基于单片机的电子计价秤的设计毕业设计.docx
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基于单片机的电子计价秤的设计毕业设计
毕业设计
基于单片机的电子计价秤的设计
学生姓名
杨欢
学号
090910010
学院
计算机与信息工程学院
专业
电子信息工程
班级
电信0901
指导教师
曹东波
职称
教授
湖南商学院
2013年6月
湖南商学院本科毕业设计诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
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结果由本人承担。
本科毕业设计作者签名：
年月
内容摘要
现代社会的发展对其称重技术提出了更高的要求。
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、需要交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。
但是在工业测量中还没有让人们期待的电子秤出现。
多年来，人们一直期待测量准确、价格低廉的在工业发展中起到巨大作用的电子秤投放市场。
目前国际化的趋势是电子秤向小型化，模块化，集成化，智能化，其技术性能趋向于速率高，准确度高，稳定性高，可靠性高等，有很好的发展前景。
本系统的硬件部分以单片机AT89C51为处理芯片，外围附以称重检测传感器、放大调理电路、A/D转换模块、输入显示模块等构成智能秤重系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。
软件部分应用单片机C语言实现了本设计全部处理功能，包括称重功能，显示功能，价格记忆功能，计算总价功能，计时功能，可以说，此设计所完成的电子秤在很大程度上满足了应用要求。
关键词
单片机；电子秤；显示；重量
ABSTRACT
Thedevelopmentofthemodernsocietyhasputforwardhigherrequestonweighingtechnology.Thedesk-topelectronicscaleshavebeenwidelyusedincommercialtrade,buttheyhavemanyshortcomingssuchaslargevolume,highcost,ACsupplypowerandnoteasytocarry,sotheyarerestrictedinuse.Peoplehavebeenexpectingcheapportableelectronicscaleswhichcanmeasureaccuratelyandbecarriedconvenientlyformanyyears.Newtypeofportableelectronicscalescanmeasurerapidlyandaccuratelyandcommunicatevalue.TheInternationalofelectronicscalestrendtothesmall,modular,integrated,intelligent,anditsperformancetendtoratehightechnology,highaccuracy,highstability,highreliability,therearegoodprospectsfordevelopment.
AT89C51isthehandlingchipofthehardwareofthissystem.Andthesmartweighingsystemboardconsistsofweighingdetectionsensors,magnifyingadjustmentcircuit,A/Dconversionmodule,theinputanddisplaymoduleandsoon.Allofthesearebenefittotheautomaticweighingsystemforfinishingavarietyofcontrolfunctions.Thesoftwareofapplication-chipimplementationusetheClanguagetorealizeallprocessingcapabilities,includingweighingfunction,displayfeatures,priceandmemoryfunction,re-calculatefunction,timingfeatures,itcanbesaidthatthisdesignmeettheapplicationrequirementstoalargeextent.
KEYWORDS
SCM;Electronicscale;Display;Weighingdete
多功能电子计价秤设计
第一章绪论
1.1本设计研究的目的、现状和发展趋势
1.1.1电子称重技术研究的目的
传统的机械秤存在很多的缺点，其中包括体积比较庞大，反应灵敏度不那么快，除此之外，传统的机械秤的测量误差也很大。
因此机械称一般只会在一些特殊场合下才-会使用，其他场合一般只用电子秤。
电子秤内部拥有高精度称重传感器，不仅在精确度、灵敏度还是稳定性方面要更胜一筹，而且满足了人们“速度快、连续、非手动的称量想法。
目前市场上使用的称量工具，都有很的缺点，其中最主要的包括结构比较复杂、运行不太可靠、成本较高、整体水平不高，由于部分小型企业质量不高、技术薄弱，设备不全，而且产品的开发能力比较差，所以产品质量在低水平徘徊。
因此，要想从技术上克服上述诸多缺点，必须要有针对性的设计出具有实用价值的电子秤系统，从而能够改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。
1.1.2电子称重技术的现状
在很长一段时间内，我们所用的量具是杆秤或者盘秤，电子称在20世纪70年代的时候开始使用。
刚开始使用的电子秤大多都是通过模拟电路来实现其功能，但随着电子技术的逐步发展．数字芯片的价格也开始慢慢下降，模拟控制也慢慢被数字控制所取代，电子秤也大都用以微处理器为核心的设计模式，精确度和可信性也大大的提高了。
8位微处理器足可满足小型商用电子秤运算。
电子称重系统如果将多只传感器的输出进行和算，这算得出的称重结果应该会更加的精确。
从模拟串联和算到模拟并联和算的发展，电子称的成本也因此大幅度的降低了。
稳定性与可靠性也提高了。
但是，后者也有不足，比如对传感器的性能要求提高了、单个传感器无法进行体测等。
相对现在来说，采用数字和算能够很好的解决上述问题。
1.1.3电子称重技术的发展趋势
电子称的发展方向为：
微型化、分块化、智能化、高度集成化；技术性能朝着速率高、准确度高、可靠性高发展；它的应用性趋向于更加的全面，而且不再单一。
现在电子称的附属功能主要包括下面三种：
（1）有运输包装的重量（皮重）、净重显示等功能。
有些电子秤就已经有了这种动态秤量模式，就是经过进行算术平均、积分处理和自动调零等一些方法进行处理，就能够消除上面所述的误差；
（2）电子称另外还用计算机信息来控制整个系统，这样就能够进行自动诊断、自动校正和多种补偿计算和处理；
（3）附加单价总金计算功能。
目前的电子称拥有多种计算和数据处理功能，用来实现多种使用的要求。
电子称的称重功能的核心技术是微电脑控制芯片处理器。
由于集成芯片技术的发展，所以，在设计电子称系统的时候，设计者一般都会选择性的去使用大量的集成芯片，这样，电子模式对于电子系统来说，就已经成为了过去，智能化和多元化也将是电子系统发展的必然趋势。
精度高、功能强和使用方便这些明显的优势，使电子称的实用性有了很高的性价比，机械式的称重工具也会在很多的实际应用中被电子称所替代。
目前，微处理器应用技术在电子技术的快速发展下也慢慢变得成熟起来，这样，基于微处理器为核心的电子称系统的功能也渐渐地变得更加满足人们的需求，所以多元化智能电子称拥有很大的发展空间和价值。
1.2本设计的主要内容
1.2.1设计任务
设计一个多功能电子计价秤。
1.2.2设计要求
（1）能用键盘设置单价，称重后能同时显示重量、单价和总额；电子计价秤：
最大称重为15.000公斤，重量误差不大于±0.1％；
（2）具有数码显示，显示重量、单价、总额等信息。
a.重量显示为5位数码，单位为公斤，最大重量显示值为99.999公斤；
b.单价金额显示为5位数码，单位为元，最大单价金额显示值值为999.99元；
c.总价金额显示为6位数码，单位为元，最大总价金额显示值值为9999.99元，总价金额误差不大于0.01元
1.3主要工作
本论文的主要设计思路是：
通过压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，然后再经过电压放大电路对电压信号进行放大，接着再经过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。
单片机再对数字信号进行相关的处理，就能得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。
另外，还能够用键盘设定所称物品的价格。
第二章系统总体设计
2.1系统总体框图
本系统通过传感器将被测物体的压力转换成电压信号输出，由于这一信号通常都很小，因此需要先通过放大系统进行放大，接着再对信号进行处理。
放大系统把来自传感器的微弱信号放大到适当范围，放大后的信号经过模数转换后成为数字量，然后送入单片机进行数据处理及译码显示，显示被测物体的重量值。
要实现本系统的要求，系统可划分几个模块：
数据采集模块、信号放大模块、模数转换模块、单片机控制模块、人机交换模块。
（其中人机交换模块中包括:
声音报警、LCD显示、键盘输入）。
有关系统设计总体方案图如图2.1所示。
图2.1设计思路框图
2.2主控制单片机的选择
选择单片机的型号的出发点有以下两个方面：
（1）市场份额
在选择单片机的时候，系统设计者必须得注意，只能在市场上能够提供的单片机中选取，尤其是那些能够大量生产的应用系统，而不是那些有很大局限性的应用系统，而且所选取的单片机的型号必须能随时能够买到。
（2）研制周期
如果设计任务繁重、时间比较紧迫，还很有必要考虑选自己比较熟悉的单片机型号，也得选一个性能优良的开发工具，这样才能加快系统的研制进程。
针对本系统，特提出以下两种方案以供选择：
方案1：
采用FPGA作为处理器。
FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件，FPGA实现规模比较大的逻辑电路，功能可以比较复杂灵活，用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。
由于FPGA中的编程是一个静态随即存储结构,所以断电后数据便随之丢失。
因此每次开始工作时都要重新装载编程数据，并需要配备保存编程数据的EPROM。
这些都给使用带来一些不便。
方案2：
AT89C51是内集成了中央处理器（CPU）、4KB程序存储器（ROM）、128B数据存储器（RAM）、128B特殊功能寄存器（SFR）、2个16位的定时器/计数器（T0和T1）、4个8位的并行I/O端口（P0、P1、P2、P3）、一个串行口、中断系统等。
它们是通过片内单一总线连接起来的。
很多嵌入式控制应用系统中都用到了AT89C51.
由以上分析应该可以看得出来，如果采用AT89C51单片机，能够实现系统的功能要求。
2.3信号调理模块的选择
传感器的应变片相对本设计来说，有很多的不方便，其中包括有变化十分薄弱、直接精确测量比较难、直接处理也不方便。
所以必须采用转换电路，把这个薄弱的变化通过转换电路转换成电流或者电压信号，由于转换的电流或电压信号也很小，因此需要通过增益放大电路来把所得到的电流或电压信号转换成能够被A/D转换芯片所接收的信号。
前级处理电路部分中，可以考虑采用下面两种方案：
方案1：
前级处理电路可以用主要由高精度低温漂运算放大器构成差动放大器；差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，但是基本的差分放大电路精密度较差，且差动放大电路上改变放大增益时，必须调整电阻，影响放大精度。
方案2：
运用LM324放大器。
LM324系列由四个高增益，独立的，内部频率补偿运算放大器组成，其中专为从单电源供电的电压范围经营。
由以上分析，此设计选择LM324放大器作为信号调理放大电路
2.4A/D转换模块的选择
A/D转换部分是对于整个设计来说，是举足轻重的，如果这一部分没能处理好的话，整个设计就会因此变得毫无意义。
在选择A/D转换器的时候应该遵循以下原则：
（1）A/D转换器的位数：
A/D转换器决定分辨率的高低。
在系统中，系统允许引用误差应比A/D转换器的分辨率少一半以上
（2）A/D转换器的转换速率：
不同类型的A/D转换器的转换速率一般都不会相同。
（3）A/D转换器的有关量程引脚：
有的A/D转换器会提供两个输入引脚，这样的话，可以根据模拟量量程范围从不同引脚输入。
在AD转换模块选用了ADC0832，由于ADC0832的性价比高、体积小、兼容性好，所以很多单片机爱好者及企业都比较喜欢用，目前的普及率已经非常高了。
引脚图如图2.2所示。
图2.2ADC0832
拥有8位分辨率A/D转换芯片的AD0832，256级的分辨率，一般的模拟量要求都能够适应。
由于电源输入与参考电压的复用，使芯片的模拟电压输入能在0~5V之间。
多器件挂接和处理器控制也因为独立的芯片使能输入变的更加方便
2.5人机模块方案的选择
人机交换部分主要有:
声光报警、LCD显示、键盘输入，因此对于这部分的论证主要分三方面。
2.5.1键盘电路部分的选择
键盘部分总共需设置13个键，其中包括十个数字键、一个小数点、一个清除键、一个确认键。
本设计采用矩阵式键盘：
矩阵式键盘的检测线分为了两组，其中一组为列线，另外一组为行线，行线和列线的交叉点上就是按键。
图2.3给出了一个4×4的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。
4×4矩阵式键盘共可以需要8条测试线，但是能够安装16个键。
根据本设计的实际要求，4×4矩阵式键盘足以满足要求。
图2.3矩阵式键盘
2.5.2显示电路部分的选择
电子秤的一项重要功能是数据显示，做这么多的工作，数据显示工作是最主要的功能要求，这也是最终的目的，它可以将测量电路测得的数据经过AT89C51处理后很直观的显示出来。
显示的组成可从以下两种方案中进行选择：
一是LED数码管显示,二是LCD液晶显示两种选择。
LED的显示相对本设计来说，不那么完善。
LCD液晶显示器使用范围十分广泛，从电子表到计算器，从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。
因此，本设计采用的是HJ12864ZW液晶显示。
2.5.3超量程报警部分的选择
报警功能对于智能仪器来说是十分必要的，当系统运行出现错误时、测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。
在本系统中，在超出电子秤测量范围以及总价不能正常显示时，报警系统会自动发出声光报警信号，这样就能够提示用户，防止损坏仪器。
单片机的I/O口可以用来控制超限报警电路，当称重物体重量超过系统设计所允许的重量，通过程序使单片机的I/O值为低电平，三极管也因此导通，蜂鸣器SPEAKER就会发出报警声，同时使连接报警灯的I/O置为低电平，则发光二极管导通，二极管发光。
这样就能够达到人们的要求，也达到了本系统设计的要求。
2.6传感器的选择
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。
传感器一般都是由敏感元件和转换元件这两种元件组成。
现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，信息时代使我们的生产和生活变得更加方便快捷。
我们使用数字信号技术、电子电路技术以及计算机自动控制原理等诸多现代化技术来实现对信息的有效管理和控制。
在控制过程中，为了定时得到必要的实时信息，包括科学实验需要的参数，以及生产过程中所需要控制的变量信息，迫切地需要一种信号的采集和转化器，这就是传感器。
所以在高速发展的信息化时代，传感器占据了不可替代的重要地位。
使用的时候应该注意：
传感器属于精密元件，如果受到剧烈振动、自由落体、碰撞、过载、过压等，会很容易使得传感器永久损坏或者影响精度和线性。
测量机构最重要的部件是传感器，目前来说，在应用中，用得比较多的电阻应变可分为电容式压力、压电式压力和压力传感器。
选用的时候，最优先考虑的应该是稳定性，然后是精度等级、灵敏度，接着是寿命和安装环境。
现比较如下：
1.电容式压力传感器的精度比较高，灵敏度也高，但是稳定性差，寿命短，对环境要求苛刻，长距离传输不那么容易。
2.压电式压力传感器跟电容式压力传感器一样，灵敏度高，精度也高。
寿命长，稳定性好，但大量程的压力传感器还有待加强。
3.电阻应变式压力精度和灵敏度也较高，寿命很长，稳定性好。
测量环境的要求不那么严格。
根据以上叙述,由于系统要实现的电子秤的值是绝对压力值，而且以便电路变得简单，稳定性和抗干扰能力也要比较高，因此使用具有温度补偿能力的电阻应变式压力传感器。
本设计选用CZAF-602压力传感器。
下图是CZAF-602的接线图2.4：
图2.4压力传感器引出线接线图
2.7系统最终方案
通过多次的分析与比较，方案最后确定如下：
（1）采用单片机AT89C51作为处理核心；
（2）采用SF-400电阻应变片式传感器作为重量检测电路；
（3）采用运用LM324放大器作为信号调理电路；
（4）采用ADC0832转换器作为A/D转换器；
（5）采用HJ12864ZW作为显示模块；
第三章硬件电路设计
3.1系统整体硬件电路设计
根据设计要求与思路，电路主要包括有单片机AT89C51最小系统、12864LCD显示器、蜂鸣器报警电路、CZAF-602压力传感电路。
硬件设计框图3.1如下：
图3.1硬件电路设计框图
称重传感器是本系统中用于称量的主要器件，称重传感器在受到压力或拉力时会产生电信号，产生的电信号也随着受到不同压力或拉力时变化而变化，并且力与电信号的关系为线性关系。
因为传感器输出的信号为模拟信号，模拟信号不方便接收，所以需要通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，这样方便单片机来接收，因此电路中A/D转换是必不可少的。
又由于CZAF-602电阻应变式压力传感器，它的输出电压为2mv左右，由于电压过低，不能够使单片机和AD转换器正常工作，因此需要设计放大电路来使ADC0832的输入电压达到2v左右
在本系统中，硬件电路的构成主要有以下几部分：
AT89C51的最小系统构成、数据采集、人-机交换电路等。
系统总电路图如图3.2所示：
图3.2系统总电路图
3.2硬件单元电路设计
单片机最小系统设计
单片机最小系统是由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路等构成的核心控制系统。
如图3.3所示。
如果对其加载程序，该系统就能对数据进行处理，并通过控制外围电路对数据进行显示。
图3.3AT89C51单片机最小系统
（1）时钟电路:
时钟电路对单片机来说是不能够缺少的一部分。
这是因为从整体上来看，单片机就是一个时序逻辑电路。
每一个已经编写好的程序，在执行的时候都要按一定的顺序来执行，也就是说每一条指令执行的时候都要遵循一定的时序。
通过学习单片机原理，我们都知道，一条指令并不是要等上一条指令完全执行完毕以后再开始调入执行，每一条指令都可以按流水线的原理拆分成几步来执行，也就是说，几条不同的指令在同一个时间点有可能都在被执行，只是被执行的具体部分不同。
这个时候，如果没有一个准确的时钟电路使单片机来管理指令执行的每一步，那么程序执行的时候就会遇到诸多不便，甚至完全没有办法有序地执行。
此外，每一个指令的执行都需要时间，有的程序需要设置延时程序来更好地实现和观测程序运行的结果，还有的程序本身对与时间相关的内容有严格的限制，所以，如果没有时钟电路，这些要求统统都无法实现。
因此时钟电路是单片机最基础，最必不可少的一个电路。
MCS-51单片机的时钟信号主要有两种方式能够产生：
1内部方式时钟电路：
由单片机内部的晶振电路产生，这个晶振电路是由一个晶振、C1、C2和一个反相放大器组成的并联谐振电路；
2外部方式时钟电路：
外接振荡器。
本设计中C1、C2选择30pF，晶振采11.0592MHz，电路如图3.4所示。
图3.4AT89C51时钟电路
（2）复位电路:
系统开始运行和重新启动都要靠复位电路来实现，复位使CPU和其他部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作，单片机的复位电路有两种：
上电自动复位和按键手动复位。
为了便于操作，本设计采用按钮复位，如图3.5所示。
晶振为6MHz时，R为200,单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。
复位后，程序计数器PC=0000H，因此，程序从0000H地址单元开始执行。
运行中的复位操作不会改变片内RAM的内容。
图3.5按钮复位电路
3.3数据采集部分电路设计
数据采集部分电路由传感器输出信号电路、A/D转换器和单片机接口电路三部分组成。
我们采用CZAF-602压力传感器，数据采集模块与单片机的接口连接如图3.6所示。
图3.6数据采集模块与单片机接口电路
3.3显示电路部分设计
本设计采用的液晶显示器的型号是HJ12864ZW，HJ12864ZW是一种图形点阵液晶样式的显示器，它是由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成，足以完成图形显示。
图3.7为12864LCD显示器与单片机的接口电路。
图3.712864LCD显示器与单片机的接口电路
3.4键盘电路设计
矩阵式键盘的结构与工作原理：
矩阵式键盘又叫行列式键盘，它的特点是占用I/O接口线较少，软件结构复杂，适用于按键较多的场合。
单片机在扫描键盘时，首先要判断是否有键按下，在去抖动后判断确实有键按下后，第二步就是识别是哪一个键按下。
在本系统中键盘采用矩阵式键盘并采用中断工作方式。
键盘为4X4键盘，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十个数字及确认、清除键以及小数点键。
采用中断工作方式提高了CPU的利用效率，没键按下时没有中断请求，有键按下时，向CPU提出中断请求，CPU响应后执行中断服务程序，在中断程序中才对键盘进行扫描。
图3.8就是键盘电路与AT89C51单片机接口电路图。
图3.8键盘电路与AT89C51单片机接口电路图
3.5报警电路的设计
当电路发现所测物体达到最大测量值的时候，将会给报警电路一个信号。
使蜂鸣器响起来提醒测量人员注意，超限报警电路如图3.9示。
图3.9报警电路图
它是由AT89C51的P3.0口来控制的，当超过设置的重量时（99.9kg时，通过程序使P3.0口置为低电平，从而使三极管导通，报警电路接通，使蜂鸣器SPEAKER发出报警声）。
由于持续的声音不能够引起人们的关注，所以本系统的报警电路采用间断的声音来实现。
第四章系统软件设计
程序设计相对来说，也是一件比较复杂的工作，因此为了把复杂的工作做好，就必须要在开始程序设计之前，想好相应的步骤跟方法。
其中的步骤包括下面三个部分：
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，以便能够用更好的计算方式及合适的数据结构，进一步能确定编程的每一个步骤。
⑵根据算法画流程图：
画程序框图能把算
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