综合电子系统课程设计报告模板.docx
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综合电子系统课程设计报告模板
衡阳师范学院
物理与电子信息科学系
《综合电子系统》
课程设计报告
一号黑体，居中
简易电子称的设计
小二号粗黑体，居中
班级2011级电信1班
组长
成员三号宋体，加粗
指导教师
提交日期2014年6月10日
《综合电子系统课程设计》成绩评定表
课程设计题目：
简易电子秤
姓名
学号
所做工作
成绩
备注
彭勇
陈香秀
李娟
指导教师评语：
签名：
年月日
第一部分设计任务
1.1设计题目及要求…………………………………………………………1
1.2备选方案设计与比较……………………………………………………2
1.2.1方案一……………………………………………………………3
第二部分系统硬件平台的设计
2.1总体设计方案说明…………………………………………………………7
2.2单片机最小系统……………………………………………………9
2.2.1STC89C52单片机……………………………………………10
2.2.2时钟电路…………………………………………11
2.2.3复位电路..……………………..………………………12
2.3功能模块二（参照2.2）………………………………………………13
2.3.1模块电路及参数计算……………………………………………14
2.3.2工作原理和功能说明…………………………………………15
2.3.3器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）………………………16
2.4功能模块三（实际名……………………………………………………17
2.4.1模块电路及参数计算……………………………………………18
2.4.2工作原理和功能说明……………………………………………19
2.4.3器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）………………………20
第三部分系统软件的设计与实现
3.1主程序流程图…………………………………………………21
3.2子程序一（实际名）……………………………………………………22
3.3子程序二（实际名）……………………………………………………23
3.4子程序三（实际名）……………………………………………………24
3.4电路仿真（实际名）……………………………………………………24
3.4.1仿真软件简介……………………………………………………25
3.4.2仿真电路图………………………………………………………26
3.4.3仿真结果（附图）…………………………………………………27
第四部分安装调试与性能测量
4.1电路安装…………………………………………………………………28
（推荐附整机数码照片）
4.2系统软、硬件调试…………………………………………………29
6.2.1调试步骤及测量数据……………………………………………30
6.2.2故障分析及处理……………………………………………………31
4.3整机性能指标测量（附数据、波形等）…………………………………32
课程设计总结……………………………………………………………………33
参考文献
报告正文的排版：
1.纸张大小及版心：
统一用A4纸（21×29.7）打印，边距设为：
上2.54cm，下2.54cm，左2.2cm，右2.2cm。
行距为固定值20磅。
2.第一级标题用三号粗黑体，（段落设置）段前1行，段后1行，
3.第二级标题用小三黑体，靠左上下空一行
4.第三级标题用四号黑体，靠左本身不空行
5.正文小四号字体，行距为固定值20磅
6.图题及图中文字用5号宋体
7.参考文献标题用三号粗黑体，居中上下空一行，参考文献正文为五号宋体
有关论文排版的其它说明：
1．注意文中代表变量的英文字母必须用斜体，其它用正体。
微分号d、圆周率π、自然底数e、矩阵转置T均应为正体。
2．文章中的英文均用TimesNewRoman字体。
第一部分设计任务
1.1设计题目及要求：
设计一个电子秤能实现量程范围0—5kg,，精度能达到：
0.005kg,显示称量的重量，以及计价并清零和超量程报警功能。
1.2备选方案设计与比较
1.2．1方案二：
功能简介：
电子秤主要以单片机STC90C52RC控制核心，实现电子秤的基本控制功能。
系统可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源、时钟和五大部分。
最小系统部分主要包括STC90C52RC和经典复位电路；数据采集部分由称重传感器、信号放大和A/D转换部分组成，信号放大和A/D转换部分主要由专用型高精度24位AD转换芯片HX711实现；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和1602液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示数据；时钟模块主要由时钟芯片DS1302和时钟电路组成；该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg）,系统在称量时还具有超量程报警功能。
整个系统结构简单，使用方便，功能较全，精度高，具有一定的开发价值。
2.1总体设计方案说明
第二部分系统硬件平台的设计
2.2单片机最小系统
2.2.1STC89C52单片机
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
STC89C52特点：
8K字节程序存储空间；
256字节数据存储空间；
自带2KB的EEPROM存储空间
参数
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.[2]
2.工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）
3.工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
4.用户应用程序空间为8K字节
5.片上集成512字节RAM
6.通用I/O口（32个），复位后为：
P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.具有EEPROM功能
9.共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
10.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
11.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
12.工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
13.PDIP封装
2.2.2时钟电路
2.2.3复位电路
2.3功能模块二（数据采集模块）
5Kg压力传感器
称重传感器专用模拟/数字（A/D）转换器芯片
2.3.1模块电路及参数计算
步骤1：
如何计算传感器供电压
HX711可以在产生VAVDD和AGND电压，即711模块上的E+和E-电压。
该电压通过VAVDD=VBG（R1+R2）/R2计算。
VBG为模块儿基准电压1.25v
R1=20K,R2=8.2K
因此得出VAVDD=4.3V
（为了降低功耗，该电压只在采样时刻才有输出，因此用万用表读取的值可能低
于4.3v，因为万用表测量的是有效值。
步骤2：
如何计算AD输出最大值
在4.3V的供电电压下5Kg的传感器最大输出电压是4.3v*1mv/V=4.3mV
经过128倍放大后，最大电压为4.3mV*128=550.4mV
经过AD转换后输出的24bit数字值最大为：
550.4mV*2
24
/4.3V≈2147483
2.3.2工作原理和功能说明
1.5kg传感器
1.平行梁称重传感器的外形：
实验电子秤、邮政电子秤、厨房电子秤等一般选用双孔悬臂平行
梁应变式称重传感器。
它的特点是：
精度高、易加工、构简单紧凑，抗偏载能力强、固有频率高,
其典型结构如图1所示
；
2.称重传感器的工作原理：
应变式力传感器的受力工作原理如图2：
所示。
将应变片粘贴到受力的力敏型弹性元件上，当弹性元件受力产
-1
生变形时,应变片产生相应的应变,转化成电阻变化。
将应变片接成如图3所示的电桥，力引起的电阻变化将转换为测量电路的电压变化,通过测量输出电压的数值,再通过换算即可得到所测量物体的重量。
图3
满量程输出电压=激励电压*灵敏度1.0mv/v
例如：
供电电压是5v乘以灵敏度1.0mv/v=满量程5mv。
相当于有5Kg重力产生时候产生5mV的电压
2.711模块对产生的5mV电压进行采样。
概述：
711模块A通道带有128倍信号增益，可以将5mV的电压放大128倍，然
后采样输出24bitAD转换的值，单片机通过定时序将24bit数据读出。
HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。
与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。
输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。
通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。
通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。
芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。
上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
2.3.3器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）
HX711芯片说明
特点：
两路可选择差分输入
片内低噪声可编程放大器，可选增益为64和128
片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源
片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟
上电自动复位电路
简单的数字控制和串口通讯：
所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程
可选择10Hz或80Hz的输出数据速率
同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰
耗电量（含稳压电源电路）：
典型工作电流：
<1.7mA,断电电流：
<1μA
工作电压范围：
2.6~5.5V
工作温度范围：
-20~+85℃
16管脚的SOP-16封装
2.4功能模块三（人机交互界面模块）
2.4.1模块电路及参数计算
4*4矩阵式键盘：
4*4矩阵式键盘结构简单，按键数较少，采用非编码式键盘，当有键按下时，由单片机通过程序扫描确定键值，并将获得的键值通过LED数码管显示出来，4*4矩阵式键盘结构及键值分布如下图：
键盘扫描原理：
2.4.2工作原理和功能说明
LCD1602液晶显示屏:
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图10-54所示：
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
引脚功能说明：
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-1所示:
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
表10-13：
引脚接口说明表
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
1602LCD的指令说明及时序:
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表10-14所示：
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
表10-14：
控制命令表
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：
光标和显示模式设置I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：
光标或显示移位S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：
功能设置命令DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。
指令7：
字符发生器RAM地址设置。
指令8：
DDRAM地址设置。
指令9：
读忙信号和光标地址BF：
为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10：
写数据。
指令11：
读数据。
与HD44780相兼容的芯片时序表如下：
读状态
输入
RS=L，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=状态字
写指令
输入
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=数据
写数据
输入
RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
输出
无
表10-15：
基本操作时序表
读写操作时序如图10-55和10-56所示：
图10-55读操作时序
图10-56写操作时序
1602LCD的一般初始化（复位）过程:
延时15mS
写指令38H（不检测忙信号）
延时5mS
写指令38H（不检测忙信号）
延时5mS
写指令38H（不检测忙信号）
以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号
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
2.4.3器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）
第二部分：
软件设计模块
3.1主程序流程图…
3.2子程序一（实际名）
3.3子程序二（实际名）
3.4子程序三（实际名）
第三部分：
3.4电路仿真（实际名）
3.4.1仿真软件简介
3.4.2仿真电路图
3.4.3仿真结果（附图）
第四部分安装调试与性能测量
4.1电路安装…………………………………………………………………28
（推荐附整机数码照片）
4.2系统软、硬件调试…………………………………………………29
6.2.1调试步骤及测量数据……………………………………………30
6.2.2故障分析及处理……………………………………………………31
4.3整机性能指标测量（附数据、波形等）…………………………………32
升级会员 