单片机电子秤的设计

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目： 电子秤设计电子秤设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 自动化自动化111111班班 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间： 2014.6.162014.6.27 本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号学生姓名专业班级自动化111班课程设计题目

2、电子秤设计课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能实现功能设计一个电子秤，计以单片机作为核心，由压力传感器和显示器共同实现对物体质量的测量显示功能，最小分辨率 1 克。具体要求如下： 1. 设计信号调理电路消除波动。 2. 实时显示当前秤上质量值。 设计任务及要求设计任务及要求1. 确定系统设计方案，包括控制器的选择，信号调理电路电路设计，检测电路设计，显示电路设计；2. 完成系统程序设计；并绘制程序流程图；3. 要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理；4. 按学校规定的书写格式， 撰写、打印设计说明书一

3、份；设计说明书应在 4000 字以上。技术参数1. 测量质量误差小于 5%；2. 显示最小分辨率为 1 克。进度计划1. 布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1 天）2. 对系统功能进行分析（1 天）3. 系统硬件电路设计（2 天）4. 系统软件设计（2 天）5、实验测试、答辩。 （2 天）6. 撰写、打印设计说明书（2 天）指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）II摘 要电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术中和一体的新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合为一种方便、快捷、称重精确的工具，广泛应用于商业、集

4、贸市场、超市、及零售等公共场所的信息显示和重量计算。本设计主要完成对电子秤的设计，其最小分辨率为一克，测量误差不大于百分之五。设计分五个模块：电源模块、数据采集及放大模块、模数（A/D）转换模块、自动换挡模块、显示模块。本电路应用压敏电阻构成称重电桥来采集电压的微小变化，经过放大电路放大后送入 A/D 转换芯片 CC7107，对输入电压信号进行转换成数字量的输出；显示模块直接连接数码管构成，显示实际测量值。关键词：数模（A/D）转换；压敏电阻；本科生课程设计（论文）III目 录第 1 章 绪论 .1第 2 章 课程设计的方案 .32.1 概述 .32.2 系统组成总体结构 .3第 3 章 电子

5、秤的硬件设计 .43.1 传感器的选择 .43.2 放大器的选择 .63.3 A/D 模数转换芯片的选择 .73.4 单片机控制芯片的选择 .93.5 显示器的选择 .12第 4 章 软件设计 .134.1 主程序流程图 .134.2 显示程序流程图.14第 5 章 课程设计总结 .15参考文献 .16附录 .17本科生课程设计（论文）1第 1 章 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距离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并

6、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随着经济繁荣，为了把称重技术引入到生产工艺过程中去，对称重技术提出了心动要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗入衡器制造业。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，都离不开能输出信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸

7、易交往的自动化和合理化。近年来电子称已愈来愈多地参与到数据的处理和控制过程中。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或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称量准确度的电子称，并在 70 年代中期约对 75%的机械称进行了机电结合式改造。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 年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。80 年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传

8、统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电子衡器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合而实现称重技术和过程控制的自动化特点，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门、随着称重传感器技术以及超大规模集成电路和微处理器的进一步发展，电子称重技术及其应用范围将更进一步的发展，并被人们越来越重视。电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子称到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用本科生课程设计（论文）2领域不断地扩大。根据近些年来 电子称重技术和电子衡

9、器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性。本科生课程设计（论文）3第 2 章 课程设计的方案2.1 概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计电子称，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 应用场合: 应用于各超市及菜市，出租车计价器有一个脉冲测速传感器，通过脉冲计数可以显示出租车行驶里程和计费。控制器由 12V 蓄电池供电。 系统功能介绍: 计价器显示的营运金额是营运里程与

10、价格的函数。出2.2 系统组成总体结构图 2.2 系统结构总图压力传感器放大器A/D转换器单片机控制器显示器本科生课程设计（论文）4第 3 章 电子秤的硬件设计3.1 传感器的选择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。电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结

11、构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R 变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源 图 3.1 传感器结构原理图本科生课程设计（论文）5

12、当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥秤为电压桥，即只有电压输出。当满足条件 R1R3=R2R4 时，即当 U=0 电桥平衡。式（2.3）秤平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即 R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,2.2），则电桥输出为应变片式传感器有如下特点：应用和测量范围广，分辨力和灵敏度高，精度较高，结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好，商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。本科生课程设计（论

13、文）63.2 放大器的选择经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行 A/D 转换。为此，测量电路中常设有模拟放大环节。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元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。因此，一般对放大器有如下一些要求：1、输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差；2、抗共模电压干扰能力强；3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。从而保

14、证放大器输出性能稳定；4、能附加一些适应特定要求的电路，如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。我考虑了以下几种方案：方案一由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如 LM324)做成一个差动放大器，如下图所示：图 3.2 放大器电路图电阻 R1、R2 和电容 C1、C2、C3、C4 用于滤除前级的噪声干扰，C1、C2 均为普通小电容，可以滤除高频信号干扰，C3、C4 为大容量的电解电容，主要用于滤除低频噪声干扰。优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器 R6 可以调节输出零点

15、，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满本科生课程设计（论文）7足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。3.3 A/D 模数转换芯片的选择A/D 转换器选用的原则：A/D 转换器选用的原则：1、A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。2、A/D 转换器的转换速率。不同类型的 A/D 转换器的转换速率大不相同。积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速 A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速 A/D 转换器，转换时间为纳秒级，

16、用于个通道过程控制和声频数字转换系统。3、是否加采样/保持器。4、A/D 转换器的有关量程引脚。有的 A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。一般 A/D 转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由 CPU 提供。转换结束后 A/D 转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平。通知微处理器读取转换结果。6、A/D 转换器的晶闸管现象。其现象是在正常使用时，A/D 转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。为防止这种现象，可采取如下措施：（1）加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；（2）加强电源

17、稳压滤波措施，在 A/D 转换器电源入口处加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容；（3）在 A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。选择 A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对 A/D 转换器的技术指标的影响。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 1g。所以选用8 位 A/D 精度转换芯片 ADC0809。本科生课程设计（论文）8ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直

18、接接口。（1）ADC0809 的内部逻辑结构由下图可知，ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图 3.3ADC0809 引脚及实物图ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：

19、4 条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。本科生课程设计（论文）93.4 单片机控制芯片的选择根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时可以分成以下几个部分：单片机控制模块，前端信号采集、处理、转换模块，人机接口界面以系统电源部分。所以本设计综合选择了芯片 STC89C52RC。（1）芯片STC89C52RCSTC89C52RC 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programm

20、able)的可反复擦写 10000 次的 Flash 只读程序存储器，2 k Bytes 的 EEPROM 掉电保护存储器。器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构。芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 STC89C52RC可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C52RC 具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash 片内程序存储器，512 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），2 k Bytes 的 EEPROM 掉电保护存储器，32

21、个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，3 个 16 位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器、串行口、外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、LQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性见下表：表 3.4STC89C52RC 功能本科生课程设计（论文）10图 3.4STC89C52RC 引脚引脚功能说明：VCC/GND：电源引脚/接地引脚；Port

22、 0：P0 是一个 8 位漏极开路型双向I/O 端口，端口置 1(对端口写 1)时作高阻抗输入端；P0 还可以用作总线方式下的地址数据复用管脚，用来操作外部存储器。在这种工作模式下，P0 口具有内部上拉作用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收指令字节、校验程序、输出指令字节时，要求外接上拉电阻；Port 1：P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向I/0 端口，输出时可驱动 4 个 TTL。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用；另外，P1.0、P1.1 可以分别被用作定时器/计数器 2 的外部计数本科生课程设计（论文）11输入(P1.0/T2)和触发输入(P1.1/

23、T2EX)；对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息；Port 2：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0端口；输出时可驱动 4 个 TTL。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用；P2 口在存取外部存储器时，可作为高位地址输出；内部 Flash 程序存储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。RST：在振荡器运行时，有两个机器周期(24 个振荡周期)以上的高电平出现在此管脚时，将使单片机复位。只要这个管脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后 P0P3 口均置 1，管脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR全部清零。当复位脚由高电平

24、变为低电平时，芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序；XTAL1、XTAL2 ：XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz 至 24MHz 内选择，电容取 30PF 左右。ALE/PROG：访问外部存储器时，ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节，即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的 1/6)，在访问外部数据存储器时，出现一个 A

25、LE 脉冲；PSEN：该引脚是外部程序存储器的选通信号输出端。当 AT89S52 由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2 个脉冲，即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出；本科生课程设计（论文）123.5 显示器的选择显示可以由 LED、LCD 等多种显示方式，本设计选择了 LED 七段数码管显示。LED 显示器结构：基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。可实现 09 的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等 LED 显示器与显示方式: LED 显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。通常使用的是七段 LED。这种显

26、示块有共阴极与共阳极两种。共阴极 LED 显示块的发光二极管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极 LED 显示块的发光二极管阳极并接。在设计中使用 LED 显示块构成 N 位 LED 显示器。N 位显示器有 N 根位选线和 8*N 根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。LED 显示器有静态显示与动态显示两种方式。我们使用的为动态显示方式。在多位 LED 显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的 I/O 口线控制。其中

27、两片 74LS244 分别用于段信号和位信号的驱动，74LS273 用于段信号的锁存，其锁存地址为 7FFFH。本科生课程设计（论文）13本科生课程设计（论文）14第 4 章 软件设计4.1 主程序流程图主程序流程图给出了系统工作的基本过程，描述了信号的基本流向，起到一个向导的作用。主程序流程图如下图所示。图4.1主程序流程图数据采样模数转换调用函数开始显示输出本科生课程设计（论文）154.2 显示程序流程图 LED 数码管显示流程图：图4.2显示流程图开始显示初始化界面输出显示本科生课程设计（论文）16第 5 章 课程设计总结本科生课程设计（论文）17参考文献1 徐亲知，陈淑华.石油经济学.第二版.哈尔滨：黑龙江人民出版社，1988: 38-135 2 米契尔卡特，罗德尼马多克.合理预期理论.余永定译.北京：中国金融出版社，1988：43-85 3 张文中.论石油价格与石油工业发展.世界石油经济，1990（2）:14-214 齐中英，叶元煦.对我国能源问题的回顾与思考.邱大雄.市场经济与中国能源发展战略论文集.北京：原子能出版社，1992：53-585 黄良君.大庆地区经济发展战略研究.哈尔滨工业大学硕士学位论文.1994：23-306 李欣.世界石油市场发展趋势预测. 国务院发展研究中心