量檢測秤、標(biāo)簽計價秤、電腦組合秤、耐壓式計量給煤機(jī)等，以及應(yīng)變計、稱重傳感器、稱重顯示器生產(chǎn)技術(shù)）進(jìn)入我國，這對電子秤的進(jìn)一步普及和提高必將產(chǎn)生積極的、巨大的影響

13、6。電子秤軟件的設(shè)計，它主要由電源、稱重傳感器、單片機(jī)、LCD顯示器等部分構(gòu)成新型便攜式電子秤體積小、計量準(zhǔn)確、攜帶方便、操作簡單、稱量速度快，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。 1.3 課題研究價值及意義本課題設(shè)計的是電子秤，它主要由電源、稱重傳感器、單片機(jī)、鍵盤/開關(guān)、LCD顯示器等部分構(gòu)成。主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍0100kg，電源DC1.5V。儀器的技術(shù)指標(biāo)，其合理性無疑加大了產(chǎn)品投放市場后的競爭能力。 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一

14、般成正比關(guān)系)的電信號(電壓或電流等)。此信號由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行必要的判斷、分析，再送到顯示電路。 新型電子秤體積小、計量準(zhǔn)確、操作簡單、稱量速度快，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求，具有廣闊的應(yīng)用前景7。 電子稱重技術(shù)的發(fā)展規(guī)律就是不斷的加強(qiáng)基礎(chǔ)研究并擴(kuò)大應(yīng)用，擴(kuò)展新技術(shù)領(lǐng)域，向相鄰學(xué)科和行業(yè)滲透，綜合各種技術(shù)方法解決稱重計量、自動控制、信息處理等問題。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結(jié)合，使稱重

15、、計價、進(jìn)庫、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)，為現(xiàn)代商業(yè)貿(mào)易物流的高效率發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。使電子稱重技術(shù)達(dá)到一個更高的水平。讓智能電子秤更廣泛的被運(yùn)用，更好的服務(wù)社會8。1.4 本文內(nèi)容結(jié)構(gòu)本文共分為5章，其中第一章主要介紹本設(shè)計的內(nèi)容和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及本文主要內(nèi)容。第二章對本文主要方案和使用器件進(jìn)行了說明介紹。第三章主要進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行說明主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。第四章就單片機(jī)為核心的軟件編寫、各器件使用方法以及系統(tǒng)的運(yùn)行流程進(jìn)行說明和研究。第5章主要就基于PROTEUS的軟件進(jìn)行

16、仿真和調(diào)試。第 38 頁 共 39頁2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件介紹2.1 電子稱原理與結(jié)構(gòu)2.1.1 電子稱原理電子稱的原理是由壓阻式傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，由于一般該信號非常弱小，所以需要一個直流濾波器以及模擬調(diào)理電路，將信號放大。由于壓阻式傳感器的輸出阻抗非常高，為了提高精度一般選用儀表放大器作為第一級放大電路。然后通過模擬信號調(diào)理電路將信號放大我適合于后面的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的電壓范圍。然后通過單片機(jī)采集信號，經(jīng)過校準(zhǔn)，讀數(shù)之后顯示在顯示器上面9。2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于傳感器技術(shù)的發(fā)展和電子稱的大規(guī)模應(yīng)用目前市場上已有精度高的集成了電橋的壓力傳感器，該傳感器輸出模擬小

17、信號，由于信號幅度非常小以及電橋輸出阻抗非常大，所以我采用低失調(diào)電流電路和高輸入阻抗的三運(yùn)放儀表放大器INA321進(jìn)行模擬前端初級放大，然后經(jīng)過可調(diào)高增益放大器器進(jìn)行放大，使信號的滿量程復(fù)制盡量靠近模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）的參考電壓，然后我通過一個24位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1256進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，最后通過SPI接口將數(shù)字電壓傳遞給51單片機(jī)以供后面的算法處理，最后運(yùn)算出的最后重量通過1602液晶進(jìn)行顯示10。2.2 STC89C52單片機(jī)STC89C52是深圳宏晶公司生產(chǎn)的一種8位單片機(jī)。該單片機(jī)相比于傳統(tǒng)的51單片機(jī)性能有所提升。STC89C52單片機(jī)是在MCS-51內(nèi)核的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的一種產(chǎn)品

18、，其內(nèi)部功能如下圖所示，該型單片機(jī)具有通過串口在系統(tǒng)可編程能力（ISP），通過串口加載單片機(jī)的代碼非常方便，只需要在單片機(jī)的板子上面加上一個USB轉(zhuǎn)串口的芯片就可以通過STC的下載上位機(jī)程序就可以加載代碼。STC89C52單片機(jī)主要有以下特點(diǎn)：包括了512字節(jié)的SRAM儲存空間,而傳統(tǒng)單片機(jī)僅為256字節(jié)。內(nèi)部帶有8K字節(jié)的Flash程序存儲器，其中flash可以通過內(nèi)部的寄存器在正常的工作電壓下訪問可以作為EEPROM使用，其有效使用次數(shù)為10萬次。該型單片機(jī)的工作電壓較寬：5.5V3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V 單片機(jī)），而傳統(tǒng)的單片機(jī)僅為4.55.5V。在速度方面STC8

19、9C52單片機(jī)腳傳統(tǒng)單片機(jī)有很大提高，傳統(tǒng)的51單片機(jī)最大工作頻率僅為24MHz而該單片機(jī)最大工作頻率為48MHz，并且可以選擇進(jìn)行12分頻或者6分頻，在6分頻下相當(dāng)于傳統(tǒng)的單片機(jī)的96MHZ下工作。此外該單片機(jī)的外設(shè)還有：1). 3個16位的定時器和可配置4種工作方式。2). 有4路的外部中斷，可以配置為邊沿觸發(fā)或者低電平觸發(fā)，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式時也可以通過外部中斷喚醒。3). 此外除了P0、P1、P2和P3通用I/O口以外還增加了P4口，可以通過寄存器開關(guān)ALE信號的使能11。圖2.2 STC89C52內(nèi)部功能圖2.3 ADS1256芯片介紹為了提升電子稱的性能一般來說，我們在電子稱中

20、選擇的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片需要的分辨率較高，我采用的是ADS1256,24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。ADS1256是TI公司推出的微功耗、高精度、8通道、24位-型高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。該器件提供高達(dá)23比特的無噪聲精度、數(shù)據(jù)速率高達(dá)30kSPS（次采樣/秒）、0.0010%非線性特性（最大值）以及眾多的板上外設(shè)（輸入模擬多路開關(guān)、輸入緩沖器、可編程增益放大器和可編程數(shù)字濾波器等），可為設(shè)計人員帶來完整而高分辨率的量測解決方案。其主要特點(diǎn)如下：1.24位無數(shù)據(jù)丟失；2.高達(dá)23比特的無噪聲精度；3.低非線性度：±0.0010%；4.數(shù)據(jù)采樣率可達(dá)30kSPS；5.采用單周期轉(zhuǎn)換模式；6.帶有模擬

21、多路開關(guān)，具有傳感器檢測功能（可配置為4路差動輸入和8路單極輸入）；7.帶有輸入緩沖器（BUF）；8.帶有串行外設(shè)接口（SPI）；9.內(nèi)含可編程增益放大器（PGA），PGA1時，可提供高達(dá)25.3位的有效分辨率；PGA64時，可提供高達(dá)22.5位的有效分辨率；a.PGA噪聲低；b.所有的PGA均具有自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)；c.模擬輸入電壓為5V，數(shù)字電壓為1.83.6V；d.正常模式下功耗低至38mW，備用模式下功耗為0.4mW。ADS1256的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。該器件主要由模擬多路開關(guān)（MUX）、輸入緩沖器（BUF）、可編程增益放大器（PGA）、四階-調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器、時鐘發(fā)生器、控

22、制器和串行SPI接口等組成。由于ADS1256提供有九路模擬輸入端，因此，可使用模擬多路開關(guān)寄存器來將其配置為4路差動輸入、8路單極輸入或差動輸入和單極輸入的組合。當(dāng)模擬輸入通道0被選擇為正差動輸入端（AINP）時，其余通道可被選擇為負(fù)差動輸入端（AINN）12。圖2.3 ADS1256 內(nèi)部功能圖2.4 顯示器件選型作為以單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)，一般我們的顯示方式大致有LCD或者數(shù)碼管兩種，下面我將討論使用LCD的1602液晶或者4位數(shù)碼管顯示方案。方案一：采用1602液晶顯示，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5

23、X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶13。方案二：采用4位的8段數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和

24、八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元，也就是多一個小數(shù)點(diǎn)（DP）這個小數(shù)點(diǎn)可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地

25、線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮14。由于我的系統(tǒng)是近距離顯示，并且顯示參數(shù)較多，所以我采用1602液晶進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示任務(wù)。3 電子稱電路設(shè)計和元件使用3.1 系統(tǒng)電源設(shè)計對于一個系統(tǒng)來講，有一個穩(wěn)定可靠地電源是必要的。為了提高電源可靠性、簡化供電電路、適應(yīng)多種不同電源供電，本系統(tǒng)采用外部電源適配器與板載穩(wěn)壓芯片結(jié)合的方法給電路供電。3.1.1 外部電源配置由于板載輸入電源芯片采用的是低壓差的AMS1117-5.0其適應(yīng)外部直流供電，范圍為5-15V，所以我們只需要一個5-15V的直流源就行?；蛘邽榱诉m應(yīng)220V的交流供

26、電我們的板子上面有一個Mini_UAB_A型接口，可以選擇手機(jī)充電器作為電源適配器，通過一根MP3的USB線連接到板子就可以15。3.1.2 板載穩(wěn)壓電路為適應(yīng)單片機(jī)的5V的供電以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器件需要的5V供電，板載DC-DC分為兩級，第一級為利用AMS1117-5.0將外部供電穩(wěn)壓為5V，第二級為在5V的基礎(chǔ)上利用AMS1117-3.3將5V穩(wěn)壓為3.3V以適應(yīng)3V的供電范圍。AMS1117為低壓差的穩(wěn)壓芯片，最大可提供1A電流此時最小壓差僅為為1.2V。我采用的是SOT-223封裝形式。外部輸入我采用500mA的1206封裝的自恢復(fù)保險，以保證系統(tǒng)用電的安全，避免短路等意外情況發(fā)生。為提高電

27、源質(zhì)量輸入采用22uF電解電容和0.1uF瓷片電容濾波，輸出采用10uF電解電容和0.1uF瓷片電容濾波。DC-DC電路原理圖如下所示：圖3.1板載穩(wěn)壓電路3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計我采用的封裝為DIP-40，DIP-40引腳方便焊接和調(diào)試，使用方便，其引腳信息如表3-1所示：表3.1 單片機(jī)引腳說明引腳名引腳編號電源引腳VCC為40、GND為20外部時鐘引腳XTAL1為12、XTAL2為11復(fù)位引腳復(fù)位引腳為13其他I/O或者功能引腳除上述5個引腳以外圖3.2 51單片機(jī)最小系統(tǒng)40腳為單片機(jī)電源提供引腳外接5V直流電源，C3和C4用于電源的去耦，以提供良好的電源品質(zhì)。9腳為單片機(jī)復(fù)位引腳，

28、當(dāng)9腳的電平為高電平時單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，為低時單片機(jī)正常運(yùn)行，K1開關(guān)用來進(jìn)行手動復(fù)位選擇。C1和R10共同組成單片機(jī)上電復(fù)位電路，當(dāng)單片機(jī)接通電源以后由于C1兩端的電壓不會突變會有一個上升的過程，而C1和R10串接在VCC和地兩端所以RST引腳的電壓為VCC-電容電壓，上電初期電容電壓非常小，所以單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位時間取決于R和C的取值，大約為R*C。18和19腳為外部晶振接口，單片機(jī)的時鐘由外部晶振和內(nèi)部的晶體振蕩電路組成，STC89C52單片機(jī)最高可以運(yùn)行在40MHz，C2和C5為晶振電路負(fù)載電容，與晶振共同使時鐘產(chǎn)生。31引腳為內(nèi)部或者外部存儲器選擇引腳，當(dāng)31引腳為高電平時單

29、片機(jī)的程序運(yùn)行從內(nèi)部FLASH執(zhí)行，當(dāng)尋址范圍超過8K時使用外部存儲器。當(dāng)31引腳為地電平時單片機(jī)默認(rèn)為使用外部程序存儲器。3.3 信號放大電路設(shè)計3.3.1 信號差分輸入電路設(shè)計我采用的是INA321差分輸入儀表運(yùn)算放大器對信號進(jìn)行差分輸入放大。INA321的內(nèi)部功能如圖所示。該芯片使用簡單運(yùn)算精度高使用方便。具有單電源供電應(yīng)用的能力。INA321的功耗極低，最小功耗僅為40uA，并且具有軌對軌的輸出能力，同時只需要兩個反饋電阻就可以調(diào)整放大倍數(shù)。放大倍數(shù)的計算公式為：圖3.3 INA321內(nèi)部功能INA321我采用的是MSOP-8封裝的芯片，芯片第一引腳為RG，用于放大倍數(shù)調(diào)制，第2腳為差

30、分輸入的負(fù)端口，如果是單端輸入應(yīng)該接地，第3腳為運(yùn)放的正輸入端，第4腳為電源負(fù)引腳，第5腳為輸出信號偏置電源引腳，第6腳為輸出信號引腳，第7腳為電源正引腳，第8腳為低功耗一引腳。我連接的電路如圖所示，其中R1和R2的作用為調(diào)制輸出信號的偏置電壓，最下為1.2V，C4、C5和C9用于電源去耦提高電源質(zhì)量。信號輸出引腳和RG引腳直接連接放大倍數(shù)為5倍。由于沒有使用低功耗引腳所以將其接高電平。3.3.2 可調(diào)整放大電路可調(diào)整運(yùn)算放大電路我使用的是OPA2350運(yùn)放，該運(yùn)放可以軌對軌輸入和輸出，帶寬增益積高達(dá)38MHz，壓擺率為22V/us,該運(yùn)放適合于單電源供電的應(yīng)用。我采用的是SOIC-8封裝的芯

31、片，放大電路采用的是正相比例放大電路如圖所示：放大倍數(shù)為：圖3.4 可調(diào)放大電路該電路可以通過R4和R5調(diào)整反饋電阻的阻值來調(diào)整增益，最大增益為當(dāng)R4和R5都為最大值時為21*21倍。圖3.5 INA321電路3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計ADS4122我采用的是ssop-28引腳封裝的芯片，其原理圖如圖所示，芯片引腳主要功能如下表所示：表3.2 ADS1256引腳功能表引腳名字功能1、2AV+、AGND模擬電源正和地引腳 接5V電源3、4VREFN、VREFP參考電源負(fù)和正 VREFN接地 VREFP接5AINCOM模擬開關(guān)輸入公共端613AIN0AIN7模擬信號輸入復(fù)用端14PWDN睡眠引腳 低

32、電平有效15RST復(fù)位引腳16、17AVDD、AGND數(shù)字部分電源接口接3V電源18、19XTAL1 XTAL2振蕩電路引腳20CSSPI接口使能端21DRDY數(shù)據(jù)可讀引腳 輸出低電平有效22、23、24DIN、DO、SCLKSPI雙向接口引腳25、26、27、28D0D3通用數(shù)據(jù)引腳如圖所示，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的功能引腳連接的電路圖,其中REF1004I2.5為基準(zhǔn)電源芯片，該芯片輸出2.5V的基準(zhǔn)電壓，通過OPA2350運(yùn)放進(jìn)行緩沖然后提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，基準(zhǔn)電源的目的是提供一個穩(wěn)定的電源基準(zhǔn)準(zhǔn)確的測量出實(shí)際的電壓值。晶振電路接7.68MHz的晶振和兩個負(fù)載電容。右邊的數(shù)字接口接單片機(jī)的I/

33、O口。由于沒有使用POWER DOWN功能所以將14引腳接高。模擬電源部分提供+5V的電源，通過兩個104的電容去耦。圖3.6 ADS1256電路圖3.5 1602液晶電路設(shè)計1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳，其接口功能如表3-3所示：表3.3 1602液晶引腳功能引腳功能1GND為電源地2VCC接5V電源正極3V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5RW為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。

34、6E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。7-14D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源15、1615腳背光正極，16腳背光負(fù)極。圖3.7 1602液晶電路連接4 軟件設(shè)計及仿真4.1 keil C51軟件介紹及其使用4.1.1 keil C51軟件介紹MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)使用的是經(jīng)典的單片機(jī)開發(fā)工具Keil C51軟件。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。其開發(fā)界面如圖所示：圖4.1 Ke

35、il 軟件界面4.1.2 單片機(jī)代碼結(jié)構(gòu)圖 4.2 單片機(jī)程序開發(fā)思想單片機(jī)軟件分為3層，底層位接口定義將實(shí)際的接口名字定義為易于理解的別名以供Driver層編寫的操作函數(shù)使用，第二層為一些基本的器件操作的函數(shù)封裝，第三層為利用這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。這種方式利于單片機(jī)程序的移植，與功能的更改，程序也更加規(guī)范化。4.2 系統(tǒng)運(yùn)行流程系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖4.3所示，開機(jī)以后系統(tǒng)首先初始化1602液晶、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。初始化以后如果沒有按下價格設(shè)置按鍵將會循環(huán)的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后取轉(zhuǎn)換的中值，然后查表得出重量通過價格計算出總價，并通過1602液晶顯示出來。如果按下設(shè)置價格按鍵那么將可以通過加減按鍵設(shè)置價

36、格如果再次按下價格設(shè)置按鍵那么系統(tǒng)將會再次進(jìn)入測量循環(huán)狀態(tài)。4.3 ADC驅(qū)動程序編寫4.3.1 SPI接口時序ADS1256采用的是SPI接口,SPI接口使用4條線：串行時鐘線（SCLK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線NSS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。SPI有四種工作模式,各個工作模式的不同在于SCLK不同, 具體工作由CPOL,CPHA決定：CPOL：(Clock Polarity),時鐘極性當(dāng)CPOL為0時,時鐘空閑idle時候的電平是低電平;當(dāng)CPOL為

37、1時,時鐘空閑idle時候的電平是高電平;CPHA：Clock Phase),時鐘相位當(dāng)CPHA為0時,時鐘周期的前一邊緣采集數(shù)據(jù);當(dāng)CPHA為1時,時鐘周期的后一邊緣采集數(shù)據(jù);圖4.3 運(yùn)行流程CPOL和CPHA，分別都可以是0或1，對應(yīng)四種組合。ADS1256采用的是CPOL=0，CHAP=1的模式其時序如圖4.2所示。ADS1256采用四線制（時鐘信號線SCLK、數(shù)據(jù)輸入線DIN、數(shù)據(jù)輸出線DOUT和偏片選線CS）SPI通信方式，只能工作在SPI通信的從模式下。設(shè)計時可以通過各種主控制器（如單片機(jī)等）來控制ADS1256片上的寄存器，并通過串口讀寫這些寄存器。串口通信時，必須保持CS為低

38、電平。DRDY引腳用來表明轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可以通過RDADA或者RDATAC命令從DOUT引腳讀取最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。在SPI通信過程中，可同步地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)也可來利用SCLK和DIN、DOUT信號同步移動。SCLK信號要盡量保持干凈以免發(fā)生數(shù)據(jù)錯誤，在SCLK的上升沿,可通過DIN向ADS1256發(fā)送數(shù)據(jù)，而在SCLK的上升沿，可通過DOUT從ADS1256讀取數(shù)據(jù)。DIN和DOUT也可以通過一條雙向信號線與主控制器相連，但在這種情況下，一定不能用RDATAC命令來讀取數(shù)據(jù)?？臻e時SCLK接口是低電平同時進(jìn)行通信時SCLK的下降沿SPI接口將會采集輸入總線數(shù)據(jù)。CS接口用于控制SPI接

39、口的時鐘的使能每一次CS的下降沿時一個SPI傳輸?shù)拈_始。其時序為：圖4.4 SPI時序4.3.2 SPI接口時序?qū)崿F(xiàn)接收一個字節(jié)代碼為：void ADS1256_Send8Bit(uint8_t _data)uint8_t i;/* 連續(xù)發(fā)送多個字節(jié)時，需要延遲一下 */ADS1256_DelaySCLK(); /延時函數(shù)ADS1256_DelaySCLK(); ADS1256_DelaySCLK();/*ADS1256 要求 SCL高電平和低電平持續(xù)時間最小 200ns */for(i = 0; i < 8; i+) /準(zhǔn)備發(fā)送8位數(shù)據(jù)if (_data & 0x80) /判斷

40、將要發(fā)送的數(shù)據(jù)位的高低DI_1(); /如果是高將模數(shù)轉(zhuǎn)換DI數(shù)據(jù)口置1elseDI_0(); /如果是低則置0SCK_1(); /拉高時鐘總線發(fā)送數(shù)據(jù)ADS1256_DelaySCLK(); /延時時鐘高電平時間_data <<= 1; /移動一位準(zhǔn)備下次發(fā)送SCK_0();/* ADS1256 是在SCK下降沿采樣DIN數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)必須維持 50nS */ADS1256_DelaySCLK(); /拉低時鐘此時下降沿開始以后 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采集數(shù)據(jù)發(fā)送一個字節(jié)代碼為：uint8_t ADS1256_Recive8Bit(void) /ADS1256接收數(shù)據(jù)函數(shù)uint8_t i;

41、uint8_t read = 0;ADS1256_DelaySCLK(); /延時 控制SCLK頻率/*ADS1256 要求 SCL高電平和低電平持續(xù)時間最小 200ns */for (i = 0; i < 8; i+ ) /循環(huán)接收8位SCK_1(); /SCLK賦值為1ADS1256_DelaySCLK(); /SCLK高電平時間 read = read<<1; /移動一位準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)SCK_0(); /SCLK下降沿if (DO_IS_HIGH() /下降沿接收數(shù)據(jù) 判斷數(shù)據(jù)是1還是0read+; /如果是高位將剛才移動的一位置位1否則保持0ADS1256_DelayS

42、CLK(); /SCLK低電平延時return read; /返回接收到的8位數(shù)據(jù)通過SPI接口發(fā)送命令操作寄存器代碼，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片在操作的過程中，必須將CS接口拉低，操作寄存器的流程為：發(fā)送命令（讀取或者寫入操作）、發(fā)送操作寄存器個數(shù)、讀取或者寫入響應(yīng)個數(shù)的數(shù)據(jù)字節(jié)。代碼如下：寫寄存器：void ADS1256_WriteReg(uint8_t _RegID, uint8_t _RegValue)CS_0();/* SPI片選 = 0 */ADS1256_Send8Bit(CMD_WREG | _RegID);/* 寫寄存器的命令, 并發(fā)送寄存器地址 */ADS1256_Send8Bit(0

43、x00); /* 寄存器個數(shù) - 1, 此處寫1個寄存器 */ADS1256_Send8Bit(_RegValue); /* 發(fā)送寄存器值 */CS_1();/* SPI片選 = 1 */讀寄存器：uint8_t ADS1256_ReadReg(uint8_t _RegID)uint8_t read;CS_0();/* SPI片選 = 0 */ADS1256_Send8Bit(CMD_RREG | _RegID);/* 寫寄存器的命令, 并發(fā)送寄存器地址 */ADS1256_Send8Bit(0x00); /* 寄存器個數(shù) - 1, 此處讀1個寄存器 */ADS1256_DelayDATA()

44、; /* 必須延遲才能讀取芯片返回數(shù)據(jù) */read = ADS1256_Recive8Bit();/* 讀寄存器值 */CS_1();/* SPI片選 = 1 */return read;4.3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片操作時序如圖4.5所示，首先系統(tǒng)發(fā)送自校準(zhǔn)命令至ADC,通過判斷DRDY是否為低判斷自校準(zhǔn)是否完成，然后發(fā)送同步信號至ADC，發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令，等待至少50個內(nèi)部FINCLK以后，就可以讀出轉(zhuǎn)換值，然后通過讀命令讀出3個8位數(shù)據(jù)共24位數(shù)據(jù)。圖4.5 ADC進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換流程4.3 1602顯示程序編寫1602液晶是8位并行口操作所以其代碼相對簡單，我們只需要寫入數(shù)據(jù)即可，1602液晶內(nèi)

45、部有標(biāo)準(zhǔn)ASCII的字庫所以我們只需要送入對應(yīng)字庫的地址即可顯示字符。1602液晶的操作分為寫命令和寫數(shù)據(jù)，通過RS、RW和E引腳實(shí)現(xiàn)不同的功能如表所示：圖4.2 1602液晶引腳功能RSRWE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀忙標(biāo)識和AC值10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)我們只使用寫操作其時序如圖4.6所示，首先我們選擇RS以選擇數(shù)據(jù)或者命令，然后選擇RW低電平，然后送入需要寫入的命令或者數(shù)據(jù)拉高E接口即可送入數(shù)據(jù)或者命令。圖4.8 1602液晶寫時序?qū)憯?shù)據(jù)的函數(shù)：void LCD_WriteData( uchar WD ) /WD為需要寫入的數(shù)據(jù)while( LCD_CheckBusy(

46、) != 0 ); /檢測1602液晶是不是忙 等待不忙CE = 0; RS = 1; /選擇數(shù)據(jù)RW = 0; /選擇寫數(shù)據(jù)delayIIC();CE = 1; /拉高CE端delayIIC(); /為數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)賦值LCDD( WD ); /為數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)賦值CE = 0; /拉低CE 下降沿送出數(shù)據(jù)寫命令的函數(shù)：void LCD_WriteInstruct( uchar Ins ) /寫入指令while( LCD_CheckBusy() != 0 ); /檢測系統(tǒng)是否忙RS = 0; /選擇指令RW = 0; /選擇寫數(shù)據(jù)delayIIC(); /等待1602 讀取選擇CE = 1; /拉高

47、CE端 delayIIC(); /延時CE高電平LCDD( Ins ); /為數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)賦值CE = 0; /拉低CE 下降沿送出數(shù)據(jù)5 程序仿真及調(diào)試5.1 PROTEUS仿真軟件介紹PROTEUS軟件是一款非常方便的EDA軟件，該軟件既可以進(jìn)行模數(shù)混合電路的仿真也可以進(jìn)行電路板的設(shè)置，但是人們一般都只使用該軟件進(jìn)行數(shù)字類和簡單的模擬數(shù)字混合電路仿真，由于其電路板繪制功能更不好用所以一般不使用該軟件繪制PCB板。PROTEUS軟件非常適合于單片機(jī)系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)里面有MCS-51系列單片機(jī)、MSP430系列單片機(jī)、AVR系列單片機(jī)以及基于ARM CORTEX-M3內(nèi)核的高性能單片機(jī)。該軟件使用

48、非常方便與實(shí)際電路非常接近可以設(shè)計電阻、電容參數(shù)，在進(jìn)行單片機(jī)仿真是其仿真庫里面可以調(diào)用74系列芯片、三級管、數(shù)碼管、1602液晶以及12864液晶等器件，就像我們組裝成一個實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)一樣。該軟件進(jìn)行仿真不需要使用所謂的工程之類的只需要新建一個電路圖文件然后在畫布上可以添加元器件、激勵信號、電源以及示波器等測試器件。該軟件仿真過程相比于單片機(jī)實(shí)際運(yùn)行較慢，特別是由模擬電路參與下，該軟件仿真速度極其慢，所以對于數(shù)碼管等需要實(shí)時掃描的器件可能我們需要稍微改一下延時時間才能和實(shí)際效果基本一致。5.2 PROTEUS電路繪制圖5.1 仿真圖如圖5.1所示的仿真圖，電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、ADC

49、0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、1602液晶、放大電路以及按鍵電路組成。通過PROTEUS軟件創(chuàng)建電路圖軟件然后放置元件連接線路以后即可。5.3 仿真調(diào)試在連接好電路以后編程測試代碼，然后通過雙擊單片機(jī)加載由Keil軟件編譯生成的.hex軟件，然后運(yùn)行即可。在測試1602液晶的時候發(fā)現(xiàn)原來在開發(fā)板上可以執(zhí)行的代碼在PROTEUS軟件上以后確執(zhí)行不了，死在了為1602封裝的函數(shù)里面，通過測試發(fā)現(xiàn)原來PROTEUS軟件里面的1602液晶對于編寫的測忙函數(shù)不響應(yīng)，通過將測忙函數(shù)變成延時以后1602液晶終于可以執(zhí)行了，通過編寫全功能函數(shù)軟件經(jīng)過調(diào)試測試以后的運(yùn)行結(jié)果如圖5.2所示：圖5.2 仿真運(yùn)行經(jīng)過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)

50、本仿真可以實(shí)現(xiàn)單價的設(shè)定以及電壓的采集并可以得出電壓量化值與設(shè)定單價的乘積。6 結(jié)論電子秤在人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，本文設(shè)計一種基于單片機(jī)和高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的高精度電子稱。在模擬信號處理部分本系統(tǒng)采用精密的電橋壓力傳感器，通過差分輸入的儀用運(yùn)放INA321作為高阻抗輸入的模擬前端，然后通過精密運(yùn)放OPA2350組成可調(diào)增益放大器。在數(shù)字處理部分主要通過ADS1256高精度的24為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，結(jié)合精密的參考電源將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然后通過STC89C52單片機(jī)讀取數(shù)字電壓通過相關(guān)的查表計算顯示在1602液晶上面。通過PROTEUS軟件進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)本方案實(shí)用可行。設(shè)計方面的問題主要

51、存在于軟件參數(shù)的調(diào)整與設(shè)置，前期一直存在較大誤差。但在老師的悉心教導(dǎo)與我自己不斷地努力下，最終我得以成功改正了諸多不足與缺點(diǎn)，較好的完成了本次畢業(yè)設(shè)計。在軟件程序編寫這一重點(diǎn)難題上逐步研究、攻破。最后，對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)行資料的編排等，加以整理最終完成說明書。附錄#include "reg52.h"#include "intrins.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ad_tri = P23;sbit ad_eoc = P32;sbit Kset = P33;sbit

52、 Kadd = P24;sbit Ksub = P25;sbit Kdp = P26;sbit BEEP = P36;/* 定義液晶硬件接口 */sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit CE=P22;/* 8位數(shù)據(jù)口寫數(shù)據(jù) */#define LCDD(x) P0=x;/* 函數(shù)聲明 */void LCD_WriteInstruct( uchar Ins );void LCD_WriteData( uchar WD );void delay( uint d );void Display( float D );void count_init( void );void delayIIC( void );void LCD_Init( void );void LCD_WriteNum( uchar LineX , uchar BitX , uchar WD );void LCD_WriteFloat( uchar Linex , uchar StartBit , float Displayf );void LCD_Write