毕业设计（论文）-基于单片机的智能电子秤设计.doc

本科毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII前 言III1 绪论11.1 课题研究背景11.2 系统设计要求21.3 系统设计方案22 系统核心元器件选型及参数介绍52.1 单片机选型52.2 传感器选型72.3 A/D转换芯片选择92.4 显示器选择102.5 时钟芯片选择123 系统硬件电路设计143.1 系统总体设计143.1.1 电子秤的基本结构143.1.2 电子秤的工作原理143.1.3 电子秤的计量性能153.2 单片机主控电路设计163.3 显示电路设计173.4 超重报警指示电路设计183.5 按键输入电路设计193.6 系统串口程序下载电路设计204 系统软件设计224.1 系统软件编程环境介绍224.2 系统主程序设计224.3 系统显示子程序设计234.4 系统按键调整子程序设计245 系统调试及分析265.1 系统硬件电路的绘制与实物的制作265.1.1 Protel99SE软件介绍265.1.2 系统原理图绘制与实物的制作265.2 系统硬件调试275.3 系统软件调试275.4 数据分析28结 论29致 谢30参考文献31附录1 总体电路原理图32附录2 产品实物图33附录3 元件清单34附录4 系统源程序35基于单片机的智能电子秤基于单片机的智能电子秤摘 要现代新型称量仪器智能电子秤是集检测称重、信号转换、输入计价、数字显示、程序下载、超重报警于一体的精密测量仪器。它与我们日常生活紧密结合、息息相关。基于单片机的智能电子秤有单片机控制系统、矩阵键盘输入电路、压力传感器、A/D转换单元、LCD1602显示电路等硬件电路和控制软件组成。电子秤不但计量准确、快速方便，更重要的是具有自动称重、数字显示等功能，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎1。基于单片机的智能电子秤的设计分为三大板块，即硬件的排版、布局设计，软件的编写、下载、调试及产品的手工焊接。基于单片机的智能电子秤是以STC89C52RC单片机为核心控制系统，单片机内下载软件程序对焊接完成的硬件电路有一个指令的控制，当硬件电路中的压力传感器检测到外界的压力变化时，智能电子秤的A/D转换芯片HX711对压力传感器收到的信号进行模数转换，转换后的数字信号传送到单片机进行数据处理，数据处理完成后通过液晶显示进行数据的直观显示，便得到称重结果。关键词：单片机；电子秤；传感器；HX711INTELLIGENT ELECTRONIC SCALE BASED ON MCUAbstractThe intelligent electronic weighing instrument of modern weighing instrument is a precision measuring instrument which integrates detection weighing, signal conversion, input meter, digital display, program download and overweight alarming. It is closely linked with our daily life.The intelligent electronic scale based on MCU has single-chip microcomputer control system, matrix keyboard input circuit, pressure sensor A/D converting unit, LCD1602 display circuit and so on. Electronic scale is not only accurate, fast and convenient, but more important automatic weighing, digital display, the impact on peoples life is growing, widely popular.The design of intelligent electronic scale based on MCU is divided into three parts, that is, the layout of hardware, layout design, software writing, downloading, debugging and manual welding. Based on single chip microcomputer intelligent electronic scale is based on stc89c52rc MCU as the core control system, SCM download software program is a command control hardware circuit of the completion of welding, when the hardware circuit of the pressure sensor detects the external pressure changes, intelligent electronic scale of the AD conversion chip hx711 on receipt of the pressure sensor signal analog to digital conversion, conversion of data transfer to the microcontroller for data processing, the data processing after the completion of the liquid crystal display data display, by weighing the results.Keywords: Single chip microcomputer; Electronic scale; Sensor;HX711前 言自古以来，秤是公平的代名词，是人们生产生活中不可缺少的计量工具。以前，人们用机械杆秤和弹簧秤来测量物体的重量，随着社会的进步和科技的发展，现在人们用电子秤测量物体的重量。历史悠久的机械杆秤逐渐淡出人们的视野，这是历史的必然。况且杆秤的测量精确度不高，人们不可能再使用费时费力、操作复杂的杆秤。随着传统杆秤的淘汰，新兴的电子秤登上历史的舞台。电子秤在很多方面都比传统的杆秤和弹簧秤更加适合人们的生产生活。首先，电子秤易于操作，便于学习；其次，电子秤称量精确；还有，电子秤的制作相当简单，价格比较便宜。普通的电子秤既有优点也有缺点。比如，有些电子秤使用不方便，比较浪费精力和时间，还有些电子秤的功能比较单一，满足不了大众的需求2。这样我们就会思考是否能开发出更加智能的电子秤，来取代功能单一的电子秤。既然这样想了，就开始付诸行动。在原有电子秤的基础上制作出更加出色的智能电子秤，使其更加实用。凡是电子秤都会用到传感器等元器件，我在原有的基础上结合制作出更加新颖的电子秤，一款基于单片机的智能电子秤。这款智能电子秤要体现出智能化的特点，这样一定能解决人们在称重中遇到的难题。III基于单片机的智能电子秤1 绪论1.1 课题研究背景电子秤作为一种新兴计量手段，逐步取代老式的杆秤和弹簧秤，在社会各行各业得到广泛应用，与人民大众的生产、生活息息相关。自古以来，代表着公平、公正的秤在人们的生产生活中扮演着不可或缺的角色。人与人之间的商品交易不可避免的要用到秤，人们在进行科研设计时也要用到秤。以前每个家庭都备有秤，最开始的是杆秤，然后出现了弹簧秤，最后才出现电子秤。秤已不再是传统意义上的称量器具了，它更代表着一个社会的科技生产力、一个国家的经济推进器。现代的称重仪器不仅作为一个称量器具使用，还向其它实用功能涉猎，比如程序下载、输入单价、时钟万年历、超重报警等功能，无疑缩短了工作时间，提高了工作效率，增加了实用性。无形之中，推进了现代工业自动化的前进步伐，伴随着生产效率、产品质量、材料损耗率的提高，使得人们在生活中更加方便快捷，社会经济效益进一步增强，人们的生活质量得到显著提高。美好的生活得益于现代科技，当然，这也是社会进步的趋势，这是现代工业科技发展的必然。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤和传统的杆秤、弹簧秤不一样，电子秤适合现代人们的生活。传统的杆秤靠的是机械臂的作用，也就是力的作用，这样的杆秤并不精确，甚至产生极大的误差，而且传统的杆秤不易携带，局限了称重的可移动性。对于传统的弹簧秤而言，由于弹簧的弹性易发生塑性形变，势必造成称量的不精确。电子秤不论是称量的精确性还是体积方面都比传统杆秤和弹簧秤更加符合现代人们的标准。称重仪器的发展大致经历了这样几个阶段：由传统机械杆秤到机械电子结合的机电秤，再到集成电路秤，最后发展到现代的智能电子秤。我们所使用的计量器具逐渐的由古老迈向先进，由操作复杂到操作简单，由现实的实物控制迈向虚拟的软件控制的全新数字型3。现代称量仪器的计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。一般的称重仪器正在逐步地发展为更加智能的电子测量仪器，智能电子秤是现代发展的成果。智能电子秤体积小、便于携带、称量精确等优点，使得现代科技生产的效率进一步提高，使得第一生产力在不断向前迈进，使得人们生活质量进一步得到较大改善。1.2 系统设计要求(1)基本要求设计并制作一款基于单片机的智能电子秤称重系统。(2)具体要求本次毕业设计的产品是采用软硬件结合的方法，通过向单片机内下载软件程序来控制硬件电路实现各项功能。本课题在电子秤的基本功能基础上扩展了时钟万年历和超重报警等功能。该系统可以分为单片机最小系统、数据采集系统、人机交互界面系统、时钟及报警等五大部分组成。STC89C52RC单片机和经典复位电路组成了单片机的最小系统；称重传感器、信号放大和A/D转换组成了数据采集部分，信号放大和A/D转换部分是通过HX711芯片实现的，HX711芯片是一种专用型高精度24位A/D转换芯片；电子秤的人机交互界面是通过手动矩阵键盘输入和数据液晶显示来完成的，即键盘输入单价，显示屏显示各项数据；时钟模块主要通过时钟芯片DS1302和时钟显示电路构成，LCD1602显示器可以切换显示时钟万年历；蜂鸣器报警功能，当称重物体超过5Kg时，蜂鸣器自动报警。本课题的主要设计任务如下所述：系统可实现电子秤的称重计价功能（称重范围为05kg，重量误差在0.005kg以内）；系统应具备输入单价，自动计算总价的功能；系统超出最大测量范围5Kg时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示）；系统设计需完成时钟万年历显示功能的扩展。在未称重状态下可以切换显示时钟万年历,时钟万年历可调。1.3 系统设计方案结合所学知识，查找资料和论证，通过以下方案来实现课题要求，几种方案介绍如下：方案一：控制系统采用单片机，该单片机内部带有模数转换功能，放上物体，然后物体的重量在数码管上得以显示，这种做法是比较容易的。这种方案制作出来的电子秤各个电路之间的连接容易实现，外部焊接的元器件比较少，所需要用到的软件程序也相对简单，对于功能的实现比较简单、直观。当然这种产品存在很大的弊端，产品制作的简单，元件的稀少，软件程序的浅显，势必造成很多功能的实现不够完全。电路过于简单，如果想要在此电路上进行其它功能的扩展，势必对产品造成超负，产品必定不能承受。产品只有简单的称量物品、按照特定模板进行称重，当单价变化时，不能够方便、快捷的修改单价，无形中浪费了时间，减少了实用性。并且与传统的机械杆秤区别不是很大，体现不出电子秤的智能性。数码管显示模块如图1.1所示：数据采集AD转换单片机处理LCD显示图1.1 数码管显示模块简图方案二：在方案一的基础上进行装置的扩展，增加一个按键输入装置，使得单片机采集到不同的数据和信号指令，多次出现不同的显示数据，实现其称重功能。此方案中的电子秤，虽然能够实现一些基本的功能，例如称重计价功能，但还是有很大弊端。此电子秤显示重量、单价、总价，却显示不了时钟万年历等现代常用功能，并且，由于数码管没有足够的位数，显示重量数据时，出现显示不完全的情况，势必造成计量误差。如果要排除这种误差，就要扩展足够的接口来满足数码管的要求，这样不仅增加了成本，还浪费了时间，并且减少了电子秤的实用性。键盘输入模块简图如图1.2所示：数据采集AD转换单片机处理LCD显示按键处理图1.2 键盘输入模块简图方案三：当压力传感器采集到数据后，会进行信号的滤波、放大等一系列处理，进行信号处理时采取的一系列措施会在无形中增加成本。采用LCD显示屏以实现数据的直观输出，LCD显示屏能够实现数据的大量输出，比其它显示屏更适用于电子秤。按键处理、数据采集、信号的处理、LCD显示构成了这套方案，这样使得产品的实用性的到提高，在应用的时候会更加方便，当然成本也不会太高4。如果想要更多的功能时，可以在原有的电路上进行适当扩展，尽量达到自己的要求。键盘输入及液晶显示模块简图如图1.3所示：数据采集AD转换单片机处理LCD显示按键输入信号放大图1.3 键盘输入及液晶显示模块简图以上三种方案既有优点也有缺点，我们在开发设计智能电子秤时，考虑的因素是综合的、多方面的。我们要考虑到电子秤的智能性，那么就要保证电子秤的功能的多样性和操作的简单性，同时，我们还要考虑到电子秤的制作材料的价格，做到保质保量、价格便宜、功能多。鉴于以上要求，我制作了如下图所示的智能电子秤，该电子秤有称重计价、时钟显示、超重报警等多样性功能，比起以上三种方案，做到了功能上的多样性，生产中的实用性，操作上的智能性。结构简图如图1.4所示：传感器AD转换单片机处理LCD显示时钟显示计量显示按键输入信号放大报警电源电路图1.4 基于单片机的智能电子秤的结构简图2 系统核心元器件选型及参数介绍2.1 单片机选型我们在选择单片机的时候要考虑到很多因素，反复比较，以求最好。在速率方面，我们要选择较高的，增加效率；在内存方面，要求越大越好；在通用性方面，单片机的适用范围越广越好；当然，价格方面越便宜越好。经过综合比较本课题选择STC89C52RC作为主控芯片。STC系列单片机是增强型8051内核单片机。它是由深圳宏晶科技公司开发出来的产品，委托台湾积体电路制造股份有限公司生产。它给MCS-51单片机融入了许多现代单片机新的功能部件，如ADC、DAC、电压监控、“看门狗”电路、低电压检测电路等。8051内核单片机在运行速度和其它性能上都有非常大的创新和进步。在对单片机编写软件时无需采用专用编程器，可以通过PC直接对STC系列单片机进行编程。这种技术是Flash在线编程技术（ISP），它使单片机应用系统的运用变得更加简单5。STC单片机产品系列化、种类多，现有超过百种单片机。STC单片机按照工作速度和内部资源配置的不同，可以分为不同的系列产品。在单片机选型时，应该根据控制的实际需求，选择合适的单片机，即单片机内部资源要尽量满足控制系统要求，而减少外部接口电路，保证单片机应用系统的可靠性和性价比。STC89系列单片机性能优越、价格低廉、编程方便，非常适合我们使用，而我选择的是STC89C52RC。单片机STC89C52RC有如下含义：(1)STC：前缀，表示由STC公司生产的产品。(2)89C52RC：8表示8051内核芯片； 9表示含Flash存储器； C表示工作电压3.8-5.5V； 52表示内部Flash为8 KB； RC表示RAM为512 B。STC89C52RC使用经典的MCS-51内核，在此基础上做了很多的改进，使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。STC89C52RC单片机的主要特性如下：(1)该单片机为增强型8051单片机，兼容传统8051指令代码，可以选择机器周期；(2)工作电压：5V 单片机的工作电压的范围是3.3V5.5V；3V 单片机的工作电压的范围是2.0V3.8V；(3)工作频率的范围在040MHz之间，相当于普通8051单片机的080MHz的工作范围，高时能达到48MHz的工作频率；(4)用户应用程序空间为8K字节；(5)片上集成512字节RAM；(6)通用I/O口（32个），复位后为：P0 口是漏极开路输出，作为I/O 口用时，需加上拉电阻，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻；(7)能够通过串口直接下载用户程序，用时极短；(8)具有EEPROM 功能；(9)具有“看门狗”功能；(10)共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2；(11)外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，电源关闭模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；(12)可用定时器软件实现多个UART；(13)工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）；(14)PDIP封装。STC89C52RC单片机的工作模式：(1)掉电模式：典型功耗小于0.1uA,由外部中断唤醒，进行中断返回后，继续执行原程序；(2)空闲模式：典型功耗2mA；(3)正常工作模式：典型功耗4Ma7mA6。STC89C52RC单片机引脚图如图2.1所示：图2.1 单片机引脚图2.2 传感器选型在基于单片机的智能电子秤的毕业设计中，传感器的选型是十分重要的。在选择传感器时我们要反复比较传感器的各项参数，测试比较哪一种传感器更加适合我们的整体系统，还要考虑传感器的价格等各方面因素。传感器的量程和分配到每个传感器的载荷越接近，就说明称量的准确度越高。传感器大致分为三种：压电式压力传感器、电容式压力传感器和电阻应变式压力传感器。压力传感器是一种自发电式传感器，即有源传感器。在压力传感器上施加一定力后，其将会产生压电效应。压电式传感器有很多优点，例如它有很高的精度和灵敏度、稳定、使用周期长等特点，适合动态力学量的测量7。压力传感器有很多优点的同时也有很多缺点，内阻比较高、功率特别小，在一定的情况下对外接电路的要求比较高。电阻应变式传感器主要可以分为两个部分，分别是电阻应变片电缆线和弹性体。它通过电阻应变效应把力转换为电信号。电阻应变片是传感器核心，通过结合弹性元件构成力学量传感器。如果给弹性体一个力的作用，会导致电阻应变片发生形变，它的阻值将发生变化，使得电桥失去平衡，产生差动信号，供后续电路使用。电阻应变式传感器具有很多优点，它具有很高的精度和灵敏度、稳定、使用周期长，在任何环境中都能胜任测量任务，且性价比高。电阻应变效应是指当外界受到力的作用时，导体的电阻随着力的变化而成一定的函数关系。机械应变信号被电阻应变片转换为R/R后，我们不能够直接测量应变片及电阻的微小变化。所以我们通过转换的方法把应变片的变化转换成电信号的变化。在转换电路的时候将要用到测量电桥。虽然外界不易影响直流电桥的信号，但是由于机械应变的输出信号小，所以要用放大器进行放大。直流供电的平衡电阻电桥,接直流电源E，如图2.2所示：图2.2 传感器内部连接图给电桥输出端施加无穷大的负载电阻时，我们可以理解为电桥输出端是断开的，这时候的直流电桥又被称为电压桥，这部分只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有： (2.1)即 (2.2)当满足条件R1R3=R2R4时，即 (2.3)得U0=0，即电桥平衡，式（2.3）为平衡条件。在测量电桥时，输出电压信号的变化和电阻的变化有一个函数关系。 若差动工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2），则电桥输出为 (2.4)应变片式传感器有如下特点：(1)应变片式传感器适用范围比较广，并且可以制作不同的机械量传感器；(2)分辨力和灵敏度高，称量精度较高；(3)结构比较小，可以在不同的环境中使用，有较强的适应能力；(4)操作简单，使用方便，自动化性比较强，节省人力。通过对压力传感器与电阻应变式传感器比较分析，最终选择了第二种方案。设计要求称重最大量程不超过5kg，误差上下浮动不超过0.005kg。考虑到秤台振动、自重和冲击分量等因素，还要避免超重导致压力传感器的损坏，所以传感器量程的设定必须大于额载量。我们选择的是电阻应变片压力传感器，电阻应变片压力传感器最大量程是5kg，精度为0.1% ，符合本设计的要求。2.3 A/D转换芯片选择转换器的选择对于整个电路的设计十分重要，这部分如果处理不好，将会影响整个设计的进展。A/D转换器集成电路有很多种类，其中有并行比较A/D转换器、逐次逼近A/D转换器、积分型A/D转换器、串行比较A/D转换器等8。HX711是一款24位A/D转换器芯片，它专门为高精度的智能电子秤而设计的。比较于其它芯片，HX711有更高的反应速度和抗干扰能力，其集成度高、价格实惠等优点，使其更受人们青睐。HX711A/D转换器芯片与单片机芯片的编程和接口比较容易，管脚驱动控制信号，避免芯片的内部寄存器编程。该芯片有两路可选择的差分输入，分为通道A和通道B。两种通道的区别是：通道A可选择的是64和128增益，通道B只能选择64增益。片内稳压电路可直接向外部传感器和A/D转换器供电。片内时钟振荡器不需要其它外接器件，如果需要时可以使用时钟或外接晶振。芯片能上电自动复位，并且它的输出数据速率有10Hz和80Hz两种可供选择，同步抑制电源干扰。我们要注意其工作电压范围在2.65.5V，工作的温度范围要加以控制，尽量在-20+85。控制芯片管脚图如图2.3所示:图2.3 HX711管脚定义HX711典型应用电路如图2.4所示:图2.4 HX711典型应用电路2.4 显示器选择系统显示器的选择极其重要，在显示器上我们能直观的得到数据结果，显示器的选择决定人机交互的成功与否，选择出更好的显示器，会使我们更加方便、直观、快捷的得到我们需要的信息。对于显示器的选择，我们有以下几种方案。方案一：数码管显示。数码管是一种半导体发光器件，就是我们常用的LED数码管，它的基本单元是发光二极管。数码管有不同的分类：按段数分、按能显示多少个“8”分和按发光二极管单元连接方式分等。按段数分为七段和八段数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阴、共阳极数码管，七段数码管比八段数码管少一个发光二极管单元；按能显示“8”的个数可分为1、2、4位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阴极数码管和共阳极数码管。共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一块形成公共阴极(COM)的数码管。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。由于数码管的局限性，信息显示不完全，就会造成数据的丢失，想要避免这种问题，就要级联多个数码管。如果多个数码管在一块就会造成硬件连接复杂的问题，容易出现电路连接错误等问题，并且相应的价格会升高。很多字符数码管是显示不出来的，并且数码管易出现闪烁现象，造成数据显示的不稳定性。方案二：LCD字符液晶显示。液晶显示模块有很多优点，比如功耗小、显示信息量相对较大、较完全等。基于这些优点，人们普遍喜欢应用LCD字符液晶显示，具有优点的同时也会有一定的缺点，比如LCD字符液晶显示屏的价格较高，使得制作成本上升。LCD1602显示屏能够显示2行共16个字符，有D0D7等高达8位的数据总线，并且带有三个控制端口，分别是RS端口、R/W端口、EN端口。正常情况下，工作电压为5V，带有背光功能和能够调节字符对比度功能。具体引脚说明如表2.1所示:表2.1 LCD1602液晶显示器引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择12D5Data I/O5R/W读/写选择端13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极LCD1602内部有160个不相同的点阵字符图形。这些字符包括英文字母的大小写、阿拉伯数字、常用的符号等很多种，这些字符都不是一样的，每一个字符都有自己独特的固定的代码，通过软件编程的指令进行各种读写操作等9。最后综合考虑了多方面的因素，我决定采用方案二，选择LCD1602显示屏作为系统的显示界面。2.5 时钟芯片选择时钟电路的种类非常多，通用的有DS1302等，它们的操作步骤简单方便，价格也普遍被大众接受，在社会上使用非常广泛。选择性能比较高且功耗比较低的时钟芯片，我们可以考虑DS1302时钟芯片。DS1302时钟芯片附加31字节静态RAM，很符合我们的要求。并且采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，这样用时非常短。采用一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据的突发方式，减少了传送次数。实时时钟按照现实正常时间进行更新，当一个月低于31天时，可以人工的进行时钟的日历校准，操作非常方便。工作电压在2.55.5V之间。采用主电源和备用电源双向供电功能，当接入主电源时，主电源供电，切断主电源时，会有备用电池持续供电。DS1302时钟芯片可以达到像秒表一样的记录功能，在某一时间可以记录现实的实时数据，不仅能把数据记录下来，还能指出具体的时间点，非常方便实用。DS1302时钟芯片实物图和管脚图如图2.5、2.6所示：图2.5 DS1302实物图图2.6 DS1302管脚定义DS1302时钟芯片各引脚的功能如下：(1)VCC1：备用电源；VCC2：主电源。当VCC2VCC1+0.2V时，由VCC2向DS1302供电，当VCC2 100000高准确度精密衡器10000 n100000中准确度商业衡器1000 n10000普通准确度粗衡器100n10003.2 单片机主控电路设计STC89C52RC单片机及晶振电路和复位电路组成了系统的主控电路，主控电路对整个系统起决定作用。该电路作为整个系统功能实现的核心单元，其连接方式如图3.1所示:图3.1 单片机控制模块电路晶振全称为晶体振荡器。晶振能产生时钟频率，经过放大或缩小，形成总线频率，这些总线频率是不同的。晶振是一种机电器件，它是从石英晶体上切下的薄片。如果给它通电，会产生振荡频率；反之，如果给它机械力，它会产生电，这种特性很重要，被称为机电效应。晶振的振荡频率与它的形状、材料、切割方向等密切相关。由于石英晶体热膨胀系数非常小，化学性能非常稳定，其振荡频率非常稳定，当切割晶体做到很精密的时候，谐振频率就会很精确11。晶振像交通灯的时间计数一样，如果时间停止了，交通灯信号不进行切换了，就停止运行了。晶振为数据提供节拍，没有了晶振，便不能处理数据。晶振为单片机提供合格的时钟信号流，这样单片机会正常有序的工作。无数的门电路组成了单片机电路，时钟信号触发门电路进行工作，产生多少个脉冲，门电路就执行多少次。所以，在同样电路的情况下，脉冲频率越高，单片机性能也越好。晶振是在整个电路的时序中提供一个基本时钟，时序电路中时钟源必不可少。我们已经知道晶振像是单片机的时钟，作为时钟，就有着自己的固定的工作周期和模式。如果这个周期发生错乱，晶振就出现了问题，主程序将会受到干扰，整个系统将会发生紊乱而无法运行。复位电路有按键复位和上电复位。按下复位按键后，复位端的电源和小电阻相互接通，迅速产生放电，使RST引脚为高电平。复位按键弹起后，电源通过10K的电阻对10uF的电容C1重新充电，RST引脚出现复位正脉冲。STC89C52RC内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，如果在外部附加电路，便会形成一个时钟脉冲。系统控制芯片内部的振荡器，晶体振荡器在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接，就构成了稳定的自激振荡器，接着发出的脉冲直接送入内部时钟电路，晶振Y1选择12MHz更加合适。振荡器电容尽可能安装得与单片机引脚XTAL1和XTAL2靠近，就会减小寄生电容，更好地保证振荡器正常的运转。单片机的31脚（EA）接+5V电源，表示允许使用片内ROM。3.3 显示电路设计数据显示部分我们采用的是LCD1602液晶显示模块，它能更好的胜任数据的直观体现，液晶显示模块用于显示符号、字母、数字等，让我们得到数据结果。现在常用的模块有16*1、16*2、20*2和40*2等模块，并且在规格上有多种分类。LCD1602液晶显示屏的接口电路如图3.2所示：图3.2 液晶显示接口电路液晶显示屏的1脚的功能是VSS，即接地，2脚是VDD，接电源的正极；3脚是VL，它能够调整液晶显示屏的对比度。当3脚接通电源正极时对比度最弱，当3脚接地时对比度最高，如果对比度过高时会出现模糊现象，要想调整这种现象，我们可以通过附加电位器的方法进行对比度的调整；4脚接到P2.0端口，5脚接到P2.1端口，6脚接到P2.2端口，这些引脚通过液晶片控制；714脚为数据接口，顾名思义，其与单片机的P0口相连实现数据的传输；15、16脚为液晶的背光控制脚，分别接电源和接地。3.4 超重报警指示电路设计超重报警指示电路是电子秤系统设计所必备的电路，这样可以保护电子秤。当所称物体超过电子秤承载最大值时，报警电路产生报警，避免称重物体过重对电子秤造成损伤。报警指示电路由三极管驱动蜂鸣器来实现，当重量超载时，蜂鸣器自动报警。当单片机的I/O口输出为低电平时，三极管导通，蜂鸣器的正极与电源接通，蜂鸣器通电发出报警声12；当单片机I/O口输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止报警。报警指示电路如图3.3所示:图3.3 报警指示电路3.5 按键输入电路设计按键输入电路方便我们进行人机交互，我们通过矩阵键盘输入单价，还可以通过键盘调节时钟万年历，使得我们的操作更加方便。按键采用的是4*4矩阵键盘。矩阵键盘电路如图3.4所示:图3.4 按键输入电路电子秤按键功能分配如表3.2所示：表3.2 系统按键配置表123删除456去皮789清零0时钟基于单片机的智能电子秤有开机清零功能，当电源接通时，系统自动把秤体重量清零。原理是：软件程序将秤体重量保存在一个变量中，每次开机自动减去该重量，减少我们在称重时的麻烦，方便大众。称重计价功能：在电子秤上放上物品，通过键盘输入单价信息，液晶显示屏上显示自动计算出的总价信息，而且单价和重量信息也会留存在显示屏上，各种信息一目了然13。时钟万年历键盘面板和对应矩阵键盘如表3.3、3.4所示：表3.3 时钟万年历键盘面板设置+-时钟表3.4 对应矩阵键盘按键删除去皮清零时钟通过设置按键可以切换日期、星期、时间的设置，通过加减键来进行各个状态的调节。3.6 系统串口程序下载电路设计RS-232C的接口电平与TTL兼容接口电平标准有所不同，该接口与TTL兼容电平连接时需要电平转换。MAX232芯片是常用的转换芯片，可以进行电平转换。MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电，该芯片引脚图如图3.5所示:图3.5 MAX232芯片常见RS232串口通信电路连接方式如图3.6所示:图3.6 RS232串口通信电路电路的第一部分为电荷泵电路。由16脚和4个电容构成，功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要；电路的第二部分是数据转换通道。由714脚构成两个数据通道，其中1114脚为第一数据通道，710脚为第二数据通道，TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头，DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据，然后从R1OUT、R2OUT输出；电路的第三部分是供电。15脚接地、16脚接+5V。4 系统软件设计4.1 系统软件编程环境介绍系统软件设计采用C语言编程，编译环境为keil UV3。Keilc51是美国Keil Software公司出品的程序编译工具。它主要是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，和汇编相比具有明显的优势，操作简单易学，普遍被大众接受。Keilc51可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件，然后分别有C51及A51编辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（.HEX），然后通过单片机的烧录软件将HEX文件下载到单片机内。软件的操作主要是三个方面：一是初始化系统；二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。这三个方面的操作分别在主程序中来进行。程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。4.2 系统主程序设计系统软件部分主程序流程图如图4.1所示：开 始系统初始化数据处理启动A/D转换置零键按下显示调零程序图4.1 系统主程序流程图4.3 系统显示子程序设计系统显示子程序对显示的结果有决定作用,是否显示、怎么显示等都受其影响，它是十分重要的程序之一。设计流程图如图4.2所示：开 始显示初始化界面显示按键功能有无按键检测重物断开返回是显示按键功能是否否图4.2 系统显示子程序流程图4.4 系统按键调整子程序设计键盘电路设计成4*4矩阵式，在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。设计流程图如图4.3所示：开 始LCD初始化调用LCD显示界面字符显示按键按下按键按下否否是是图4.3 按键调整子程序流程图5 系统调试及分析5.1 系统硬件电路的绘制与实物的制作5.1.1 Protel99SE软件介绍本文在硬件电路的设计过程中，原理图绘制采用Protel99SE软件，Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，该软件以其简单易操作的优势一直以来备受电子工程师的喜爱，因而也成了很多高校电子相关专业EDA工具的必选课程14，我们在大学期间做课程设计时经常用到。5.1.2 系统原理图绘制与实物的制作采用Protel99SE软件绘制原理图的主要步骤如下所述：建立系统所需原件库；加载所建原件库到工程项目中；在原理图页面中放置所需元器件并按照电气性能连接各元件；建立原件封装库并加载到工程文件中；绘制好电路后进行ERC电气检测，并生成网络表；我们现在有总体电路的原理图，接下来我们就要进行实物的制作。由于仿真软件的局限性，不能制作仿真图，我们必须严格按照原理图进行焊接，不能出现丝毫的差错，否则会前功尽弃。(1)原材料的购买列出基于单片机的智能电子秤的毕业设计所需要的元器件清单，如单片机、晶振、电容、LCD1602液晶显示器等，当然，万用板、导线都是必不可少的，我们在购买元器件时，要注意多买几份，以作备用，并且大量购买价钱还会得到优惠。有些元器件在实体店购买不到或者价格过高，建议网购。(2)元器件的测试、检查购买完原材料后，我们需要核对一下元器件是否符合要求，是否有不良的元器件，避免在焊接过程中出现个别元器件不合格的问题，在所有元器件都符合标准后，我们开始焊接。(3)焊接一般情况下，我们通过仿真软件进行仿真，仿真成功后，按照仿真图进行焊接。如果仿真成功，认真进行硬件焊接，做出来的产品基本不会出现问题。但是，基于单片机的智能电子秤无法成功仿真。如果尝试进行仿真，在仿真软件中将不会对传感器有一个力的作用，便仿真不成。故而，我们只能依照电路原理图严格进行焊接，这就更加考验我们认真、严谨的态度。当焊接稍微出现一点纰漏时，我们就会焊接不出完整合格的产品。幸运的是，通过我的努力基于单片机的智能电子秤成品基本被焊接成功。(4)安装在焊接无误后，可以把单片机等元器件插入底座，处理最后的安装工作，使得基于单片机的智能电子秤实做产品成型。5.2 系统硬件调试电路焊接好后，进行电路连通测试。先用万用表检测各个连接点，确保连接点连接完好；再仔细检测电路之间是否有短路现象，如果有短路现象，要及时处理，否者会带来损坏元器件的后果。用万用表检查完后，再进行上电检测。在产品接通电源的情况下，用万用表检测所有的连接点是否符合预计的电压值，在没有问题后进行联机检测15。各芯片功能检测：事先编好一段简易程序（程序要能体现芯片功能），将程序输入到硬件电路的单片机中，观察各个芯片实现的功能是否正常运行，如能正常运行，说明芯片没有损坏，芯片可以正常使用。在硬件调试过程中遇到的问题及解决方案：(1)经过放大器的传感器信号不稳定，且不满足设定的放大倍数。信号不稳定的原因是传感器精度不够准确，以及连线时线路不稳定；不满足放大倍数是由于放大器的选择不合适，导致不能满足设定的放大倍数。我们可以通过选择精度高的传感器，预先计算好运算放大倍数的方法解决这个问题。(2)在进行硬件调试的过程中，没有做到全方位的考虑，电源电压施加过高，没有做好电路保护措施。需要自身培养良好的习惯，坚决以后不犯同样的错误。5.3 系统软件调试硬件调试完成以后，接下来的工作就是软件调试。软件调试是