基于单片机AT89S52的电子称设计毕业设计.docx

基于单片机AT89S52的电子称设计毕业设计.docx

《基于单片机AT89S52的电子称设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机AT89S52的电子称设计毕业设计.docx（98页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机AT89S52的电子称设计毕业设计

摘要

该设计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。

在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源四大部分。

最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成，包括运算放大器AD620和A/D转换器ICL7135；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用ZLG7289键盘控制芯片和OCM4x8C显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。

系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。

软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。

该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～9.999Kg，重量误差不大于±0.005Kg）,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价，还具有超量程和欠量程的报警功能。

整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。

关键词：

单片机；采样电路；A/D转换器；液晶显示

ABSTRACT

ThedesignisbasedonthemicrocontrollerAT89S52systemasthecoretocarryoutthebasiccontrolfunctionoftheelectronicssteelyard.Whiledesigningthesystem,Iadoptthemoldpiecemethodtodividethehardwareofthesystemintofourparts:

theminimumsystem,samplingcircuit,I/Ointerfaceandthesystempowersupply.TheminimumsystemmainlyincludestheAT89S52andtheexpandedexteriordatamemory.Samplingcircuitiscomprisedofapressuresensor,adifferentialmeasuringamplifierAD620andaA/DconverterICL7135.WiththeusageofZLG7289keyboardcontrolchipandOCM4*8Cdisplay,wecompletethefunctionofthekeyboardinputandtheLCDmanifestation.ThepowersupplysystemselectstheLM317andLM337todesigntheelectriccircuittoprovidetheneededpowersupply.ThesoftwarepartappliesamachineClanguagetocarryoutallcontrolfunction.Theelectronicsteelyardcanweighthescopeas0～9.999Kgs,andtheweigherrormarginisnobiggerthan±0.005Kgs.Italsohasmanyotherfunctions,suchasdisplayingtheshoppingdetailedlist,settingthedateandtenkindsofunitpricesofmerchandiseandoverweighingalarm.Thewholesystemissimple,well-found,convenienttouseandhashighaccuracyandcertaindevelopmentvalue.

Keywords：

microcontroller;samplingcircuit;A/Dconverter;

LCDManifestation

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

第一章绪论1

1.1引言1

1.2选题背景与意义2

1.3研究现状2

1.3.1影响因素2

1.3.2产品质量3

1.3.3发展方向3

1.3.4电子秤的智能化3

1.4本文的结构4

第二章系统方案的设计5

2.1电子秤的设计要求5

2.1.1基本要求5

2.1.2发挥部分5

2.1.3创新部分5

2.2系统工作原理及设计基本思路5

2.2.1系统工作原理5

2.2.2系统设计基本思路6

2.3系统总体设计方案比较与论证6

2.4单片机的选型8

2.5数据采集部分的方案确定9

2.5.1传感器9

2.5.2前级放大器部分12

2.5.3A/D转换器15

2.6人机交互部分17

2.6.1键盘输入17

2.6.2输出显示17

2.7系统电源18

2.8具体实施方案简介20

第三章系统硬件设计22

3.1基于AT89S52的主控电路22

3.1.1芯片介绍22

3.1.2主控电路26

3.2基于ICL7135的前端信号处理电路27

3.2.1芯片介绍27

3.2.2信号处理电路30

3.3人机交互界面33

3.3.1键盘控制电路33

3.3.2液晶显示电路35

3.4系统电源37

3.4.1芯片介绍37

3.4.2电源电路38

3.5报警电路40

第四章软件流程41

4.1主程序流程图41

4.2主要中断程序流程图42

第五章结论44

致谢46

参考文献47

附录A：

英文资料48

附录B：

英文资料翻译55

附录C：

原理图62

附录D：

Pcb板图63

附录E：

元器件清单64

第一章绪论

1.1引言

质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。

公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。

以后，又采用简单的秤来测定质量。

据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。

秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。

低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。

21世纪，电子产品变得越来越丰富，给人们带来了很多很多的方便，其中电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。

大大小小的市场电子秤能够完成许多工作，为人们节省了时间，提高了工作效率。

在超市里的一台电子秤，它能很精确的称出商品的重量，还能去除皮重，更主要的是，它其中预存了超市里商品的单价，当称出商品的重量后，电子秤马上就能算出价格，不管几种商品都能一一累加，最后列出清单，可以说非常的智能化，而且非常的精确。

由此，顾客在购物的时候非常的放心，商家的效益也提高了，所以有了电子秤，顾客买的放心，商家也卖的开心了。

本设计就是为了制作这样一种电子秤，它以单片机为核心在实际使用时达到以下要求：

1、电子秤称重范围：

0～9.999㎏；重量误差不大于

0.005㎏；

2、液晶显示：

所称物体重量、10重商品的购物清单等。

本设计的控制功能包括基本的称重功能，显示购物清单功能，设置日期和重新设定10种商品的单价功能，还具有超重与欠量程报警功能。

由于系统资源丰富，还可以方便的拓展其应用。

我相信通过这次对电子秤控制系统的硬件设计，一定能够学到丰富的知识并对电子产品有更深一层的了解。

1.2选题背景与意义

电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。

电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。

相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。

电子秤的设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。

输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。

放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。

目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。

而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。

因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。

1.3研究现状

1.3.1影响因素

随着科技的进步,对电子秤的要求也越来越高。

影响其精度的因素主要有:

机械结构、传感器和数显仪表。

在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限制,会使力的传递出现误差，而传感器输出特性存在非线性,加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。

因此，在高精度的称重场合，迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。

此外，为了保证准确、稳定地显示,仪器内部分辨率（主要是ADC的分辨率）一般要比外部显示分辨率高4倍以上,这就要求所采用的ADC具有足够的转换位数，而采用高精度的ADC，自然增加了系统的成本。

1.3.2产品质量

目前市场上主流的电子秤根据使用功能的不同包括以下几个类型：

电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装秤以及条形码电子秤等。

面对种类如此繁多的电子秤，目前市场上存在许多不合格的电子秤产品。

不合格问题主要表现在以下三个方面：

1、温度试验项目不符合标准规定；

2、湿热试验项目达不到标准要求；

3、抗电脉冲串试验和抗静电放电试验项目不合格。

造成产品不合格的原因主要有以下几个方面：

1、称重传感器的质量不达标，制约了电子秤产品整体质量的提高；

2、关键元器件未进行筛选和通电老化，造成电子计价秤质量失控；

3、部分产品设计上抗干扰能力不强；

4、产品检验把关不严。

面对目前市场上电子秤产品的总体质量不高的局面，除了加强对电子秤产品的日常监督管理之外，还要从根本上推动技术的发展，促进电子秤产品质量的提高，更好地保护消费者的合法权益。

1.3.3发展方向

电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的方向发展。

据悉,目前电子秤的附加功能主要有以下几种：

1、电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理；

2、具有皮重、净重显示等特种功能。

电子秤有些已具备了动态称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差；

3、附加特殊的数据处理功能。

目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。

今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。

同时,功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽。

1.3.4电子秤的智能化

电子秤的称重功能是基于微电脑控制芯片处理器这一核心技术来实现的。

由于目前在设计电子秤系统时大量地采用集成芯片，因此电子秤系统已经摆脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向发展。

在此基础上可以实现系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等。

电子秤由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械式的称重工具。

在具体开发电子秤的系统时应该根据用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而可以开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。

目前，随着电子技术的飞速发展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤具有广泛的应用前景和开发价值！

1.4本文的结构

本文以电子秤的研发作为应用背景，对传感器、模数转换、单片机及其接口

等技术进行了分析。

全文共分为六章，各章的主要内容如下：

第一章扼要地介绍了电子秤的概念、特点与相关研究背景；

第二章论证了系统方案，包括对原理的阐述，各种优缺点的比较，属于理论

分析部分；

第三章通过对各种芯片的介绍以及对电路功能的分析，对系统硬件进行了描

述，给出了单片机的的控制方案；

第四章简单介绍了系统软件流程；

第五章对整个设计做了总结，归纳了存在的问题和进一步研究的方向。

第二章系统方案的设计

电子秤的应用系统是由硬件和软件所组成。

硬件指单片机、扩展的存储器、扩展的输入输出设备等部分；软件是各种工作程序的总称。

硬件和软件只有紧密配合、协调一致，才能提高系统的性能价格比。

从一开始设计硬件时，就应考虑相应软件的设计方法，而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求进行的。

2.1电子秤的设计要求

2.1.1基本要求

1、电子秤称重范围：

0～9.999Kg；重量误差不大于

0.005Kg；

2、液晶显示：

所称物体重量、10种商品的购物清单等。

2.1.2特色与创新

1、使用单片机为控制核心，大大简化了系统的组成构造，且单片机可拓展性强，可以很方便的对系统进行拓展和应用。

2、使用键盘输入数据，操作简单，方便。

3、中文液晶显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。

4、具有去皮功能和金额累加计算功能。

5、当物品重量超过电子秤量程，即过载情况或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。

2.2实验原理及设计基本思路

2.2.1系统工作原理

电子秤的工作原理。

首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。

输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。

放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。

在实际应用中，为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰，还需要在传感器与A/D芯片之间加上信号调整电路。

2.2.2系统设计基本思路

按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。

其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。

转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。

此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。

在扩展功能上，本设计增加了一个过载、欠量程报警提示。

2.3系统总体设计方案比较与论证

在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种：

方案一数码管显示方案

结构简图如下图所示：

图2.1数码管显示方案

此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。

由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。

缺点是：

硬件部分简单，虽然可以实现电子秤基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。

由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。

又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。

方案二在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子秤实现称重计价的功能。

结构简图如下图所示：

图2.2带有键盘输入的结构简图

此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。

在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。

这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。

方案三前端信号处理时，选用放大、A/D转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。

这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。

结构简图如下图所示：

图2.3LCD显示的方案

目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放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

。

由于系统需要的按键较多，因此要加一个键盘显示管理芯片（ZLG7289）。

单片机控制适合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。

但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。

使用这种方案会给系统设计带来一定的难度。

图2.4单片机实现方案原理框图

方案四采用现场可编程门阵列（FPGA）为控制核心

采用现场可编程门阵列（FPGA）为控制核心，利用EDA软件编程，下载烧制实现。

系统集成于一片Xilinx公司的SpartanⅡ系列XC2S100E芯片上，体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。

采用FPGA测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便，设计要求的精度较高，所以要求系统的稳定