模拟电子秤仿真实验报告.docx

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模拟电子秤仿真实验报告

阿坝师范高等专科学校电子信息工程系课程设计

模拟电子秤仿真设计

学生姓名

樊益明

专业名称

计算机控制技术

班级

计控班

学号

20113079

阿坝师范高等专科学校电子信息工程系

二○一三年四月

模拟电子秤设计报告

1、设计原理及要求

设计原理：

电子秤系统设计框图大致如图1所示：

图1系统整体设计框图

设计要求：

1、要求单价由键盘输入；

2、重量的精度能够达到十分之一千克；

3、按键有提示音；

4、有去皮的功能；

2、主要硬件及仿真软件

硬件：

（1）、ADC0832

ADC0832是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。

由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎。

图2.1为ADC0832在Proteus中的逻辑符号

图2.1ADC0832逻辑符号

芯片接口说明：

CS片选使能，低电平芯片使能；

CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND芯片参考0电位（地）。

DI数据信号输入，选择通道控制。

DO数据信号输出，转换数据输出。

CLK芯片时钟输入。

Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。

单片机对ADC0832的控制原理：

正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。

（见图3.6）当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。

当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。

此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。

在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。

在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表1。

表1

如表1所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。

当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。

当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。

当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。

所以我们利用前1——2个脉冲来设置ADC0832的通道选择，到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。

从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。

直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。

也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。

随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。

最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。

更详细的时序说明请见图2.2（图2.2为ADC0832的时序图）。

图2.2ADC0832时序图

（2）、LCD12232

图2.3LCD12232逻辑符号

管脚说明:

VDD：

逻辑电源正

GND（VSS）：

逻辑电源地

VO（VEE）：

LCD驱动电源

RESET：

复位端。

E1：

读写使能。

E2：

同E1引脚。

/RD：

读允许，低电平有效。

/WR：

写允许，低电平有效。

R/W：

读写选择

A0：

数据/指令选择高电平：

数据D0-D7将送入显示RAM；

低电平：

数据D0-D7将送入指令执行器执行。

D0-D7：

数据输入输出引脚。

图2.4为LCD的时序图

图2.4LCD12232时序图

图2.5为显示存储器（DDRAM）与地址的对应关系

（显示设定为1/32DUTY，显示起始行为10th）

图2.5

（3）、AT89C51

在Protues中AT89C51的逻辑符号如图2.6所示：

图2.6AT89C51逻辑符号

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000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，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51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提供以下标准功能：

4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

仿真软件：

（1）、Proteus

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，在这里完全能够满足我们对电子秤的仿真需要。

（2）、KeilC51

KeilC51是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，因为我们在此次模拟仿真中使用C语言编程，所以Keil几乎就是我们的不二之选。

3、设计步骤

（1）、软件设计

1、延时函数delay（）的编写（Delay.c）：

在这个C文件中，只有一个函数voiddelay（uintx），该函数的作用是，延时100*x（微秒）。

2、ADC0832的驱动代码编写（ADC0832.c）：

在这个C文件中，只有一个函数ucharReadADC（），它的返回值为8位2进制数，表示的放大后的电压值。

图3.1为ucharReadADC（）的程序设计流程图

图3.1程序设计流程图

3、MM74C922的驱动代码编写（MM74C922.c）：

在这个C文件中，有三个函数：

、ucharGet_key（），作用是获得MM74C922转化的4位二进制，并转化为十进制；、voidBeep（），是蜂鸣器的驱动程序；、voidJuge_key（）判断按键值，并作出相应操作

图3.2为voidJuge_key（）的程序设计流程图

开始

ucharGet_key（）获得MM74C922转化的4位二进制，并转化为十进制b

b=Get_key（）;switch（b）

结束

图3.2程序设计流程图

4、LCD12232的驱动代码编写（LCD12232.c）：

在这个C文件中，主要包含了两个显示函数

、voidLCDshow010（uint*a,uintb）

这个函数主要是实现LCD第一行的显示，显示“P：

0W0.0kg”字样。

、voidLCDshow230（uintc）

这个函数主要是实现LCD第二行的显示，显示“总价：

0.0元”字样。

5、Main文件的编写（Main.c）：

在这个C文件中，主要包含了main（）函数，它的功能是调用其他C文件中的函数，因此，在写main（）函数时，应当先做其他文件的调用声明，如下：

#include"Font.h";//存放取模数据的头文件

#include"Delay.c"//延时函数

#include"LCD12232.c"//LCD12232的驱动程序

#include"ADC0832.c"//ADC0832的驱动程序

#include"MM74C922.c"//MM74C922的驱动程序

图3.3为main（）的程序设计流程图

LCD的复位操作，为LCD的显示做准备，LCDrst（）;

获得ADC的返回值adcdata=ReadADC（）;

将电压信号与重量建立等式关系weight=2*adcdata*1.960-Levelweight-3;

LCD的第一行显示LCDshow010（p,weight）;

计算出总价Total_price=Price*Weight

LCD第二行显示LCDshow230（Total_price）;

按键扫描函数Juge_key（）

图3.3程序设计流程图

（2）、硬件电路搭建

1、模拟应变式传感器单臂电桥的搭建：

由于Proteus没有测重量的应变式传感器器件，所以在这里我们用四个电阻和一个电位器来模拟传感器的工作原理。

采用如图3.4所示电路图连接：

图3.4模拟传感器电桥

其中、

；

；图中所示

为传感器采集到的电压信号，

=1.5Ω，

=348.5Ω，所以

的变化范围为0~~5mV

2、微小电压信号差分放大电路的搭建：

在实际应用中，此种放大电路能够有效的降低噪声对正常信号的影响。

在本次模拟中能够有效的完成1000倍的放大，将最大0~~5mV的电压信号放大为最大0~~5V。

连接电路图如图3.5所示：

具体推套方式如下：

U1

根据以上推套，我们要实现1000倍的放大，则只需确定

、

、

、

四个电阻的阻值即可。

本次设计中我们取

、

、

、

，只需调节

和

、

即可达到1000倍，应当注意的是：

、

的调节幅度应该始终保持一样。

U2

U4

U5

Uo

图3.5

3、ADC0832与51单片机及LCD的连接电路：

关于ADC0832与单片机的连接方法在前面已经提过，在此不赘述了，我们选用CH0作为信号输入通道；

关于AT89C51的：

P1.0——P1.2口分别接ADC0832的片选使能端CS、时钟信号端CLK、数据输出端DIO，其中P1.6接MM74C922的输入提示端DA，P1.7接蜂鸣器；

图3.6ADC0832与51单片机及LCD的连接电路

P0端口接上拉电阻作LCD的D0——D7数据输入端；

P2.0——P2.7依次接LCD的数据指令控制端A0、LCD前半部分使能端E0、LCD后半部分使能端E1、LCD读写控制端RW以及MM74C922的四位数据传输断A、B、C、D。

（具体连接如图3.6）

4、键盘解码器MM74C922以及4*4键盘的连接电路：

关于MM74C922的电路连接如图3.7所示

图3.7MM74C922与矩阵式键盘的连接电路图

4、设计结论

1、单价能够由键盘输入：

当开启仿真时，在没有调节模拟传感器的前提下，LCD的显示如图4.1所示

图4.1

当有重物时，LCD的显示如图4.2所示，重量的显示范围理论上为0.0~~99.9kg

图4.2

这时，我们可以在键盘上按下重物的单价，Price的输入理论范围为0~~99元/kg，例如：

我们输入单价“15”，LCD的显示如图4.3所示：

图4.3

这时，我们只需要按下“确定”键，就可以得到总价了，LCD的显示如图4.4所示：

图4.4

应当注意的是：

、在每次使用前都应当按一下“归零”键，来防止前次使用时使用过去皮功能；、在单价的输入程序中，当你按下了两位数后，数字键就应失效了，不能继续输入，若想重新输入，则按下“归零”键即可，例如：

输入“15”，若我们按下1和5后继续按7，则第三次按键是无效的，不会显示在LCD上；、且，我们在写程序中应当加入防止重键的功能；④、若单价只有一位数,则lCD只显示一位数，不会出现“01”的情况，后面的重量、总价原理相同；

2、重量的精度能够达到十分之一千克：

理论上是达到要求了，但是由于我们用的是一个电位器来模拟传感器的电阻变化，而这个电位器只能1%的增加，而这1%换算到电压的改变就为0.05mV，算上电压与重量的关系1mV对应15kg，则电位器每增加1%重量就应该增加0.75kg左右。

如图4.5a和图4.5b所示

图4.5a为当电位器调节到60%的时候，采集到的重量为48.0kg；

图4.5b为当电位器调节到65%的时候，采集到的重量为51.8kg；

=3.8kg

所以、平均变化为0.76kg

图4.5a

图4.5b

3、去皮的功能：

例，在图4.5b的显示情况下我们使用“去皮”的功能即按下“去皮”键，LCD的显示如图4.6所示：

图4.6

应当注意的是：

在使用了去皮功能后，应当做归零操作。

4、按键有提示音：

此项功能只需要增加一个蜂鸣器（接单片机P1.7脚）在编写按键扫描程序中，在每一个case语句后添加上蜂鸣器的驱动程序即可。

当有按键按下时，就会调用蜂鸣器的驱动序，促使蜂鸣器发出“滴”的一声。

附录Ⅰ：

图一：

所有电路连接的全局图

图一

附录Ⅱ：

附所有程序源代码：

Font.h//存放取模数据的头文件

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

uintcodenumber[][16]={

{0x00,0x00,0xE0,0x0F,0x10,0x10,0x08,0x20,0x08,0x20,0x10,0x10,0xE0,0x0F,0x00,0x00},/*"0",0*/

{0x00,0x00,0x10,0x20,0x10,0x20,0xF8,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"1",1*/

{0x00,0x00,0x70,0x30,0x08,0x28,0x08,0x24,0x08,0x22,0x88,0x21,0x70,0x30,0x00,0x00},/*"2",2*/

{0x00,0x00,0x30,0x18,0x08,0x20,0x88,0x20,0x88,0x20,0x48,0x11,0x30,0x0E,0x00,0x00},/*"3",3*/

{0x00,0x00,0x00,0x07,0xC0,0x04,0x20,0x24,0x10,0x24,0xF8,0x3F,0x00,0x24,0x00,0x00},/*"4",4*/

{0x00,0x00,0xF8,0x19,0x08,0x21,0x88,0x20,0x88,0x20,0x08,0x11,0x08,0x0E,0x00,0x00},/*"5",5*/

{0x00,0x00,0xE0,0x0F,0x10,0x11,0x88,0x20,0x88,0x20,0x18,0x11,0x00,0x0E,0x00,0x00},/*"6",6*/

{0x00,0x00,0x38,0x00,0x08,0x00,0x08,0x3F,0xC8,0x00,0x38,0x00,0x08,0x00,0x00,0x00},/*"7",7*/

{0x00,0x00,0x70,0x1C,0x88,0x22,0x08,0x21,0x08,0x21,0x88,0x22,0x70,0x1C,0x00,0x00},/*"8",8*/

{0x00,0x00,0xE0,0x00,0x10,0x31,0x08,0x22,0x08,0x22,0x10,0x11,0xE0,0x0F,0x00,0x00},/*"9",9*/

{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"",10*/

{0x08,0x20,0xF8,0x3F,0x00,0x24,0x00,0x02,0x80,0x2D,0x80,0x30,0x80,0x20,0x00,0x00},/*"k",11*/

{0x00,0x00,0x00,0x6B,0x80,0x94,0x80,0x94,0x80,0x94,0x80,0x93,0x80,0x60,0x00,0x00},/*"g",*/

{0x00,0x00,0x00,0x30,0x00,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*".",13*/

{0x20,0x80,0x20,0x40,0x22,0x20,0x22,0x10,0x22,0x0C,0xE2,0x03,0x22,0x00,0x22,0x00},

{0x22,0x00,0xE2,0x3F,0x22,0x40,0x22,0x40,0x22,0x40,0x20,0x40,0x20,0x78,0x00,0x00},/*"元",14*/

};

uintcodetem[][16]={

{0x08,0x20,0xF8,0x3F,0x08,0x21,0x08,0x01,0x08,0x01,0x08,0x01,0xF0,0x00,0x00,0x00},/*"P",0*/

{0x00,0x00,0x00,0x33,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"：

",1*/

{0xF8,0x03,0x08,0x3C,0x00,0x07,0xF8,0x00,0x00,0x07,0x08,0x3C,0xF8,0x03,0x00,0x00},/*"W",2*/

{0x00,0x00,0x00,0x33,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"：

",3*/

{0x00,0x40,0x00,0x30,0x00,0x00,0xF1,0x03,0x12,0x39,0x14,0x41,0x10,0x41,0x10,0x45},

{0x10,0x59,0x14,0x41,0x12,0x41,0xF1,0x73,0x00,0x00,0x00,0x08,0x00,0x30,0x00,0x00},/*"总",4*/

{0x00,0x01,0x80,0x00,0x60,0x00,0xF8,0xFF,0x07,0x00,0x40,0x80,0x20,0x60,0x90,0x1F},

{0x0C,0x00,0x03,0x00,0x0C,0x00,0x90,0xFF,0x20,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x00,0x00},/*"价",6*/

{0x00,0x00,0x00,0x33,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"：

",8*/

}Delay.c//延时函数

voiddelay（uintx）{/*100us延时函数*/

uinti;

while（x--）

for（i=100;i>0;i--）;

}LCD12232.c//LCD12232的使用函数

sfrDATAport=0x80;//定义LCD12232数据口（0x80表示P0口）

sbitlcda0=P2^0;//写（数据/指令）（1/0）选择

sbitlcde1=P2^1;//LCD左边使能

sbitlcde2=P2^2;//LCD右边使能

sbitlcdrw=P2^3;//（读/写）（1/0）状态选择

sbitlcdbusy=P0^7;//忙状态检测位（即数据口最高位）

voidLCDcmd（uchartemp）{

delay

（2）;

lcde1=0;//禁止控制器

lcde2=0;

lcda0=0;//写指令模式

lcdrw=0;//写使能

lcde1=1;//控制器使能

lcde2=1;

DATAport=temp;//写指令

lcde1=0;//写完后，禁止控制器

lcde2=0;

}

/*写数据*/

voidLCDdata（bitlcde,uchartemp）{

delay

（2）;

lcde1=0;//禁止控制器

lcde2=0;

lcda0=1;//写数据模式

lcdrw=0;//写使能

lcde1=~lcde;//（lcde=0/1）（左/右）控制器使能

lcde2=lcde;

DATAport=temp;//写数据

lcde1=0;//写完后，禁止主控制器

lcde2=0;

}

/*LCD清屏*/

voidLCDclr（uintPage）{

unsignedchari;

LCDcmd（0xB8|Page）;//设置主控制器页地址

LCDcmd（0x00）;//设置主控制器列地址

for（i=0;i<61;i++）{

LCDdata（0,0x00）;

}

for（i=0;i<61;i++）{

LCDdata（1,0x00）;

}

}

/*LCD初始化*/

voidLCDrst（）{

LCDcmd（0xE2）;//复位

LCDcmd（0xAE）;//关显示

LCDcmd（0xA4）;//正常驱动模式

LCDcmd（0xA9）;//占空比为1/32（即32行液晶显示驱动）

LCDcmd（0xA1）;//设定列驱动与液晶列数据口连接方式

LCDcmd（0xEE）;//正常读写模式（读/写数据后列地址+1）

LCDclr（0）;//擦除0页

LCDclr

（1）;//擦除1页

LCDclr

（2）;//擦除2页

LCDclr（3）;//擦除3页

LCDcmd（0xAF）;//开显示

}

/*写LCD字符串*/

/*写指令*/

voidLCDshow010（uint*a,uintb）{

uinti,j;

for（j=0;j<2;j++）{

LCDcmd（0xB8|j）;//第j页显示

LCDcmd（0x00）;//设置列开始地址

for（i=0;i<16;i++）//写前半部分,显示“P：

”

LCDdata（0,tem[0][i*2+j%2]）;

if（a[1]==0）{

for（i=0;i<8;i++）//写前半部分，如果十位为0，空格占位

LCDdata（0,number[10][i*2+j%2]）;

}

else{

for（i=0;i<8;i++）//写前