【word优秀论文】基于单片机的电子秤设计

本科毕业论文（设计）论文题目基于单片机的电子秤设计学院（系）物理与电子工程学院专业自动化年级班级07自本学号学生姓名指导教师职称讲师广西民族大学毕业论文（设计）任务书课题名称基于单片机的电子秤设计学院_物理与电子工程学院_专业_自动化_班级_07自本_学号_姓名_指导教师（签名）_2011年1月10日教研室主任（签名）_2011年1月12日2011年1月10日毕业论文（设计）任务书课题名称基于单片机的电子秤设计指导教师姓名工作单位广西民族大学物理与电子工程学院一、主要内容设计一基于单片机的电子秤，LCD显示。二、基本要求基本技术要求与数据）（1）称量范围040KG；分度值002KG；精度等级级。（2）主要功能有自检、去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择。（3）通过硬件实现过载报警和弱电压指示功能。三、论文（设计）工作起始日期自2011年1月3日起，至2011年5月25日止四、进度与应完成的工作第一阶段阅读书籍、查找资料（2011年1月3日2011年3月1日）第二阶段系统设计、论文初稿（2011年3月1日2011年5月6日）第三阶段系统调试、论文修改（2011年5月7日2011年5月12日）第四阶段论文定稿、打印（2011年5月12日2011年5月14日）第五阶段论文答辩准备及答辩（2011年5月16日2011年5月22日）五、主要参考文献、资料1陆伯勤电子称重技术和自动称重系统的进展J自动化博览，1999，（1）2阎石数字电子技术基础M北京高等教育出版社，19953刘伯中刘景霞高精度智能电子分析天平J仪器仪表学报，1989，（2）4于玉萍基于MSP430的智能电子秤设计论文D5何立民MCS51系列单片机应用系统设计M北京国防工业出版社，2001目录摘要5ABSTRACT61引言72工作原理与设计框图73系统硬件设计831主控电路832数据采集与处理电路9321传感器9322运放与A/D转换器部分1033人机交互部分12331键盘输入12332输出显示1334系统电源134系统软件设计1541主程序1542扩展功能程序175系统调试176结论18参考文献19致谢19附录20基于单片机的电子秤设计宁坤摘要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、集贸市场、超市、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。电子秤主要以单片机为中心控制单元，通过称重传感器信号放大并进行模数转换，再配以键盘、LCD液晶显示和软件来组成。本系统是针对电子秤的自动称重、自动计价、数据处理和串口通信进行研究的。该电子秤不但能实现秤的基本功能，还可实现净/毛转换、计量单位选择、累计、设定价格和电子时钟功能。由于单片机控制的电子秤体积小、计量准确、携带方便、操作简单、称重速度快、并集质量称量功能与价格计算功能于一体，具有一定的开发和实用价值。关键词单片机；传感器；模数转换；电子秤。页码底部居中ELECTRONICSCALEDESIGNBASEDONMCUNINGKUNABSTRACTELECTRONICSCALEISTHEDETECTIONANDCONVERSIONTECHNOLOGY,COMPUTERTECHNOLOGY,INFORMATIONPROCESSING,DIGITALTECHNOLOGY,ONEOFTHEMODERNNOVELANDTECHNOLOGYWEIGHINGINSTRUMENTSITISCLOSELYINTEGRATEDWITHOURDAILYLIFE,BECOMINGACONVENIENT,FASTANDACCURATEWEIGHINGINSTRUMENT,WIDELYUSEDINBUSINESS,MARKETS,SUPERMARKETS,RETAILANDOTHERPUBLICPLACESINTHEINFORMATIONDISPLAYANDWEIGHTELECTRONICSCALESMAINLYMCUCENTERCONTROLUNIT,THROUGHWEIGHINGTRANSDUCERANDAMPLIFICATIONFREQUENCYFIELD,MATCHAGAINWITHTHEKEYBOARD,LCDDISPLAYANDSOFTWARETOCOMPOSITIONTHISSYSTEMISAIMEDATTHEAUTOMATICWEIGHING,AUTOMATICELECTRONICPRICED,DATAPROCESSINGANDSERIALINTERFACECOMMUNICATIONRESEARCHTHEELECTRONICSCALESCANNOTONLYREALIZETHEBASICFUNCTIONOFBALANCE,STILLCANREALIZENET/GROSSCONVERSION,AUNITOFMEASUREMENTCHOICE,ACCUMULATED,SETTINGPRICESANDELECTRONICCLOCKFUNCTIONBECAUSESINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLPRECISIONOFMEASUREMENTOFSMALLVOLUME,ELECTRONICSCALES,CARRYINGCONVENIENT,SIMPLEOPERATION,WEIGHINGSPEED,ANDWEIGHINGFUNCTIONANDPRICESYNONYMOUSWITHQUALITYCOMPUTINGFUNCTIONATANORGANICWHOLE,HAVECERTAINDEVELOPMENTANDPRACTICALVALUEKEYWORDSMCU，SENSOR，ADC，ELECTRONICSCALE1引言随着科学技术和科技的发展，出售商品品种的增加，需要称重物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置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，这就使得电子称重装置推广，使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。电子秤的设计首先是通过称重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，需要通过高精度高增益的放大芯片进行信号放大，并通过A/D转换，转换成数字量被送入到主控电路的单片机中处理，再经过单片机控制显示器，从而显示出被测物体的重量。本设计是针对市场上电子秤产品的精准度不足，功能不全等一系列问题而开发的，实际使用操作简单，还附加有电子时钟和与PC串口通信功能，具有一定的开发价值。2工作原理与设计框图电子秤的工作原理，首先是通过称重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，用高精度高增益仪表放大器进行信号放大，再通过AD芯片P进行模数转换，转换成数字量被送入到主控电路的单片机中处理，再经过单片机控制显示器，从而显示出被测物体的重量。物体的重量与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。按照设计的基本要求，即（1）称量范围040KG；分度值002KG；精度等级级。（2）主要功能有自检、去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择、过载报警和弱电压指示等。系统可以分为最小系统、数据采集、信号放大、A/D转换、人机交互界面和系统电源。其中系统电源用78/79系列三端稳压IC来组成，数据采集模块由YZC1B称重传感器、仪表放大器INA128、12位AD转换芯片ADS774JP组成。转换后的数字信号送给单片机处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。系统框架图如图21所示。3系统硬件设计31主控电路主控电路主要是由单片机来控制，而目前市场上单片机种类繁杂，选择合适的单片机是本次设计成功的关键。考虑到市场货源、单片机性价比、研制周期等各方面的因素，本次设计选择宏晶系列STC125A32S2单片机作为本次设计主控电路的芯片。STC125A32S2在市场上供应充足，有稳定、充足的货源，可以方便买到，而且它的性价比高，相比其他系列单片机，同样性能的单片机，宏晶STC125A32S2要比其他的单片机价格便宜，适合大规模的生产制造。最后，由于设计的时间紧、任务重，选择一款熟悉的单片机，必将起到事半功倍的效果，宏晶STC125A32S2是我们课程设计时用的一款单片机，使用次数比较多，而且相关的软件、驱动也可以直接使用，相比其他系列单片图21单片机实现方案原理框图PC重力传感器放大电路A/D转换单片机键盘显示器机更加容易尽快投入到设计。STC125A32S2单片机为增强型8051芯片，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051单片机。具有2个16位定时器/计数器，而且可用PCA模块再产生4个定时器2052系列只有两路PCA，片内FLASH程序存储器有32K和1280B的SRAM，A/D转换,8位精度ADC，共8路。由此，我们最终选择了STC125A32S2单片机来实现系统设计。基于STC125A32S2单片机的主控电路如图31所示。32数据采集与处理电路321传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。本次设计选择压力传感器，将压力转化成电信号，送到电路其他部分进行处理。图31主控电路EAVP31XTL9RS7D6WIN05OGCUYPFA要达到设计的性能要求传感器要求，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。题目要求称重范围是040KG，我们选用YZC1B型称重传感器，量程40KG，可以满足我们的精度要求。本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路（见图32），用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。这种压力传感器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。即传感器输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由式31表示。31EINRER432142OUT式31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。322运放与A/D转换器部分经由传感器转换后输出的电压信号为非常微小，仅为毫伏级；因此经由电桥电路变换后的信号直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换是比较困难的。而在测量电路中设置模拟放大环节，即可解决这一问题。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。放大器的输入信号一般是由传感器输出的。传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。我们采用仪表放大器INA128，此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入图32桥式测量电路图阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。放大器增益，通过改RGK501G变RG的大小来改变放大器的增益。INA128构成的放大器电路如图33所示。通过调节RG的阻值来改变放大倍数。微弱信号VI1和VI2被分别放大后从INA128的第6脚输出。A/D转换器ADS774JP的输入电压变化范围是010V和020V，我们本次选用010V档，根据附录图2可知，传感器的敏感度为2M/V，因此传感器的输出电压信号在052MV范围内，可以将仪表放大器INA128的放大倍数应该调在500600左右，而且可以在调试过程中进行调节。精度要求的20G，最大量程的40KG，40000/202000，因此要求的A/D转换器最少应该达到11位，才能满足精度要求。单片机内部的A/D转换器是8位，无法满足，我们选用A/D转换器ADS774JP来进行本次试验。ADS774JP是由BURRBOWN公司生产的12位A/D转换器，是一款完整的多用途12位模数转换器，包括对用户透明的片上采样保持放大器SHA、10V基准电压源、时钟和三态输出缓冲器，可与微处理器接口。ADS774JP的交流参数（如S/ND、THD和IMD等）和直流参数（失调、满量程误差等）均完全合乎额定要求，因而成为信号处理和传统直流测量应用的理想之选。ADS774JP芯片采用28脚DIP封装，采用单5V电源供电，片内含有采样保持、电压基准和时钟等电路。它所需外围器件少、接口方便且运算速度快，可用于高精度检测系图33INA128放大器电路图统。采用CMOS工艺制造和电荷重新分配技术进行逐次逼近来实现A/D转换该芯片转换速度快（最大转换时间不超过85US）、功耗低（最大功耗小于120MW）,模拟输入范围可以是010V、55、1010和020V其管脚及内部结构如图34所示。STATUS作为转换完成标志信号与单片机相连，以STATUS输出的电平判断转换是否完成。ADS774JP输出的12位数据由DB0DB11端口发送给单片机，由单片机处理，并输出相应的数据。33人机交互部分331键盘输入本设计系统除了前面所述的两个结构外，还需要用到人机联系部件以便接收各种命令和数据，即价格数据的输入、清零、去皮重、计量单位选择、累计等命令的输入。44矩阵键盘是一种功能较完善的键盘电路，占用I/O少，8个端口即可实现16位键盘值输入，而且44矩阵键盘编程简单，大大简化了程序。图34ADS774JP管脚及内部结构图因此，本设计采用了最常用44矩阵键盘输入数据。两个独立按键用于电子秤与时钟之间的功能切换。电路原理图和电子秤键盘面板功能表如图35和表31所示。0123456789时钟设定价格去皮计量单位累计确定/返回332输出显示单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，但是系统需要设置显示单价，重量，金额，时间如期等数据，考虑到以上综合因素我选用LCD1602液晶显示模块。LCD1602液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便，其引脚接口说明如表32所示。34系统电源电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出图35盘控制电路图表31电子秤键盘面板功能表的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子像是普通的三极管，TO220的标准封装，也有9013样子的TO92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因此本系统采用有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列的三段稳压集成电路，A/D转换器用7805、7815和7915来供电；放大器用7812和7912供电；单片机由7805直接供电，由于系统功率较小，不需要在外接散热片给稳压芯片散热。7812和7912的供电应用电路图如图36所示。图367812和7912的稳压电源电路表321602引脚接口说明表123JP78DBRIDGE90UFCAPOL4V4系统软件设计41主程序程序采用模块技术设计，根据系统功能，将软件分为若干个功能相对独立的模块，为每一个模块设计程序流程图。该秤功能程序模块包括系统初始化、/转换数据处理、键盘中断处理、显示模块，数据处理模块。图41主程序流程图软件程序包括主程序、串口通信程序、显示程序、键盘扫描程序、/转换程序、数据转换处理程序和电子时钟程序。键盘程序完成扫描，判断数字键或功能键，若为数字将其数据送入数据缓冲区和显示缓冲区。若是功能键进入相应功能键处理程序。键盘上有数字键09和五个功能键，数字键用于输入商品单价和电子时钟调时，功能键有去皮、清零、数字时钟、计量单位选择、累计以及调电子时钟时间等功能。转换程序主要是是判断/转换器的标志位状态，STATUS作为状态信息被查询，当转换开始时，STATUS达到高电平，转换过程中保持高电平，转换完成时返回低电平。系统的主程序流程图如图41所示。42扩展功能程序图42电子时钟流程图系统不会一直工作在称重状态，当系统不称重的时候，会造成系统资源浪费。这时候可以切换的程序的电子时钟功能状态，时钟以秒单位来计，由单片机的定时器中断来产生，相比用延时程序更加精确，而且占用资源少。电子时钟显示年月日和时分秒，并且可以手动对时间调节。当系统工作在称重状态或者调时间状态时，不会影响时间程序的运行。电子时钟流程图如图42所示。电子称的使用过程中如果能将每次称量的重量和价钱记录下来，并加以保存，那么使用者可以在需要的时候可以进行查询，以便了解电子称的使用情况。根据此设计思想，给系统添加与电脑串口通信的功能，以此功能可以实现保存称量的重量和价钱。主要流程图如图43所示。开始串口初始化判断称量物品是否改变将浮点型数据转换成字符型发送数据到串口图43串口程序流程图5系统调试将器件按照电路附录图1连接，并将程序烧写进单片机。连接好后将电子秤放平，把砝码往秤上放，读取显示重量。设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额。使用累计功能，读取总重量。并依次测试电子秤的去皮、计量单位选择、电子时钟功能是否可以使用。按照以上方法测试得到表51数据。实际重量（克）测试重量（克）绝对误差单价（元）显示金额202001100240400102040758052016981002405405从表51可知，显示重量与实际重量相比，都在要求的范围之内，因为重量显示精度是20G，故电子秤只能显示20的倍数。通过观察串口保存的文件可知，称量的物品变化大于20G时，重量会实时的显示在PC串口调试软件窗口，当没有称量物品时，不会现实任何数据。6结论经过几个星期的努力，终于按照毕业设计进度要求如期完成了实用电子秤控制系统的硬件设计和软件编写任务。在做毕业设计的过程中，虽然碰到了不少的困难，但是在老师的指导以及自己的努力下，终于取得了一定成果。在做毕业设计的过程中，我熟悉了STC125A32S2单片机的的功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。通过对数据采集的分析，了解了各种传感器、放大器及A/D转换器，对信号的转换、传输有了更深的认识。但是还是存在一些问题，系统设计不够优化，有待改善。比如系统的显示液晶没有使用中文液晶，因此显示不是非常直观。对各种实用芯片价格了解不够，选择上仍有欠缺，如所选的称重传感器价格较贵。这些都是我以后要继续研究的内容。表51重量、金额测试结果理论和实际必须紧密结合，在设计中要针对不同的系统根据理论给与不同的方案，综合考虑各方面的因素和需要，选择出最佳的方案与结论。要大量广泛的收集资料，然后认真地研究其思路，和指导老师保持联系，和同学共同研究遇到的问题。参考文献1陆伯勤电子称重技术和自动称重系统的进展J自动化博览，1999，（1）2阎石数字电子技术基础M北京高等教育出版社，19953刘伯中刘景霞高精度智能电子分析天平J仪器仪表学报，1989，（2）4于玉萍基于MSP430的智能电子秤设计论文D5何立民MCS51系列单片机应用系统设计M北京国防工业出版社，2001致谢本论文在整个设计过程中，涉及到大量的知识应用，我的指导老师老师一直循循善诱的指导我，并且提出许多意见和建议，给我的思路的启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在我的设计（论文）撰写过程中，老师也提出了宝贵的意见和建议，给了我莫大的帮助，在这里向他们表示深深的感谢。在多年的学习生活中，还得到了许多学院领导、系领导和老师的热情关心和帮助。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意附录1系统电路图2电子时钟程序MIAOMIAO1TIME00IFMIAO60FENFEN1MIAO0IFFEN60SHISHI1FEN0IFSHI24DAYDAY1SHI0IFMONTH1|MONTH3|MONTH5|MONTH7|MONTH8|MONTH10|MONTH12IFDAY31DAY1MONTHIFMONTH4|MONTH6|MONTH9|MONTH11IFDAY30DAY1MONTHIFYEAR40IFMONTH2IFDAY29DAY1MONTHIFYEAR40IFMONTH2IFDAY28DAY1MONTHIFMONTH13YEARMONTH1附录图1总体电路图EA/VP3XTL928RS7D6WIN045OGCUJHEADRYUFPOLKSBCBIG3传感器参数附录图2传感器参数本科生毕业论文（设计）指导教师评定成绩表（理、工科）学院物电学院年级2007专业自动化学生姓名宁坤学号107263010104项目优秀（10090分）良好（9080分）中等8070分及格（7060分）不及格（60分）满分评分论文选题X1选题符合本专业培养目标要求，选题角度新颖，富于创造性，具有较高的理论研究和应用研究意义。选题符合本专业培养目标要求，有一定的理论研究和应用研究意义。选题符合本专业培养目标要求，能结合专业理论学习和社会实践。选题符合本专业培养目标要求，但理论水平和应用性较差选题不符合本专业培养目标要求，选题无理论研究和应用研究意义。10092文献资料X2阅读大量的参考资料、文献，掌握大量的背景资料和数据。论文中使用材料翔实、恰当。阅读大量参考资料、文献，论文中有比较丰富的文献材料和较充足的理论依据阅读较多的参考资料文献。论文中持论有据能阅读一些参考文献，论文中理论根据及客观材料有少部分欠缺阅读参考资料很少，文献，论文中缺乏理论根据，客观材料空泛。10092综合知识与技能运用X3能在问题研究中综合运用专业知识以及计算机、英语等各方面的能力。较强的实际动手能力。能运用专业理论以及计算机、英语等各方面能力。有较好的理论基础和专业知识，有一定的实际动手能力。基础知识和综合能力一般，但能独立完成论文，实际动手能力尚可。基础知识和综合能力较差，经过努力可在教师指导下完成论文，实际动手能力较弱。缺乏应有的专业基础知识和综合能力，不能独立完成论文，实际动手能力较差。10093研究成果与学术水平X4对研究的问题能较深刻分析或有创新，独到之处，技术设计路线合理；理论分析与计算分析正确，实验数据准确可靠；研究成果突出，反映作者很好的掌握了本专业的基础理论与知识。对研究的问题能正确分析或有新的见解，技术设计路线合理；理论分析与计算分析正确，实验数据准确可靠；研究成果比较突出，反映出作者较好的掌握了本专业的基础理论与知识。对研究的问题提出自己的见解，技术设计路线合理；理论分析与计算分析基本准确，实验数据基本准确；研究成果有一定意义，反映作者基本掌握了本专业的基础理论与知识。研究能力较弱，对某些问题提不出个人见解，技术设计路线基本合理，理论分析与计算分析无大错，实验数据无原则性差错，未取得什么成果，反映出作者对本专业的基础理论与知识掌握不够扎实。技术设计路线不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，缺乏研究能力，未取得什么成果，反映出作者对本专业基础理论与知识掌握不扎实。10095写作水平X5理论分析准确，逻辑严密，层次清楚，结构合理，语言流畅。理论分析恰当，条理清楚，层次比较清楚，语言通顺。条理清楚，有一定的分析能力和说服力，有少许语病材料陈述较为清楚，但分析力不强，个别地方语言不通顺。分析能力差，论证不准确，材料简单堆砌。语言不准确10090格式规范化X6论文格式符合要求，打印清晰漂亮，无错别字，达到正式出版物水平。格式基本符合要求，有个别错误，打印清楚，基本达到