綜合電子系統(tǒng)課程設(shè)計報告模板

1、衡陽師范學院物理與電子信息科學系綜合電子系統(tǒng)課程設(shè)計報告 一號黑體，居中 簡易電子稱的設(shè)計 小二號粗黑體，居中班 級 2011級電信1班組 長 彭勇 成 員 陳香秀 李娟 三號宋體，加粗指導教師 許岳兵提交日期 2014 年 6 月 10 日綜合電子系統(tǒng)課程設(shè)計成績評定表課程設(shè)計題目：簡易電子秤姓 名學 號所做工作成績備注彭勇陳香秀李娟指導教師評語：簽 名：年 月 日目 錄第一部分 設(shè)計任務1.1 設(shè)計題目及要求 11.2 備選方案設(shè)計與比較 21.2.1 方案一 3第二部分 系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計2.1 總體設(shè)計方案說明 72.2 單片機最小系統(tǒng)92.2.1 STC89C52單片機 102.2.

2、2 時鐘電路 112.2.3 復位電路 . . 122.3 功能模塊二（參照2.2） 132.3.1 模塊電路及參數(shù)計算 142.3.2 工作原理和功能說明 152.3.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 162.4 功能模塊三（實際名 172.4.1 模塊電路及參數(shù)計算 182.4.2 工作原理和功能說明 192.4.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等） 20第三部分 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)3.1 主程序流程圖 213.2 子程序一 （實際名）223.3 子程序二 （實際名）233.4 子程序三 （實際名）243.4 電路仿真 （實際名）243.4.1 仿真軟件簡介 253.4.

3、2 仿真電路圖 263.4.3 仿真結(jié)果（附圖） 27第四部分 安裝調(diào)試與性能測量4.1 電路安裝 28（推薦附整機數(shù)碼照片）4.2 系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試 296.2.1 調(diào)試步驟及測量數(shù)據(jù) 306.2.2 故障分析及處理 314.3 整機性能指標測量（附數(shù)據(jù)、波形等） 32課程設(shè)計總結(jié) 33參考文獻報告正文的排版：1. 紙張大小及版心：統(tǒng)一用A4紙（21×29.7）打印，邊距設(shè)為： 上 2.54cm，下 2.54cm，左 2.2cm，右 2.2cm。行距為固定值20磅。2. 第一級標題用三號粗黑體，（段落設(shè)置）段前1行，段后1行，3. 第二級標題用小三黑體，靠左上下空一行4. 第三級標

4、題用四號黑體，靠左本身不空行5. 正文小四號字體，行距為固定值20磅6. 圖題及圖中文字用5號宋體7. 參考文獻標題用三號粗黑體，居中上下空一行，參考文獻正文為五號宋體有關(guān)論文排版的其它說明：1 注意文中代表變量的英文字母必須用斜體，其它用正體。微分號d、圓周率、自然底數(shù)e、矩陣轉(zhuǎn)置T均應為正體。2 文章中的英文均用Times New Roman 字體。第一部分 設(shè)計任務1.1 設(shè)計題目及要求：設(shè)計一個電子秤能實現(xiàn)量程范圍05kg,，精度能達到：0.005kg,顯示稱量的重量，以及計價并清零和超量程報警功能。1.2 備選方案設(shè)計與比較 1.21方案二：功能簡介：電子秤主要以單片機STC90C5

5、2RC控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機交互界面和系統(tǒng)電源、時鐘和五大部分。最小系統(tǒng)部分主要包括STC90C52RC和經(jīng)典復位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，信號放大和A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實現(xiàn)；人機交互界面為鍵盤輸入和點陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和1602液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)；時鐘模塊主要由時鐘芯片DS1302和時鐘電路組成；該電子秤可以實現(xiàn)基本的稱重功能（稱重范圍為05Kg，重量誤差不大于±0.005Kg）,系統(tǒng)在稱量時還具有超量程報警功能

6、。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，功能較全，精度高，具有一定的開發(fā)價值。 2.1 總體設(shè)計方案說明稱重傳感器 HL-8型STC90C52RC單片機單片機控制模塊數(shù)據(jù)采集部分點陣式1602型的LCDO4*4矩陣鍵盤兩個獨立按鍵人機交互界面電子稱專用高精度高增益24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711時鐘模塊DS1302芯片擴展的時鐘模塊蜂鳴器報警模塊第二部分 系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計2.2 單片機最小系統(tǒng)2.2.1 STC89C52單片機 STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使

7、得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保

8、護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52特點：8K字節(jié)程序存儲空間；256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；自帶2KB的EEPROM存儲空間參數(shù)1. 增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）3.工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051 的080MHz，實際工作 頻率可達48MHz4. 用戶應用程序空間為8K字節(jié)5. 片上集成512 字節(jié)

9、RAM6. 通用I/O 口（32 個），復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 共3 個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T210.外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11. 通用異步串行口（UART），

10、還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART12. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）13. PDIP封裝2.2.2 時鐘電路 2.2.3 復位電路 2.3 功能模塊二 （數(shù)據(jù)采集模塊）5Kg 壓力傳感器稱重傳感器專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片2.3.1 模塊電路及參數(shù)計算步驟1：如何計算傳感器供電壓HX711可以在產(chǎn)生 VAVDD 和 AGND 電壓，即711模塊上的 E+和 E-電壓。該電壓通過 VAVDD=VBG(R1 +R2 )/R2計算。VBG 為模塊兒基準電壓1.25v R1 = 20K,R2 = 8.2K 因此得出 VAVDD = 4.3V （為了降低功耗， 該電壓只

11、在采樣時刻才有輸出， 因此用萬用表讀取的值可能低于4.3v，因為萬用表測量的是有效值。步驟2：如何計算 AD 輸出最大值在4.3V 的供電電壓下5Kg 的傳感器最大輸出電壓是4.3v*1mv/V = 4.3mV 經(jīng)過128倍放大后，最大電壓為4.3mV*128 = 550.4mV 經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換后輸出的24bit 數(shù)字值最大為：550.4mV*224/4.3V 21474832.3.2 工作原理和功能說明1. 5kg 傳感器1. 平行梁稱重傳感器的外形：實驗電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用雙孔懸臂平行梁應變式稱重傳感器。它的特點是：精度高、易加工、構(gòu)簡單緊湊，抗偏載能力強、固有頻率高

12、,其典型結(jié)構(gòu)如圖 1 所示；2.稱重傳感器的工作原理：應變式力傳感器的受力工作原理如圖 2：所示。將應變片粘貼到受力的力敏型彈性元件上，當彈性元件受力產(chǎn)- 1 35 / 35文檔可自由編輯打印生變形時,應變片產(chǎn)生相應的應變,轉(zhuǎn)化成電阻變化。將應變片接成如圖 3所示的電橋，力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測量電路的電壓變化,通過測量輸出電壓的數(shù)值,再通過換算即可得到所測量物體的重量。圖3滿量程輸出電壓=激勵電壓*靈敏度1.0mv/v 例如：供電電壓是5v 乘以靈敏度1.0mv/v=滿量程5mv。相當于有5Kg 重力產(chǎn)生時候產(chǎn)生5mV 的電壓2. 711模塊對產(chǎn)生的5mV 電壓進行采樣。概述：711模塊

13、A 通道帶有128倍信號增益，可以將5mV 的電壓放大128倍，然后采樣輸出24bit AD 轉(zhuǎn)換的值，單片機通過定時序?qū)?4bit 數(shù)據(jù)讀出。HX711是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或6

14、4，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為±20mV或±40mV。通道B則為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。2.3.3 器件說明（含結(jié)構(gòu)圖、管腳圖、功能表等）HX711芯片說明特點：兩路可選擇差分輸入片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64 和128片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源片內(nèi)時鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時也可使用外接晶振或時鐘上電自動復位電路簡單的數(shù)字控制和串口

15、通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無需編程可選擇10Hz 或80Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率同步抑制50Hz 和60Hz 的電源干擾耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流：<1.7mA, 斷電電流：<1A工作電壓范圍：2.6 5.5V工作溫度范圍：-20 +8516 管腳的SOP-16 封裝 2.4 功能模塊三（人機交互界面模塊）蜂鳴器報警模塊點陣式1602型的LCDO4*4矩陣鍵盤1個獨立按鍵2.4.1 模塊電路及參數(shù)計算4*4矩陣式鍵盤：4*4矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵數(shù)較少，采用非編碼式鍵盤，當有鍵按下時，由單片機通過程序掃描確定鍵值，并將獲得的鍵值通過LED數(shù)碼管顯示出來，4*4

16、矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)及鍵值分布如下圖：鍵盤掃描原理：2.4.2 工作原理和功能說明 LCD1602液晶顯示屏: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，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖10-54所示：1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:16×2個字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明：1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表10-1所示:編號符號

17、引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極表10-13：引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL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。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時

18、進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負極。1602LCD的指令說明及時序:1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表10-14所示：序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制000

19、0001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表10-14：控制命令表1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平

20、左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示