基于STC12C5A32S2单片机的电子计价秤毕业论文.doc

毕 业 设 计（论文）2010 届 题 目 基于STC12C5A32S2的电子计价秤 专 业 电子信息工程 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 12921 完成日期 2010年 5月5日 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制基于STC12C5A32S2单片机的电子计价秤摘要：秤是一种古老的重量计量衡器，在千百年的社会发展中，秤也随之不断发展，而在当代社会，随着社会要求的提高，传统的杆秤，天平称已不能很好地满足人们日常生活的需求。近几十年来，伴随着科学技术的巨大发展，电子衡器应运而生，凭借其装置简单，体积小，重量轻，称量范围大，保养简单，称量速度快，准确度高，自动化控制，功能强，操作简单等诸多优点，广泛地应用于市场交易、工业生产、日常生活当中。本电子计价秤设计基于STC12C5A32S2单片机，量程为03千克。将桥式电阻应变式传感器输出的电压，经前置信号放大电路放大，利用单片机内置的10位高速A/D转换器，转换为相应的数字信号，通过系统软件处理，在1602液晶显示屏上显示所称得的重量，单片机读取重量并显示后，用户可以通过按键输入所称量物品的单价，确定输入之后即可算得本次称量所得物品的金额。通过单价设置按键，可存储3种常用物品的单价，方便以后称重的时候使用快捷键进行快速操作。关键词：电子计价秤，STC12C5A32S2单片机，差分放大 Electronic Cashier Scale Based on STC12C5A32S2Abstract: The scale is a ancient tool for weighing, it was developed continuously with the societys developing in the past thousand years. In nowadays, the traditional scale cant satisfied with people because peoples high request. The electronic scale developed because of the technical develop in the past decades and applied widly such as saling, industry, daily life and so on. As scale is simple and small instrument,it was used widly for weighing. This electronic price computing scale is based on STC12C5A32S2, change the voltage signal which come from the sensor amplified by the Pre-signal amplification circuit to the digital signal using its inner 10-bit high speed A/D counter . The digital signal will be dealt by the program in the MCU, then displayed the weight of the object on the 1602LCD. The range of weighing between 0 to 3 Kg. After 1602LCD display the objects weight, user can input the price of the object through keyboard, then the value of the object will be calculated and displayed. And in the keyboard, there are 3 keys which can operate to memory 3 price used frequently, if user want to input these prices, they can press the shortcuts, it can save much time instead of input the price one key by one key.Key word: electronic price computing scale, STC12C5A32S2, differential amplifier目 录 第一章 绪论1第二章 系统概述32.1 设计内容与要求32.2 系统硬件分析3第三章 系统硬件设计53.1 系统总体设计53.2 单片机应用53.2.1 单片机选型53.2.2 STC12C5A32S2单片机简介63.2.3 单片机电路设计73.3 HL-8型称重传感器简介73.4 前置信号放大电路83.4.1 放大电路方案选择83.4.2 LM358芯片简介93.5 显示部分103.5.1 显示方案选择103.5.2 1602液晶简介103.6 键盘输入113.6.1 键盘方案选择113.6.2 矩阵按键工作原理123.6.3 矩阵按键电路设计123.7 电源电路123.7.1 电源方案选择133.7.2 7805稳压芯片简介133.7.3 电源电路设计13第四章 系统软件设计144.1系统软件总体设计144.2 A/D转换部分144.3 按键处理154.4 1602液晶显示174.5 E2PROM操作17第五章 系统调试195.1 硬件调试195.2 软件调试19第六章 结束语20参考文献21致 谢22湖州师范学院本科毕业论文第一章 绪论在各类以未来为题材的小说与电影当中，很多作者为我们展现了种种高度智能化的未来科技，而在我们当代生活中，已经出现了许多自动化或者智能化的生活用品，给我们的生活带来了巨大的便利，他们有一个共同点：都是基于各类微处理器开发出来的产品。单片机是运用最为广泛的一种微处理器。自20世纪70年代末诞生以来，已经历了SCM(Single Chip Microcomputer 单片微型计算机)、MCU(Micro Controller Unit 微控制器)、SoC(System on Chip 片上系统)三个阶段。自从单片机出现之后，原本需要用74系列或者CD4000系列搭建的庞大硬件逻辑电路才能实现的功能，现在只需编写相应的程序，烧写入单片机内部，就可以以一块芯片来实现，无论是从体积、质量，或者开发成本上来说，都是一个很大的进步。而且，单片机使用汇编语言或者高级的程序语言编写，使用者无需精通复杂的数字电路，即可编写出自己意向当中的程序，控制单片机的运行，且单片机可以反复擦写，对使用者来说，具有极大的灵活性。由于单片机的诸多优点，其在现代社会的很多领域都有运用，比如：智能仪表、工业控制、家用电器、医疗器械、通信、汽车电子以及军事上也有很大运用。现代社会的高速发展，让高效工作的观念深入人心，人们追求各种各样的提高工作效率的方式，在这其中，各种高科技的生产生活工具应运而生，以其高效可靠，为人们的生产生活提供了极大的便利1。在电子衡器产生以前，人们普遍用天平、杆秤等称重工具来衡量一个物体的质量。这样的称量，每次只能称量一件物品的质量，且在达到平衡的时候，需花费较多的时间等待或者调整平衡，以求称量的精准，这样的操作过程，无疑耗费了很多时间，对于生活节奏很快的现代人来说，显然是无法接受的。除此之外，传统衡器由于制造工艺差别，使用耗损等原因，存在着精度不准的问题，这有悖于公平交易的经济准则。电子科技的发展，使得衡器的发展发生了里程碑式的变化，电子衡器一般是指装有电子装置的衡器。因其种类繁多，且涉及到贸易结算和保护广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为国家强制管理的法制计量器具2。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点。被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域3，现今，传统衡器已慢慢淡出人们的日常生活。本设计是基于STC单片机的电子计价秤。以单片机为主控核心，承担电子计价秤工作过程当中的信息处理工作：将传感器应变而来的电压信号，前级放大后，通过单片机自带的模拟数字信号转换器，将模拟的电压信号，转换成相应的数字信号，方便单片机的处理。单片机接收到称重信号后，即可将称量的结果显示在液晶屏上面。此过程快捷、精准，免去了以往杆秤等传统衡器需要慢慢调整的过程，在社会节奏明显加快的当代社会，显得尤为重要。当代的社会又是一个正在加紧建设和谐社会的社会，因此市场经济当中的诚信也显得十分重要，一些奸商在电子秤上做手脚，以达到坑害消费者，以不正当手段获取利益的目的。由此可见，电子秤的准确性关系到整个社会的安定因素。本设计采用STC12C5A32S2单片机，具有对程序的高度加密性防止程序被窜改而引起缺斤短两的问题。本设计严格地控制了成本，采取了诸如在精度允许地范围内合理地选择了称重传感器，选择带模数转换器的低功耗低价格单片机等措施，使电子秤的成本大大降低，而精度上的指标却未受影响。市场上的电子秤，大都有输入单价，进而进行总价计算的功能。本设计也有总价计算的功能，具有输入直观的特性，对于一些经常需要输入的单价，本系统设计有常用单价存储与快捷调用功能，更加方便了用户的使用。第二章 系统概述本系统是以STC12C5A32S2单片机作为信息处理核心的智能电子称重及计价装置，适用于商场商店等称量交易场所。本系统的核心部件STC12C5A32S2单片机，接收和处理来自传感器与前级运放电路的电压信号，利用单片机内部自带的模拟数字信号转换器，将模拟电压信号转换成数字信号，通过程序的执行，在液晶显示屏上显示称量结果。系统具有总价计算功能，输入物品的单价，按下“确认”按键之后，能计算出被称量物品的价格，在液晶屏上显示。再者，系统具有超限报警，当被称量物品超过称量范围最大值时，发出报警。系统还具有单价预设功能，将常用物品的单价存入电子计价秤，需要输入该物品单价时，只需按下相应的快捷按键，即可计算得被称量物品的价格。电子计价秤的电源，采用干电池，或220V 50Hz交流电供电。系统原理框图如图2-1所示。图2-1 系统原理框图2.1 设计内容与要求以STC12C5A32S2单片机作为信息处理核心的智能电子称重及计价装置。本系统的设计要求有：将被称量物品放在一个能将质量信号转换为电信号的称重传感器上，传感器输出的信号经单片机处理后，能在1602液晶屏上直观地显示。本系统采用以5V直流电压驱动的桥式应变电阻称重传感器，最大量程为3Kg，精度为最大量程的1%。系统设有键盘，通过按键可以输入物品单价、结算、存储常用单价、快捷调用等功能。系统设计力求使用方便，以人为本的人性化设计4。2.2 系统硬件分析模拟部分电路分析：当被称量物体放在电子秤称量台上时，称重传感器因物体向下的重力而产生形变，贴合在称重传感器上下两侧的电阻应变片同时产生形变。由于电阻应变片的应变效应，电阻的阻值发生变化，此时分配在电阻上的电压也发生变化，就此将质量信号被转换为与之相应的电压信号。由于称重时传感器的形变是微弱的，电阻应变片的阻值变化也相对微弱，电阻两端的电压变化同样微弱，不容易被分辨。为了解决这个问题，在选择称重传感器的时候，选择由四个电阻应变片的桥式应变称重传感器，可以加大称量时传感器的输出电压。尽管桥式应变传感器可放大称量是传感器的输出电压，但此电压仍是十分微弱，不容易被分辨，此时就需要系统当中加入一个前置放大电路。前置放大电路由LM358与一些外围分立元件构成，承担将电压小信号放大的任务。LM358芯片内部集成了两路运放电路，配合外围的电阻，可将电压小信号放大到预期的倍数。由于传感器输出的电压信号过小，单级的放大电路不能满足模数转换器需要的电压。LM358内部集成了两路运放，设计差分放大与同相放大两级放大电路，将来自传感器的微弱电压信号放大到满足模数转换器所需的电压范围。本系统采用集成在STC12C5A32S2单片机中的模数转换器，选择单片机自带的模数转换器，可以使电路的复杂度大大降低，同时也在一定程度上降低了成本。STC12C5A32S2单片机自带的10位模数转换器，理论上最高可实现1024的分辨率，而实际当中，2%的精度已足够使用。STC12C5A32S2单片机自带的10位模数转换器只需将模拟信号的电压连接到单片机的A/D引脚，单片机工作时执行相关程序，即可将电压由模拟信号转换为数字信号。数字部分电路分析：单片机为宏晶公司STC12C5A32S2单片机，与传统8051单片机指令兼容，但与传统8051单片机相比，具有诸多优势，其中本系统需要的资源有转换速度为250K/S的模数转换器、32K字节的片内程序存储器、1280字节的RAM、28K容量的E2PROM、32个I/O口。单片机采用5V电源供电，同时此电源也是模数转换器的参考电压。电子秤的作用，是将被称量物体的质量以人们可读的方式将信息显示出来，可读性也是衡量一个电子秤使用方便与否的标准之一。本系统采用1602液晶屏显示。1602液晶屏是一块能显示2行共16个数字与字母字符的液晶显示屏，能将称量信息以数字、字母、符号等方式显示，使可读性大大增强，很好地满足电子秤的显示要求。按键是电子秤计价秤的输入设备。本设计采用4行4列的矩阵按键，可通过按键输入被称量物品的单价，确认之后计算总价的操作，也可通过按键，将一些常用物品的单价存入单片机E2PROM，需要使用时通过快捷按键快速调用，此功能可大大提高电子计价秤的使用效率。第三章 系统硬件设计3.1 系统总体设计电子计价秤的设计通常由称重传感器、放大电路、A/D转换、显示、按键以及控制器组成，本设计大致与上述组成部分相同，在A/D转换模块，本设计采用了集成在单片机内部的A/D转换器。系统的总体电路图如图3-1。图3-1 系统总体电路图下面将系统的各个组成部分逐节介绍。3.2 单片机应用3.2.1 单片机选型单片机模块是整个系统的核心部分，承担了信号处理、键盘扫描、按键处理、显示控制、显示输出等至多重要的工作。最大限度地利用好单片机的资源，是一个系统性价比的关键所在5。在选用单片机方面，有如下几个方案：方案一、选用STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机是宏晶公司推出的一款完全兼容MCS51的单片机，片内集成了8K的FLASH程序存储器、512字节的RAM数据存储器、1K存储容量的E2PROM、2个数据指针、1个UART、8个中断源、4个中断优先级、3个定时器。单片机可通过32个I/O口与外部电路连接。方案二、选用STC12C5A32S2单片机。STC12C5A32S2单片机同样是宏晶公司出产的一款高性能51单片机。此款单片机运行速度较高，1个机器周期即为1个时钟周期，相对于传统的51单片机，同样晶振条件下，运行速度提高了12倍。另外具有P4口、双串口、A/D转换、大容量程序存储器、数据存储器、E2PROM等资源。方案三、选用STM32F101单片机。STM32F101单片机是ARM公司推出的一款以“Cortex-M3”为内核的高性能16位单片机。此款单片机具有2路12位的A/D、4MB/s的UART、18MB/s的SPI总线。内部集成了复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡电路等，且此款单片机的功耗极低，在72MHz时钟频率下消耗36mA，待机状态是仅为2A，是一款性价比极高的ARM内核的单片机。方案三的单片机性能十分强大，但是由于从未接触过，短时间内无法上手，故此次设计不选用方案三。方案一和方案二都是出自宏晶公司的单片机，对于方案一的单片机比较熟悉，但是若选用方案一的单片机，则在模拟信号与单片机之间增加A/D转换电路，这样不仅电路复杂，而且成本增加，而方案二的单片机所具有的10位A/D资源基本已能满足使用，综合以上几点，本设计采用方案二的STC12C5A32S2单片机。3.2.2 STC12C5A32S2单片机简介STC12C5A32S2单片机是宏晶公司生产的一款隶属于STC12系列的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码与传统的51单片机兼容，但指令执行速度是传统51单片机的812倍。片内集成了MAX810专用复位电路、2路PWM、8路10位的A/D转换。STC12C5A32S2单片机引脚示意图如图3-2。图3-2 STC12C5A32S2单片机引脚示意图STC12C5A32S2单片机的部分特性如下：1、 增强型的8051CPU，1个时钟周期即为一个机器周期；2、 工作电压为：5.5V3.3V；工作频率为：035MHz；3、 片内集成了32K容量的程序存储器ROM、1280字节的RAM、28K容量的E2PROM；4、 通用I/O口32个，可扩展至36个，复位后P0口为准双向口，其余为双向口，所有I/O口均可设置成四种模式：准双向口/弱上拉；推挽/强上拉；仅为输入/高阻；开漏。每个I/O口驱动能力为20mA；5、 ISP/IAP模式，通过串口（P3.0/P3.1）即可下载用户程序；6、内部集成MAX810复位电路；7、13、4个16位定时器：两个兼容于传统8051定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通信的波特率发生器，还有2路PCA模块实现2个16位定时器；8、外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，相关引脚有：INT0/P3.2、INT1/P3.3、T0/P3.4、T1/P3.5、RxD/P3.0、CCP0/P1.3、CCP1/P1.4；9、A/D转换，8路10位精度ADC，转换速度为250K/S；10、工作温度范围为：0-75。3.2.3 单片机电路设计一个基本的单片机模块，需要单片机，时钟电路以及复位电路。本系统采用了11.0592MHz的晶振，辅以两个22pF的电容为单片机提供时钟信号。复位电路的作用是向单片机的RST复位引脚输入一个持续时间上大于2个机器周期的高电平，即可完成对单片机的复位操作。单片机模块的电路图如图3-3。图3-3 单片机模块电路图3.3 HL-8型称重传感器简介HL-8型称重传感器是由一块应变片，上面黏合4块应变电阻构成桥式应变电阻传感器，其内部示意图如图3-4。图3-4 桥式应变电阻传感器内部示意图技术参数如表3-1。表3-1 HL-8型称重传感器技术参数量程(kg)3综合误差(%F.S)0.05额定输出温度飘移(%F.S/10)0.15灵敏度(mv/v)1.00.1零点输出(mV/V)0.1非线性(%F.S)0.05输入电阻( )100050重复性(%F.S)0.05输出电阻( )100050滞后(%F.S)0.05绝缘电阻(M)2000(100VDC)蠕变(%F.S/3min)0.05推荐激励电压(V)510零点漂移(%F.S/1min)0.05工作温度范围 ()-10+50零点温度漂移(%F.S/10)0.2过载能力(%F.S)150传感器的尺寸为80mm120mm120mm。3.4 前置信号放大电路传感器输出的信号是毫伏级的微弱电压信号，很难被A/D转换器采集到，即使可以采集到，也因为信号微弱而不能有效分析，同样是没有意义的。所以在传感器与A/D转换器之间需要搭建前置信号放大电路，用以放大微弱的传感器信号6。3.4.1 放大电路方案选择 放大电路常用设计方案有如下几种：方案一、采用三极管构成的放大电路。 放大电路有3种基本形式：共射极放大电路，共基极放大电路和共集电极放大电路。在放大电路设计中，往往采用了几种不同的放大电路形式相互辅助。方案二、采用以运算放大器为核心的放大电路。OP07或者LM358运算放大器为主要器件，辅以与放大倍数对应的电阻，即可达到所需放大的倍数7。方案一的放大电路适用于音频信号的放大，而方案二的放大电路适用于传感器等微小信号的放大。考虑到对两方案的熟悉程度，最终选择方案二作为放大电路设计方案，采用LM358双运放芯片为放大电路核心。3.4.2 LM358芯片简介LM358是一块8引脚的运算放大器芯片，内部包含了两个运算放大器，具有独立性、高增益、内部频率补偿的特性8。可采用单电源与双电源的工作模式。在传感放大器、直流增益模块和其他使用运算放大器的场合使用。LM358的引脚图与内部示意图如图3-5。图3-5 LM358引脚图与内部示意图LM358的特性:1、内部频率补偿；2、直流电压增益高(约100dB)；3、单位增益频带宽(约1MHz)；4、电源电压范围宽：单电源(330V)；5、双电源(1.5 一15V)；6、低功耗电流，适合于电池供电；7、低输入偏流；8、低输入失调电压和失调电流；9、共模输入电压范围宽，包括接地；10、差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；11、输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)。以LM358为核心的前置信号放大电路如图3-6。图中，R5、R6、R7、R8与运算放大器构成一级差分放大电路。当R5与R6阻值相等，R7与R8阻值相等时，其对电压的放大倍数可由公式求得，即一级放大器输出电压。传感器输出的满量程电压差为40mV，取R7、R8阻值为82K，R5、R6阻值为820，则可将传感器信号放大为4V。由R9、R10与LM324的运算放大器，构成了二级同相放大器。其电压放大倍数计算公式为：。二级放大电路可将传感器输出的电压进一步放大到接近A/D转换的基准电压。图3-6 前置信号放大电路图3.5 显示部分一个系统让人们能够使用，就要具备合理的人机接口设备，要有输入输出设备，显示部分的作用，就是系统将有价值的信息显示出来，以便用户获得相应的信息。常用的显示设备有数码管，LCD显示屏，各类点阵等。3.5.1 显示方案选择显示常用方案有如下几种：方案一、采用数码管做显示器件。数码管是一种常用的显示器件，可显示数字，小数点与部分英文字母。具有驱动简单，功耗小，读取方便等优点。市场上的许多电子秤采用了数码管的显示方式。方案二、采用1602液晶作为显示器件。1602液晶是电子产品常用的显示器件之一，与单片机通过3个控制口与一个并行口进行数据通信。可以显示阿拉伯数字，标点符号，字母等，显示内容与数码管相比较大大丰富。且驱动简单，界面人性化，用在显示内容不多的场合。1602液晶采用5V供电。方案三、采用12864液晶做显示器件。12864液晶可以显示4行8字的内容。除了1602液晶能显示的ASCII码之外，还可显示汉字，图形等1602液晶不能显示的信息，是十分人性化的一款显示器件。12864液晶有20个引脚，其中与单片机通信的接口有15个。与1602液晶一样，采用5V供电。由于本系统只需要显示重量，价格等信息，基本的数字信息得到满足即可，出于成本控制考虑，不选择12864液晶。若采用数码管显示，则需要很多的段选位选接口，这样会浪费单片机很多I/O口资源，而且动态扫描也会降低显示亮度，基于以上考虑，选择1602液晶作为显示器件。3.5.2 1602液晶简介1602LCD一块可以显示16个字符2行的液晶显示屏。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，显示的字符包括数字、标点、大小写英文字母、日文等简单文字符号。1602液晶的引脚接线图如图3-7。图3-7 1602液晶引脚接线图1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，其中16引脚的1602LCD包括2条背光电源线：VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚LCD一致。各引脚功能参照表3-2，寄存器选择参照表3-3。表3-2 1602引脚功能引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端4RSRS为寄存器选择5R/WR/W为读写信号线6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。714DB07底4位三态、 双向数据总线 07位15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极表3-3 1602寄存器选择控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据3.6 键盘输入电子计价秤需要实现计价功能，需要配备输入式人机接口（如键盘等）。电子计价秤的输入键盘，必须具备0到9的数字键，以实现操作的方便快捷性。3.6.1 键盘方案选择 键盘设计常用方案有如下几种：方案一、采用独立按键组成键盘。独立按键是指一个按键占用一个I/O口的情况，具有编程简单的优点，但因为其一个按键占用了一个I/O口，对于数量较大的键盘，耗费的单片机I/O资源较多，所以独立按键适合于按键较少的情况下使用。方案二、采用矩阵键盘。矩阵键盘是将按键排列成矩阵形式，用其中的每一个按键，连接引自单片机I/O口的行线与列线。行线所接的单片机I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了910。矩阵按键虽然在程序设计上相对于独立按键复杂，但因对于按键较多的情况，其有效地节约了单片机的I/O口资源，因而被广泛地使用。方案三、采用矩阵按键与按键译码芯片。矩阵按键与矩阵按键译码芯片（如：INTEL 8279、沁恒电子CH451等）的搭配，可进一步的节省单片机的I/O口资源。例如：44的矩阵按键需要占用单片机的8个I/O口，但通过按键译码芯片，可减少为45个I/O口11。对于单片机I/O口资源较紧张的情况，本方案十分实用。本设计当中，采用了44的16个按键，故采用矩阵键盘，又考虑到单片机的I/O口资源比较宽裕，为节约成本，设计当中放弃了方案三，采用了方案二的设计。3.6.2 矩阵按键工作原理 判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.6.3 矩阵按键电路设计 矩阵按键电路图如图3-8所示。图3-8 矩阵按键电路图3.7 电源电路电源是整个系统运行能量的来源，是每个电子系统必不可少的部分。市场上的电子计价秤的电源提供方式大致分为两类：电池供电与220V交流工频电供电。虽然方式不同，但最后都是转化为系统各个部分所需的直流电源。3.7.1 电源方案选择 电源电路设计常用方案有如下几种：方案一、采用干电池供电。采用4节5号干电池，6V的总电压，经过7805稳压电路，将电压稳定在5V，供给系统各个模块使用。此方案的优点是：采用了干电池供电，低电压保证了系统的安全性，而且电池获得容易，缺点是当电池不足的时候，需要更换电池，以保证系统的正常工作。方案二、采用220V、50Hz交流电源供电。采用此方案，必须搭建一个由变压器，桥式整流电路，滤波电路，稳压电路组成的电源电路，其复杂度远远超出方案一的设计，而且220V的电源也带来一定的危险。此方案的优点是不用担心因电源电压下降而影响系统正常工作的问题1213。方案三、采用9V干电池。9V的单节干电池，经过7805稳压电路输出5V的稳压电源14。考虑到安全性的问题，本设计放弃方案二的供电方式。方案三相对于方案一的优势在于，方案三采用9V电池，有更多的电能供给系统，对系统的续航能力有较大意义，所以选择方案三作为电源方案。3.7.2 7805稳压芯片简介7805是常见的三端稳压集成芯片。三个引脚分别为电压输入端，共地端和电压输出端。78系列的稳压芯片输出的是正电压，后两位数字表示稳压的电压值，比如：7805代表输出的是5V电压，7812输出的是12V的电压。若要输出负电压，则要选用79系列的稳压芯片，型号代表的意义与78系列的相同15。3.7.3 电源电路设计9V干电池可以提供9V的直流电压，对于本设计各部分模块都采用5V的直流供电，所以需在9V电池与系统电源之间设计以7805芯片为核心的稳压电路。稳压电路图如图3-9。图3-9 稳压电路图第四章 系统软件设计4.1系统软件总体设计系统软件设计的的主要目标是将来自传感器经由放大电路放大之后的模拟电压信号转换为数字信号，经过程序处理后，在液晶显示屏上显示，并且通过键盘输入单价，可求得一次称重的价格，通过单价存储，可快捷调用常用物品单价进行称重价格的计算，计算之后均可在液晶显示屏上显示。系统总体软件设计流程图如图4-1。图4-1 主程序流程图4.2 A/D转换部分系统的A/D转换采用STC12C5A32S2单片机内部的8路10位高速A/D转换器。8路A/D分布在单片机P1口8个I/O口上，单片机上电后，P1口为弱上拉型I/O口，通过软件，将需要设置为A/D转换的模拟信号输入引脚的P1ASF特殊功能寄存器相应位置1，此I/O的模拟信号即可转换为相应的数字信号。对相关特殊寄存器的相应位置设置，可控制A/D转换的频率，数据的存放方式，时钟信号来源等。需要注意的是，在设置完ADC_CONTER控制寄存器后，要加4个空操作延时才能读取正确的ADC_CONTER寄存器的值。因为称重传感器的信号变化比较缓慢，出于降低单片机功耗考虑，设计中采用了较低的A/D转换频率，通过定时器1中断，控制中断计数count的增加时间，继而控制A/D转换的频率。A/D转换部分的程序流程图如图4-2。图4-2 A/D转换子程序流程图4.3 按键处理系统采用44矩阵键盘作为输入接口，44矩阵键盘连接在P2口的8个I/O口上，工作原理如下：首先把所有列线P2.0P2.3置为低电平，行线P2.4P2.7置为高电平。当列线引脚检测到高电平时，说明有键按下，将高电平的引脚记下，反之，则无按键按下。如有键按下，则将行线引脚置低电平，列线引脚置高电平，检测行线高电平引脚的位置，存储。行与列分别检测一次，可确定是哪一颗按键按下。按键对应键码见表4-1。表4-1 按键与键码对应表P2.4P2.5P2.6P2.7P2.00x110x210x410x81P2.10x120x220x420x82P2.20x140x240x440x84P2.30x180x280x480x88取得按键代码后，进入switchcase语句，将按键代码映射为键值，方便后续程序编写。44矩阵键盘程序流程图如图4-3。图4-3 按键扫描子程序流程图44矩阵键盘共有16颗按键，分别为09数字键，小数点按键，确认键，单价存储设置键和3颗存储单价快捷调用按键。16颗按键分为两部分功能：其一，单价输入与单价快捷调用功能。输入被称量物品的单价，或者按下常用单价的快捷按键，按下确认键之后，单价乘上物品的重量，可算得物品的价格，并显示在液晶显示屏上。按键分布见表4-2。单价输入并计算的程序流程图如图4-4。表4-2 按键分布表123M-Set456M1789M20.EnterM3图4-4 按键处理子程序流程图其二，单价存储功能。按下M-Set单价存储设置按键，输入需要存储的常用单价，按下确认按键之后，调用E2PROM读写程序，即可将存储单价存入E2PROM存储器当中。下次需要调用时，按下对应快捷键，再按下确认键，不必重新输入单价，即可计算物品价格。此部分按键功能的程序流程图如图4-5。图4-5单价存储子程序流程图4.4 1602液晶显示1602共有16个引脚，通过其中的11个与单片机的I/O相连并通信，其中，3个控制引脚，8个数据引脚。单片机按照特定的时序改变3个控制引脚的电平，可以对1602液晶进行写命令，读命令，写数据，读数据的操作，从而控制1602液晶。本设计中，只需对1602液晶进行单向操作，所以省略了对1602液晶的读命令和读数据的操作。单片机对1602液晶控制的程序流程图如图4-6。图4-6 显示子程序流程图4.5 E2PROM操作本系统使用的STC12C5A32S2单片机内部集成了28K字节的E2PROM内存空间，分为56个扇区，每个扇区为512字节存储空间。对STC12系列单片机内部E2PROM的操作，是对E2PROM每一个扇区的操作。此款单片机为5V单片机，只有在电源电压在3.7V以上时，才可以对E2PROM进行有效的操作。电源不满足条件时，单片机会跳过对E2PROM的操作程序，继续往下执行其他程序。与STC12C系列单片机E2PROM操作相关的特殊功能寄存器为ISP/IAP SFRs。对单片机内部E2PROM的操作，就是对与E2PROM相关的特殊功能寄存器的操作。E2PROM操作部分的程序流程图如图4-7。图4-7 STC12C系列E2PROM读写操作流程图第五章 系统调试5.1 硬件调试焊接设备：电烙铁、元器件、导线、焊锡丝、松香、万用表。主体思想：该电路复杂，元器件多并且容易出问题。电路路数多，电路的规模较大，要合理布线，以降低焊接难度，降低出错率，同时防止干扰。焊接前应熟悉各芯片的引脚，焊接时参照电路图，仔细连接引脚。按照以下原则进行焊接。先焊接各芯片的电源线和地线，这样确保各芯片有正确的工作电压。同类的芯片应顺序焊接，在一片焊接并检查好之后，其他的同类的芯片便可以参照第一片进行焊接，这样可以大大节省时间，也可以降低出错率。模拟部分电路焊接完成之后检查是否线路连接正确，确认正确之后上电，将重物加在称重传感器上，看差分放大电路是否输出电压，改变重物质量，查看输出电压是否发生变化。硬件测试结果：焊接牢固，管脚相连，与电路图一致，电路检查无异常。5.2 软件调试调试设备：计算机、Keil C编译软件、STC-ISP程序烧写软件、MAX232电平转换电路、示波器、万用表、砝码、电源。主体思想：硬件电路焊接完成之后，用万用表测试每个引脚的通断，重点测试电路的电源和地是否短接，确认电源与地没有短路之后接通电源，检查电源模块提供给系统的电压是否为系统需要的电压。排除完硬件故障之后，用STC-ISP程序烧写软件将Keil C软件编译产生的hex文件烧写进入单片机内部的程序存储器。复位执行程序查看1602液晶屏初始显示是否正常。将重物放上称重传感器，查看1602显示的重物质量是否正确。按键输入是否正常，电子计价秤的功能是否都可实现。软件测试结果：软件执行有效，各项功能均可实现。第六章 结束语电子计价秤是一种能实现称量并进行简单计价的电子装置。当被称量的物品放在称重传感器上时，1602液晶屏上即时地显示出重物的质量，使用者可以输入被称量物品的单价，按下确认键之后，系统会自动计算出被称量物品的价格，省去了人工的计算，相比之下具有快捷，准确的优点。电子秤设置了实用的常用单价存储及快捷调用功能，能将使用频率极高的物品单价存储在单片机内部存储器，在需要使用的时候利用特定的快捷键快捷调用，省去了重复输入的麻烦，使得此电子秤的使用效率进一步地提高。电子秤采用电池供电，适用于单片机等低功耗的电子器件，同时干电池的供电方式不必受220V工频电的电线束缚，方便了使用。这次毕业设计，我完成了从最初的选题、论证、文献查阅等工作，到最后的系统的硬件焊接，程序编写、调试等全程的工作。本次毕业设计遇到的难点主要有：1、传感器的定标工作。重物放上传感器后，传感器输出与物体质量相应的电压信号，物体质量与输出电压之间的对应关系，需要传感器的定标来实现，由于缺乏砝码、高分辨率万用表等必要的测试工具，需要筹借，由于没有十分精准的测量设备，在定标的时候即已产生一定的误差对电子秤的称量精度产生了一定的影响。2、模拟部分电路的设计。模拟电路的设计，需要有扎实的模电基础，由于本人水平有限，在设计的时候未考虑传感器零点漂移等现象，对于模数转换器的选择，也没有进行深入的研究。3、软件部分程序编写。程序编写的难点主要在对外围数字器件逻辑时序的编写，因为利用C语言编写，在对时间的控制上较汇编语言困难。对于按键操作的程序编写也是编程的一大难点，不同的按键将实现不同的功能，更有数据的输入，是我第一次编写，刚开始编写的时候有很大的难度，16颗按键组成的电子秤输入方式，近乎是一个简单的操作系统，编写程序时需要对逻辑严谨的分析，防止按键冲突或者功能地紊乱。每个困难都是那么棘手，我通过上网查阅资料，求助于指导老师等方式，一一将难题解决了。最后实现了系统的预定功能：1、 对物品的称量并显示；2、 输入单价计算应付款；3、 常用单价的存储与快捷调用。参考文献1王新成.电子计价称的使用与检修M.中国计量出版社,1991.2程林.超省电型电子秤的设计方案J.福建质量信息,2008,06(030):75-76.3 Colm Slattery,Mariah Nie. A Reference Design for High-Performance Low-Cost Weigh ScalesJ.Global Electronics China,200