毕业设计基于单片机控制的电子秤售药系统设计含外文翻译.docx

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毕业设计基于单片机控制的电子秤售药系统设计含外文翻译

电子秤售药系统设计

[摘要]电子秤售药系统是以AT89C52为核心设计的。

利用高灵敏度的压力传感器来提取信号，系统中通过称重传感器输出的模拟信号经放大器放大处理后送入8位模数转换器AD0809中转换。

转换的重量数据由单片机AT89C52处理并显示，再通过4×4键盘输入单价，且要计算总金同时显示。

[关键词]电子秤键盘/显示称重传感器A/D转换器

Thedesignisasystemofelectronicscale

forsellingmedicine

caomeng

（Grade04,Class041,MajorObservationandcontroltechnologyandinstrument，SchoolofMechanicalengineering.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723003，Shaanxi）

Supervisor:

LiuChunrong

AbstractAT89c52isthekernelinthesystemofelectronicscaleforsellingmedicine.Wegetthesignalfromthesensitivepressuresensorandamplifyit.Theoutputofweighingsensoranalogsignals,areamplifiedanetheprocessedinto8bitAD0809AnalogtoDigitalConversion.Thedate,isconveiedafterBCDbyAT89C52,handlinganddisplay,anethenthroughthe4×4keyboardinputpricealsoshowedthatandtocalculatethetotalshows.

KeywordTheelectronicscaleKeyboard/DisplayWeightsensorA/Dconverter

2方案论证…………………………………………………………………4

4软件设计……………………………………………………………….24

致谢……………………………………………………………………..39

附录A：

英文资料翻译

附录B：

程序清单

附录C：

系统硬件图

引言

随着世界电子信息事飞速发展的潮流，我国的电子仪器也进行着不断的发展。

各种新技术新产品不断得应用于其中，例如：

大规模集成电路、计算机技术也迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛应用，使得传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化。

目前，有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品，而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系，给人类带来了极大的方便。

在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜，性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。

物品称量是市场交易中很基本的活动，是商业领域最基本的衡具。

传统的量具是杆称或盘称，20世纪70年代开始出现了电子称。

早期的电子称多通过模拟电路实现，随着电子技术的不断发展，数字芯片的价格逐渐下降，模拟控制已逐步被数字控制所替代，电子称的设计模式也大都以微处理器为核心，使精度和可靠性都有了明显得提高。

单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等优点成为现在电子仪器中的核心元件。

智能电子秤在各行各业中开始显现其测量精度高，测量速度快，操作简单易学，可以实时监控的巨大优点，使其已经开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量秤，成为测重领域的主流产品。

目前，商用电子计价秤的使用非常普及，例如：

超市，批发部等。

它将逐渐取代传统的杆秤和机械案秤，而目前中草药店售药时所用的秤一般都为杆秤，其要求精度高，小量程。

具有高精度，小量程，自动计价等功能的一个电子秤售药系统，将是该领域发展的必然趋势。

1电子秤介绍

1.1电子秤的工作原理及使用

1.1.1什么是电子秤

传统的量具是杆称或盘称，20世纪70年代开始出现了电子称。

早期的电子称多通过模拟电路实现，随着电子技术的不断发展，数字芯片的价格逐渐下降，模拟控制已逐步被数字控制所替代，电子称的设计模式也大都以微处理器为核心，使精度和可靠性都有了明显得提高。

以上无论是由机械元器件组成的机械案秤或是电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤还是由单片机系统设计的电子计价秤，它们的实质是：

利用作用于物体上的重力来测量该物体质量的仪器而装有电子装置的秤被称为电子秤

1.1.2电子秤的工作原理

电子秤具有计价和显示的功能，包括单片机，键盘，显示器等部分。

由这些基本的构件就构成了实用电子秤的工作原理。

市场上的电子秤虽然品种多样但其原理都大致相同即：

称重物品经由装在构件上的重量传感器，传感器产生形变，导致激励电压变化从而产生可变得模拟输出。

模拟信号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字信号，数字信号有中央处理器CPU（单片机）运算处理，而周边所需的功能及各种接口电路也和单片机连接应用，最后，由显示屏幕用数字方式显示。

图1.1电子秤的内部基本结构

1.1.3电子秤的发展趋势

通过分析近些年电子称重的发展情况及国内外市场要求，电子秤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度高，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。

第一，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。

    第二，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。

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。

    第三，集成化 对于某些品种和结构的电子秤，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，都可以实现秤与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤与铁路线路一体化。

第四，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。

第五，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。

第七，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

1.2中药材售药电子秤系统设计背景及应用前景

1.2.1中药材电子秤的设计背景

电子秤的发展是从50年代中期电子技术的渗入推动了称重事业的发展。

近年来更有了很大的发展，各种精度的称重传感器也相继出现，特别是高精度，销量程传感器的出现为中药材电子秤的出现提供了有力的保证，在各城中领域普遍应用电子秤的情况下，中药材电子秤也将是该领域发展的必然趋势。

1.2.2中药材电子秤的应用前景

通过分析近些年电子称重的发展情况及国内外市场要求，电子秤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度高，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。

中药材电子秤也将按照这样的趋势发展趋势。

并且功能也不断地增加为中药材销售带来更好的方便。

2.1方案论证

2.1.1利用V/F变换芯片LM331

该方案基于单片机AT89C51的电子计价秤的软硬件设计方法。

该方案是由应变片式传感器组成的全桥电路感应物体重量后转换成与之成线形关系的电压，再通过V/F变换电路，10倍倍频电路转换脉冲信号输入AT89C51单片机进行处理，并且需要显示屏来显示。

LM311是压频变换器件，把电压信号转换为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量。

对于单价输入以及显示，则需要键盘专用芯片来实现。

该方案虽不用A/D转换器，但对于小信号放大，调理电路都比较复杂，并且LM311外围电路较繁琐，参数配置相对严格，如图2-1所示系统的信号预处理电路的系统框图。

图2.2信号预处理电路的系统框图

该方案的突出特点示把模拟电压转换成抗干扰能力强的脉冲串。

V/F转换过程是对输入信号的不断积分，它需要被测信号提供适当的驱动电流，因干扰信号不能提供电流而被滤波掉。

另外，V/F变换与计算机接口很容易采用光耦隔离。

由于在科学文化知识学习的过程重，对V/F变换芯片接触较少，且其外围电路繁琐等缺点，该方案不是最优方案。

2.1.2选用常用的8位逐次比较式的AD0809芯片

此方案是基于AT89C52单片机的电子秤的软硬件设计方法。

其工作原理是：

称重药品经由称重传感器，将模拟信号，经放大电路处理后由AD0809转换位8位的数字信号，该数字信号经由AT89C52单片机处理送入可编程键盘/显示接口芯片8279的写显示寄存器中显示重量。

键盘设置为8279芯片4*4键盘从而可输入单价并显示，且通过程序计算并且显示总金额。

此方案的系统总体电路框图如图2.3所示。

图2.3系统总体电路框图

它无须外接元器件就可以独立完成A/D转换功能，其转换时间为15～35µS，且较便宜，便于使用，编程简单。

而可编程键盘/显示接口芯片8279与单片机系统接口方便，在键盘和显示功能上，大大优于8155，8255等接口芯片，后者在键盘与显示器应用中的软件编制及硬件设计中必须考虑到静态，动态显示，串行口控制，占用I/O资源，以及键盘消除抖动和判别重键等。

在很多情况下，键盘和显示器造成硬件系统复杂，软件冗长，且占用CPU很多时间。

而8279芯片只要通过对其内部控制字进行直接定义，就可实现在多重模式下，对键盘和显示器件的自动扫描，上下档键值读数和显示器数据控制。

根据学习情况与现有条件，所以该方案为此次毕业设计的最终方案。

3系统的硬件设计

3.1电子秤售药系统各模块的设计

3.1.1单片机的选择

单片机选用我们熟悉的单片机。

即最后电路的核心采用最常用的，好用和廉价的ATEMAL公司的AT89C52。

具体结构详见下节。

3.1.2电子秤售药系统的各模块的设计

3.1.2.1称重传感器及其放大电路模块

（1）：

称重传感器的选择

根据设计要求，网上资料和请教他人的经验，选择了深圳市杰英特传感仪器有限公司的铝质精度小量程称重传感器CZA-109，该传感器主要用途是称重范围小，精度高，体积小的电子秤。

表3.1称重传感器的主要技术指标（如下）

量程

g

200、300

备注

综合精度

%FS

0.1

输出灵敏度

mV/V

0.23——0.30

非线性

%FS

0.1

滞后

%FS

0.1

重复性

%FS

0.1

蠕变

%FS

0.1

10Min

零点漂移

%FS

0.1

60Min

零点温度漂移

%FS/10℃

0.3

灵敏度温度漂移

%FS/10℃

0.3

零点输出

mV/V

±0.1

输入阻抗

Ω

1000±100

输出阻抗

Ω

1000±100

绝缘阻抗

MΩ

≥1000

50VDC

激励电压

V（DC/AC）

≤6

工作温度

℃

0~+50

输出形式

电压信号

输出电压

0-20mv

安全超载

%FS

150

（2）称重传感器的选择

根据所选的称重传感器的规格知它输出的信号是电压信号且电压的大小为20mv，而模数转换器AD0809的输入电压可以是0～5V之间。

所以对称重传感器放大250倍使其电压为5v，然后送入到AD0809中。

其放大电路如图3.21所示。

用一个运算放大器HA17741放大，其中运放的增益为：

Rf=-（R2/R1）=-（250K/1K）=-250

3.1.2.2数据采集及其与单片机接口模块

（1）.A/D转换器的选择

按设计要求，电子秤最大称重为250g，称重精度为1g。

按上述精度要求，A/D转换后，每位代表的重量不应高于：

λ=1/250

所以至少需要N=8位ADC（其分辨率为1/250），因而选用AD0809来作为该系统的AD转换器

（2）.AD转换模块

AD0809与AT89C52的；连线图如下图所示

图2.4单片机与AD转换器的连线图

3.1.2.2显示模块

1.器件的选择与功能：

显示器采用4位集成式共阴性LED，单片机控制LED的数据显示，采用两片74LS273地址锁存器来对位码与段码进行上升延锁存相应的地址口为,字位口：

DFFFH，字段口：

BFFFH

74LS02：

非门，对单片机的片选信号取反，并和读写信号一起作用决定74Ls273的片选

2.地址分配与硬件连接：

P2.5与写信号一起组成字位口的片选信号，字位口：

DFFFH，

P2.6与写信号一起组成段位口的片选信号，断位口：

B000H，

D0-D7单片机的数据总线，LED显示内容通过这些总线从单片机送到LED

3.LED的显示程序

1〉.定义：

根据驱动电路的硬件连接，得到LED的字位与字型口的地址

2〉.显示：

得到字型与字位口的地址后。

向不同的字位送数据，进行数据的显示

LED显示采用并行驱动电路，因为并行驱动结构比较简单可清楚地说明地址与数据总线的复用情况，采用动态扫描方式不停的扫描字位口，从而实现不同字位口的数据动态显示。

4.显示部分接线图如下：

图2.5LED与74Ls273的连线图

3.1.2.4键盘输入模块

在本系统中键盘主要用来输入单价的，因而应该可以输入0-9的各个数字及小数点，还要具有确认和清零的作用。

在本系统中采用3*4键盘用来输入以上的内容。

因为键是利用机械触点的闭合和短开来完成的，因机械触点有弹性作用，再闭合或段开的瞬间都存在一个瞬间的不稳定作用。

为保证按键的准确输入，单片机应用系统中应当对键盘进行去抖动，可以使用软件去抖和硬件去抖。

图2.6单片机与键盘接口电路

3.2电子秤售药系统应具有的软件功能

此次设计从总体上讲，设计任务可分为硬件和软件设计两大部分，两者应紧密协调，不可分离。

首先在对称重传感器输出的模拟信号预处理使，放大信号选择了硬件放大，用放大器与电阻构成比例放大电路，

因为输入的是模拟量还要转换为相应的数字量才能进行数据处理。

本次采用AD0808作为转换器。

启动AD0809芯片，传输转换好的数据到单片机，单片机对数据BCD码化，将处理好的数据送入数据显示器中进行显示，

该系统应该能够显示中药材的质量和总价，需要采用LED来显示处理后的数据，需要有数字拆分和显示程序。

要具有计价功能还应该既有输入功能，可以输入数字的单价，并且有结算出总价的功能。

因而需要有人及交换的部分，在该系统中采用的是键盘进行数据输入，每一个键盘代表相应的不同数据，还要有“确认”和“清除键”，已而需要有键盘扫描程序，键盘设置程序，要使其工作性能提高，还要将其进行软件去抖。

3.3电子秤售药系统的个元器件的介绍

3.3.1压力传感器（称重传感器）

（1）传感器的概念

传感器是把一种物理量（或化学量、生物量）转换成另一种与之有确定对应关系的物理量（通常是电量）的装置。

它是测量系统中最重要的环节。

（2）传感器型号的选择：

要考虑各传感器的适用范围主要取决于称重的类型和安装空间保证安装合适，称量的可靠性，另外要考虑厂家的建议厂家一般都根据传感器的受力情况，性能指标，结构形式等，规定其适用范围。

比如：

计价秤，平台称，案秤，都适合铝式悬臂梁式传感器。

本次选用的称重传感器也是该类型。

（3）传感器准确度的选择：

准确度等级包括：

非线性形变，蠕变，蠕变恢复，滞后重复性，灵敏度等级等技术指标，选择时既要满足精度又要考虑其成本。

称重系统是对传感器的输出信号经过处理后显示结果，一次灵敏度要满足称重系统相匹配。

选择时，应是传感器的准确度略高于理论计算值，因为理论往往受客观条件限制影响称重系统的准确度要求，要从各方面提高要求，又要考虑经济效益确保高的性价比。

（4）称重传感器准确度要求：

量程的选择：

一般使用的传感器工作在其30%-70%的量程内，这样可以保证传感器的精度与寿命。

根据最大称量值选择传感器的个数，秤体自重，可能产生的最大偏载及动载等因素来确定

3.3.2单片机AT89C52

AT89C52单片机是本设计所有功能的一实现的核心，它对整个系统的运行起监测和控制作用。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256bytes的随机存储数据存储器（RAM），其间采用ATMEL公司的高密度、非易事性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有41个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个双工串行通讯口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

主要功能特性如下：

·兼容MCS51指令系统·8k可反复擦写（）1000次）FlashROM

·32个双向I/O口·256x8bit内部RAM

·3个16位可编程定时/技术器中断·时钟频率0—24MHz

·2个串行中断·可编程UART串行通道

·2个外部中断源·共6个中断源

·2个读写中断口线·3级加密位·

·低功耗空闲和掉电模式·软件设置和唤醒功能

图3.1AT89C52的引脚图

Vcc：

电源电压

GND：

地

P0口：

P0口是一组8位漏记开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流方式驱动8个TTL逻辑们电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外上拉电阻。

P1口：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可以驱动（即收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口斜“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一格电流I。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

图3.2P0口位结构

图3.3P1口位结构

表2.1P1.0、P1.1的第二功能

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），始终输出

P1.1

T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）

图3.4P2口位结构

P2口：

P2口使一格带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（即收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可

作输入口，坐输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一格电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DOTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）是，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收稿地址和一些控制信号。

P3口：

P3口使一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口斜入“1”时，他们内部上位电阻拉高兵可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

表2.2P3口的第二功能

端口引脚

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

INT1（外中断1）

P3.4

T0（定时/计数器0）

P3.5

T1（定时/计数器1）

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）

此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位引脚。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址所存允许）

图3.5P3口位结构

输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外部输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的选通信号，当AT89C52有外部程序存储器去指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

须注意的是：

如果加密为LB1被编程，复位时内部会锁存EA段状态。

如EA端为高电平（节Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该期间是使用12V电压VPP。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

在本次的设计中，我们采