設計——基于單片機的電子秤設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 程語言的選擇 對于 8051 單片機，現有 4 種語言支持，即匯編、 PL/M、 C 和 BASIC。常用的編程語言有匯編語言和 C 語言兩種，每種語言都有各自的優缺點。 匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器代碼的一種語言。匯編語言可以直接 有效地控制計算機各種操作，產生的目標文件運行速度快，執行效率高，程序相對高級語言小。 華東交通大學畢業設計 C 語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點。其本身不依賴于機器硬件系統，基本上不做修改就可將程序在不同單片機間進行移植。同時 C 語言提供了很多數學函數并支持浮點運算，開發效率較高，可縮短開發時間，增加程序可讀性和可維護性 [4]。 在 51 系列單片機下， C 語言（ C51）和匯編語言（ ASM51）相比，有如下優點： （ 1） 對單片機的指令系統不要求了解，僅需 對 51 系列單片機的存儲器結構有 了解； （ 2）寄存器分配 、不同存儲器的尋址及數據類型等細節可由編譯器管理； （ 3）程序有規范的結構，可分為不同的函數，這種方式可使程序結構化； （ 4）提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力； （ 5）由于具有方便的模塊化編程技術，使已編好程序可容易地移植。 綜上所述，本設計選用開發效率高、程序可讀性、可維護性高的 C 語言，并且采用模塊化編程方式進行編程。 開發環境的選擇 單片機的開發環境多種多樣，很多公司都研發了單片機開發軟件，如 American Automationn、瑞典的 IAR、 Avocet 和 Keil 等。 開發環境的優劣直接影響單片機應用產品的開發效率 [5]。本設計基于 51 系列單片機 AT89S52，而且選用 C 語言進行編程，因此選用來自德國的主流開發軟件 Keil 進行編程。 Keil 在代碼生成方面較其它幾款軟件在代碼生成方面處于領先地位，可產生最少的代碼。支持浮點和長整數、重入和遞歸。 Keil μVision3集成開發環境是一個基于 Windows 的軟件開發平臺，有一個功能強大的編輯器、項目管理器和制作工具。 μVision3 支持 8051的所有 KEIL 工具，包括 C 編譯器、宏宏匯編器、鏈接器 /定位器和目標文件至 HEX 格 式的轉換器。 本章小結 本章主要分析了電子秤的基本功能，根據基本功能提出實現思路最后得到總體方案，對于提到的各個單元進行選型，單片機選擇了 MCS51 系列單片機 中的 AT89S52 系列 ，調節按鍵選擇獨立按鍵，顯示電路選擇 LCD1602 液晶顯示器，編程語言選擇功能性、結構性、可維護性、可移植性強的 C 語言，開發工具選擇適合 51 單片機的 Keil uVision。 胡娟：商用電子秤 的 設計 8 第 3 章 系統 軟件 設計 經過前面詳細調研、方案論證后，就進入了正式研制階段。從總體上來看，設計任務可以分為硬件設計和軟件設計，這兩者互相結合， 不可分離。由于本次設計是直接購買 開發板 ，本章將在此基礎上重點進行軟件設計 并最終實現其基本功能 ，在設計前應熟悉單片機的內部資源。 AT89S52的介紹 AT89S52 單片機是 ATMEL 公司新近推出的高檔型 AT89S 系列單片機中的增強型產品 。 ATMEL 公司是美國 20 世紀 80 年代中期成立并發展起來的半導體公司。該公司的技術優勢在于推出 Flash存儲器技術和高質量、高可靠性的生產技術，它率先將獨特的 Flash存儲技術注入于單片機產品中。其推出的 AT89 系列單片機，在世界電子技術行業中引起了極大的反響，在國 內也受到廣大用戶歡迎 [6]。 AT89S52 具有如下特點： 40 個引腳 ， 8k Bytes Flash 片內程序存儲器 ， 256 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM） ， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口 ， 5 個中斷優先級 2 層中斷嵌套中斷 ， 3 個 16 位可編程定時計數器 ， 2 個全雙工串行通信口 ， 看門狗（ WDT）電路 ，片內時鐘振蕩器 。 表 31 AT89S52功能 兼容 MCS51 指令系統 8k 可反復擦寫 ISP Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 3 個 16 位可編程定時 /計數器 時鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 256x8bit 內部 RAM 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節和分頁編程 雙數據寄存器指針 華東交通大學畢業設計 圖 31 AT89S52的引腳圖 引腳功能說明： VCC/GND：電源 /接地引腳； Port 0： P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1(對端口寫 1)時作高阻抗輸入端； P0還可以用作總線方式下的地址數據復用管腳，用來操作外部存儲器。在這種工作模式 下，P0 口具有內部上拉作用。對內部 Flash程序存儲器編程時，接收指令字節、校驗程序、輸出指令字節時，要求外接上拉電阻； Port 1： P1 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口，輸出時可驅動 4 個 TTL。端口置 1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； 另外， 、 可以分別被用作定時器 /計數器 2 的外部計數輸入 ()和觸發輸入 ()；對內部 Flash程序存儲器編程時，接收低 8 位地址信息； Port 2： P2 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口；輸出時可 驅動 4 個 TTL。端口置 1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2 口在存取外部存儲器時，可作為高位地址輸出；內部 Flash程序存儲器編程時，接收高 8 位地址和控制信息； Port 3： P3 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口，輸出時可驅動 4 個 TTL。端口置 1 時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 胡娟：商用電子秤 的 設計 10 表 32 P3引腳功能復用 串行通訊輸入 (RXD) 串行通訊輸出 (TXD) 外部中斷 0( INT0) 外部中斷 1(INT1) 定時器 0 輸入 (T0) 定時器 1 輸入 (T1) 外部數據存儲器寫選通 WR 外部數據存儲器寫選通 RD RST： 在振蕩器運行時，有兩個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上的高電平出現在此管腳時，將使單片機復位。只要這個管腳保持高電平， 51 芯片便循環復位。復位后 P0— P3 口均置 1，管腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當復位腳由高電平變為低電平時，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序； XTAL XTAL2 ： XTAL1 是 片內振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內部方式時，時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz 至 24MHz 內選擇，電容取 30PF 左右。 ALE/PROG： 訪問外部存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )的輸出用于鎖存地址的低位字節，即使不訪問外部存儲器， ALE 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號 (此頻率是振蕩器頻率的 1/6)，在訪問外部數據存儲器時，出現一個 ALE 脈沖； PSEN： 該引 腳是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當 AT89S52 由外部程序存儲器取指令或常數時，每個機器周期輸出 2 個脈沖，即兩次有效。但訪問外部數據存儲器時，將不會有脈沖輸出； EA/Vpp： 外部訪問允許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。要使 AT89S52 只訪問外部程序存儲器 (地址為 0000HFFFFH)， 這時該引腳必須保持低電平； 主程序設計 函數聲名以及變量定義 如前所述，本設計的主要功能是電子秤（物品重量、單價、總價的顯示及調整），顯華東交通大學畢業設計 示器采用 LCD1602 液晶，采用 5 個獨 立按鍵控制所有功能，采用蜂鳴器實現鬧鈴功能。因此，主函數執行之前需要完成以下工作： （ 1）對使用的單片機 I/O 口進行位聲名： 、 、 口分別控制 LCD1602 液晶的讀寫操作位、寄存器和使能端； ~ 四個 I/O 口控制 4 個按鈕； 口連接清零鍵； 口連接蜂鳴器。 （ 2）定義各功能所需全局變量見表 33： 表 33 全局變量定義 功能 變量類型 變量 意義 單價 unsigned char djg、 djs、 djb 單價個位、十位、百位 重量 unsigned char zlg、 zls、 zlb 重量個位、十位、百位 價錢 int jq 整形 unsigned char jqg、 jqs、 jqb、 jqq、 jq1 價錢個位，十位 .... 按鍵控制 int a k5 按鍵按下的改變調整 數值 （ 3） 聲名子函數：本設計共需聲名多個子函數，包括液晶驅動子函數、單價顯示及其調整函數、重量顯示及其調整函數、價錢顯示函數、報警子程序等。詳細子函數聲名參見附錄 C。 主程序設計思想 電子秤的最基本功能為稱重功能，程序設計的出發點必須是保證稱重的準確 性。但是由于沒有用壓力傳感器 無法測出物體實重，因此在本設計中 設定了一個重量初始值，再通過按鍵調整它的大小，并設定了一個上限值當重量到達上限值時蜂鳴器就會發出響聲。通過 k5 按鍵可以實現其加減 （ 1）的功能，同樣單價也是這樣調整的。通過切換鍵 k8 可以使顯示結果在單價、重量、總價錢之間切換，切換鍵的使用減少了按鍵的使用，節省了資源。顯示模塊采用的是 1602LCD 液晶顯示器，這種顯示器自帶字符發生器，因此可直接寫要顯示的字符如“ dj”、“ zl”、“ jq”，或者寫它們的 ASCII 值都會有正確的顯示，大大的簡化了程序的編寫。在編程時，只需把字 符（數據）寫進 1602 液晶，在指定的位置將結果顯示出來即可，再通過按鍵實現調整切換等功能。 胡娟：商用電子秤 的 設計 12 開 始系 統 初 始 化w h i l e 大 循 環按 鍵 掃 描 界 面 顯 示 圖 32 主程序流程圖 按鍵處理程序 按鍵介紹 在單片機系統中，鍵盤按連接形式可分為獨立連接鍵盤、矩陣式鍵盤和薄膜開關。本設計中用的是獨立連接式鍵盤。當鍵沒有按下時，所有的數據輸入線都為高電平；當有一按鍵被按下時，與之相連的數據輸入線將變為低電平；通過相應指令，可以判斷是否有按鍵按下。按鍵要正確發揮作用必須消除抖動。所謂抖動，是一種由于 按鍵是機械式的彈性開關，通常在按鍵按下和抬起的時候會出現多次閉合或者斷開的現象，如圖 33 所示。通常抖動時間為 5ms~10ms，穩定閉合區的時間由按鍵動作決定， CPU 往往會在閉合抖動時檢測到多次電平的變化。消除硬件抖動有硬件和軟件兩種方式。硬件消抖方法是在按鍵輸入通道上添加去抖動電路，從根本上避免電壓抖動的產生。軟件消抖方法則采用延遲5~10ms 時間，待電壓穩定后，再進行狀態輸入。在本設計中用延時的方法就足夠了。 華東交通大學畢業設計 理 想 波 形實 際 波 形閉 合 抖動穩 定 閉 合 區釋 放 抖 動 圖 33 按鍵時波形 有 鍵 按 下 ？延 時 1 0 秒有 鍵 按 下 ？YNNY開 始結 束 圖 34 按鍵去抖流程 當抖動的問題消除以后，還必須判斷按鍵者是否將按鍵釋放。通常按鍵的穩定閉合區的時間最少也有上百毫秒，是抖動時間的數十倍，如果按鍵者持續按下按鍵不松手，那么按鍵一直處于閉合狀態。這種狀態會導致 CPU誤以為按鍵被按多次，為了避免這種錯誤，程序需要判斷按鍵被松開，這樣才是一個完整的按鍵動作。用等待查詢的方法就可以判斷了。例如判斷 S1 鍵松開與否，只需在在避開閉合抖動以后執行 while(!s1)，當按鍵一松開CPU檢測到 s1=1，等待查 詢就結束，之后便可執行該按鍵相應的處理程序。 胡娟：商用電子秤 的 設計 14 按鍵設計 開 始f l a g = = 0顯 示 界 面k 8 按 下 ？f l a g + +單 價 調 整f l a g = = 1 f l a g = = 2重 量 調 整YY NN返 回 顯 示 圖 35 按鍵 k8功能流程圖 本設計運用 4 個獨立按鍵實現單價調節和狀態切換功能。四個獨立按鍵中， S S7是負責實現單價、重量的調整， S5 是設置調整數值大小的。 S8 則是功能切換鍵負責不同顯示結果的切換，另外一個 k4 鍵則負責在重量超出范圍后清零功能。下面用流程圖簡要說明每個按鍵的作用。由于數字上調節大小和切換顯示的時候位數不變，所以接著把需要顯示的量的每個位通過取值表示出來，例 如單價個位上的數值是單價的值乘以 10 去小數點之后再對 10 進行除法運算所得。 華東交通大學畢業設計 S 5 是 否 按