电子称毕业设计

1 / 25 电子称毕业设计 毕业设计 目录 摘 要 . 1 第一章 绪 论 . 2 引言： . 2 选 题 背 景 与 意义 . 2 研 究 现状 . 2 影 响 因素 . 2 产 品 质量 . 3 发 展 方2 / 25 向 . 3 电 子 秤 的 智 能化 . 4 本 文 的 结构 . 4 第二章 系 统 方 案 的 设计 . 4 电 子 秤 的 设 计 要求 . 4 基本要求 . 4 特 色 与 创新 . 4 设 计 原 理 及 设 计 基 本 思路： . 5 系统的原理： . 5 系 统 的 基 本 设 计 思路： . 5 系 统 总 体 设 计 方 案 比 较 与 论证 . 5 3 / 25 单片机的选型： . 8 输 入 输 出 设 备 指派 :. 9 键 盘 输入 . 9 输 出 显示 . 9 系统电源 . 10 第 三 章 系 统 硬 件 设计 . 13 基于 AT89S52 的 主 控 电路 . 13 芯片介绍 . 13 主 控 电路 . 17 基于 ICL7135 的 前 端 信 号 处 理 电路 . 18 4 / 25 芯片 介绍 . 18 信 号 处 理 电路 . 22 人 机 交 互 界面 . 24 键 盘 控 制 电路 . 24 液晶显示电路 . 27 系统电源 . 29 芯片介绍 . 29 电源电路 . 30 报 警 电路 . 32 第四章 软件流5 / 25 程 . 32 主程序流程图 . 32 主 要 中 断 程 序 流 程图 . 33 参 考 文 献 . 35 附录 1 ：原理图 . 36 附录 2 ： Pcb 板图 . 37 摘 要 该设计以 51 系列单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更 好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括 AT89S52 和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和6 / 25 A/D 转换部分组成，包括运算放大器 AD620 和 A/D 转换器ICL7135；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用 ZLG7289 键盘控制芯片和 OCM4x8C 显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。系统电源以 LM317 和 LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。软件部分应 用单片机 C 语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能 ,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价， 还具有超量程和欠量程的报警功能。整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 关键词：单片机；采样电路； A/D 转换器；液晶显示 ABSTRACT The design is based on the microcontroller AT89S52 system as the core to carry out the basic control function of the electronics steelyard. While designing the system, I adopt the mold piece method to divide the hardware of the system into four parts: the minimum system, sampling circuit, I/O interface and the system power supply. The minimum system mainly includes the AT89S52 and the expanded exterior data memory. Sampling circuit is comprised of a pressure sensor, a differential measuring amplifier AD620 and a A/D 7 / 25 converter ICL7135. With the usage of ZLG7289 keyboard control chip and OCM4*8C display, we complete the function of the key board input and the LCD manifestation. The power supply system selects the LM317 and LM337 to design the electric circuit to provide the needed power supply. The software part applies a machine C language to carry out all control function. The electronic steelyard can weigh the scope as 0 , and the weigh error margin is no bigger than It also has many other functions, such as displaying the shopping detailed list, setting the date and ten kinds of unit prices of merchandise and overweighing alarm. The whole system is simple, well-found, convenient to use and has high accuracy and certain development value. Key words： microcontroller; sampling circuit; A/D converter; LCD Manifestation 第一章 绪 论 引言： 质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。公元前，人们为了对货物交换量进行8 / 25 估计，起初采用木材或陶土制 作的容器对交换货物进行计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。 21 世纪，电子产品变得越来越丰富，给人们带来了很多很多的方便，其中电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许多工作，为人们节省了时间，提高了工作效率。 在超市里的一台电子秤，它能很精确的称出商品的重 量，还能去除皮重，更主要的是，它其中预存了超市里商品的单价，当称出商品的重量后，电子秤马上就能算出价格，不管几种商品都能一一累加，最后列出清单，可以说非常的智能化，而且非常的精确。由此，顾客在购物的时候非常的放心，商家的效益也提高了，所以有了电子秤，顾客买的放心，商家也卖的开心了。 选题背景与意义 电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高 、装机体积小、9 / 25 应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。电子秤的设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经 A/D 转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。 目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大， 能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。 研究现状 影响因素 随着科技的进步 , 对电子秤的要求也越来越高。影响其精度的因素主要有 : 机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限制 , 会使力的传递出现误差，而传感器 输出特性存在非线性 , 加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差10 / 25 变得不容忽视。因此，在高精度的称重场合，迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。此外，为了保证准确、稳定地显示 , 仪器内部分辨率 一般要比外部显示分辨率高 4 倍以上 , 这就要求所采用的 ADC 具有足够的转换位数，而采用高精度的 ADC，自然增加了系统的成本。 产品质量 目前市场上主流的电子秤根据使用功能的不同包括以下几个类型：电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装秤以及 条形码电子秤等。面对种类如此繁多的电子秤，目前市场上存在许多不合格的电子秤产品。不合格问题主要表现在以下三个方面： 1、温度试验项目不符合标准规定； 2、湿热试验项目达不到标准要求； 3、抗电脉冲串试验和抗静电放电试验项目不合格。 造成产品不合格的原因主要有以下几个方面： 1、称重传感器的质量不达标，制约了电子秤产品整体质量的提高； 2、关键元器件未进行筛选和通电老化，造成电子计价秤质量失控； 3、部分产品设计上抗干扰能力不 强； 4、产品检验把关不严。 面对目前市场上电子秤产品的总体质量不高的局11 / 25 面，除了加强对电子秤产品的日常监督管理之外，还要从根本上推动技术的发展，促进电子秤产品质量的提高，更好地保护消费者的合法权益。 发展方向 电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的方向发展。据悉 , 目前电子秤的附加功能主要有以下几种： 1、电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理； 2、具有皮重、净重显示等特种 功能。电子秤有些已具备了动态称量模式 , 即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法 , 消除上述的误差； 3、 附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加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。 电子秤的智能化 电子秤的称重功能是基于微电脑控制芯片处理器这一核心技术来实现的。由于目前在设计电子秤 系统时大量地采用集成芯片，因此电子秤系统已经摆脱了以往的电子模12 / 25 式，正趋向智能化多元化方向发展。在此基础上可以实现系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等。 电子秤由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械式的称重工具。在具体开发电子秤的系统时应该根据用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而可以开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。目前，随着电子技术的飞速发展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将 推进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤具有广泛的应用前景和开发价值！ 本文的结构 文以电子秤的研发作为应用背景，对传感器、模数转换、单片机及其接口 等技术进行了分析。全文共分为六章，各章的主要内容如下： 第一章扼要地介绍了电子秤的概念、特点与相关研究背景； 第二章论证了系统方案，包括对原理的阐述，各种优缺点的比较，属于理论 分析部分； 第三章通过对各种芯片的介绍以及对电路功能的分析，对系统硬件进行了描 述，给出了单片机的的控制方案； 13 / 25 第四章简单介绍了系统软件流程； 第五章对整个设计做了总结，归纳了存在的问题和进一步研究的方向。 第二章 系统方案的设计 电子秤的应用系统是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展的存储器、扩展的输入输出设备等部分；软件是各种工作程序的总称。硬件和软件只有紧密配合、协调一致，才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时，就应考虑相应软件的设计方法，而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求进行的。 电子秤的设计要求 基本要求 1、 电子秤称重范围： 0；重量误差不大于 ?； 2、 液晶显示：所称物体重量、 10 种商品的购物清单等。 特色与创新 目录 第一节 绪论 ?.3 本设计的任务和主要内容 ?3 第二节 硬件电路设计 ?4 传感器的选择 ?.4 应变式电阻传感器的测量原理 ?.4 14 / 25 传感器的分类和选择 ?.4 放大电路的设计 ?.5 采集电路的设计 ?.5 数据采集系统的组成 ?.5 数据采样保持器 ?.6 A/D 转换器 ?6 显示电路的设计 ?7 键盘电路的设计 ?8 报警电路的设计 ?9 第 三 节 软件的设计 ?.9 监控程序的设计 ?.9 数据处理子程序的设计 .9 3. 数制转换 .9 数据采集子程序的设计 ?.10 数据显示子程序的设计 ?.11 键盘扫描子程序的设计 ?.12 报 警 子 程 序 的 设计 ?.13 第四节 设计总结 ?15 参 考 书籍 ?.16 程 序 附图 ?17 电子秤的设计 数理与信息工程学院 电信 041 班黄伟东 15 / 25 指导老师 余水宝 第一节 绪论 随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革 命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。 做为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。 本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以半桥传感器为主 ,测量 0 500g电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。称重传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到 A/D 转换接收的电压范围。所以送 A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。然后， A/D 转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。其数据显示部分采用 LCD 显示，成本低且能很好地实现所要求的功能。 本设计的任务和主要内容 16 / 25 设计的主要内容如下 设计一款电子秤，用 LED 液晶显示器显示被称物体的质量 可以设定该秤所称的上限 当物体超重时，能自动报警 写出详细的实验报告 第二节 电子秤的硬件设计 传感器的选择 应变式电阻传感器的测量原理。 应变式电阻传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。 电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。 图 桥式测量 电路图 如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有关。 传感器的分类和选择 应变片式电阻传感器按其测量电路可分为单臂式、半桥式、全桥式三种。 所谓半桥，即将电桥的四臂接入四应变片。其中：17 / 25 一片受拉，一片受压，另外两应变片不受力。全桥是两片受拉，两片受压，故灵敏度比半桥式的大一倍。 本方案采用半桥式传感器。 放大电路的设计 传感器输出电压为毫伏级，而 A/D 转换器所能处理的电压是 0 5V，所以必须在 A/D 转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为 100 200 倍，使输出电压为 0 5V。 由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。 三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。 如图 3-2 所示，图中 为增益调节电阻，整个芯片仅 为外接电阻，而运放 为增益为 1 的差动输入放大器。 图 放大电路硬件原理图 采集电路的设计 数据采集系统的组成 数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样 /保持器，放大器， A/D 转换器，计算机组成。 数据采样系统框图 18 / 25 数据采样保持器 进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即 A/D 转换的孔径时间。当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样 /保持器，进行有效、正确的数据采集。 采样 /保持器通常由 保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可以用晶体管、场效应管来作为开关。 采样保持器的原理：如图，当开关闭合时， V1 通过限电流电阻向电容 C 充电，在电容值合理的情况下， V0 随Vi 的变化而变化；当 K 断开时，由于电容 C 有一定的容量，此时输出 V0 保持输入信号再开断开瞬间的电平值。 图 采样保持原理图 在模拟信号输入通道中，是否需要加采样 /保持器，取决于模拟信号的变化频 率和 A/D 转换器的孔径时 间；对快速过程信号，当最大孔径误差超过允许值时，必须在 A/D 转换器前加采样 /保持器。但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢，采样 /保持电路可以省去。 A/D 转换器 设计中 A/D 转换器用的是 ADC0809 A/D 转换器，它19 / 25 是 8 路 8 位逐次逼近式 目录 序言 ? 3 第 1 章 任务和指标 ?4 设计任务 ? 4 设计指标 ? 4 第 2 章 功能分析 ? 5 系统总体框架图 ? 5 各模块基本原理 ? 5 采用应变片称重的基本原理 ? 5 放大器的工作原理 ? 6 A/D 转换的工作原理 ?10 数码管显示的工作原理 ?10 第 3 章 硬件设计 ? 11 电路主要结构 ? 11 12V 稳压电路 ? 11 两级放大电路 ? 12 A/D 转换电路 ? 12 数字显示电路 ? 13 第 4 章 软件设计 ? 14 总程序模块设计 ? 14 20 / 25 A/D 电路模块设计 ? 14 拆字程序模块设计 ?15 显示电路模块设计 ? 15 第 5 章 安装与调试 ? 16 硬件调试 ? 16 软件调试 ? 16 综合调试 ? 16 故 障 分 析 与 解 决 方案 ?16 故障出现情况 ? 16 解决方案 ? 17 功能测试及结果分析 ? 17 总 结 ? 19 参考文献 ? 20 附 录 ? 21 附录 1? 21 附录2? 23 附录3? 24 附录4? 24 附录5? 25 序言 21 / 25 孙子 ?算经记载：秤之所起，起于黍，十黍为一累，十累为一铢，二十四铢为一两， 十两为一斤。称重技术自古以来就被人们所重视，在传说的皇帝“设五量”中，权衡既为五量之首。夏禹的“声为吕，声为度，称以出”；“循守会稽，乃审权衡，平斗斛”等，均说明了在我国古代称重技术所处的位置和重要性。在公元前，人们为了对货物交换量的估计，起初采用木材或陶土制作的容器作为交换货物的计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。 在 19 世纪后期，随着工业化的迅猛发展，出现了大量迅速称量散料物品的自动秤。第一台定量自动秤约在 1880年获得型式批准的，它是由倾斜象限杆秤发展来的。每次约可称量 500kg。这种自 动秤的称量过程分以下几个阶段： a，打开装满散料的容器； b，把散料输入到秤斗里进行称量；c，到达平衡位置时，关闭进料闸门； d，自动卸空料斗； e，秤斗和气动联动装置回到初始位置，自动地启动下一个称量程。 随着科技革命，传感器技术的迅速发展，单片机的出现，电子秤走进的人们的生活。 电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂，由粗糙到精密，由机械到机电结合再到全电子化，由单一功能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺流程中的现场称重，配料定量称重，以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电 信号的22 / 25 电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制与检验功能，从而推动工业生产和贸易交往的自动化和合理化。 近年来，电子衡器已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术，储运技术，预包装技术，收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。 我国的衡器在 20 世纪 40 年代以前还全是机械式的，40 年代开始发展了机电结合式的衡器。 50 年代开始出现了称重传感器为主的电子衡器。由于称重传感器各项性能不断有新的突破。为电子 秤的发展奠定了基础。国外如美国，西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 %称重准确度的电子秤，并于 70 年代中期约对 75%的机械秤进行了机电结合式的电子化改造。到目前为止，电子秤的发展方兴未艾，并向着群控，程控和智能化猛进。 第一章 任务和要求 设计任务 1利用 multisim 仿真软件，确