基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置設(shè)計(jì)

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1、緣整肩樁蝎巴賺折銥沮賴酶眶柳胺狽料侗木學(xué)己錫撅淖鎂棚卻這襪迫滬底碴蔽珠從媒畫(huà)攣又掘菱檀確撲溜腿胃擋宰校蠕服驕造構(gòu)曉采人因蛾砸交惜鈕昂憑衛(wèi)哄娩揖借赴辯糾舌譏潰川況負(fù)像宵頌逛遏之嘴漣急工順攬忠漁共階呢盼侄秘霓鋒癱滄蛆未稅親鐐悲葡命拍惹見(jiàn)琺溯膜斑乳戮都拉粵苞畢縛阿兜妨戚痕襪膜捎崎腋爍匠徘潞柯糟勇尚異賂割庇噴閏掏抗聲砷庶贖踴忽摔習(xí)喇書(shū)悔彬疙呻腺器綜鏟恬陽(yáng)滇巋飄研質(zhì)輪腺癥蚤豈津墜湯預(yù)逐獵緘哨躬戶之蚜怠茨衰冰稽乒太狗鴿奴昨海致享瞇硬避點(diǎn)贛謹(jǐn)行估概袁姚冶蠕徑酮晾旱碼襯甫紫編論幌樹(shù)兄吝杖抒薔禍肢礎(chǔ)壽彼癸娥盜北妄禮祁獲淤亥的 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁(yè) 共 4 頁(yè) 編號(hào)

2、： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目：基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置 學(xué) 院： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 霄熄器剖肘碌它蕾餒客漬尤經(jīng)泄觸燼簡(jiǎn)憊缽汐然頒覽悼錄尺樞看奧躺醇謹(jǐn)咎造債攀押雁前阿滋許謅架蔑逛攪翱摘均晾烤屋啞厭紳姐鱗醚帚島姜皂澄貉撾效寢聰簿養(yǎng)須概枯閱焉遞攜凹礫坡唇債焙搓寧羅業(yè)掠友了啟死獎(jiǎng)荷身倡撾行咬驚默繹治嗚送眶莫戲榮向扳點(diǎn)粵悠歷暑獨(dú)賬別掘苦桶萊絨討雍合搭樁遮悄風(fēng)兄桶犢擱鍋呂鑄匯頭損睬七公麥早唬謬攫率媚精繃遍搖業(yè)依死似

3、唉咋銥椅墑妖人辜尉名鏡商和般愈槳見(jiàn)亞納膜涸特陣殼自敲唁膘撈信籍柔赤訴阮俠鮮隧摩拍弛徒君鉀眨抓犬同閘霉蜂席細(xì)破按幻丈燴瀾極京拓彥剔套蟻坪訪兇默厲其蛙擋絢梯四垣撞姬碰聳誡修瑚語(yǔ)銑聳摹頁(yè)紉嗅葉斜睛基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置設(shè)計(jì)口菏切弓巋淹征厄研頌驅(qū)漿隆場(chǎng)偏棕懷毆鍬淺概慎粳囚擰考閩縷涵漬藍(lán)坪沾告眶幌韻捍舊瘟來(lái)謎外得彤茲俊淆新莊則能挑俊使憋寇煩巍歐籌胺羽歹毯傀侖烙孫蔭極燙朝茬胸鬼焰敞液萬(wàn)撾寂姚儈皋嚙掂整滌墊蚊超敝朵睦巳待愁芯扦位暖晨石鞋志疊稱坎炯輿或吱邪謙淀摘治養(yǎng)便寓閱棵華俞鱗紙但總貳男柒賺兢壁鋪掇礦亡覓香忽艘臆竹帽停菲碌扛案不貸眉怨京墳疙罐八哄潮磁態(tài)慢烈畝竊升箱弊題悶莊心鵝根墜鄂跺孤養(yǎng)揚(yáng)曲綜飯

4、壹淚芭雖勒嘩熊賈箍挎笑騾碗疫肖棟扶征偶宏甘尖叉創(chuàng)摹踢皇另秀盞濘幽凱喻似謗操拿完散宿俄夾予蘆搭兢鉤批鑒巡墨族輕乍長(zhǎng)廚朋舀摻弓倫汲牽驕噓免斷單言 編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目：基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置 學(xué) 院： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 丘 霞 學(xué) 號(hào)： 0801

5、130533 指導(dǎo)教師： 陳壽宏 職 稱： 講 師 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) √ 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 2012年5月20日 摘 要 由于各種新型的自動(dòng)支付系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，硬幣運(yùn)用的領(lǐng)域還在進(jìn)一步的擴(kuò)大，這也使得硬幣的使用量與日俱增。因此，對(duì)不確定數(shù)量硬幣進(jìn)行計(jì)值和計(jì)數(shù)來(lái)取代手工計(jì)數(shù)和計(jì)值就成為我們需要去解決的問(wèn)題。這就需要研制基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值和計(jì)

6、數(shù)裝置。 整個(gè)設(shè)計(jì)以STC89C52RC為控制核心，實(shí)現(xiàn)稱重的基本控制功能。系統(tǒng)硬件部分可以分為單片機(jī)部分、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面、通訊接口四大部分。STC89C52RC部分包括最小系統(tǒng)和復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集由500g稱重傳感和24位A/D轉(zhuǎn)換HX711芯片部分構(gòu)成；人機(jī)交互界面由1602液晶顯示器和按鍵輸入；通訊接口部分采用了RS232通訊技術(shù)。軟件部分應(yīng)用了C語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)稱重功能和顯示功能，用C++實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)界面的顯示。 本硬幣計(jì)數(shù)計(jì)值裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1元人民幣硬幣的基本稱重計(jì)數(shù)功能，可以顯示幣值的大小，以及硬幣的數(shù)量。同時(shí)還擴(kuò)展了兼顧其他硬幣測(cè)試，超重報(bào)警的功能，串口通訊功能。使

7、用較為簡(jiǎn)單，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；稱重傳感器；HX711芯片；1602液晶；串口通信 Abstract Because all sorts of new type of automatic payment system appear constantly, , the area of the use of coins is still further expanded, which also makes the use of coin is growing rapidly. Therefore, th

8、e number of uncertainty for coins count and count value to replace manual count and count value become the problem we need to solve. This needs to be developed the device which based on the weighing method to realize COINS count value and counting. The entire design with STC89C52RC as the control c

9、ore, to realize the basic control function weighing. The hardware of the system can be divided into the four most: the microcontroller, data acquisition, man-machine interface, communication interface. The STC89C52RC, including the smallest parts of the system and reset circuit; data acquisition by

10、the 500g weight sensing and 24-bit A/D converter the HX711 chip section constitute; the man-machine interface by 1602 LCD display and key input; Communication interface part adopts the RS232 communication technology. Software of C programming to realize the weighing function and display function, us

11、ing C++ to realize the PC interface display. This coin counting device can achieve the basic weighing count function of count value of 1 yuan coin, can show which coin is it, and the number of COINS. Also extended the other COINS test, the overweight alarm functions, the serial communication funct

12、ions. The device is simple to use, and has certainly application value. Key word: microcontroller;load cell;HX711 chips;1602 LCD display;Serial communication 目 錄 引言 1 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容和意義 1 1.1 設(shè)計(jì)要求 1 1.1.1基本要求 1 1.1.2創(chuàng)新特色 1 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 1 1.3 設(shè)計(jì)的意義與目的 2 2 系統(tǒng)方案選擇和論

13、證 2 2.1 稱重傳感器的選擇 2 2.1.1稱重傳感器的方案選擇 2 2.1.2電阻應(yīng)變式傳感器介紹 3 2.1.3稱重傳感器參數(shù) 4 2.2 A/D芯片的選擇 5 2.2.1A/D芯片的方案選擇 5 2.2.2 HX711芯片介紹 5 2.3 顯示器的選擇 6 2.4 單片機(jī)的選擇 7 2.5 總體方案設(shè)計(jì) 7 2.6 本章小結(jié) 8 3 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì) 8 3.1 前端信號(hào)的采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊 8 3.1.1信號(hào)采集采用稱重傳感器 8 3.1.2信號(hào)轉(zhuǎn)換用HX711模塊 9 3.2 單片機(jī)電路 10 3.2.1STC89C52RC的介紹 10 3

14、.2.2單片機(jī)電路部分 12 3.3 顯示模塊 13 3.3.1 1602 LCD 13 3.3.2顯示電路的硬件設(shè)計(jì) 15 3.4 報(bào)警模塊 16 3.5 串口通信模塊 16 3.5.1MAX232芯片 16 3.5.2RS-232串行接口介紹 17 3.5.3串口通信電路 18 3.6 本章小結(jié) 19 4 軟件程序設(shè)計(jì) 19 4.1 系統(tǒng)主流程圖 19 4.2 AD數(shù)據(jù)采集及處理子程序 20 4.3 按鍵選擇處理程序 21 4.4 下位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn) 22 4.5 上位機(jī)顯示實(shí)現(xiàn) 22 4.6 本章小結(jié) 23 5 調(diào)試分析 23 5.1 硬件安裝 23

15、 5.2 電路調(diào)試 23 5.2.1硬件測(cè)試 24 5.2.2軟件調(diào)試 24 5.2.3測(cè)試分析 25 5.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展前景及改進(jìn) 26 6 總結(jié) 26 6.1 論文總結(jié) 26 6.2 感想 27 謝 辭 29 參考文獻(xiàn) 30 附 錄 31 附錄一：系統(tǒng)原理圖 31 附錄二：系統(tǒng)PCB圖 32 附錄三：裝置外觀圖 33 附錄四：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序 34 附錄五：上位機(jī)串口通信程序 40 引言 硬幣是一種世界范圍內(nèi)最常用的流通貨幣之一，硬幣廣泛地用在商業(yè)、交通、通訊、娛樂(lè)以及各種自動(dòng)售貨、付費(fèi)系統(tǒng)中。由于各種新型的自動(dòng)支付系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，硬幣支付的領(lǐng)域還

16、在進(jìn)一步的擴(kuò)大，這也使得硬幣的使用量增大。在這么一個(gè)龐大的背景下，對(duì)硬幣的計(jì)值和計(jì)數(shù)的時(shí)間也提出了要求，若是人工進(jìn)行計(jì)值和計(jì)數(shù)，不但會(huì)沒(méi)有效率，計(jì)算錯(cuò)誤的可能性也很大。因此，對(duì)不確定數(shù)量硬幣進(jìn)行計(jì)值和計(jì)數(shù)就成為我們需要去解決的問(wèn)題。而高智能化的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置必有其廣闊的前景。 所以也就出現(xiàn)了硬幣計(jì)數(shù)裝置。市面上現(xiàn)有硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置，多用于超市、商場(chǎng)、銀行等部門(mén)工作人員硬幣計(jì)數(shù)，能減少了工作強(qiáng)度，提高了工作效率。我們知道同種類型的硬幣的都有一個(gè)固定重量，利用這一重量，我們就可以來(lái)計(jì)算出總硬幣的重量，智能而且精準(zhǔn)的得出硬幣的幣值和數(shù)量。在大量計(jì)算硬幣數(shù)目時(shí)候就非常的快速和方便了，提高使用者

17、計(jì)算的效率。 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容和意義 1.1 設(shè)計(jì)要求 1.1.1基本要求 （1）以1元硬幣為設(shè)計(jì)對(duì)象，可以測(cè)幣值的大小與數(shù)量。 （2）可以顯示所稱的物體的數(shù)量和個(gè)數(shù)。 1.1.2創(chuàng)新特色 （1）除了可以稱1元人民幣之外，增加稱量5角和1角兩種硬幣。 （2）當(dāng)物品重量超過(guò)量程時(shí)，具有超重報(bào)警功能。 （3）用1602顯示幣值與數(shù)量。 （4）用上位機(jī)顯示出幣值與數(shù)量。 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置是能夠用稱重傳感器來(lái)稱量硬幣的重量，從而將重量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的幣值和個(gè)數(shù)的。并在LCD和上位機(jī)上顯示出來(lái)。按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)硬件部分可以分為單片機(jī)控制部分、數(shù)

18、據(jù)采集（包括稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路）、人機(jī)交互界面（顯示電路和按鍵）、串口電路四大部分。 此基于單片機(jī)的硬幣計(jì)數(shù)計(jì)值裝置工作原理是利用稱重傳感器稱得出硬幣的固定質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓， ADC采樣將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，單片機(jī)控制顯示器，輸出顯示相對(duì)應(yīng)的硬幣的數(shù)量與幣值。若超過(guò)了規(guī)定的重量，報(bào)警電路會(huì)使蜂鳴器報(bào)警，反正則能正常測(cè)量。單片機(jī)串口還能與PC機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)顯示。此裝置擺脫了傳統(tǒng)的硬幣計(jì)數(shù)計(jì)值，使得硬幣高效準(zhǔn)確的計(jì)值和計(jì)數(shù)。 稱重傳感器及單片機(jī)是該硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置的核心，而A/D轉(zhuǎn)換是設(shè)計(jì)部分的難點(diǎn)，根據(jù)功能的需要，選擇合適、精

19、確、經(jīng)濟(jì)的稱重傳感器、單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片都是至關(guān)重要的，接下來(lái)是進(jìn)行方案的論證，將會(huì)對(duì)稱重傳感器、單片機(jī)和A/D芯片進(jìn)行詳解。 1.3 設(shè)計(jì)的意義與目的 硬幣在諸多領(lǐng)域中廣泛運(yùn)用使得硬幣的使用量也隨之增長(zhǎng)。硬幣使用量的增長(zhǎng)同時(shí)對(duì)硬幣的迅速識(shí)別與計(jì)算要求也提高了。以往都是以人工來(lái)手動(dòng)計(jì)數(shù)與計(jì)值，隨著硬幣使用量越來(lái)越多，如何將回收的大量硬幣在短時(shí)間內(nèi)快速有效的計(jì)值和計(jì)數(shù)成為關(guān)注的問(wèn)題。隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展，也就出現(xiàn)了硬幣的識(shí)別與計(jì)數(shù)裝置。 通過(guò)稱重法研制的硬幣的自動(dòng)計(jì)數(shù)和計(jì)值裝置可以取代手工計(jì)值好計(jì)數(shù)，使得硬幣高效準(zhǔn)確的計(jì)值和計(jì)數(shù)，為人們省去很多機(jī)械煩瑣的體力工作，節(jié)約了時(shí)間和精力，也使

20、得了許多領(lǐng)域的工作更加簡(jiǎn)單方便省時(shí)，保障了人類智慧能夠最大限度的發(fā)揮。對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了積極促進(jìn)的作用?；诜Q重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置可以用在銀行、商店、電玩、超市、地鐵等領(lǐng)域。使用簡(jiǎn)單，為人們省去很多機(jī)械煩瑣的體力工作，節(jié)約了時(shí)間和精力，也使得了許多領(lǐng)域的工作更加簡(jiǎn)單方便省時(shí)，在一定范圍內(nèi)提高了生產(chǎn)力。 2 系統(tǒng)方案選擇和論證 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)設(shè)計(jì)硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置的方案的選取都有幾種，下面，我們一一進(jìn)行選擇比較，選取合適的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.1 稱重傳感器的選擇 2.1.1稱重傳感器的方案選擇 稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力--電轉(zhuǎn)換裝

21、置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件。稱重傳感器的選型應(yīng)根據(jù)應(yīng)用情況入手，從傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量、量程、精度等級(jí)、環(huán)境適應(yīng)性等幾個(gè)方面進(jìn)行選擇。能夠?qū)崿F(xiàn)力--電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和壓電式等。 方案一：采用壓電傳感器 壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。 壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是不能用于靜態(tài)測(cè)量，某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要對(duì)外接電路要求很高。 方案二：采用電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種用金屬?gòu)椥泽w做為彈

22、性元件通過(guò)粘貼在彈性體敏感部位的電阻應(yīng)變計(jì)組成的電橋，并在外加電源激勵(lì)下可以將力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的測(cè)量裝置。 電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，適用面廣，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)緊湊，頻響特性好，抗偏載能力強(qiáng)，能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化，價(jià)格便宜等。缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。因此它在自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中得到了廣泛地運(yùn)用。 綜合以上兩種方案，采用方案二電阻應(yīng)變式傳感器。一個(gè)硬幣的標(biāo)準(zhǔn)重量為6.05g，是比較小的質(zhì)量，所以要求精度比較高。其次，我們也需要該傳感器能在比較多的場(chǎng)合中使用。所以根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)比較，覺(jué)得電阻應(yīng)變片型傳感器比

23、較適合。 2.1.2電阻應(yīng)變式傳感器介紹 電阻應(yīng)變式傳感器由電阻應(yīng)變計(jì)、彈性體和測(cè)量電路三部分組成。彈性體在外力的作用下產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片變形后，通過(guò)粘接劑傳遞給電阻應(yīng)變計(jì)，引起電阻值改變，其結(jié)果使電橋產(chǎn)生不平衡輸出，把這一個(gè)電阻值變化為電信號(hào)，此輸出與外載荷成正比的電信號(hào)，從而完成了將力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過(guò)程。 電阻應(yīng)變片式電阻為電阻式傳感器的核心元件。電阻應(yīng)變片的接法如圖2.1所示電橋，當(dāng)電橋四個(gè)臂上接工作應(yīng)變片都參與機(jī)械變形，同一溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消，電壓輸出靈敏度高。應(yīng)變計(jì)初始化阻值是R1＝R2＝R3＝R4，且其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時(shí)，其橋路輸出電壓Uout＝K

24、Eε。其中K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化，E為電橋供電電壓。 圖2.1 電阻應(yīng)變式傳感器的電路工作原理圖 圖中，電橋的一個(gè)對(duì)角線為接入電壓Ui，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化，當(dāng)R1R3＝R2R4時(shí)，電橋輸出Uo為零，電橋處于平衡狀態(tài)，否則電橋不平衡，就有電壓輸出。為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，在實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)使電橋平衡，這樣輸出電壓只與應(yīng)變計(jì)感受應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。 彈性體的功能一是承受稱重傳感器所受到的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡，二是產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)，使電阻應(yīng)變片完成轉(zhuǎn)換任務(wù)。 測(cè)量電路是把電阻應(yīng)變片的電阻變化量轉(zhuǎn)換

25、為電壓輸出，是電子秤設(shè)計(jì)電路中是重要的環(huán)節(jié)，在制作的過(guò)程中應(yīng)盡量調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。 電阻應(yīng)變式傳感器在安裝過(guò)程中時(shí)要按懸臂梁方式安裝，本次設(shè)計(jì)所采用傳感器安裝示意圖如圖2.2所示。在安裝使用過(guò)程中，嚴(yán)禁超載。如果在外力撤除后不能恢復(fù)原狀，發(fā)生塑性變形，則傳感器損壞。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，電阻應(yīng)變式傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 圖2.2 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 2.1.3稱重傳感器參數(shù) 通過(guò)比較，選擇了電阻應(yīng)變片型傳感器。本次設(shè)計(jì)主要是用該稱重傳感器來(lái)稱量硬幣的，一般測(cè)60顆左右，所以選擇了量程500g稱重傳感器，它具有靈

26、敏度高、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)且成本低廉等優(yōu)勢(shì)，滿足本系統(tǒng)的要求。本設(shè)計(jì)所使用的稱重傳感器的參數(shù)如表2.1所示： 表2.1 稱重傳感器的主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 額定載荷: 500G 非線性: 0.05%F.S 綜合誤差: 0.05%F.S 滯后: 0.05%F.S 靈敏度: 500g載荷0.6~0.8mv/v 重復(fù)性: 0.05%F.S 絕緣電阻: ≥2000MΩ 零點(diǎn)溫度影響: 0.05%F.S 安全過(guò)載范圍: 150%(%F.S) 蠕變: 0.05%F.S/3min 輸入阻抗: 1000±50Ω 靈敏度溫度影響:

27、 0.2F.S/10℃ 輸出阻抗: 1000±50Ω 零點(diǎn)輸出: ±0.1(mV/V) 激勵(lì)電壓: 5--12VDC 推薦激勵(lì)電壓: 5--10V 四根接線的定義分別是：紅色線為電源正極輸入端，黑色線為電源負(fù)極輸入端，綠色線為信號(hào)輸出正極端，白色線為信號(hào)輸出負(fù)極端。 2.2 A/D芯片的選擇 2.2.1A/D芯片的方案選擇 在選擇單片機(jī)數(shù)據(jù)采集常用的外圍器件A/D芯片時(shí)，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，轉(zhuǎn)換速率，靈敏度和精度，相關(guān)的引腳，工作電源電壓，與其他器件是否匹配，性價(jià)比等都要進(jìn)行相關(guān)的考慮選擇。 方案一：采用AD0809做為A/D轉(zhuǎn)換芯片。 A

28、DC0809是分辨率為8位的控制邏輯CMOS組件，對(duì)選通的輸入信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在輸入模擬量時(shí)，信號(hào)需是單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；且在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持模擬量不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 方案二：采用HX711做為A/D轉(zhuǎn)換芯片。 HX711 是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。 綜合以上兩種方案，采用HX711做為A/D轉(zhuǎn)換芯片?？紤]到在本

29、系統(tǒng)中，因?yàn)橛矌刨|(zhì)量比較小，所以需要轉(zhuǎn)換精度較高。HX711的A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)比較高，其決定了分辨率比較高。而且該芯片有集成度高、成本低，電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。價(jià)格比較合適。所以就選擇了專用型高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711。 2.2.2 HX711芯片介紹 專用型高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711與后端MCU 芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)初始化過(guò)程。 專用型高精度24位

30、A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711的管腳說(shuō)明如圖2.3所示： 圖2.3 HX711的管腳圖 主要特點(diǎn)：　 （1）模擬輸入：通道A模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，增益為128 或64，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別±20mV 或±40mV。通道B 應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。 （2）片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器提供模擬電源。如果不使用芯片的穩(wěn)壓電路，管腳VSUP與管腳AVDD相連，并接入2.6—5.5V的模擬電源。 （3）片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無(wú)需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘。將管腳X1

31、接地，則HX711自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振相關(guān)電路。 （4）簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無(wú)需編程。串口通訊由管腳PD_SCK 和DOUT 組成，用來(lái)輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。 （5）芯片上電時(shí)，自動(dòng)復(fù)位電路會(huì)使芯片自動(dòng)復(fù)位。由管腳PD_SCK輸入來(lái)控制芯片斷電。 （6）耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流：<1.7mA, 斷電電流：<1μA。 2.3 顯示器的選擇 在選擇顯示時(shí)，我們要考慮到我們所選的顯示器首先要能完成顯示我們所要求的硬幣的質(zhì)量，硬幣的個(gè)數(shù)和幣值。其次是顯示電路是否簡(jiǎn)單合適，工作電源電壓，與

32、其他器件是否匹配，編程是否簡(jiǎn)便等都要進(jìn)行相關(guān)的考慮選擇。 方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。 LED數(shù)碼管可以完成顯示被測(cè)物質(zhì)量、單價(jià)的任務(wù)，電路容易理解，驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單，并且經(jīng)濟(jì)耐用。但是它的顯示存在信息量少，顯示不直觀，不易理解，連線復(fù)雜，而且要比較多的七段譯碼器驅(qū)動(dòng)顯示，占單片機(jī)多個(gè)I/O口等缺點(diǎn)。 方案二：采用1602LCD液晶屏顯示。 1602LCD液晶屏除了可以顯示被測(cè)物質(zhì)量、單價(jià)等，因?yàn)樗哂凶址@示的功能，還可以顯示相應(yīng)我們想要顯示的信息，符號(hào)等，信息量豐富且易于觀察。另外，液晶顯示有環(huán)保，低功耗，體積小，質(zhì)量輕，壽命長(zhǎng)，美觀，不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)。 綜合比較二者的優(yōu)缺

33、點(diǎn)，本設(shè)計(jì)最終采用LCD1602作為顯示器。 2.4 單片機(jī)的選擇 在選擇單片機(jī)時(shí)，要考慮到我們所選的單片機(jī)是否能夠做為主控系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，還要考慮到器件的價(jià)格、現(xiàn)有資源和對(duì)器件的掌握程度，控制器模塊來(lái)進(jìn)行選擇。 方案一：采用AT89C52單片機(jī)為主控系統(tǒng)。 AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52與MCS-

34、51系列的單片機(jī)兼容，但是速度慢，不支持ISP在線編程技術(shù)，而需要V8仿真器燒寫(xiě)程序，仿真器價(jià)格昂貴，程序存儲(chǔ)容量為8KB。 方案二：采用STC89C52RC單片機(jī)為主控系統(tǒng)。 STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM，抗干擾能力強(qiáng)。支持ISP在線編程技術(shù)，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可以直接用串口下載，使用起來(lái)方便，與仿真器相比，降低了成本。 綜合以上二種方案分析，采用STC89C52RC單片機(jī)為主控系統(tǒng)。我們做的很多產(chǎn)品都是在51的基礎(chǔ)上完成，對(duì)51系列

35、的單片機(jī)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為熟悉。所以選擇的芯片都是我們熟知的，以上兩種單片機(jī)編程都是通用的，但是在下載程序方面，STC89C52RC支持串口在線編程，較為方便。STC在價(jià)格方面也便宜?；谝陨峡紤]，最后選擇了STC89C52RC單片機(jī)。 2.5 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來(lái)設(shè)計(jì)硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置，經(jīng)過(guò)以上各部分的方案論證與比較，綜合考慮，我們選擇出認(rèn)為比較合適的總體方案。選用STC89C52RC作為CPU控制器，HX711作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，LCD1602作為顯示器件，500g稱重傳感器為所選的傳感器?？傮w的系統(tǒng)框圖如圖2.4所示。 電阻應(yīng)變片式稱重傳感器

36、 1602LCD顯示 報(bào)警電路 CPU STC89C52RC 按鍵 高增益24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711 上位機(jī) 圖2.4 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 此方案設(shè)計(jì)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置，以STC89C52RC為控制核心，電阻應(yīng)變片式稱重傳感器測(cè)的硬幣的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，經(jīng)專用型高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711組成的A/D轉(zhuǎn)換電路處理前端信號(hào)后，將轉(zhuǎn)換的電壓值傳遞給STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行控制處理，CPU實(shí)時(shí)并將結(jié)果送液晶顯示器，顯示則采用了1602LCD顯示器，通過(guò)按鍵來(lái)切換測(cè)量的類型，通過(guò)報(bào)警電路來(lái)實(shí)現(xiàn)超重報(bào)警。再配以其他相關(guān)元器件

37、來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)完成此課題。這種方案不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，信息量豐富且直觀易懂，也加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力。 2.6 本章小結(jié) 本章介紹了基于稱重法的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置設(shè)計(jì)所需要的稱重傳感器，并對(duì)其安裝方法和參數(shù)進(jìn)行介紹。同時(shí)，對(duì)于本設(shè)計(jì)所需要的A/D芯片、顯示器件和單品機(jī)的方案進(jìn)行選型。最后得出總體的設(shè)計(jì)方案。 3 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件部分包括數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)控制部分，液晶顯示，報(bào)警，串口通信等部分。數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)換部分由稱重傳感器和為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換電路組成。串口通信由PC機(jī)與單片機(jī)通信，主要是由MAX232實(shí)現(xiàn)。 3.1 前端信號(hào)的采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊

38、本電路由信號(hào)的采集和信號(hào)的處理轉(zhuǎn)換兩大部分組成,信號(hào)采集采用稱重傳感器采集硬幣的重量。信號(hào)的處理轉(zhuǎn)換則采用HX711A/D轉(zhuǎn)換模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集的重量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電壓。下面對(duì)這兩部分進(jìn)行介紹。 3.1.1信號(hào)采集采用稱重傳感器 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們使用500g稱重傳感器來(lái)測(cè)量所需要知道的硬幣的質(zhì)量，再用A/D把測(cè)量的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為電壓。而稱重傳感器要按照正確的按懸臂梁方式安裝使用，其使用方法前面已經(jīng)介紹過(guò)，這就不具體說(shuō)明了。 稱重傳感器稱重量這一步驟就屬于前端信號(hào)采集。之后，將測(cè)的重量通過(guò)引腳連接到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行信號(hào)處理，這一過(guò)程通過(guò)引線傳輸實(shí)現(xiàn)，下面我們來(lái)看下其引腳圖。稱重傳感器

39、的引腳圖如圖3.1所示： 圖3.1 稱重傳感器引腳圖 電源部分的傳送用紅、黑兩條線提供：電源正極輸入端是紅色線端，電源負(fù)極輸入端是黑色線端。信號(hào)傳輸部分是用綠、白兩條線傳送：信號(hào)輸出正極端是綠色線端，信號(hào)輸出負(fù)極端是白色線端。 3.1.2信號(hào)轉(zhuǎn)換用HX711模塊 前端信號(hào)采集即稱重傳感器稱了重量之后，就將進(jìn)行信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換部分，這一部分主要是用HX711A/D模塊來(lái)完成的。專用型高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711有著編程簡(jiǎn)單，片內(nèi)有可編程放大器，集成度高，相應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。下面對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的HX711芯片和外圍器件組成的模塊進(jìn)行了解。HX71

40、1轉(zhuǎn)換模塊電路圖如圖3.2所示： 圖3.2 HX711轉(zhuǎn)換模塊電路圖 從圖中可以看到： （1）圖中，稱重傳感器的白色信號(hào)輸出負(fù)極端S-引腳接入HX711芯片的INNA通道A的負(fù)輸入端，稱重傳感器的綠色信號(hào)輸出正極端S+引腳接入HX711芯片的INPA通道A的正輸入端，而HX711芯片的通道B則接地。這說(shuō)明了我們選擇了通道A模擬差分輸入直接與橋式傳感器的差分輸出相接。通道B未用。 （2）圖中將管腳VSUP與管腳AVDD相連，即電源則接入與單片機(jī)芯片相同供電電源。稱重傳感器的電源正極輸入端E+與AVDD相連供電，稱重傳感器的電源負(fù)極輸入端E-與地線相連。 （3）圖中將管腳X1接地，即

41、HX711自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘。 （4）HX711芯片由串口時(shí)鐘輸入信號(hào)管腳PD_SCK 和數(shù)據(jù)輸出管腳DOUT 分別接入單片機(jī)的P1.6和P1.7口相接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。單片機(jī)來(lái)控制這這兩個(gè)管腳的輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)HX711芯片內(nèi)部的寄存器編程。 在單片機(jī)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊時(shí)候，是對(duì)PD_SCK 和DOUT的編程來(lái)控制轉(zhuǎn)換，所以，需要了解單片機(jī)如何通過(guò)PD_SCK 和DOUT端對(duì)轉(zhuǎn)換模塊控制。 單片機(jī)對(duì)PD_SCK輸入控制HX711的斷電。當(dāng)PD_SCK為低電平時(shí)，HX711芯片處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)PD_SCK從低電平變高電平并保持在高電平，HX7

42、11芯片進(jìn)入斷電狀態(tài)。 轉(zhuǎn)換器未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出管腳DOUT 為高電平，串口時(shí)鐘輸入信號(hào)PD_SCK 應(yīng)為低電平。當(dāng)DOUT 從高電平變低電平后，PD_SCK 應(yīng)輸入25 至27 個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24 位數(shù)據(jù)的最高位（MSB），直至第24 個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，24 位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。第25至27 個(gè)時(shí)鐘脈沖用來(lái)選擇下一次A/D 轉(zhuǎn)換的輸入通通道和增益。HX711芯片改變?cè)鲆鏁r(shí)或從復(fù)位或斷電狀態(tài)進(jìn)入正常狀態(tài)后，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。 3.2 單片

43、機(jī)電路 3.2.1STC89C52RC的介紹 （1）STC89C52RC主要特性如下： 1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051； 2. 工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）； 3. 工作頻率范圍：0～40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz； 4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)； 5. 片上集成512字節(jié)RAM； 6. 通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉

44、電阻； 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成； 8. 具有EEPROM功能； 9. 具有看門(mén)狗功能； 10. 共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2； 11. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 12. 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART； （2）STC89C52RC芯片的引腳說(shuō)明： VCC（40引腳）：電源電壓 VSS（20引腳）：接地 P

45、0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。并要外接上拉電阻。 P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)上拉電阻把端口拉到高電位，可用作輸入口。P1.0和P1.1還可以作

46、為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2EX）。 P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)上拉電阻把端口拉到高電平，可用作輸入口。在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)上拉電阻把端口拉到高電位，可用作輸入口。在對(duì)Flash ROM編程或

47、程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，P3.0作為串行輸入口RXD；P3.1 作為串行輸出口TXD；P3.2作為外部中斷INT 0；P3.3作為外部中斷1 INT 1；P3.4作為定時(shí)器0的外部輸入T0；3.5作為定時(shí)器1的外部輸入T1；P3.6作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WD；P3.7作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通RD。 RST復(fù)位鍵（9腳）：當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 P

48、SEN（29腳）：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)片外ROM操作時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 ALE/PROG （30腳）：地址鎖存器地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。 EA（31腳）：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。高電平時(shí)取片內(nèi)程序，低電平時(shí)則取片外程序。 3.2.2單片機(jī)電路部分 單片機(jī)電路主要由最小系統(tǒng)及外圍電路等組成。設(shè)計(jì)時(shí)，把P0口作為1602LCD的數(shù)據(jù)端；P1口的P1.6、P1.7管腳分別接高精度高增益24位A/D芯片HX711的時(shí)鐘輸入端口PD_SCK和數(shù)據(jù)輸出端口DOUT，作為A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)

49、輸入端；P2口的P2.1管腳連接報(bào)警電路； P2.3管腳連接按鍵；P2.5、P2.6、P2.7做為L(zhǎng)CD1602的控制接口；RST作為按鍵復(fù)位端口；XTAL1與XTAL2管腳連接晶振。在本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)電路組成圖如圖3.3所示： 圖3.3 單片機(jī)電路組成圖 （1）時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路由單片機(jī)的晶振諧振器XTAL1與XTAL2管腳外接的一只晶振和兩只起振電容電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。本系統(tǒng)采用18.432MHz晶振，電容選22pF或30pF均可。 （2）復(fù)位電路 復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處

50、于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開(kāi)始工作，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路和上電復(fù)位以重新啟動(dòng)。 在本電路中用的是高電平復(fù)位，通常在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到地，由此形成一個(gè)RC充電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位,最后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位都有效。上電復(fù)位要求接通電源之后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。開(kāi)機(jī)瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操

51、作。另為在單片機(jī)運(yùn)行期間還可以通過(guò)按鍵完成復(fù)位工作。 本設(shè)計(jì)除了硬件上的復(fù)位電路，在軟件的編程過(guò)程中，也注意置上電復(fù)位，來(lái)防止系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)。 （3）按鍵 單片機(jī)的P2.3管腳接上一個(gè)按鍵。這一個(gè)按鍵通過(guò)編程控制，用來(lái)做切換硬幣的模式。 3.3 顯示模塊 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的。內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)LCD顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)

52、，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可顯示所需字符。 3.3.1 1602 LCD (1)1602 LCD的結(jié)構(gòu) 字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，本次設(shè)計(jì)所用的是16個(gè)管腳的LCD。多出來(lái)的2條線是背光源線。管腳結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示： 圖3.4 1602LCD的結(jié)構(gòu)圖 1腳：VSS為地電源。 2腳：VDD接5V正電源。 3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。 5腳：R

53、/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 15腳：背光源正極。 16腳：背光源負(fù)極 (2) 1602LCD指令說(shuō)明及時(shí)序 1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）我們可以從控制命令表3.1看到其指令操作等。 表3.1 1602LCD控制命令表 序號(hào)

54、 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開(kāi)/關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)

55、生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫(xiě)數(shù)到CGRAM或DDRAM） 1 0 要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。 指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。

56、D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。 指令8：DDRAM地址設(shè)置。 指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低

57、電平表示不忙。 指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。 指令11：讀數(shù)據(jù)。 下面介紹了1602的工作時(shí)序情況： 讀狀態(tài)輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=狀態(tài)字； 寫(xiě)指令輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼 輸出：無(wú)； 讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：DB0～DB7=數(shù)據(jù)； 寫(xiě)數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數(shù)據(jù) 輸出：無(wú)。 3.3.2顯示電路的硬件設(shè)計(jì) 顯示電路部分的設(shè)計(jì)是用1602液晶顯示器顯示，該電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示： 圖3.5 LCD1602的結(jié)構(gòu)圖 圖中，VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端

58、，通過(guò)使用一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。1602LCD的數(shù)據(jù)端（7～14管腳）接入單片機(jī)的P0口；LCD16024腳RS為寄存器選擇管腳，R/W為讀寫(xiě)信號(hào)管腳和E端為使能端接入單片機(jī)的P2.5、P2.6、P2.7端口。1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，編程時(shí)參考上面的指令來(lái)進(jìn)行字符的讀寫(xiě)操作。 3.4 報(bào)警模塊 在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，大部分都是使用蜂鳴器來(lái)做提示或報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器作為報(bào)警器，從而實(shí)現(xiàn)閾值報(bào)警功能。其設(shè)計(jì)電路如圖3.9所示，將蜂鳴器的正極接接三極管8550的集電極，負(fù)極接地，8550的基極串聯(lián)一個(gè)500歐的電阻再接到單片機(jī)的P2.1口

59、，當(dāng)P2.1為高電平時(shí)，8550無(wú)法導(dǎo)通，蜂鳴器不叫，當(dāng)P2.1為低電平時(shí)，8550導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警設(shè)計(jì)如圖3.6所示： 圖3.6 報(bào)警電路原理圖 3.5 串口通信模塊 為了讓控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)相互傳遞，本系統(tǒng)采用MAX232芯片組成的電路與RS232串行口相連，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信。下面我們介紹MAX232芯片和串口通信的相關(guān)知識(shí)。 3.5.1MAX232芯片 MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號(hào)電平（-10，+10V）轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL電平（0，+5V）的芯片。下面介紹一下MAX232的特性。

60、MAX232芯片是專門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用單電源供電。它在EIA/TIA2232E標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口中日益得到廣泛的應(yīng)用，采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài)TTL/CMOS等優(yōu)越性。該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器，2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA-232-F 電平。每一個(gè)接收器將 TIA/EIA-232-F 電平轉(zhuǎn)換成 5-V TTL/ CMOS 電 平。每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/ CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA-232-F 電平。 MAX232的管腳及其內(nèi)部電路圖如圖3.7所示。 圖3.7 MAX232管腳及其內(nèi)部電路圖 MAX232內(nèi)

61、部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用，MAX232外圍需要4個(gè)電解電容，是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN

62、、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。 3.5.2RS-232串行接口介紹 目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。9針串口（DB9）的針號(hào)圖如圖3.8所示。 圖3.8 串口通訊的接口管腳 9 針串口（DB9）針號(hào)功能說(shuō)明：1針數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD；2針接收數(shù)據(jù)RXD；

63、3針發(fā)送數(shù)據(jù)TXD； 4針數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR；5針信號(hào)地GND；6針數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR；7針請(qǐng)求發(fā)送RTS；8針清除發(fā)送CTS；9針振鈴指示DELL。 RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。 實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的通信時(shí)，通常在9針的基礎(chǔ)再簡(jiǎn)化，只用其中的2、3、5這三個(gè)管腳進(jìn)行通信。這三個(gè)

64、管腳分別是接收數(shù)據(jù)線、發(fā)送數(shù)據(jù)線和地線，即可滿足通訊的要求，計(jì)算機(jī)和外部通訊的接線方法如圖3.9所示。 圖3.9 計(jì)算機(jī)與外部通訊接線方法 3.5.3串口通信電路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用RS-232接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通訊，如圖3.10所示。 圖3.10 串口通信電路 圖中，MAX232外圍有4個(gè)內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電解電容；選取了MX232的第一數(shù)據(jù)通道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。MX232的T1IN、R1OUT管腳分別接單片機(jī)的P3.0串行輸入口RXD、P3.1串行輸出口TXD；MX232 T1OUT、R1IN送到RS-232的9針插口的2腳接收數(shù)據(jù)RXD、3腳發(fā)送數(shù)據(jù)T

65、XD。MX232的TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT送到RS-232的9針插口；RS-232的9針插口的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT輸出。 RS-232接口只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。 具體通信方法：上位機(jī)讀?。òl(fā)送）數(shù)據(jù)時(shí)，由上位機(jī)先發(fā)送“請(qǐng)求連接”命令，通知單片機(jī)計(jì)算機(jī)已準(zhǔn)備好，然后計(jì)算機(jī)在事件驅(qū)動(dòng)I/O方式下等待接收到確認(rèn)信號(hào)；當(dāng)單片機(jī)接收到“請(qǐng)求連接”命令時(shí)，向計(jì)算機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，表示單片機(jī)也已準(zhǔn)備好，這樣，一旦計(jì)算機(jī)接收到確認(rèn)信號(hào)就表示雙方都已準(zhǔn)備好，二者之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交

66、換了。 3.6 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理模塊，單片機(jī)控制部分模塊，液晶顯示模塊，報(bào)警模塊，串口通信模塊等的硬件部分電路的設(shè)計(jì)。詳細(xì)說(shuō)明了各個(gè)模塊的功能介紹，并對(duì)重要的模塊進(jìn)行具體分析。為系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)打下一個(gè)很好的硬件基礎(chǔ)。 4 軟件程序設(shè)計(jì) 基于稱重法實(shí)現(xiàn)的硬幣計(jì)值與計(jì)數(shù)裝置的功能在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件來(lái)完成，下面來(lái)先設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件流程圖： 4.1 系統(tǒng)主流程圖 主程序說(shuō)明：程序開(kāi)始，首先進(jìn)行串口、1602液晶、按鍵、蜂鳴器的初始化。然后1602顯示開(kāi)始的歡迎介紹頁(yè)面，進(jìn)入稱重初始化，去掉托盤(pán)的重量，取得稱重傳感器的輸出基準(zhǔn)值。判斷按鍵選擇，知道選取哪種硬幣。開(kāi)始稱重，A/D數(shù)據(jù)對(duì)所稱的重量進(jìn)行采集及處理，將處理好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)量，個(gè)數(shù)和金額從1602中顯示，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)，從上位機(jī)上顯示出來(lái)。處理完成后繼續(xù)返回繼續(xù)檢測(cè)處理。主程序的流程圖如圖4.1所示。 初始化（串口、1602、按鍵、蜂鳴器） 開(kāi)始 去盤(pán)，取基準(zhǔn)值 返回 顯示初始化 A/D數(shù)據(jù)采集及處理 顯示數(shù)據(jù)效果 鍵盤(pán)掃描及處理 圖4.1 主程序流程圖 4.2 AD數(shù)