《智能仪器》课程设计 基于SCT89C52的电子称设计.doc

福建电力职业技术学院课 程 设 计课程名称： 智能仪器 题目： 基于SCT89C52的电子称设计 专业班次： 姓 名： 学 号： 指导教师： 学 期： 2011-2012学年 第2学期 日 期： 2012.3 目录1. 引言.11.1 本设计意义.21.2本设计任务和主要内容.22. 硬件设计.22.1 系统组成框图.32.2 STC89C52单片机最小系统.42.3采集电路设计.52.4 LCD显示电路设计.53. 软件设计.63.1 ADC0832时序图.73.2 LCD12864时序图.83.3 程序流程图.94. 总结.10参考文献.11附录1引言1.1本设计意义在我们生活中经常需要测量物体的重量，于是就用到称，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子称、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子称向提高精度和降低成本方向发展趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求增加。称重装置的应用已遍及国民经济各领域，取得了显著地经济效益。电子称是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子称与机械称比较体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。我们本次的设计控制器是STC89C52单片机，采用ADC0832来进行数字转换，用LCD12864来实现重量的显示。它可以准确的测量重量和重量的显示且符合上面的各种特点，但是本次的测量范围较小。1.2本设计任务和主要内容本设计的任务要求是通过STC89C52单片机和ADC0832数字转换器及LCD12864显示器来实现对重量的测量和重量显示。其中STC89C52的P1口和P2口接LCD12864，P0接和ADC0832。利用学过的C语言进行程序的编写和调试，最后实现模拟量转化为数字量并在液晶上显示出来，同时也实现人机交互。通过查阅文献和所学知识的运用，了解LCD12864的显示原理和工作原理及ADC0832的工作原理。1) 先理清头绪将系统框架流程图画出来，再将各个部分的硬件画出来，如：最小系统、LCD显示电路及AD转换器，并将相关联的电路图进行连接。2) 基于了解各个部分工作原理的基础上，开始进行软件设计画出时序图，进行分析。对数据进行编码，并进行编码的编译调试。利用Excel对重量、AD、电压的关系进行计算。3) 基于C语言知识进行程序的编写，编写完后进行调试，然后把调试完无误的程序烧到硬件中，直到达到原先预计的功能实现为止。4) 基于C语言知识进行程序的编写，编写完后进行调试，然后把调试完无误的程序烧到硬件中，直到达到原先预计的功能实现为止。2硬件设计2.1 系统组成框图 本系统由SCT89C52、LCD12864液晶显示及ADC0832模拟转换电路组成。其中还包括被测量的采集，信号处理电路。系统框图如下图所示： 图 2.1 系统框图本次设计选择的是采用单片机方案，目前单片机技术比较成熟，功能比较强大，被测信号经大整形后送入单片机，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。2.2 STC89C52单片机及其最小系统 STC89C52单片机是最早期也是最典型的产品，低功耗、高性能、采用CHMOS工艺的8位单片机。它在硬件资源和功能、软件指令及编程上都较为方便。在应用中可直接替换。在STC89C52内部有FLASH程序存储器，即可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程。编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。SCT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash,256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串口，片内晶振及时钟电路。另外，SCT89C52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。掉电保护模式方式下，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。其引脚电路如2.2所示，SCT89C52主要性能有以下几点：（1）与MCS-51单片机产品兼容。(2)8K字节在系统可编程Flash存储器。（3）1000次擦写周期。（4）全静态操作：0Hz-33Hz。（5）三级加密程序存储器。（6）32个可编程I/O口线。（7）三个16位定时器/计数器。（8）八个中断源全双工UART串行通道。（9）低功耗空闲和掉电模式。（10）掉电后中断可唤醒。图2.2 最小系统 单片机最小系统是指用最少的元器件组成的单片机可以工作的系统。即如图2.2所示。单片机的最小系统包括电源（接地），晶振电路（本设计使用11.0592MHz晶振），复位电路。有了以上部分组成的最小系统，单片机就能够正常进行简单工作了，值得注意的一点是，EA（31脚）要接高电平，使单片机不使用片外存储器，这样单片机系统才会正确执行用C语言编程所烧写进单片机的程序。电源电路：其主要目的是给单片机最小系统提供电源，一般可用5V直流电进行供电，常直接用USB接口对最小系统输送电能，本次设计主要采用220V交流电经过变压处理以供给单片机5V直流电，从而能正常运行。复位电路：复位电路可使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从在这个状态开始运行。由电容串联电阻构成，如图并从“电容电压不能突变”的性质可知，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，当这个高电平持续两个机器周期以上就将复位。晶振电路：单片机片内有一个用于构成振荡器的高正增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入和输出端。在它们两端接晶振构成稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时通常安装两个30pF电容能保证振荡器稳定和可靠工作时，对频率起微调作用。本次设计晶振取11.0592MHz晶振的单片机，将产生精确的us级时歇，方便定时操作。2.3 采集电路设计2.3.1 重量采集原理首先是被测量的采集，然后是电阻应变片感应到被测量的变化，使其电阻值也发生相应的变化，再来是信号处理电路将有用的信号放大和把没用的信号滤除，最后是AD转换器将摸拟信号转换为数字信号。其中应变片是采用全桥式接法，其全桥的四个电阻值相等即R1=R2=R3=R4，它的灵敏度是单臂电桥的四倍。UO=(R1R4-R2R3)U/(R1+R2)(R3+R4)电阻应变片全桥电路如图2.3所示：图2.3 全桥电路2.3.2 A/D转换器介绍及其接口A/D转换器又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。 A/D 转换器 (ADC)的型式有很多种，方式的不同会影响测量后的精准度。A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD码的31/2 位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速（转换时间=330ns），次超高速（3303.3S），高速（转换时间3.3333S），低速（转换时间330S）等。A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。所谓直接A/D 转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。 其中积分型A/D 转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。 有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D 转换功能，使用十分方便。ADC0832电路图如图2.4所示：图2.4 AD转换接口图2.4 显示电路设计2.4.1 LCD12864的引脚和介绍 LCD12864共有20个引脚，其中第1引脚接地，第三引脚接10K的可调电阻再接上1K的电阻最后接地，第二引脚接电源，第四引脚接D/I，第五引脚接R/W,第六引脚接EN,第七到十四引脚接DB0-DB7，第十五、十六引脚是接液晶的左半屏和右半屏，第十七引脚是接复位并接上10K的电阻再接电源，第十八引脚是接到第三引脚，第十九、二十引脚是用来调节液晶的背光。具体连接如下图所示：图 2.5 LCD12864的引脚LCD12864逻辑工作电压（Vcc）是在4.55.5V之间，电源地(GND)是0V，LCD驱动电压（Vee）是在0-10V之间，输入电压是在VeeVdd之间，工作温度是在055摄氏度或-2070摄氏度之间，保存温度是在-1065摄氏度之间。它的优点有：（1）显示的质量高；（2）数字式接口；（3）体积小、重量轻；（4）功耗低。2.4.2 LCD12864与单片机的连接 图2.5 LCD12864与单片机连接本设计是将SCT89C52单片机的P1口来接LCD的714引脚，LCD的4-6、15-17接单片P2口的P2.7-P2.2,。3. 软件设计3.1 ADC0832时序图 ADC0832的输入通道在起始完成后的两位就是通道配置为，均为上升沿有效。第一位0表示单通道差分输入，1表示双通道单极性输入，第二位表示单通道差分输入时的极性选择或者表示双通道单极性输入时的通道选择。当起始位和和两配位移入移位寄存器后转换便开始。既从第三个脉冲的下降沿开始转换，同时DI为高阻态，DO端脱离高阻态，为数据输出做准备。其中DI端只是在多路器寻址时被检测 ，此时DO端为高阻态，在转换过程中，DO脱离高阻态，此时DI端和多路器是关断的。因此DO和DI是可以连接在一起的。具体函数如附录所示：图 3.1 AD时序图图3.2 AD流程图1）写操作时序如下图所示图3.3 时序图（写）2）读操作时序图如下图所示 图3.4 时序图（读）3) RS，R/W的选择（0或1），组合起来有四种模式来控制界面如下表2.1所示：表2.1 RSR/W功能说明00MPU写指令到指令暂存器（IR）01读出忙标志(BF)及地址计数器（AC）的状态10MPU写入数据到数据暂存器(DR)11MPU从数据暂存器(DR)中读出数据4）E信号如表2.2所示：表2.2E状态执行动作结果高到低I/O缓冲到DR配合/W进行写数据或指令高DR到I/O缓冲配合/R进行写数据或指令低/低到高无动作 表2.3写显示数据R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB001D7D6D5D4D3D2D1D0 表2.4读显示数据R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB011D7D6D5D4D3D2D1D0 写显示数据是将8位的数据写入事先确定的显示RAM单元内，写完后列地址自动加一,具体在附录中的Write date程序。读显示数据是将液晶里的输出寄存器的内容读出，然后列地址计数器自动加一，具体在附录程序中。5）忙标志：BFBF标志提供内部工作情况。BF=1表示模块在进行内部操作，此时模块不接受外部指令和数据。BF=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。具体程序在附录中的busy check。表2.3显示指令控制表.指令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0功能显示开/关0000111110/1控制显示开/关，内部状态和显示内容无影响.0：关1：开设置Y地址0001Yaddress(0-63)设置Y地址计数器设置X页地址0010111Page(0-7)设置X页面地址寄存器设置起始线0011Display start line (0-63)设定显示起始线寄存器读“状态”字01BUSY0ON/OFFRESET0000ReaddStatus0:预备好BUSY 1：忙ON/OFF 1：开0：关RESET 0：正常1：复位写显示数据10Write Date写数据（DB0:7）到显示RAM,之后Y地址计数器自动+1读显示数据11Read Date显示RAM读取数据输出寄存器，原始数据输到（DB0-7） 图3.5 LCD初始化流程图图3.6 LCD显示汉字、数字流程图3.3 程序流程图1）液晶主要包括两部分一部分是给液晶写指令，一部分是给液晶写数据。对于图形和汉子的显示原理是类似，只需设置好相应的水平地址和垂直地址，并把相应的图形编码写入液晶模块，就可以显示出所要的显示的图形。可以根据LCD的工作原理和显示原理画出LCD12864显示流程图如下图3.4所示：2) 模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。可以根据ADC0832的工作原理和显示原理画出AD流程图如下图3.5所示：图 3.5 LCD显示流程3）根据总体思路和程序两部分结合来画，总程序流程图图 3.6 总程序流程4.总结经过三个星期的努力，终于按照设计进度的要求如期完成了实用电子称控制系统的硬件设计和软件编写任务。在设计的过程中，虽然碰到了不少的困难，但是在老师的指导以及自己的努力下，终于取得了一定成果。在设计的过程中，我熟悉了AT89S52单片机的功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。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，对信号的转换、传输有了更深的认识。但是还是存在一些问题，系统设计不够优化，有待改善。本次设计的测量范围不够大，只能在0到1公斤左右。没有扩展更多电路，如日历的时钟电路，通讯接口等。我觉得自己的动手能力还不够强，电子称的精度有待提高。理论和实际必须紧密结合，在设计中要针对不同的系统根据理论给与不同的方案，综合考虑各方面的因素和需要，选择出最佳的方案与结论。要大量广泛的收集资料，然后认真地研究思路，和指导老师保持联系，和同学共同研究遇到的问题。 参考文献1 李明.物理学M.北京：科学出版社，1977：.2 张迎新.单片机原理及应用M.电子工业出版社,2010.1:.3 楼然苗,李光飞.单片机课程设计指导M.北京航空航天大学出版社,2007.7:4 蔡明文，冯先成.单片机课程设计M.华中科技大学出版社 2007：5 何力民，单片机及应用文集M.北京航空航天大学出版社,2007. 6 徐志保，基于工程导向的单片机实战教程，2011. 附录#include<reg52.h>#include < intrins.h >#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define nop() _nop_() #define PD 65 /PD:64->65 20120302sbit ADC_CS =P04; /0832片选sbit ADC_CLK=P05; /0832时钟sbit ADC_DAT=P06; /ADO and ADIsbit RS=P27; sbit RW=P26; sbit EN=P25; sbit CS1=P24; sbit CS2=P23; sbit BUSY=P17;uint weight;uint AD;uint dianya; uchar code EETAB16=0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00,/00x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00,/10x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00,/20x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00,0x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,0x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,0x00,0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00, /90x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /.0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x00,0x20,0x3F,0x20,0x00,0x3F,0x20,0x00,0x3F,/M0x08,0x78,0x88,0x00,0x00,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x07,0x38,0x0E,0x01,0x00,0x00/V;uchar code CCTAB32=0x00,0x00,0xF8,0x48,0x48,0x48,0x48,0xFF,0x48,0x48,0x48,0x48,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x04,0x04,0x04,0x04,0x3F,0x44,0x44,0x44,0x44,0x4F,0x40,0x70,0x00,/电0x00,0x00,0x02,0x02,0x02,0x02,0x02,0xE2,0x12,0x0A,0x06,0x02,0x00,0x80,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x41,0x81,0x7F,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,/子0x10,0x92,0x72,0xFE,0x91,0x11,0x40,0x30,0x8F,0x04,0xF4,0x84,0x04,0x14,0x0C,0x00,0x02,0x01,0x00,0xFF,0x00,0x11,0x08,0x06,0x43,0x80,0x7F,0x00,0x01,0x06,0x18,0x00,/称0x00,0x00,0xFE,0x02,0x42,0x42,0x42,0x42,0xFA,0x42,0x42,0x42,0x62,0x42,0x02,0x00,0x20,0x18,0x27,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x21,0x2E,0x24,0x20,0x20,0x00,/压0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/：0x08,0x78,0x88,0x00,0x00,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x38,0x0E,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/V0x08,0x08,0x0A,0xEA,0xAA,0xAA,0xAA,0xFF,0xA9,0xA9,0xA9,0xE9,0x08,0x08,0x08,0x00,0x40,0x40,0x48,0x4B,0x4A,0x4A,0x4A,0x7F,0x4A,0x4A,0x4A,0x4B,0x48,0x40,0x40,0x00,/重0x40,0x40,0x40,0xDF,0x55,0x55,0x55,0xD5,0x55,0x55,0x55,0xDF,0x40,0x40,0x40,0x00,0x40,0x40,0x40,0x57,0x55,0x55,0x55,0x7F,0x55,0x55,0x55,0x57,0x50,0x40,0x40,0x00,/量0x00,0x00,0xC0,0x38,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x3C,0x23,0x02,0x02,0x27,0x38,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/A0x08,0xF8,0x08,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/D0x00,0x00,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x6B,0x94,0x94,0x94,0x93,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00/g;void busy_check(uchar chip) /液晶检测忙状态 bit state; while(1) if(chip=1) CS1=1;CS2=0; else CS1=0;CS2=1; RS=0; RW=1; EN=1; state=BUSY; nop(); EN=0; if(!state) break; nop(); nop(); Void WriteCommand(uchar com,uchar chip) /对液晶写指令 busy_check(chip); if(chip=1) CS1=1;CS2=0; else CS1=0;CS2=1; RW=0;/R:1 W:0 RS=0; /COM:0 DAT:1 nop(); P1=com; EN=1; nop(); EN=0; void WriteData(uchar dat,uchar chip) /对液晶写数据 busy_check(chip); if(chip=1) CS1=1;CS2=0; else CS1=0;CS2=1; RW=0; RS=1; nop(); P1=dat; EN=1; nop(); EN=0; void DispENG(uchar line,uchar col,uchar asc)/显示字符 uchar n,chip,colnew; if(col<PD) chip=1; else chip=2; col-=PD; WriteCommand(0x40+col,chip);WriteCommand(line+0xb8,chip); colnew=col; for(n=0;n<8;n+) WriteData(EETABascn,chip); colnew+; if (colnew>=PD) colnew=0; chip+; WriteCommand(0x40+colnew,chip); WriteCommand(0x40+col,chip); WriteCommand(line+0xb9,chip); colnew=col; for(n=0;n<8;n+) WriteData(EETABascn+8,chip); colnew+; if (colnew>=PD) colnew=0; chip+; WriteCommand(0x40+colnew,chip); void 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