STC89C52单片机高精度称重仪设计PCB板图源程序

---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ STC89C52单片机高精度称重仪设计
+PCB板图+源程序
摘要：设计以51系列单片机STC89C52为控制核心，实现称重仪的基本控制功能。

在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为最小系统模块，数据采集模块、人机交互模块和系统电源模块四大部分。

最小系统部分主要包括STC89C52；数据采集模块由压力传感器和A/D转换部分构成；人机交互界面模块包括键盘输入和LCD液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和12864显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。

系统电源以LM7805为核心设计电路以提供系统正常工作电源。

软件部分采用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。

整个系统结构简单,使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。

关键词：传感器；单片机；采样电路；A/D转换器；液晶显示6365
1 / 20
High-precision weighing instrument
Abstract：The design is based on Single-Chip STC89C52 Series as the core to realize the basic controlling functions of an electronics steelyard. While designing the system, I adopt modular designing method, piding the hardware into four modules: basic system module, sampling module, I/O interface and power supply. The basic system module mainly contains a Single-Chip AT89C52. The sampling module is composed of a pressure sensor and an A/D converter HX711. With the application of a 4*4 keyboard and a 128*64 display, we realize the function of the key board input and the LCD manifestation. The power supply is centered with a voltage-stabilizing circuit made up of LM7805 to provide essential power supply. The software is written with single-chip C language to realize all controlling functions. The whole system is concise, well-founded, convenient to use, with high accuracy and certain value for further development.
Key words：Sensor;Microcontroller;Sampling
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ circuit;A/D converter;
LCD Manifestation
4 高精度称重仪软件设计22
4.1 主程序流程22
4.2C语言在单片机中的应用23
4.3主程序流程图23
4.4 子程序设计24
4.4.1 A/D转换启动及数据读取程序设计24
4.4.2 LCD显示子程序设计25
4.4.3键盘扫描子程序的设计26
3 / 20
5 结论28
5.1 论文总结28
5.1.1 主要工作及结论28 5.1.2 存在的问题28 5.2 感想28
5.3 致谢29
附录A:原理图31
附录B：PCB板图32
附录C：软件编程33
1 绪论
1.1 选题的目的和意义
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------
称重仪是日常生活的必须品，广泛应用于超市，大中型商场，物流配送中心。

在电子技术高速发展和计算机技术得到广泛应用的今天，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，对称重技术提出了更高的要求。

电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。

相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。

电子秤的设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。

输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。

放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。

2.2.2 系统设计基本思路
5 / 20
本设计采用模块化设计法，系统分为四个模块，最小系统模块，数据采集模块、人机交互模块和系统电源模块四大部分。

最小系统部分主要包括STC89C52；数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D 转换部分构成；人机交互界面模块包括键盘输入和LCD液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和12864显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。

系统电源以LM7805为核心设计电路以提供系统正常工作电源。

2.3系统总体设计方案比较与论证
方案一数码管显示
结构简图如下图所示：
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 图2.1 带有键盘输入的结构简图
此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。

在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。

这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。

方案二前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，尤其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。

结构简图如下图所示：
7 / 20
图2.2 LCD显示的方案
目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大和AD转换后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。

单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。

但单片机的速度没有现在一些先进的单片机速度快。

图2.3 电子称系统的组成结构图
FPGA的逻辑容量密度大，集成度高，可大大减少印刷电路板的空间，减低系统功耗，同时还可以提高设计的工艺性和产品的可靠性。

---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------
虽然以FPGA为核心的电子称系统很优化，但只有在大规模和超大规模集成电路中其高集成度才能更好得以体现。

其主要在PC机接口卡的总线接口、程控交换机的信号处理与接口、雷达声纳系统的成像控制与数字处理、数控机床的测试系统等方面有广泛应用。

鉴于本电子称的设计并不太复杂，单片机完全能实现所需功能，所以在具体设计时，采用了第三种设计方案。

2.4传感器的选择
2.4.1 传感器的定义
能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装臵。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

这里所说的“可用输出信号”是指便于加工处理、便于传输利用的信号。

现在电信号是最易于处理和便于传输的信号。

传感器是一种检测装臵，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、
9 / 20
记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，人们的社会活动主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位臵，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。

因此，传感器的地位与作用特别重要。

2.4.2 传感器的作用
传感器的作用是人们为了从外界获取信息采用的一种电子器件。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要传感器。

因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

在信息利用过程中，传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------
产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

2.4.4 传感器的种类
方案一压电传感器
压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。

其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。

压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。

目前多用于加速度和动态力或压力的测量。

压电器件的弱点：高内阻、小功率。

功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。

11 / 20
方案二电容式传感器
电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。

它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。

电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。

电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。

两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为
式（2.1）中
——两极板间的距离；
A——两平行极板相互覆盖的有效面积；
——介质的相对介电常数；
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ ——真空中介电常数。

若被测量的变化使式中、A、三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。

虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：
（1）小功率、高阻抗。

受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。

因C 太小，故容抗=1/ C很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=C ，C很小，则P也很小。

故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。

2.5 A/D 转换器
13 / 20
2.5.1 A/D转换器选用的原则
1、A/D 转换器的位数。

A/D 转换器决定分辨率的高低。

在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。

2、A/D 转换器的转换速率。

不同类型的A/D 转换器的转换速率大不相同。

积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。

逐次逼近型属于中速A/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。

3、是否加采样/保持器。

4、A/D 转换器的有关量程引脚。

有的A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。

5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。

一般A/D 转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------
由CPU提供。

转换结束后A/D 转换器内部转换结束信号触发器臵位，并输出转换结束标志电平。

通知微处理器读取转换结果。

6、A/D 转换器的晶闸管现象。

其现象是在正常使用时，A/D 转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。

为防止这种现象，可采取如下措施：
（1）加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；
（2）加强电源稳压滤波措施，在A/D 转换器电源入口处加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容；
（3）在A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。

选择A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问
15 / 20
题：
（1）工作电源电压是否稳定；
（2）外接时钟信号的频率是否合适；
（3）工作环境温度是否符合器件要求；
方案一专用芯片式设计
专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片本身就能够完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等等问题的处理，甚至还集成了显示接口功能。

列如Intel8279是一种为8位微处理器设计的比较成熟的通用键盘/显示器接口芯片，其功能有：接收来自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。

但是在与单片机的连接时会占用较多的接口资源。

ZLG7289是周立功单片机公司设计的串行输入输出可
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------
编程键盘/显示芯片，支持64键控制，有强大的键盘显示功能，可以比较方便地扩展系统。

另外ZLG7289内部有译码电路，大大简化了程序。

由此可见专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，口简单，使用方便，适合处理按键较多的情况。

但在很多应用场合，考虑成本等因素，可能并不是最佳选择。

方案二矩阵式键盘设计
矩阵式键盘又叫行列式键盘。

用I/O口线组成行、列结构，按键设臵在行列的交点上。

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口(如P1口)就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)。

由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键
17 / 20
盘是合理的。

相对于专用芯片式可以节省成本，而且更为灵活。

缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。

考虑到成本方面，我决定采用矩阵键盘。

2.8系统电源
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。

系统电源模块，STC89C52单片机和12864LCD显示器电源由线性稳压器LM7805供给。

3.2 基于STC89C52的主控电路
3.2.1芯片介绍
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------
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。

3.2.2 单片机的特点
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，实际工作频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间为8K字节
19 / 20
5. 片上集成256 字节RAM
6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口上拉，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. 共2 个16 位定时器/计数器。

即定时器T0、T1
9 .外部中断2 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒STC89C52单片机高精度称重仪设计+PCB板图+源程序(8):。