单片机课程设计报告电子秤Word文档格式.docx

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（1）进行功能需求分析，确定合理可行的方案；

（2）选择单片机，并设计以单片机为核心的控制模块；

（3）设计控制系统电源模块；

（4）选用显示方案，设计显示系统及键盘电路；

（5）选用合适的传感器，设计采样网络；

（7）设计合适的算法，对采集到的数据进行噪声过滤

（8）加入调零功能。

（9）校准电子称。

指导教师签名：

年月日

二、指导教师评语：

年月日

三、成绩评定：

年月日

四、教研室意见：

教研室主任签名：

设计项目成绩评定表

设计报告书目录

一、设计目的1

二、设计思路1

三、设计过程1

3.1软件设计1

3.1.1主程序流程图2

3.1.2子程序设计2

3.1.2.1V/F转换启动及数据读取程序设计3

3.1.2.2显示子程序设计3

3.1.2.3键盘扫描子程序的设计3

3.2硬件的方案设计5

3.2.1基于AT89C51的主控电路5

3.2.2信号放大电路6

3.2.3信号转换电路6

3.2.4稳压电路7

3.2.5显示电路8

四、系统调试与结果9

五、主要元器件与设备10

六、课程设计体会与建议10

6.1、设计体会10

6.2、设计建议11

七、参考文献11

附12

一、设计目的

1、熟悉AT89C51单片机功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。

2、通过对数据采集的分析，了解了各种传感器、放大器及A/D转换器和V/F转化器对信号的转换、传输有了更深的认识。

3、对键盘和显示器进行选型比较，得出各种型号优劣比。

4、采用面向对象的思想，分层次、分模块构建设计的总体框架。

二、设计思路

1、设计基于AT89C51的主控电路。

2、设计稳压电路。

3、设计信号放大电路。

4、设计信号转换电路。

5、设计显示电路。

三、设计过程

电子秤的总体方框图如图1所示。

图3.1系统总体方框图

其工作原理为：

前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。

这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。

3.1软件设计

电子称软件设计均采用模块化设计，整个程序包括主程序、定时中断程序、INTO中断程序按键程序、数据处理子程序（双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序）、LCD十六位液晶静态显示子程序等模块。

所有程序均采用C汇编语言编写。

3.1.1主程序流程图

主程序流程图给出了系统工作的基本过程，描述了信号的基本流向，起到一个向导的作用。

图3.2主程序流程图

3.1.2子程序设计

系统子程序主要包括A/D转换启动及数据读取程序设计、键盘输入控制程序设计及显示程序设计等。

3.1.2.1V/F转换启动及数据读取程序设计

V/F转换子程序主要是指在系统开始运行时，把称重传感器传递过来的模拟信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序设计。

设计流程图如图所示。

图3.3V/F信号读取及处理程序图图3.4显示子程序流程图

3.1.2.2显示子程序设计

显示子程序主要是来判断是否需要显示,以及如何去显示,也是十分重要的程序之一。

设计流程图如图3.4所示。

3.1.2.3键盘扫描子程序的设计

键盘电路设计成4X4矩阵式，在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。

图3.5键盘扫描子程序流程图

键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。

操作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。

因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。

本系统中采用矩阵键盘。

矩阵式键盘又叫行列式键盘。

用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。

例如，用2×

2的行列结构可构成4个键的键盘，4×

4行列结构可构成16个键的键盘。

因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。

相对于专用芯片式可以节省成本，且更为灵活。

图3.64×

4矩阵键盘

3.2硬件的方案设计

根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时可以分成以下几个部分：

单片机控制模块，前端信号采集、处理、转换模块，人机接口界面以及系统电源部分。

3.2.1基于AT89C51的主控电路

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51单片机特点能与MCS-51兼容，有4K字节可编程闪烁存储器，寿命能够达到1000写/擦循环，数据可以保留时间长达10年，全静态工作：

0Hz-24MHz，三级程序存储器锁定，128×

8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。

图3.7AT89C51最小系统电路图

3.2.2信号放大电路

采用专用仪表放大器，INA126芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。

放大器增益 

，通过改变RG的大小来改变放大器的增益。

INA126具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。

其最大输入偏置电流为20nA，这一参数反映了它的高输入阻抗。

INA126在外接电阻RG时，可实现1~1000范围内的任意增益；

工作电源范围为±

2.3~±

18V；

最大电源电流为1.3mA；

最大输入失调电压为125

V；

频带宽度为120kHz（在G=100时）。

图3.8INA126仪表放大结构图

3.2.3信号转换电路

V/F变换和F/V变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。

它动态范围宽，可达100dB；

线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；

变换精度高，数字分辨率可达12位；

外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。

LM331组成的信号转换电路如图所示。

图3.9INA126电路设计图

3.2.4稳压电路

系统需要多种电源，单片机需要＋5V电源，运放需要±

5V，V/F转换器需要±

12V，传感器需要＋5V以上的线性电源。

稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

此次设计的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图

图3.10稳压电源组成图

本系统采用7805,7905，7812和7912组成稳压电路

采用7805,7905，7812和7912组成稳压电路

7805，7905固定式三端稳压器可输出±

5V,固定式三端可调稳压器7812和7812组装电路可对称输出±

12v,其电路图如图所示.

图3.11LM317与LM337组装电路

3.2.5显示电路

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，由于本次设计的显示模块需要显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会占用多个单片机I/O口,使得电路变得更为复杂。

所以选用液晶显示，1602LCD符合基本条件，能够采用。

显示电路。

1602液晶模块的引脚连线如图3.12。

其中，第1、2脚为液晶的驱动电源；

第三脚VL为液晶的对比度调节，通过在VCC和GND之间接一个10K多圈可调电阻，中间抽头接VL，可实现液晶对比度的调节；

液晶的控制线RS、R/W、E分别接单片机的P0.5、P0.6、P0.7；

数据口接在单片机的P2口；

BL+、BL-为液晶背光电源。

1602液晶模块的初始化过程：

延迟15ms

写指令38H（不检测忙信号）

延迟5ms

（以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号）

写指令38H：

显示模式设置

写指令08H：

显示关闭

写指令01H：

显示清屏

写指令06H：

显示光标移动设置

写指令0CH：

显示开及光标设置

图3.121602液晶模块的接线图

四、系统调试与结果

本设计数据采集部分由压力传感器、信号放大处理和V/F转换部分组成。

在具体选择传感器时，考虑到在称量物品时必要的精度、准确性要求，所称物品的重量误差必须要控制在一定的范围之内。

另外由于秤台的自身重量、振动和冲击分量，以及还要避免物体超重时对传感器的损坏，所以在选择传感器时要保证有一定的承重裕量，所选的传感器量程应该比系统设计要求的要大。

一般选择满量程时候的误差不能大于规定量。

由于传感器的输出信号中含有一定的干扰噪声，所以必须要对传感器的输出信号进行滤波，在滤波电路的设计时利用普通小电容滤除高频干扰，利用大的电解电容滤除低频干扰。

传感器输出的电信号比较微弱，一般为毫伏级，必须采用适当的电路进行信号放大处理，这样才能保证整个系统的精度和稳定性能。

这时需要共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口简单的专用仪表放大器INA126。

在选择V/F转换器时根据系统精度的要求，选择了具有很强抗干扰能力V/F转换器LM331，虽然转换速度慢，但精度高，输入阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出的TTL电平信号兼容。

作为电子秤，系统对V/F转换的速度要求不高，而且LM331的转换精度足以满足系统的误差要求。

人机交互部分的键盘在系统中，可以输入数字和已经固定的控制命令等。

在这次设计中我们采用了4×

4键盘控制。

显示用的LCD我们根据要求选用了字符点阵式液晶显示器LCD1602，可以一次满屏幕显示多个个中文字符或英文字符，满足电子秤在称物时的购物清单显示要求。

五、主要元器件与设备

数字电路实验箱或EDA软件QuartusⅡ

集成电路7192—1片，7812—2片，7905—1片，7805—1片。

LM331—1片，LM337—1片，LM317—1片，INA126—1片，1602—1片。

电阻100Ω—5只，10KΩ—9只，2kΩ—l只，5kΩ—l只，12kΩ—l只，，22kΩ—l只，40KΩ-2只。

电容30pF—2只，104pF—6只，10uF—1只。

发光二极管—2只，共阴极显示器—3只。

字符点阵式液晶显示器LCD1602

六、课程设计体会与建议

6.1、设计体会

在整个课程设计过程中，我对本课程所学的知识有了一个系统的认识和理解，尤其是对本课题所用到的单片机及其相关知识有了进一步的掌握，对利用单片机进行控制系统的设计与开发又及对系统的分析和问题的解决有了切身的认识和体会