实用电子称.docx

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实用电子称

2011届毕业设计说明书

实用电子称

系、部：

电气与信息工程系

学生姓名：

杨顺

指导教师：

桂友超职称讲师

专业：

自动化

班级：

0703班

完成时间：

2011年5月25日

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，还可实现去皮、净/毛转，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：

电子称；单片机；A/D转换；称重传感

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.

KeywordsIntelligenceelectronicweighing;MCU;weighingsensor

目录

1智能电子秤系统的概况1

1.1电子秤的发展史1

1.2智能电子秤应用范围1

1.3智能电子秤的研究动态1

2智能电子秤的工作原理2

2.1智能电子秤性能及技术要求2

2.2工作原理2

2.3基本结构2

3智能电子秤的硬件设计4

3.1信号采集电路4

3.2单片机控制系统6

3.3人机交互部分9

3.3.1键盘输入9

3.3.2显示输出9

4智能电子秤的软件设计10

4.1主程序设计10

4.1.1主程序设计思路10

4.1.2主程序工作原理11

4.1.3主程序流程框图11

4.2A/D转换结果处理程序12

4.2.1A/D转换过程12

4.3键盘与显示处理程序13

4.3.2显示模块13

4.4数据处理程序14

4.4.1重量输出14

4.4.2价格计算14

5系统仿真与分析15

结束语17

致谢19

参考文献20

附录121

附录2程序22

1智能电子秤系统的概况

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，具有结构简单，成本低，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，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，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）能用简易键盘设置单价，加重后能同时显示重量、金额和单价；

（2）重量显示：

单位为公斤，最大称重为19.999公斤，重量误差不大于±0.005公斤；

（3）单价金额及总价金额显示：

单价金额和总价金额的单位为元，最大金额数值为9999.99元，总价金额误差不大于0.01元；

（4）具有去皮功能和总额累加计算功能。

2.2工作原理

根据智能电子秤的性能及技术要求，选择89C52单片机为核心，组成称量系统。

系统主要有89C52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，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，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89C52单片机经过数据处理，89C52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89C52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。

图1基本结构

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）要达到设计的性能要求，传感器的精度起着决定性作用。

本设计选用应用于称重系统90％以上的高精度电阻应变式传感器。

电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。

题目要求称重范围20Kg，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20KG。

本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。

它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。

电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。

即输出电压的变化反映出重力的变化。

电桥的输出电压可由下式表示：

上式说明电桥的输出电压V和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。

图2电桥电路

（2）由上面对传感器量程和精度的分析可知：

A/D转换器误差应在

以下。

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,12位A/D无法满足系统精度要求。

所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D。

方案一、逐次逼近型A/D转换器，如：

ADS7805、ADS7804等。

逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。

采样频率高，功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。

高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。

但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求，14位AD足以满足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。

所以此方案并不是理想的选择。

方案二、双积分型A/D转换器：

如：

ICL7135、ICL7109等。

双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢（如：

ICL7135）,具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于

）,可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。

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）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。

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14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ICL7135。

其引脚图如下：

图31CL7135芯片引脚

ICL7135引脚功能及含义如下：

1.与供电及电源相关的引脚（共7脚）

（1）-V:

ICL7135负电源引入端,典型值-5V,极限值-9V；

（2）+V:

ICL7135正电源引入端,典型值+5V,极限值+6V；

（3）DGND:

数字地,ICL7135正,负电源的低电平基准；

（4）REF:

参考电压输入,REF的地为AGND引脚,典型值1V,输出数字量=10000×（VIN/VREF）；

（5）AC:

模拟地,典型应用中,与DGND（数字地）“一点接地”；

（6）INHI:

模拟输入正；

（7）INLO:

模拟输入负,当模拟信号输入为单端对地时,直接与AC相连。

2.与控制和状态相关的引脚（共12脚）

（1）CLKIN:

时钟信号输入。

当T=80ms时,fcp=125kHz,对50Hz工频干扰有较大抑制能力,此时转换速度为3次/s。

极限值fcp=1MHz时,转换速度为25次/s。

（2）REFC+：

外接参考电容正,典型值1μF。

（3）REFC-：

外接参考电容负。

（4）BUFFO:

缓冲放大器输出端,典型外接积分电阻。

（5）INTO:

积分器输出端,典型外接积分电容。

（6）AZIN:

自校零端。

（7）LOW:

欠量程信号输出端,当输入信号小于量程范围的10%时,该端输出高电平。

（8）HIGH:

过量程信号输出端,当输入信号超过计数范围（20001）时,该端输出高电平。

（9）STOR:

数据输出选通信号（负脉冲）,宽度为时钟脉冲宽度的一半,每次A/D转换结束时,该端输出5个负脉冲,分别选通由高到低的BCD码数据（5位）,该端用于将转换结果打到并行I/O接口。

（10）R/H:

自动转换/停顿控制输入。

当输入高电平时;每隔40002个时钟脉冲自动启动下一次转换；当输入为低电平时,转换结束后需输入一个大于300ns的正脉冲,才能启动下一次转换。

（11）POL：

极性信号输出,高电平表示极性为正。

（12）BUSY：

忙信号输出,高电平有效。

正向积分开始时自动变高,反向积分结束时自动变低。

3.与选通和数据输出相关的引脚（共9脚）

（1）B8～B1：

BCD码输出。

B8为高位,对应BCD码；

3.2单片机控制系统

该智能电子称采用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。

3.2.1AT89C52芯片的引脚说明

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，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）和数据总线复用，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，要求外接上拉电阻。

图4AT89C52芯片引脚图

P1口：

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

对端口写“1”，通过内部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个电流（IIL）。

P2口：

P2口是一个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（吸收或输出电流）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，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个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，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时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口：

P3口是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口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

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。

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：

复位输入。

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机复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）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时将跳过一个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）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（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。

PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（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，EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接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，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

3.3人机交互部分

3.3.1键盘输入

键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。

我们通过综合考虑采用了专用的键盘管理芯片74C922。

在电子计价秤中，带有16个按键矩阵组设置，其中0—9数字键用于输入单价及商品代码，DEL用于单价清空，累计键用于费用累计，去皮键用于重量去皮，还设置有一个转换键和退出键。

鉴于此，我们采用专用键盘管理芯片74C922。

74C922为CMOS工艺技术制造，工作电压为3—15V，“二键锁定”功能，编码输出为三芯输出，可直接与微处理器数据线相连，内部振荡器完成4×4矩形键盘扫描，有按键时，DA变高，通过非门接到AT89C51的INT1口，并且设INT1为边沿触发方式，当DA变高时，经过非门变为低电平跳变产生INT1外部中断，使AT89S52从数据总线读按键值，判断键值从而完成相应的程序功能。

根据接线图及74C922芯片真值表，我们可以将数字键0—9、键DEL、转换键、退出键、累加键和去皮键与ABCD输出（0000—1111）建立一一对应的关系，接线图见下图。

图5键盘电路

3.3.2显示输出

由于设计题目要求中文显示，而数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。

由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式128×64型LCD。

4智能电子秤的软件设计

智能电子秤软件系统设计的基本思想是充分利用微机丰富的软件功能，实现称重过程一系列要求，提高系统可靠性，使得系统性能价格比达到最优。

智能电子秤作为一种实时性要求不是很高系统，用软件代替部分硬件功能很合算。

首先，确定那些任务是由软件来完成的。

在本系统中，从软件功能来看，其包括执行软件和监控软件两类。

执行软件，完成各种实质性的功能，如采集数据，进行滤波处理，价格计算，中断处理，重量、价格的显示都利用软件来完成，不仅使得电子秤的性能提高，以达最高性能价格比；监控软件，用来协调各模块和操作者之间的关系，如本系统中A/D转换、键盘与显示、数据处理各模块的工作。

其次，智能电子秤系统中有着大量的数据计算，我们必须数据类型和结构进行规划，对系统内程序存储器、RAM、定时器/计数器和中断源的分配。

最后，完成以上工作后我们就可以进行编程了。

在编程时，画出各功能模块的程序流程图，用合适的语言进行编写。

4.1主程序设计

我们采用模块程序设计技术来设计电子秤的软件系统,根据系统功能,我们将软件划分成若干个相对独立的模块,为每一个模块设计程序流程图。

软件程序的主要任务有：

重量、单价、总价等参数的显示；数据管理；数据处理；数据运算等功能。

4.1.1主程序设计思路

电子秤软件设计的总体思想是：

根据预先编制的程