电子秤的设计毕业设计.docx

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电子秤的设计毕业设计

摘要

智能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。

智能电子称主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。

该电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、计价功能外，还能自动计算，数字显示，受到广大用户欢迎。

智能电子称由于携带方便，使用简单，对人们生活的影响越来越大。

本系统是针对是电子称的自动称重、自动计价、数据处理进行研究的。

为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究。

讨论了单片机控制系统中关键的中断、计算问题，结果表明通过软件设计实现更完善。

本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。

由于单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。

关键词

电子秤；单片机；A/D转换；称重传感器

Abstract

Intelligentelectronicbalancevaluesdetectionandthemodernnew-typenamesoftechnicalcomprehensiveonebodysuchasconversiontechnical,computertechnology,messagehandlinganddigitaltechnologyinstrument.Itsandourclosecombinationofdailylifebecomesakindofconvenient,shortcut,weighingaccuratetool,isappliedextensivelyincommercial,factoryrawfactory,gatherstrademarket,supermarketandlargescalemarket,themessageoftheetc.publicplaceofretailtradeshowsandweightcalculation.

Intelligentelectronicnamepassesthroughnamemainlywithsingleflatmachineascentralcontrolunit,valuesensortocarryoutmodulusconversionunit,itismatchingwithkeyboard,showcircuitandpowerfulsoftwaretoform.Itisaccuratethatthiselectronclaimstonotonlymeasure,fastconvenience,moreimportantautomaticnamemaystillrealizebesidesheavy,valuationfunctiontoremovethepeel,completely/hairturns,calculatevoluntarily,figureshows,iswelcomedbymassesofuser.Intelligentelectronicnamesincecarryconvenience,itismoreandmorebigtousethesimpleinfluenceforthatpeoplelive.

Thissystemaimsatistheautomaticnameofelectronicnameheavy,automaticvaluationanddatahandlingcarryoutresearch.Toexpoundtousesingleflatmachine,itistohowtocarryouthandlingforsamplingdata,isforthecollectionofdataandconversionandcalculationproblemhasstudied.Havediscussedthesuspensionofthekeyinsingleflatmachinecontrolsystem,calculateproblem,showasaresultthatthroughsoftwaredesign,realizationisperfectedmore.Thistextisweighingthefoundationofhardwaredesigntointelligentelectron,hasanalysedthesoftwarecontrolmethodofelectronicnameindetail.Sincetheelectronofsingleflatmachinecontrolweighsstructure,issimple,costischeap,receivedeeplypeoplelike,thistextwillcarryoutdetaileddiscussionforthis.

Keywords

Intelligenceelectronicweighing;MCU;A/Dconverter;weighingsensor;

绪论

随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越，电子称重装置推广，从而进入到传感器，电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。

它的特点是：

精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。

称重技术的突破是微处理机的应用。

称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。

这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。

也就是说、这种技术发展中的突破是必然的结果。

电子称重装置出现于80年代初，随着电子元器件集成化的迅速发展，随着微处理机，单片机的发展和计算机软件的开发，产品价格的下降、电子称重装置在技术上的优势；多功能、高精度、操作方便等，使得不仅实验室的传统称量装置已被电子称重装置所取代，这种趋势已经扩展到工业和其他领域。

本系统是针对自动称重、计算价格进行了研究的。

讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。

着重讨论了数据处理问题，结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。

设计特别适用于测量精度要求较高的场合,具有较高的实用价值和推广价值。

本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究,而且向多种功能的方向发展的思想，主要对电子秤一些简单功能进行了研究。

主要通过强大软件实现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。

本文中第一章讲述了电子秤的发展情况，第二章讲述了电子秤的工作原理，第三章讲述了电子秤的硬件电路组成部分。

第四章是本文的重点部分，详细介绍了电子秤的软件设计，及各部分功能实现的软件设计。

1.智能电子秤系统的概况

简单，成本随着自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、智能化、性价比等方面越来越难以满足人们的需要，尤其对一些微小质量的测量更显得力不从心。

为了实现高智能化的微小质量测量，以及商业流通领域中经常进行各种精度范围的重量测量，传统的秤砣加秤盘模式已经很难适应现代商业零售的需要。

同时商品种类的繁多和对服务更高的要求也促使电子秤的功能进一步扩展，而成为集度量、结算于一体的商业销售终端。

本着这些思想，本商用电子秤系统设计由传感器、A/D转换、单片机和LED显示器等组成，具有结构低，精度高等优点。

1.1电子秤的发展史

早在20世纪80年代，美国、德国等工业发达国家，就开始了数字式称重传感器和数字称重系统的预先研究和初期开发工作，经过十余年的努力，推出了多种数字式智能称重传感器及其称重系统，在电子称重领域备受瞩目,有力的推动了电子衡器数字化和数字称重系统的发展。

我国数字式智能称重传感器的研究开发始于20世纪90年代中后期，在短短几年时间里，研制出安装在模拟式称重传感器内部的小型数字化单元，完成了模拟信号与数字信号之间的转换，变模拟式称重传感器为数字化称重传感器，并应用于大型电子汽车衡和电子配料秤等小型称重系统中，取得了较好的测试结果。

近年来，又在数字化称重传感器的基础上，研究与实践数字式智能化电路，数字补偿技术与数字补偿工艺，开发整体型数字式智能称重传感器和分离型模块化数字称重传感器系统，已经取得了阶段性成果。

可以预计，很快就会在电子衡器数字化和数字称重系统中，见到国产的数字式智能称重传感器和模块化数字式称重传感器系统。

1.2智能电子秤应用范围

随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越来越高。

智能电子秤正是利用它精确、智能、方便、明了、可靠的特点，广泛应用在商业、企业、日常生活等各个领域。

1.3智能电子秤的研究动态

称重技术的突破是微处理机的应用。

称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。

这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。

也就是说、这种技术发展中的突破是必然的结果。

2.智能电子秤的工作原理

2.1智能电子秤性能及技术要求

（1）商场自动称重装置，并显示重量，手工设置单位价格，计算显示总价。

（2）采用4位半共阴（或共阳）LED显示。

2.2工作原理

根据智能电子秤的性能及技术要求，选择AT89C52单片机为核心，组成称量系统。

系统主要有AT89C52单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路、锁存器、等组成。

当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量变化产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入AT89C52单片机经过数据处理，AT89C52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。

另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入AT89C52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。

物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。

2.3基本结构

该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。

由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成。

该结构共分五大部分，即信号采集部分：

利用称重传感器获取外部重量信息；信号放大部分；模数转换部分：

利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；单片机控制部分：

单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；人机接口部分：

人机联系部件有键盘、显示器等，这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。

人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。

3智能电子秤的硬件设计

3.1信号采集电路

（1）本设计选用弹簧做为传感器。

被测量的力通过弹簧它所产生的弹性变形来改变接入电阻的大小，从而使电路中的电流发生改变，电流的改变与所称重量称一定的正比关系。

要求称重范围10Kg，重量误差不大于+0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。

（2）压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以要接入放大器。

我们考虑可以采用专用仪表放大器INA128此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。

放大器增益

，通过改变Rg的大小来改变放大器的增益。

INA128放大器如图3-1所示

：

图3-1放大器INA128引脚图

通过调节Rg的阻值来改变放大倍数。

微弱信号从第3脚输入放大后从INA128的第6脚输出，2，5脚接地，1，7脚接5V电压。

（3）经过放大电路的信号是模拟信号即模拟量，需要把它变成数字量才能送入单片机控制系统受理，所以需要有A/D转换电路。

由对传感器量程和精度的分析可知，A/D转换器误差应在0.03%以下：

8位A/D精度：

10Kg/256=39.06克

12位A/D精度：

10Kg/4096=2.44g

14位A/D精度：

10Kg/16384=0.61g

考虑到其他部分所带来的干扰,8位A/D无法满足系统精度要求。

作为一般小商品称重需求，我们只需要选择12位的A/D转换器就可以了。

双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。

对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。

只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。

尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。

故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。

作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上12位的AD足以满足要求。

另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。

综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7109。

ICL7109输出12位二进制码，且与微处理器有较好的兼容性，可与AT89C52直接相连，接口原理图见图3-2。

图3-2AT89C52与IC7109的连接

A/D转换器ICL7109的输入电压变化范围是-10V～+10V，传感器的输出电压信号在0～20mv左右，因此放大器的放大倍数在500～600左右。

由于ICL7109对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。

因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。

ICL7109主要有如下特性：

（1）高精度（精确到1/212=1/4096）；

（2）低噪声（典型值为15μVP-P）；（3）低漂移（<1μV/℃）；（4）高输入阻抗（典型值1012Ω）；（5）低功耗（<20mW）；（6）转换速度最快达30次/秒，当采用3.58MHz晶振作振源时，速度为7.5次/秒；（7）片内带有振荡器，外部可接晶振或RC电路以组成不同频率的时钟电路；（8）12位二进制输出，同时还有一位极性位和一位溢出位输出；（9）输出与TTL兼容，以字节方式（分高低字节）三态输出，并且具有VART挂钩方式，可以用简单的并行或串行口接到微处理系统；（10）可用RVNHOLD（运行/保持）和STATUS（状态）信号监视和控制转换定时；（11）所有输入端都有抗静电保护电路。

本系统采用直接接口方式，7109的MODE端接地，使7109工作于直接输出方式。

振荡器选择端（即OS端，24脚）接地，则7109的时钟振荡器以晶体振荡器工作。

由传感器传来的微弱信号经放大器放大后为0～5V，这时噪声的影响不是主要的，可把积分电容CINT选大一些，使CINT=2CAZ，选CINT=0.33μF，CAZ=0.15μF，通常CINT和CAZ可在0.1μF至1μF间选择。

积分电阻RINT等于满度电压时对应的电阻值（当电流为20μA、输入电压=4.096V时，RINT=200kΩ），此时基准电压V+RI和V-RI之间为2V，由电阻R1、R3和电位器R2分压取得。

本电路中，CE/LOAD引脚接地，使芯片一直处于有效状态。

RUN/HOLD（运行/保持）引脚接+5V，使A/D转换连续进行。

A/D转换正在进行时，STATUS引脚输出高电平，STATUS引脚降为低电平时，由P2.6输出低电平信号到ICL7109的HBEN，读高4位数据、极性和溢出位；由P2.7输出低电平信号到LBEN，读低8位数据。

本系统中尽管CE/LOAD接地，RUN/HOLD接+5V，A/D转换连续进行，然而如果89C52不查询P1.0引脚，那么就不会给出HBEN、LBEN信号，A/D转换的结果不会出现在数据总线D0～D7上。

不需要采集数据时，不会影响89C52的工作，因此这种方法可简化设计，节省硬件和软件。

STATUS作为中断请求信号与单片机的中断输入端相连。

由于采用了3.58MHz的晶振并经58分频，故7109完成一次转换所需的时间为T=8192（脉冲周期）×58/3.58=132.72ms,即转换速率为7.5次/秒。

7109输出的12位数据及极性、过量程标志分别由HBEN和LBEN控制，分两次送入单片机。

3.2单片机控制系统

该智能电子秤采用ATM公司的AT89C52作为CPU，它是一种低功耗高性能的八位CMOS微控制器，与MCS-51微控制器件兼容本设计的控制电路。

以单片机89C52为控制中心，负责接收数据和外接设备的信号，再处理数据，发出控制信号，以达到所需的要求。

89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。

80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

89C52单片机的引脚功能

本系统控制电路所采用的单片机是89C52，它是40引脚，DPI封装的集成电路芯片。

随着半导体工艺的成熟和生产的工业化，使它的价格越来越低，是经济型系统首选机型。

89C52具有丰富的I/O接口，内置定时计数器和中断系统。

各引脚分布和功能如下:

1.主电源引脚

单片机能够工作，需要电能，就少不了通过一个引脚给单片机提供电源。

单片机使用的是+5V电源，在本系统中，有专门的辅助电源，产生+5V电压，从40脚VCC接入，一般要接+5V电源，加引脚是一个接地引脚。

2.外接晶体振荡器的引脚

单片机是一种时序电路，只有在提供脉冲信号的作用下，才能正常工作。

因为不同用户对单片机的速度要求的不一样，因此在单片机的内部，并没有集成晶体振荡器，而由用户根据具体的控制情况和要求选择外接。

但外接的晶体振荡器的振荡信号，还不足以驱动单片机内部的时钟电路，因此，在89C52的内部，都设计一个高增益的放大器将外接的晶体振荡器产生的信号放大。

在原理图的18和19引脚，X1和X2就分别是放大器的输出和输入端。

在本系统中，我们选用单片机的振荡周期为12MHZ。

所以，采用外接12MHz晶体振荡器，同时外加30PF电容，构成时钟振荡。

3.I/O口第一功能

89C52有强大的I/O接口分别是P0.0－P0.7，Pl.0－P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7，一共有32个引脚，这32个引脚都可以作为输入/输出用，这32个引脚，就构成了89C52的4个并行I/O接口，完成数据的传送和控制。

4.控制信号引脚:

ALE:

地址锁存允许输出信号。

ALE信号是以晶体振荡频率的六分之一的固定频度周期性出现的正脉冲信号。

每出现一次，就意味着CPU要进行一次从程序存储器取指令字节的操作。

即使不访问外部存储器，也会在ALE引脚上以同样的频率了出现正脉冲。

因此可以将这个正脉冲作为外部时钟或外部定脉冲使用。

RST:

复位信号，用于单片机的初始化操作。

EA:

内部和外部程序存储器的访问控制信号。

当EA为高电平时，既可访问片内程序存储器，也可访问外部的程序存储器。

这就取决于PC值的大小。

若PC值在内部程序存储器的容量范围内，就访问内部的程序存储器。

所以当EA为高平时，如果地址小于8K（89C52内部有8K的程序存储器），访问内部程序存储器。

本系统的程序大约占2K的程序存储器，所以没有扩展外部程序存储器，故EA接为+5V高电平。

5.I/O口第二功能

由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的。

MCS-52系列把芯片引脚数目定为40个，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过这个数，为解决这个矛盾，当引脚数量有限时，唯一可行的办法，即给其中的一些信号引脚赋以双重功能。

对于同一系列中各种型号的单片机，其引脚的基本功能是相同的，所不同的是引脚的第二功能。

有的引脚的第二功能比它的第一功能还有用，有时可以不利用它的基本功能，但是不能没有它的第二功能，缺少了它的第二功能，单片机甚至不能工作。

P0~P3口的基本功能都是作为通用的双向I/O口，它们的第二功能分别如下:

P0口:

该压力水罐智能供水系统仅用内部存储器时，所以仅使用P2口的通用I/O口的功能。

Pl口:

P1口只能作为通用的I/O口使用。

P2口:

该压力水罐智能供水系统仅用内部存储器时，所以仅使用P2口的通用I/O口的功能。

P3:

在51单片机中，P3口的8引脚都具有特定的第二功能，而且都是很重

要的功能。

P3口的第二功能

引脚信号名称第二功能

P3.0RXD串行接收时，串行数据的输入口

P3.1TXD串行发送时，串行数据的输出口

P3.2/INT0外部中断0的中断请求信号输入端

P3.3/INT1外部中断1的中断请求信号输入端

P3.4T0定时器0作为外部计数时，外部计数脉冲输入端

P3.5T1定时器1作为外部计数时，外部计数脉冲输入端

P3.6/WR访问外部数据存储器写信号输出端

P3.7/RD访问外部数据存储器读信号输出端

单片机各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。

如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当单片机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，它们就自动充当着传输“写”或“读”信号的作用，不能作为通用I/O口时，也就是说，只要CPU执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明.P3口的第二功能信号都是单片机的重要控制信号.因此在实际使用时，都是按需要选用其第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份做数据I/O口使用.

单片机的P0口与A/D转