毕业设计论文基于单片机的智能电秤设计.docx
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毕业设计论文基于单片机的智能电秤设计
本科毕业设计
基于单片机的智能电子秤设计
DesignofintelligentelectronicscalebasedonMCU
学院：
电子工程学院
专业班级：
电子信息工程DZ电子091班
学生姓名：
学号：
指导教师：
2013年6月
毕业设计中文摘要
基于单片机的是能电子秤设计
摘要：
伴随着广泛应用的微电子技术，人们对电子秤的要求越来越高。
本电路的控制核心为AT89S52单片机，和称重电路，显示电路，键盘电路一起构成的智能称重系统，自动称重系统，以实现各种不同的控制功能。
这个系统是为了电子称的称重、计算价格还有数据处理进行钻研的。
为了详细说明如何用单片机对采样的数据进行处理，本实验研究了对数据采集、转换、计算等问题。
并且讨论了单片机系统中最重要的计算问题，讨论的结果表明用本系统用软件设计的话将会是系统更加完美。
本文给出了智能电子硬件设计，详细的分析了基础上已知软件的电子控制方法。
可以说，本设计完成的电子秤在最大程度上满足了应用的需求。
本设计中的电子秤有很多特点，如功耗低、性价格比高、简单方便的系统设计、速度快、测量的数据准确等特点。
因为单片机控制的电子称不仅构造一目了然，而且制造的资金也很少，因此大部分的人们都很喜爱，本文将对于这些进行详细讨论。
关键词:
AT89S52，压力传感器，单片机，A/D转换
毕业设计外文摘要
DesignofintelligentelectronicscalebasedonMCU
Abstract:
Withtheextensiveapplicationofmicroelectronicstechnology,peoplehavebecomeincreasinglydemandingelectronicscales.ThecoreofthecontrolcircuitfortheAT89S52microcontroller,andweighingcircuit,displaycircuit,keyboardcircuittogetherconstitutetheintelligentweighingsystem,automaticweighingsystem,inordertoachieveavarietyofcontrolfunctions.
Thissystemisknownforelectronicweighing,calculatingpriceshavetodelveintothedataprocessing.Fordetailedinstructionsonhowtousemicrocontrollersampleddataprocessing,thisexperimentalstudyondataacquisition,conversion,calculationandotherissues.SCMsystemanddiscussesthemostimportantcalculationdiscussedresultsshowthesystemusedwiththesoftwaredesign,thenthesystemwillbemoreperfect.Inthispaper,intelligentelectronichardwaredesign,basedonadetailedanalysisoftheelectroniccontrolmethodknownsoftware.Itcanbesaid,thedesigniscompletedelectronicscalestothemaximumextenttomeettheapplicationrequirements.Thedesignoftheelectronicscalehasmanycharacteristics,suchaslowpowerconsumption,sexualpriceishigh,thesystemdesignissimpleandconvenient,fast,andaccuratemeasurementdatacharacteristics.Becausemicroprocessorcontrolledelectronics,saidnotonlyconstructaglance,andmadeverylittlemoney,somostofthepeoplewerelike,thisarticlewilldiscusstheseindetail.
Keywords:
AT89S52；pressuresensor；microcontroller；A/Dconversion
1.绪论
1.1电子秤的发展现状和发展趋势
1.1.1电子秤的发展现状[1]
这几年来，我们的电子称重系统发展的很快。
已经从最初的机电结合，发展至如今的数字和智能。
电子称重技术从静态到动态称重发展，从模拟到数字测量发展，从单一到多参数测量发展。
现在在很多的发达国家在电子称重力这方面有了很大的提高。
他们不断有创新的品种和结构，不断扩大应用范围和技术功能。
在信息时代正在逼近的时候，数字化电子秤和数字称重系统在各个高端系统中的应用范围是越来越广泛了。
它作为一种称重计量方式，丰富的应用于各大中型市场、物流配置中心、工厂等，而且作为工组成了工业控制和商业管理系统的一个重要部分，它的作用有：
缩短工作时间，改良操作的条件，减少能源和材料的消耗，加强和改善企业管理与经营管理等多个方面，称重设备已经应用到国民经济领域，并取得了明显的经济效益。
1.1.2电子秤的发展趋势[2]
台式的电子秤在买卖中的相当高的使用率，但是它只能应用在特定的地点。
电子秤的应用程序性能的产品往往有更多的集成和组合性。
（1）小型化
新研制的电子秤的发展方向逐渐趋向于体积小、高度低、重量轻。
那些量程比较小的电子秤，为了能提高了稳定性和可靠性并且减少投入资金。
应该采用薄型或超薄型的圆形称重传感器[3]。
然而，对于那些对所称重量要求中等或者较大的电子秤，开始采用方形或长方形闭合截面的薄型钢焊接而成的秤体，这种秤体结构的发展前途是很可观的。
（2）模块化
对于那些大型或超大型的载体结构，所采用的模块的标准结构有很多长度可供选择的。
先是分开然后再通过组合去产生一些新的产品规格。
这样的构成，不但是提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也提升了产品的生产效率和产品质量[4]。
与此同时也减少了材料本身所需的成本，并且加强了企业的竞争力。
（3）综合性
电子称重技术的发展规律是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题[5]。
例如在统计流量这个专业，假如使用称重法，只要测量精准的重量和时间，测量大流量的问题自然而然就解开了。
现代商业系统还要求商用电子计价秤能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合，实现管理自动化。
这就要求电子计价秤能与电子计一算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统[2]。
1.2项目研究的意义
随着社会的不断发展和科技的不断进步，各式各样的电子新科技走进了我们的日常生活，让我们的生活变得越来越方便。
以前出现的量具多是杆秤或盘秤，1970年代开始出现了电子秤。
之前的电子秤大部分都是用模拟电路去实现，现在电子技术日新月异,古老的称重系统在功能、精度、智能化、性价比等方面是很难达到人们的要求的。
数字芯片的成本也一年比一年少，模拟控制已渐渐地被数字控制替代，电子秤的模式也大多数都围绕着微处理器来设计，使精度和可靠性都有了明显的提高。
同时，也提高了仪器设备的可操作性和可维护性，使用价值也很高。
综上所述，有计划有目标地制定出一套电子秤系统并且让他能有实用的价值，尽量地克服系统的不对的地方，对于减少电子秤在系统应用中的缺点，具有现实意义。
1.3可行性分析
理论可行性：
理论上来讲，电子秤是有由以下部分组成:
称重传感器，放大器，显示器，键盘。
并且，每一部分都相对应有相关的元器件，而且，会有相关的技术去履行它，而且现在相关单片机的系统运用技术也已很成熟，在很多地方能用得到。
经济可行性：
因为我们做的电子秤是个简易器件，所以不需要很多的金钱投放，而且有易实行，性价比高，能够方便日常生活。
技术可行性：
应用C语言开发计算器，可以得心应手，为用户提供非常友好、易实行的用户界面、具有完整和强大的数据操作能力。
社会可行性：
电子秤是在社会生活中的运用非常多，大家都不能缺少它。
2.系统方案论证与选型
2.1设计要求
本设计，需要用单片机作为内核，加上一定的外围电路和软件设计，实现智能电子秤系统的设计，本设计任务可以分为硬件设计和软件设计。
硬件部分包括：
键盘模块、系统控制模块、显示模块等。
设计技术要求：
（1）熟练的使用protues和keil软件；
（2）选择恰当的单片机并且配以外围电路设计。
最终能仿真实现。
其他要求：
能实现计算、显示和调整数值等多种功能，具有准确度高、实时性好等特点。
2.2整体功能
（1）采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-100kg，测量准确度可达5g。
（2）采用电子秤专用A/D转换器芯片对传感器信号进行调整和转换。
（3）采用ATC89S52单片机作为控制核心，实现称重、计算价格等主控功能。
（4）采用LCD液晶屏去显示称重重量、单价、总价等信息。
（5）采用计算器键盘进行人机交互，计算器的键盘容量大，而且运用很方便。
2.3电子秤的工作原理
如果要进行对电子秤的探讨，就必须要从它的工作原理说起。
电子秤中的压力传感器的作用是非常重要的，通常情况下压力传感器常采用电阻应变式，这时候，传感器有点像是中间人的感觉，即当把要称的东西摆放在秤台的那一刻，它的重量就会传达到压力传感器中，传感器随后便会使这个物件有多重就都会转成电信号。
放大电路将该信号进行放大，滤波后由A/D转换器开始转变，然后将数字信号传送到微处器的CPU处理，CPU它就会不停地检测键盘，然后辨别和分析被打入键盘里的内容，由其软件部分来控制各种运算[6]。
根据本设计对功能的要求，系统由5个部分组成：
时钟电路，复位电路，键盘电路，液晶显示电路，称重电路。
本系统的设计框图如图2-1所示。
图2-1电子秤结构框图
2.4总体设计方案
本设计中，处理前端信号的时候，选用的措施有放大、A/D转换等，尤其在液晶显示这块采用LCD显示器。
这几点紧紧抓住了这个设计的重中之重，也能够显示那个被称东西的重量及价格。
LCD显示器的使用大大节省了I/O口的使用。
目前单片机技术已经比较成熟，功能也更强大，测得的信号被放大转入单片机，由单片机根据相应的数据关系，处理测量信号显示被测物体的重量。
单片机适用的控制系统它实现的功能一定不能很复杂。
它优点有有很多。
但它也有缺点，就是外面的电路不简单，而且，编写的程序比较繁琐。
结果就是，如果使用这一个方案就会给自己的设计添加难度。
3.系统硬件设计
3.1单片机概述
单片机又称单片为控制机器。
它是计算机技术的在不断发展过程中的一个重要的标志，它标志着计算机正式发展为通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。
3.1.1单片机的发展状况[7]
单片机有着简短精湛的历史，它的产生与发展基本上和微处理器同步。
它具有轻质量、小体积、成本低等优点，这也为它的发展做了铺垫。
并且，通过研究单片机有利于学习计算机原理与结构，它最早是被用在工业控制领域。
3.1.2单片机的发展趋势
（1）低功耗CMOS化。
CMOS电路有着非常多的优点，如极宽的工作范围、极佳的本质低功耗及功耗管理特性等，形成了嵌入式系统独特的低功耗及管理应用技术。
随着对单片机功耗要求越来越低，单片机逐渐都要采用CMOS。
（2）主流与多品种共同存在。
在特定的一段时期内，某一种单片机的垄断局面将会不在存在，而是走向相互补充相互依靠、相互促进、共同发展之路。
（3）基于串行方式的外围设备扩展。
（4）微型单片机。
现在的产品要求占地方少、拿起来不费力的现象有很多，这就要求MCU除了强大的功能和消耗少以外，也要求其占地方少。
单片机构造的系统正逐步向小型化、微型化的方向发展[7]。
3.2AT89S52单片机简介
AT89S52单片机是ATMEL公司推出的高档、增强型产品。
它是一个消耗低性能却很高的CMOS位微控制器，其片内含有通用8位CPU和ISPFlash存储单元，8kBytesISP（In-systemprogrammable）是可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，片上Flash允许程序存储器在系统可参与编程，它也适用于常规编程器。
ATMEL公司的高密度、非易失性内存技术被用在制造器件上，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，在单个芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为许多嵌入式控制应用系统提供高灵活、具有高成本效益的解决方案[8]。
3.2.1主要特性
兼容MCS-51指令系统它工作的电压基本上是4.5-5.5V
3个16位可编程定时/计数器式时钟频
率O-24MHz
2个全双工UART串行中断通道256x8BIT内部RAM
2个外部中断源低功耗空闲和掉电模式
中断唤醒掉电模式三级加密程序存储器
灵活的ISP字节和分页编程电源关闭标识
3.2.3AT89S52管脚结构
AT89S52有PDIP、PLCC和TQFP等三种封装形式（其管脚的结构如图3-1所示）。
图3-1AT89S52引脚图
3.2.4AT89S52组成框图
AT89S52结构框图如图3-2所示。
图中VCC表示+5V的电源，GND是接地。
图3-2AT89S52型单片机结构框图
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。
表3-2P3口特殊功能
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外中断0）
P3.3
INT0（外中断0）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）。
3.3最小系统电路
最小系统电路包括复位电路和晶振电路。
其系统如图3-3所示。
在单片机片内部每种操作所需的时间信号由单片机的时钟信号来供给，复位操作能够让单片机的内部的电路回到最初状态，让单片机能够从开始运行的时候以一种准确的初始状态[9]。
所有微机系统每次一开始运行就会复位，它能够使整个控制芯片返回到最开始的状态下。
51单片机的复位是通过RST引脚去控制的，这个引脚与HL连接超过一定标准之后，51单片机就进入到整个控制中心内部的复位状态。
并一直在这个状态下等待，直到RST引脚转为LL后，才检查EA引脚是HL或LL，假如是HL就执行芯片的内部程序代码，如果是LL便会执行外部程序的代码。
图3-3最小系统电路
3.4键盘电路
电子秤的称重数值的输入用到按键，在这种情况下，如果采用独立按键的方式，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，所以在大多数的情况下一般不会用这个方式，取而代之的是使用矩阵键盘。
矩阵键盘使用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线，最终组成键盘，在每一个行列线的交叉点上放置一个按键。
最终就知道键盘上的按键个数就是4*4个。
这样的行列式的键盘结构可以快速的增加单片机系统中I/O 口的利用率。
矩阵键盘的工作原理：
当按键没有被按下时，整个输出端接的是高电位，表示没有键按下。
当行线输出是低电位，如果有键被按下，那么输入线将会被拉低，所以，只要知道读入输入线的状态就能判别有无按键被按下。
3-4矩阵键盘布局图
矩阵键盘内部电路图如图3-5所示：
图3-5矩阵键盘内部电路
为了更好的利用单片机的I/O口资源，在系统中，我选择了MM74C922芯片。
它是一款可以扫描4*4键盘的IC，它可以感受到与它接在一起的4*4键盘上的操作，并且通过数据输出口使按键相应的编码输出。
它的引脚图就如下图3-6所示：
图3-6MM94C22硬件图
MM74C922对各按键的响应如下表所示
如图3-7所示，在这个设计里。
在仿真图中，键盘的行线A、B、C、D分别和MM74C922的X1、X2、X3、X4引脚相连。
键盘的列线则分别和MM74C92的Y1、Y2、Y3、Y4；键盘的其中一端是先连接电阻再连接到电源上，不同的是，接地是利用程序输出“0”完成的。
当这个期间感受到有按键输入的时候，DA端就会产生HL，与它相连的端口感受到LL。
图3-7键盘接口电路图
3.5时钟电路
时钟电路的核心是个比较稳定的振荡器（一般都用晶体振荡器），振荡器所产生的是正弦波，频率不一定是电路工作的时钟频率，因此就要把这正弦波进行分频，处理，最后形成时钟脉冲，然后分配到需要的地方。
如下图3-8所示，XTAL1和XTAL2这两个引脚端外接晶体振荡器和电容去构成内部的振荡方式，片内的高增益的反向放大器和作为反馈元件的片外晶体谐振器，它们一起构成自激振荡器，并且能产生振荡时钟脉冲。
电容器的最重要的作用就是帮助振荡器起振。
电容器容量的大小对振荡频率有轻微调控的作用，它的值一般情况下大概是30pF，振荡的频率重点由石英晶振的频率确定，振荡电路的频率也就是晶体的固有频率。
照目前来看，单片机的晶振频率f的范围为1.2～60MHz。
晶振频率常12MHz/6MHz。
图3-8时钟电路
3.6液晶显示电路
液晶，通过名字我们就可以猜到，它不同于固态和液态这两种类别，是处于这两种类别之间的一种中间类别。
LCD液晶显示屏是被动式的因为它本身并不能发光，而是在电压的作用下液晶能够改变光线通过的方向，从而达到了显示的目的。
液晶显示器因为功耗比较低，所以适用于使用电池的电子设备，一直倍受人们的青睐。
在本系统中，要求对重量、价格及总价进行显示，因而选择液晶显示屏1602。
LCD1602的消耗少，而且价格合算，功能也齐全。
LCD1602采用14条引脚线，其中有数据引脚线为D0至D7、控制引脚线分别是RS，R/W和E、对比调整电压引脚线（VDD）、电源和地引脚线。
但还有2条引脚线是用来接到背光电源正负极的，平时很少会使用到[10]。
LCD1602主要引脚的功能如表3-3所示。
表3-3LCD1602主要引脚的功能
LCD1602的主要管脚介绍
LCD1602可以通过VEE端去调控整个显示器的对比度。
对比度是最大的时候就是接电源的地端，对比度是最小的时候就是接电源正端，对比度大的时候就会产生鬼影，但是对比度较低就显示的不清楚。
R/W为读、写选择端，运行写操作的时候为低电平，很显然运行读操作的时候就为高电平。
RS为数据、指令寄存器选择端，为低电平的时候可以选择指令寄存器，而高电平的时候可以选择数据寄存器。
E端为信号使能端，在E端脉冲有下降沿出现的时候，液晶模块开始工作。
LCD1602的内部control器的指令总的来说有11个[11]：
指令1：
将显示屏清除干净，光标归位的同时AC=0。
指令2：
光标归位、AC=0、DDRAM里的内容保持不变。
指令3：
当I/D=1的时候，进行数据读和写的操作后，光标右移，反之左移。
当S=1的时候，进行数据读和写的操作后，显示屏整体右移1字符，反之，显示屏不移动。
指令4：
当D=1的时候显示功能开，反之，关显示屏。
当C=1的时候有光标，反之，无光标。
当B=1的时候光标不闪烁，反之，光标闪烁。
指令5：
设定光标、字符移动方向。
当S/C和R/L的值为00H的时候光标右移一格。
值是01H时光标左移一格。
指令6：
当N=1有2显示，当N=0有1显示。
DL=1的时候数据总线为8位，DL=0的时候数据总线为4位。
指令9：
读取忙标志BF的值、AC的值。
BF=1时显示屏忙，反之，表示显示屏准备好。
指令10：
将数据写到RAM。
指令11：
从RAM中读取数据。
将LCD1602的各端口与单片机相连好，如果E端为HL，此时的RS端为LL，同时R/W端为LL的时候，液晶显示屏就会显示出用户想要显示的数据。
单片机与1602液晶显示屏的硬件连接图如图3-9所示。
图3-9单片机与1602液晶显示屏硬件连线图
3.7压力感应电路
现代的传感技术发展的越来越快，大家都已经从用传统的杠杆原理去测量物体的重量，发展到至今的用电子秤电子称重，即利用压力传感器把压力的信号转变成为电信号，运用单片机本身的技术，根据电信号和重力信号的数学模型，就能够间接的计算出物体的重量，目前普遍使用的是电阻应变片式称重传感器。
电阻应变式压力传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力转换成电信号的转换元件[12]。
压力感应电路是由气压传感器MPX4115、A/D转换器等组成。
如图3-9
图3-9压力感应电路
3.7.1气压传感器MPX4115的原理
气压传感器MPX4115的管脚如图3-9，管脚说明如表3-4所示
图3-9MPX4115实物图
表3-4气压传感器MPX4115的管脚说明
1
2
3
4
5
6
VOUT
GND
VS
N/S
N/S
N/S
气压传感器MPX4114的特性参数如表3-5所示：
参数
符号
最小
典型
最大
单位
压力范围
Pop
15
-
115
KPa
供电电压
Vs
4.85
5.1
5.35
Vdc
供电电流
Lo
-
7.0
10
mAdc
最大压力偏置（0℃～85℃）
@Vs=5.0V
Vpss
0.135
0.204
0.273
Vdc
满量程输出（0℃～85℃）
@Vs=5.0V
Voff
4.725
4.794
4.863
Vdc
满量程比例（0℃～85℃）
@Vs=5.0V
VFSS
4.521
4.590
4.695
Vdc
精度
（0℃～85℃）
-
-
-
±1.5
%CPSS
灵敏度
V/P
-
45.9
-
mV/KPa
响应时间（（10%～90%）
tR
-
1.0
-
ms
上升报警时间
-
-
20
-
ms
偏置稳定性
-
±0.5
-
%VFSS
3.7.2转换器ADC0808
转换器ADC0808构成引脚图如图3-9所示。
图3-9ADC0808引脚图
（2）转换器ADC0808工作原理
A、B和C为地址输入线，用于选通IN0~IN7上的一路模拟量输入。
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