电子秤设计课程设计docWord下载.docx
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4.按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；
设计说明书应在4000字以上。
技术参数
1.测量质量误差小于5%；
2.显示最小分辨率为1克。
进度计划
1.布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1天）
2.对系统功能进行分析（1天）
3.系统硬件电路设计（2天）
4.系统软件设计（2天）
5、实验测试、答辩。
（2天）
6.撰写、打印设计说明书（2天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。
它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。
本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。
利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。
单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。
此次课程设计为简易的电子秤的设计，实现的功能为当被称物体放在承载器上时，通过传感器和单片机之间的配合作用，结合软件将物体的重量实时显示在LCD显示器上。
关键词：
单片机；
电子秤；
压力传感器；
A/D转换器
第1章绪论
随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。
电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。
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，电子衡器总的发展趋势是小型化、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。
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数或特性。
不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成：
（1）承重、传力复位系统
它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。
（2）压力传感器
即由非电量（压力）变成电量的转换元件，它是把支承力变换成电或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。
按照压力传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。
对压力传感器的基本要求是：
输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；
有较高的灵敏度；
对被称物体的状态的影响要小；
能在较差的工作条件下工作；
有较好的频响特性；
稳定可靠。
（3）测量显示和数据输出的载荷测量装置
即处理压力传感器信号的电子线路（模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。
这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。
在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、过滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
第2章课程设计方案
概述
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量的测量仪器，也可用来确定与物体质量相关的其他量的大小，参数，或特性。
电子秤一般由以下三部分组成。
承重、传力复位系统，压力传感器，测量显示和数据输出的的载荷测量装置。
当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。
此信号由放大电路进行放大、再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理和运算。
运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示。
本课设的主要设计思路是：
主要技术指标为：
分度值0.001kg;
测量质量误差小于5%。
系统组成总体结构
前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。
这种方案满足设计要求，可以显示所称量的物体质量。
系统总体结构框图如图2.1所示：
图2.1系统组成总体结构框图
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。
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。
第3章硬件设计
AT89C51主控电路
主控制器AT89C51
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器。
低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
单片机最小系统
单片机最小系统由AT89C51单片机、复位电路、晶振电路以及电源电路组成。
如图3.1所示：
图3.1单片机最小系统
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0
口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3.3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（记时器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）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，
ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的读选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
压力传感器
传感器的定义：
能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。
现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；
传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。
因此，传感器的地位与作用特别重要。
在设计中，传感器是一个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显的特别的重要，不仅要注意其量程和参数，还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。
一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。
但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。
本设计要求重量误差不大于1g，量程为0-1kg。
为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。
传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。
在实际工作中，要求压力传感器的有效量程在20%～80%之间．线性好，精度高。
综上考虑，采用电阻应变片式传感器。
其量程为1kg。
称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。
由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。
该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图3.2所示。
图3.2全桥测量电路图
当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。
应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。
若差动工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R，则电桥输出为：
应变片式传感器有如下特点：
（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。
（2）分辨率和灵敏度高，精度较高。
（3）结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。
（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。
综合考虑传感器采用SP20C-G501电阻应变片式传感器，刚好满足最小分辨率1g的要求而且经济适用。
放大电路
本次课程设计中，需要一个放大电路，将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。
在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。
方案一：
利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路。
普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。
由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。
所以，此种方案不宜采用。
方案二：
主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；
差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放做成一个差动放大器。
一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输入阻抗，因而在传统的电路设计中都是把集成化仪器放人器作为前置放大器。
然而，绝大多数的集成化仪器放大器，特别是集成化仪器放大器，它们的共模抑制比与增益相关：
增益越高，共模抑制比越大。
而集成化仪器放大器作为心电前置放大器时，由于极化电压的存在，前置放大器的增益只能在几十倍以内，这就使得集成化仪器放大器作为前置放大器时的共模抑制比不可能很高。
为了实现信号的放大，其设计电路如图所3.3示：
图3.3信号放大电路
前级采用运放Al和A2组成并联型差动放大器。
理论上不难证明，存运算放大器为理想的情况下，并联型差动放人器的输入阻抗为无穷人，共模抑制比也为无穷人。
更值得一提的是，在理论上并联型差动放人器的共模抑制比与电路的外围电阻的精度和阻值无关。
阻容耦合电路放存由并联型差动放大器构成的前级放大器和由仪器放大器构成的后级放大器之间，这样可为后级仪器放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比提供了条件。
前置放大器的输出阻抗很低，同时又采用共模驱动技术，避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称（匹配）导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。
后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。
由于阻容耦合电路的隔直作用，后级的仪器放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。
A/D转换器
A/D转换的选择
模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
在实际的测量和控制系统中检测到的是压力、数值都连续变化的物理量，这种连续变化的物理量称之为模拟量，与此对应的电信号是模拟电信号。
模拟量要输入到单片机中进行处理，首先要经过模拟量到数字量的转换，单片机才能接收、处理。
实现模/数转换的部件称A/D转换器。
本次课设选择ADC0804，ADC0804是属于连续渐进式的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。
ADC0804引脚及其功能
图3.4ADC0804
：
芯片片选信号，低电平有效。
即
=0时,该芯片才能正常工作，高电平时芯片不工作。
在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。
启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即
信号由低电平变成高电平时，触发一次ADC转换。
低电平有效，即
=0时，DAC0804把转换完成的数据加载到DB口，可以通过数据端口DB0～DB7读出本次的采样结果。
VIN（+）和VIN（-）：
模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接VIN（+）端，VIN（-）端接地。
双边输入时VIN（+）、VIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。
当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在VIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从VIN（+）中减去这一电压。
Vref/2：
参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外接电压，则ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则VREF与Vcc共用电源电压，此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值。
CLKI和CLKR：
外接RC振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK=1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz～1460KHz。
AGND和DGND：
接模拟地和数字地。
转换结束输出信号，低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起
=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的
，
脚），当产生
信号有效时，还需等待
=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将
引脚悬空。
D0-D7：
输出A/D转换后的8位二进制结果。
显示模块设计
LCD液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：
（1）显示质量高：
由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器那样需要不断刷新新亮点。
因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。
（2）数字式接口：
液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。
（3）体积小、重量轻：
液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。
（4）功耗低：
相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×
2个字符，芯片工作电压:
4.5—5.5V，工作电流:
2.0mA（5.0V），模块最佳工作电压:
5.0V，字符尺寸:
2.95×
4.35（W×
H）mm。
由于本次设计的显示模块需要显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会占用多个单片机I/O口,使得电路变得更为复杂。
所以选用液晶显示，1602LCD符合基本条件，能够采用，显示电路如图3.5所示。
图3.5显示电路
报警电路
当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时，将产生一个信号给报警电路。
使报警电路报警从而提醒工作人员注意，它是有89C51的P2.6口来控制的，当超过设置的重量时（1Kg），通过程序使P2.6口值为高电平，从而使三极管导通，报警电路接通，使蜂鸣器SPEAKER发出报警声，这一任务的实现主要靠程序来完成。
报警电路图如图3.6所示。
图3.6声音报警电路图
第4章软件设计
程序设计的步骤
程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。
其步骤可概括为以下三点：
⑴分析系统控制要求，确定算法：
对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。
这是能否编制出高质量程序的关键。
⑵根据算法画流程图：
画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性。
⑶编写程序：
根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。
主程序流程图的设计
系统上电后，初始化程序将RAM的30H～5FH内存单元清零，P2.6引脚置成低电平，防止误报警。
主程序模块主要完成编程芯片的初始化及按需要调用各模块（子程序），在系统初始化过程中，将系统设置成1Kg量程，并写1Kg量程标志。
设计流程图如图4.1所示。
图4.1主程序流程图
C语言程序如下：
中文ＬCＤ液晶128X64的地址
W_C_GLCDXDATA0E000H
W_D_GLCDXDATA0E001H
R_B_GLCDXDATA0E002H
R_D_GLCDXDATA0E003H
TIMER0DATA30H;
延时时间的初值
TIMER1DATA31H;
调用延时子程序的次数
DATA1DATA32H;
点阵显示的变量1
DATA2DATA33H;
点阵显示的变量2
XDATA34H;
X方向的位置
YDATA35H;
Y方向的位置
COUNTERDATA36H;
计数器
NDATA37H;
行数变量
D1DATA38H;
点变量1
D2DATA39H;
ADDRDATA3AH;
起始的显示位置
ADDR1DATA3BH;
起始的显示位置临时变量
N1DATA3CH;
行数的临时变量
主程序开始
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0030H
START:
CLRP1.0
SETBP1.1
MOVSP,#60H
LCALLINITIAL_GLCD;
调用LCD初始化
LCALLKAIJI;
显示开机画面
LCALLDELAY500
LCALLTISHI;
显示主界面
LCALLINI_8279
判断是否继续
KEY-A：
MOVDPTR，#8101H
MOVXA，@DPTR
A
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