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1、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 彭勇 成 员 陈香秀 李娟 三号宋体，加粗指导教师 许岳兵提交日期 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 日目 录第一部分 设计任务1.1 设计题目及要求 11.2 备选方案设计与比较 21.2.1 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 72.2 单片机最小系统92.2.1 STC89C52单片机 102.2.
2、2 时钟电路 112.2.3 复位电路 . . 122.3 功能模块二（参照2.2） 132.3.1 模块电路及参数计算 142.3.2 工作原理和功能说明 152.3.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 162.4 功能模块三（实际名 172.4.1 模块电路及参数计算 182.4.2 工作原理和功能说明 192.4.3 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 213.2 子程序一 （实际名）223.3 子程序二 （实际名）233.4 子程序三 （实际名）243.4 电路仿真 （实际名）243.4.1 仿真软件简介 253.4.
3、2 仿真电路图 263.4.3 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 296.2.1 调试步骤及测量数据 306.2.2 故障分析及处理 314.3 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（2129.7）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
4、，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、自然底数e、矩阵转置T均应为正体。2 文章中的英文均用Times New Roman 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05kg,，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 1.21方案二：功能简介：电子秤主要以单片机STC90C52RC控制核
5、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05Kg，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
6、方便，功能较全，精度高，具有一定的开发价值。 2.1 总体设计方案说明称重传感器 HL-8型STC90C52RC单片机单片机控制模块数据采集部分点阵式1602型的LCDO4*4矩阵键盘两个独立按键人机交互界面电子称专用高精度高增益24位A/D转换芯片HX711时钟模块DS1302芯片扩展的时钟模块蜂鸣器报警模块第二部分 系统硬件平台的设计2.2 单片机最小系统2.2.1 STC89C52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
7、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4KB EEPROM，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
8、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8051.22. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K字节5. 片上集成512 字节RAM6. 通用I/O 口（32 个
9、），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、T210.外部中断4 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11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART12
10、. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（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
11、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*224/4.3V 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
12、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24b
13、it AD 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
14、，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
15、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：1A工作电压范围：2.6 5.5V工作温度范围：-20 +8516 管脚的SOP-16 封装 2.4 功能模块三（人机交互界面模块）蜂鸣器报警模块点阵式1602型的LCDO4*4矩阵键盘1个独立按键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
16、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:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)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1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择1
17、3D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK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
18、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714脚：D0D7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RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显
19、示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11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
20、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
21、表如下：读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=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
22、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 296.2.1 调试步骤及测量数据 306.2.2 故障分析及处理 314.3 整机性能指标测量（附数据、波形等） 32