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电子秤设计毕业论文

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智能电子秤设计

摘要

目前，电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆秤。

由压力传感器制作的电子秤已广泛地应用到各行各业，特别是微处理机的出现，工业生产过程自动化程度的不断提高，压力传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。

本文介绍了一种以MSP43单片机微处理器最小系统，并配以几个主要的集成电路器件设计成的智能电子秤。

本系统是利用压力传感器采集当前压力，根据输入单价，准确计算出物品的金额，同时把重量、金额显示到LED数码管上。

关键词：

压力传感器放大器单片机

Abstract

Nowadays,electronicscaleisverypopularanditwillreplacethetraditionalsteelyardgradually.Theelectronicssteelyardmadebythepressuretransducerhasbeenappliedtoallprofessions,especiallytheemergenceofthemicroprocessor.Andwiththeincreasingoftheautomationofindustryproduction,thepressuretransducerbecomesakindofessentialdeviceintheprocesscontrol.

ThispaperintroducesaMSP430smallestsingle-chipmicroprocessorsystem,andwithseveralmajorintegratedcircuitdevicesdesignedasasmartelectronicscales.Thesystemistousepressuresensorscollectthecurrentpressure,accordingtoinputprice,andaccuratelycalculatetheamountofgoodsAtthesametime,theweightoftheamountofshowsontheLEDdigitaltube.

Keywords：

PressureTransduceramplifierSinglechipmicrocomputer

第一章绪论1

1.1电子秤设计背景1.

1.2称重技术和衡器的发展1.

1.3电子秤的发展现状1.

1.4电子秤的发展趋势2.

1.5现有电子秤的不足4.

第二章芯片介绍5

2.1单片机的发展5.

2.2MSP430F149芯片6.

2.2.1MSP430F149的引脚6.

2.2.2MSP430F149的模数转换器ADC129

2.3压力传感器1.0

2.3.1压力传感器的选择10

2.3.2放大电路1.1

2.4LED数码管12

2.4.1数码管的分类12

2.4.2数码管的驱动方式12

2.5键盘.13

2.6相关软件13

2.6.1Protel99SE1.3

2.6.2C语言1.5

2.7小结.16

第三章系统硬件设计17

3.1电子秤系统的构成及工作原理1.7

3.2电子秤系统压力传感器电路1.7

3.3电子秤系统的键盘电路18

3.4电子秤系统的显示电路19

3.5电子秤系统的电源电路20

3.6小结20

第四章电子秤系统的软件设计21

4.1电子秤系统的程序总流程图21

4.2初始化程序流程图21

4.3压力传感器程序流程图22

4.4预处理程序流程图22

4.5称重计价程序流程图23

4.6键盘程序流程图24

4.6.1键盘分析程序25

4.7数码管显示流程图27

4.8小结27

结论28

致谢29

参考文献30

附录一31

附录二33

第一章绪论

1.1电子秤设计背景

目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：

体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。

现有的便携秤为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户使用的基本是杆秤。

弹簧盘秤制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，以至损坏，影响到称重的准确性和可靠性，只是一种暂时的代用品，也被列入逐渐取消的行列。

多年来，人们一直期待测量准确、价格低廉的电子秤投放市场。

基于电子秤的现状，本课题拟研究一种用MSP43单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。

这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。

1.2称重技术和衡器的发展

电子衡器一般是指装有电子装置的衡器。

因其种类繁多，且涉及到贸易结算和保护广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为国家强制管理的法制计量器具。

电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。

电子衡器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点。

被广泛应用于我国煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域。

1.3电子秤的发展现状

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。

60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。

我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。

电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术

从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。

但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。

1.4电子秤的发展趋势

通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子秤总的发展

方向是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。

1）集成化

对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。

如秤体与称重传感器一体化的便携式静动态电子轮轴秤，多用硬铝合金厚板制成。

其结构原理是经过固溶热处理强化的铝合金板，或通过在4个角上钻孔和铣槽分

别形成4个悬臂梁型称重传感器；或在铝合金板的底面铣出多个对称的盲孔和盲槽形成整体剪切梁型称重传感器。

这就使得秤体与称重传感器合二为一，即铝合金板既是秤体台面又是一个大板式称重传感器。

以后者结构的10t便携式动态电子轮轴秤为例，其尺寸为720mrK550mrK32mm重量约为23kg。

2）智能化

电子衡器的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。

使电子衡器在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与采用智能化称重显示控制器的电子衡器的根本区别。

3）综合性

电子称重技术的发展规律就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。

例如在流量计量专业，如果按照传统的理论和方法建造一套标准大流量测量系统，价格相当昂贵。

如果采用称重法即质量流量法，只要将重量和时间测量准确，大流量的测量问题就迎刃而解了。

对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还远远不够，现代商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管

理自动化紧密结合，使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。

这就

要求电子计价秤能与电子计算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。

4）组合性

在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定；硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展；软件能按一定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。

5）小型化

体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。

近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了小薄轻的发展方向。

对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学要求计算决定。

钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极大地减化了秤体结构，减少了活动连接环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。

对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡，已经出现了采用方形或长方形闭合截面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式结构的秤体，4个称重

传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的固定支承就是秤体的承力支点，既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一种很有发展前途的秤体结构。

对于大型电子平台秤，可利用有限单元法进行等强度和刚度计算，采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。

6）模块化

对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。

以（5、&7）m

长的同宽度3种标准模块为例，由单块、二块、三块到四块分体组合，可以组合成长度为（5〜28）m勺22种规格的分体式秤体结构。

当然在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择其中10余种常用的标准规格即可。

这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量。

同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。

1.5现有电子秤的不足

我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。

我国的电子衡器要打入国际市场。

参与国际竞争。

就必须执行国际法制计量组织制定的国际建议并要有国际水平的技术与装备、有国际水平的质量。

这就要求企业以

技术为先导、以质量为中心、以管理为基础，努力提高制造技术与制造工艺水平，稳定产品质量。

增强国际市场竞争能力。

面对与国际先进水平的差距和我国国民经济持续发展的大好形势，我们衡器行业

发展应该是明确的，就是要从观念上、技术上和管理上迅速赶上，瞄准先进、与时俱进、迎接挑战、开拓创新、以提高制造技术与制造工艺水平为突破口，主要解决电子衡器中的工程化产品的定型设计。

生产工艺，质量保证，可靠性考核等规模生产中的关键技术与工艺，提高批量生产能力，使我国的民族衡器工业走上健康持续发展的轨道。

第二章芯片介绍

2.1单片机的发展

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

还有它的体积小、质量轻、价格便宜、而且它低电压，低功耗，便于生产便携式产品，因此为学习、应用和开发提供了便利的条件。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可……用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VC等等的家电里

面都可以看到它的身影！

……它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。

单片机是靠程序的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD400系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板!

但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！

只因为单片机的通过你编写的程序可以实现咼智能，咼效率，以及咼可靠性！

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更高级的还有自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械等等。

综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。

另一方面，单片机

应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了，因此单片机的学习、开发与应用是十分重要的。

2.2MSP430F149芯片

MSP43系列单片机是美国德州仪器（TI）推出的一款16位超低功耗的混合信号处理器，其在我国推出的时间也已经很久了，它以低功耗著称，并且将许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，因此一经推出便在我国得到迅速推广。

针对目前普遍使用的51系列单片机局限性，为了很好地满足控制器的准确性、精确性的要求，采取了一系列措施。

首先，考虑系统所接的外部模块比较多，需要的I/O口比较多，一般的8位单片机是不够用的所以考虑选择8位以上的单片机，再者32位的单片机功能又太过了，不仅I/O口比较多，而且好多集成的资源用不上都会浪费，所以考虑使用16位的单片机，而16位单片机中的TI公司MSP430系列的较为成熟，适用于在仪表仪器中使用，而且用在本系统中也正好合适，其次该控制器本身部分集成了12位的A/D转换器进行高精度转换，并可采用软件配置采样通道，确定采样序列，保存采样结果。

用于本系统中进行采样也比较合适，再次考虑控制器对功能性接口要求较高，而且存在较大数量的计算任务。

基于以上的考虑，选择了性价比比较高的MSP430F149单片机。

2.2.1MSP430F149的弓I脚

MSP430F14的引脚图如图2-1所示，引脚功能如表2-1所示。

5.&1

6.15

7.&1

^NPTXX

SMT

o.&1

1_GP

21甲SR

DNGA

DNGD

CCVA

47

46

45

44

43

42

41

40

39

38

37

36

35

34

33

P5

3

5.

P

-2「-0ppP

P4P4P4

4.3

44

pP

2「Q

444ppP

76.5

333ppP

4C3

303

203

103

o03

72P

62P

52P

42P

32P

22P

12P

o2P

DVCC

P6.3

P6.4

P6.5

P6.6

P6.7Vref+XIN

XOUT/TCLKVEref+Vref-/VEref-P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4

567

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

表2-1MSP430F14的引脚功能

引脚

I/O

说明

名称

序号

P1.0/TACLK

12

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，TACLK时钟信号输入

P1.1/TA0

13

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，捕获：

CCI0A输入，比较：

OUTO输出

P1.2/TA1

14

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，捕获：

CCI1A输入，比较：

OUT1输出

P1.3/TA2

15

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，捕获：

CCI2A输入，比较：

OUT2输出

P1.4/SMCLK

16

I/O

通用数字I/O引脚/SMCLK信号输出

P1.5/TA0

17

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，比较：

OUTO输出

P1.6/TA1

18

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，比较：

OUT1输出

P1.7/TA2

19

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，比较：

OUT2输出

P2.0/ACLK

20

I/O

通用数字I/O引脚/ACLK输出端

P2.1/TAINCLK

21

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，INCLK时钟信号

P2.2/CAOUT/TA0

22

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，捕获：

CCI0B输入，比较：

OUTO输出

P2.3/CA0/TA1

23

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，捕获：

CCI1B输入，比较：

OUT1输出

P2.4/CA1/TA2

24

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，比较：

OUT2输出

P2.5/Rosc

25

I/O

通用数字I/O引脚/外接一电阻用以决定DCO频率

P2.6/ADC12CLK

26

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器的转换时钟

P2.7/TA0

27

I/O

通用数字I/O引脚/Timer-A，比较：

OUTO输出

P3.0/SET0

28

I/O

通用数字I/O引脚/从机传输使能一USARTO/SPI模式

P3.1/SIMOO

29

I/O

通用数字I/O引脚/USART0/SPI模式的从输入或主输出

P3.2/SOMI0

30

I/O

通用数字I/O引脚/USART0/SPI模式的从输出或主输入

P3.3/UCLK0

31

I/O

通用数字I/O引脚/外部时钟输入一USARTO/UART或SPI模式，时钟

输出一USARTO/SPI模式

P3.4/UTXD0

32

I/O

通用数字I/O引脚/发送数据输出一USARTO/UART模式

P3.5/URXD0

33

I/O

通用数字I/O引脚/接受数据输入一USARTO/UART模式

P3.6/UTXD1

34

I/O

通用数字I/O引脚/发送数据输出一USART1/UART模式

P3.7/URXD1

35

I/O

通用数字I/O引脚/接受数据输入一USART1/UART模式

P4.0/TB0

36

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR0

P4.1/TB1

37

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR1

P4.2/TB2

38

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR2

P4.3/TB3

39

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR3

P4.4/TB4

40

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR4

P4.5/TB5

41

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR5

P4.6/TB6

42

I/O

通用数字I/O引脚/捕获I/P或PWM输出口一定时器B-7CCR6

P4.7/TBCLK

43

I/O

通用数字I/O引脚/定时器B-3的输入时钟TBCLK

P5.0/STE1

44

I/O

通用数字I/O引脚/从机发送使能一USART1/SPI模式

P5.1/SIMO1

45

I/O

通用数字I/O引脚/USART1的从输入、主输出或SPI方式

P5.2/SOMI1

46

I/O

通用数字I/O引脚/USART1的从输出、主输入或SPI方式

P5.3/UCLK

47

I/O

通用数字I/O引脚/外部时钟输入一USART1/UART或SPI模式，时钟

输出一USART1/SPI模式

P5.4/MCLK

48

I/O

通用数字I/O引脚/主系统时钟MCLK输出

P5.5/SMCLK

49

通用数字I/O引脚/子系统时钟SMCLK输出

P5.6/ACLK

50

I/O

通用数字I/O引脚/辅助时钟ACLK输出

P5.7/TBPUTTH

51

I/O

通用数字I/O弓1脚/切换所有的PWM数字输出口为高阻抗一定时器

B-3TB0~TB2

P6.0/A0

59

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道0

P6.1/A1

60

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道1

P6.2A2

61

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道2

P6.3/A3

2

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道3

P6.4/A4

3

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道4

P6.5/A5

4

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道5

P6.6/A6

5

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道6

P6.7/A7

6

I/O

通用数字I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道7

RST/NMI

58

I

复位输入、不可屏蔽中断输入口，或自动加载程序启动（FLASH版

本器件有此功能）

TCK

57

I

测试时钟，TCK是用于器件测试与自动加载程序启动的始终输入接口

（FLASH版本器件有此功能）

TMS

56

I

测试方式选择，器件编程与测试的输入口

TDI

55

I

测试数据输入口，期间的保护熔丝被连接到TDI

TDO/TDI

54

I/O

测试数据输出口、编程数据输出口

Veref+

10

I/P

送到模数转换器ADC12的外部基准电压

Vref+

7

O

模数转换器ADC12内部基准电压的正输入端

Vref-/Veref-

11

O

模数转换器AD