【以STC89C52为主控制器的多功能电子称的设计9800字】

以STC89C52为主控制器的多功能电子称的设计摘要随着社会和科学技术的蓬勃发展，各种各样的超市，商场以及市场都在逐渐的增加。在这些公共场所都会有用到电子称，因为在销售东西的时候很多的东西都是需要以称重来衡量的。因此多功能的电子秤则是必不可少的，随着现代化的发展，多功能电子称是把重量的检测和传感器信息获取，数字化转换以及信息处理等技术相互结合称重设备。本次设计所研究的是多功能电子称的设计与制作。主要由两大块所组成，硬件设计部分主要是以STC89C52为主控制器，在辅以电源供电模块、传感器信号处理模块、LCD1602显示模块以及矩阵按键模块等所组成的多功能电子秤硬件。软件设计部分是用keil4.7软件编写的按键识别程序、显示器显示程序以及称重传感器信息数据处理程序等。只有将软硬件相互的融合之后才能完整的实现多功能电子秤的功能。本次做研究的系统其结构简单、硬件器件少、软件设计以及编写容易同时设计的成本也非常低很适合当前的市场需求。本次设计测量的称重最大量程是10KG，通过利用多砝码的校准以及对软件的补偿形成固定的算法之后在进行实际重量的称重测试，实现精度在0.5%左右。基本上以及完成了课题的设计要求。关键词:单片机控制；HX711模/数转换芯片;称重传感器第1章绪论1.1课题研究目的以及意义从古至今，秤一直都是公平的代名词，时人类在生活的环境中所不可或缺的工具。在以前人们所用的称是由机械杆，秤砣以及秤盘所组成的秤来进行对物体重量的度量，但是随着社会的发展以及技术的进步，现在对于物体重量的度量主要是智能化的电子称。而以前的机械式杆秤已经逐渐的被淘汰了。随着电子称的兴起，因此在各大超市、商场、菜市场以及个体户都是采用电子称来对所卖的物品进行重量的度量，电子秤有很多的方面都比传统的机械称更有优势，比如其具备可视化的数字式显示，让人们一目了然的知道自己所购买物品的重量；可以设置单价，让电子称直接帮忙计算出物品的总价格，这样就不需要售卖者以及消费者再去用计算器计算价格。这样的一个重量称重设备既简单又能更好的的满足人们的需求，因此设计一款多功能电子秤是具体一定的意义的。1.2国内外研究现状就目前状况，随着时代的进步我国发展的速度非常快，各个行业的发展都在相互竞争与时俱进，电子秤的发展也跟着相应发生改变。前后涌现出五种类型的衡量器有架盘秤；不等臂平台秤；倾斜象限杆秤；弹簧式秤；吊车秤。几百年来，中国一直以机械规模为主。直到20世纪90年代，我国的电子秤技术发生了翻天覆地的巨大变化。电子秤界掀起了“手动转自动、机械转电子”的重大技术革命，电子秤技术改革以来，我国电子秤已从传统机电一体化逐渐发展到现代电子秤，巡检技术设备和检测方法已经基本达了到国际水平。电子秤设备制造技术及其应用实现了质的突破和飞跃，由以前的传统静态到现在的动态称重，电子秤以前都是模拟测量，现在慢慢发展成数字测量。慢慢的现在人们对快速称重的研究还有对动态称重方面的研究十分重视，出现了在高精度称重仪表，称重器械元件和高精度动态称重技术中的先进公司，这些新型企业都为推动我国电子秤装备制造业的持续健康发展[1]。可是，纵观世界发达的工业化国家，我国电子秤的发展与国际上那些发达国家之间的差距还是非常大的。而造成这些差距的原因有很多，比如在技术上我国技术没有发达国家的先进，还有在设备精度上也没有发达国家的精准等等。这些因素就严重限制了我国电子秤的扩大和拓宽。为了促进我国的电子秤行业在全球性市场上占据主导地位,在国际市场上拥有较强的竞争力,电子秤设备制造厂家必须将自己的生产线技术作为首选。我们要把电子秤发展重点放在对新产品的制造和研发上,使得电子秤的科学技术含量进一步提高至国际标准，有些国家已经在称重测量方面已经达到了一个比较高的标准,尤其在测量的准确性和可靠程度等各个方面都有了相当大的改善[2]。综上所述，不管是在任何时间任何地点对物品的重量度量都是人们在生活中重要而又不可或缺的部分，因此电子称也是我们生活中的一分部，并且只有更加的直观以及可视化的度量信息才能满足人们的需求，在这快速的生活时代中才能体现出便利和快捷。因此设计出一款多功能电子称是非常有意义而且重要的一件事情。1.3设计的主要结构当要设计一种东西时，首先我们要有一个设计思路。根据思路写出它的设计结构，本次设计的东西是一个多功能电子秤，不同功能的电子秤它的设计原理也不相同。本次设计的电子秤功能上有称重，去皮，计价等功能。通过分析怎样实现这些功能去列出不同的设计方案，人然后从中间筛选出最佳的方案。这设计的内容有：电子秤的研究背景和意义；设计所需要的元器件的介绍和选型；系统硬件部分各个硬件模块的介绍；软件部分，软件的编程和调试；实物的测试；最后总结这次设计经验以及对未来的展望。

第2章系统结构以及功能介绍2.1功能介绍这个章节介绍了多功能电子称的各个组成部分有什么功能以及原理，整个系统由各个模块组成，有硬件系统和软件系统，不通的系统模块发挥的功能也是不一样的，称重模块的功能时将所秤物体的重量转电信号传输给转换器，显示模块的功能是将物体的重量和价格显示出来，按键部分可以设置单价按键，调试按键，去皮按键。报警模块在系统中起到报警保护系统的功能，当这些功能通过硬件的调和软件的调试连接起来以后就可以对物品进行精确的度量。让人们体会到更加快捷和方便的生活体验。2.2系统方案设计以及工作原理的概述以单片机为主要控制器去实现功能的所有控制效果，再由电源电路、蜂鸣器驱动电路、显示模块电路、传感器信号检测电路、传感器设备电路以及按键控制电路组成的多功能电子称。接通电源以后，单片机系统进入初始化状态，首先蜂鸣器会响一次提示用户可以开始对物品进行称重操作，同时显示器上也会显示为0。接着根据不同的物品用按键控制输入不同的单价然后再进行称重操作，最终实现对各种各样物品进行称重的功能。系统整体框图如图1所示。图1系统整体框图2.3芯片方案的选择与论证系统的组成中有许多模块，这些模块的种类非常多通过对比选择出最佳的系统模块，传感器信号处理运放是采用称重专门处理的运放芯片HX711。提示装置的采用价格便宜报警提示声音明显的蜂鸣器。2.3.1主控制器的选择（1）主控制器也可以选择使用PLC来实现控制，PLC的编程比简单不容易出错，在生活中的应应用也特别的广泛，安装使用起来也特别方便，控制效果也特别好，控制精准快速，唯一的缺点就是太贵了.（2）单片机是这次设计的主要控制器，市面上单片机的种类特别多，对于单片机的选择对这次设计是十分重要的，首先我们要根据要实现的功能去选择合适的单片机型号，如果功能少于单片机，单片机就无法实现控制功能，我们要从技术性，实用性，可开发性去选择合适的控制器。对于型号的选择要从主要指令结构，程序存储方式，运行速度等方面进行选择，通过选择对比最终选择了STC89C52单片机，这是一个国产单片机，烧录程序是目前最方便最容易的，运行可靠，当运行时突然供电突然停止了里面的数据不会因此而丢失它会自动保存。2.3.2提示装置的选择提示装置在本设计中起提示报警的作用，目的是为了保护系统，当称重压力过超过传感器称重范围时，报警装置就会发出声音提示，从而防秤重压力过大损坏元器件，目前具有提示报警功能的装置有很多种，主要有语音报警器和蜂鸣器。（1）有语音提示报警器，它是一种芯片可以播放音乐或者语音，结构简单通电后就可以发出各种音乐，虽然可以放出各种各样的音乐但是它不具备报警作用。（2）还有一种是蜂鸣器它的工作电流一般比较大，用直流电压供电，多用于电子产品的发声器件，一般通过三极管放大电路来使带电流变大来驱动蜂鸣器，蜂鸣器的价钱十分便宜而且质量也非常可靠一般不会损坏。体积小便于安装，报警声音大。完全符合本次设计的要求，因此采用蜂鸣器作为提示报警装置。2.3.3压力传感器的选择传感器的选择是十分重要的，在本设计中是一个重要的元件，选择传感器时要考虑许多因素，需要注意传感器的参数和它能承受的最大量程，还要考虑它和其他各种电路配合的难易程度，选择恰当的传感器,对于电子秤产品的运行稳定性,成本,精度都具有重要的意义。在当今社会上使用的电子秤所采用的传感器主要分为三种:应变片式传感器,电容片式传感器以及压电传感器。（1）压电传感器操作方便，它的体积非常小携带方便，质量好不容易损坏。压电式传感器运用的是动态力学测量，更不适合测频率太低的被测量。目前多用于动态力和加速度或压力的测量。压电器件还有许多缺点比如：功率小，内阻高。输出的能量非常微弱，压电式传感器十分害怕潮湿，潮湿的环境会影响电流的输出响应。这对外接电路要求非常高。（2）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，应变片可制成各种机械量传感器。结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温，强磁场，高压等特殊环境中使用，频率响应好，商品化，使用方便。2.4本章小结本章主要是阐述了本次设计的硬件方案确定以及在硬件设计的方案中各个关键性器件的选型，最后经过性能和成本上的对比以及功能实现的需求确定要硬件设计的电子元器件以及称重传感器的选型。

第3章系统硬件设计3.1系统硬件的基本组成要想设计与制作一个电子秤，首先要明白需要那些硬件。通过多方考察和学习去了解电子秤的工作原理，了解市场上各种电子称的优缺点，并对硬件系统进行设计在软件上画出原理图，本次设计的是基于单片机的多功能电子称系统。在整个系统中硬件部分包括了下面几个模块。有STC89C52单片机控制系统模块主要是负责采集的数据处理；电源模块主要是负责给整个硬件系统进行稳压供电；复位按键电路主要是当硬件系统运行得不正确的时候需要对其主控制器进行重置操作；LCD显示模块主要是负责显示主控制器通过并行的方式传送过来的数据信息从而实现多功能电子称系统的功能。其设计好的系统的原理图如图2所示。图2系统原理图3.2各模块的电路设计3.2.1电源供电电路为了系统供电的稳定性，因此在设计电源的时候就采用LDO稳压的方式进行相应电压的输出。5V的电源是来自MarcoUSB的外部电源，但是对于主控制器和一些引荐模块而言此电压有些过高，因此从整机的功耗方面考虑将5V降压至3.3V给主控制器进行供电，之所以采用LDO稳压器进行降压是因为LDO的输出电压稳定抗干扰性很强适合用于环境比较复杂的地方。所以最终电源的供电电路就采用LDO的方式进行稳压输出。稳压电源供电电路如图3所示。图3稳压电源供电电路如图3.2.2晶体时钟电路在本次设计的模块电路中时钟电路是由振荡器Y1和起振电容C5、C7所组成。此电路是给主控制器提供一个参考的外部时钟，当主控制器获取到此时钟后就会根据设计的需求进行相应的倍频操作，让软件在更高的主频上进行运行，这样就能更加提高系统的工作效率。在实际的硬件画图设计中晶体振荡器和起振电容要尽量的靠近主控制器，避免在恶劣的环境中运行的时候主频收到影向。其时钟电路如图4所示。图4时钟电路图3.2.3按键复位电路此硬件电路的设计主要是为了防止在主控制器程序跑非的情况下利用复位按键对其进行重置的功能。9脚是主控制器的硬件IO口引脚，其有效的电平是高电平有效，当此引脚给予高电平的时候则其内部的软件就会进行重置实现初始化的操作状态。因为在每次的上电过程中都需要其进行重置操作所以将硬件按键复位电路设置成如图5所示图5按键复位电路图3.2.4蜂鸣器驱动电路本次设计的声音提示是采用蜂鸣器的方式来进行与用户进行声音信息交互的。该其主要是用于提示称重的开始或者称重出现异常的现象等。此电路在成本上是非常的廉价，同时也能满足用户的需求，当主控制器的P1.2引脚输出高电平的时候则实现对蜂鸣器负极的导通与断开进行控制，从而实现对声音提示的控制。其电路原理图如图6所示。图6蜂鸣器驱动电路图3.2.5按键控制输入电路本次设计的是4*4的矩阵按键，用其来实现对多功能电子称的具体应用的设置。矩阵按键在软件识别的时候是采用扫描的方式来处理的，而独立按键则是直接判断按键的高低电平，独立按键的判断是在硬件上其每个独立的按键都占用单片机的一个IO端口，而矩阵按键则是通过软件扫描的方式来实现对不同按键值的识别，利用单片机的8个IO端口来实现16个按键的不同功能的设置。其矩阵键盘的连接方式如图7所示。图7矩阵按键电路图3.2.6显示电路在选用显示器件时出于对需求以及性价比的考虑，满足条件的有LCD1602以及8位的数码管[11]。LCD1602显示的内容达到了16*2也就是32个，自带了驱动控制的电路以及一款驱动芯片HD44780。同时在液晶显示屏LCD1602上只需要8个数据口加上3个命令口便可以显示我们需要的字符。应用电路如图8所示。图8LCD1602显示电路图3.2.7传感器信号处理电路HX711是一款24位A/D转换的芯片，其专门为高精度的称重处理所准备而设计的。此款芯片的内部已经集成了稳压电源、时钟振荡器等，为A/D转换器提供稳定的电源REF_Ref29906\r\h[12]。同时其还具备了高的集成性、快捷的反馈以及较强的抗干扰性能等优势。此集成芯片给设计多功能电子称的时候降低了相应的成本同时也提高了整个设计的可靠性。该芯片单片机的通讯也非常的简单，只需要一根时钟线以及一根数字信号输出线即可实现两者之间的数据交互。其接线方式如图9所示。图9传感器信号处理电路图3.3本章小结本章主要详细的分析了整个多功能电子称系统的硬件设计。将最为关键性的模块以及特殊的关键性器件都做了相对应的描述和介绍，同时还从成本方面考虑对模块设计方案上进行选型。在硬件设计的整个平台完成之后接下来就是软件功能的实现，只有将软件和硬件相互结合起来才能实现最终想要的功能。

系统软件设计4.1软件设计概述软件系统的设计是一个非常重要而又关键的环节，如果一个项目中只完成了硬件部分的设计而没有根据功能需求来编写软件代码的话那硬件就没法运行，而只是作为一个摆设而已。因此软件代码的设计和编写也是至关重要的。在本次的课题研究中，软件代码的设计是运用C语言来编写程序代码的REF_Ref29985\r\h[13]。在编写程序的过程中，首先要先将整个项目的主要框架程序设计好，然后再根据不同的功能需求来设计各个模块的软件程序。在编写各个模块部分的程序时，不仅要求对各部分的子程序进行编写和调试，并完成任务要求功能的所有操作，同事还要尽可能将模块化的程序编写的结构更加的简单、明了，在增加可读性的情况下也方便后续软硬件的联调。4.2主程序的设计本章围绕着此次设计中软件程序进行介绍。本设计的主控制器是用STC89C52DE操作来完成整个系统的功能，其模块化的软件包括有LCD1602显示程序的设计，按键输入控制程序的设计以及蜂鸣器驱动程序的设计。本章主要详细的介绍以上的程序设计，同时将模块化的程序整合之后则就可以完成多功能电子称的功能需求。其系统的主程序设计框图如下图10所示。图10系统主程序流程图4.3按键输入控制程序的设计本次课题对按键的设计是使用中断扫描的方式来进的。因为在多功能电子称的运用中按键的控制输入比较多，处理0-9十个数字之外还有很多的功能按键值，为了避免在执行按键请求的时候干扰到其他程序的运行，所以本次的按键扫描采用中断的方式来执行。其按键输入中断子程序流程框图如图11所示[14]。图11按键中断子程序流程图4.4LCD显示程序的设计本设计中数据信息的显示部分，由传统的LCD显示器来实现。显示器与单片机的通讯方式是并行通讯方式。通过单片机处理来反馈数据信息，通过传送方式将数据传送到到显示器上显示出来。显示屏会根据处理信息来显示状态信息。达到多功能电子秤秤重显示效果。显示中断子程序流程框图如图12所示。图12显示中断程序流程图4.5本章小结本章主要介绍了多功能电子称的软件设计与实现。首先介绍的是整个设计的整体软件流程的框架设计，然后再分别阐述了各个关键性部分的软件子程序设计。在各部分的软件子程序设计好之后将其融合到主控制程序当中去最终实现多功能电子称的设计要求。

系统实物的制作与调试5.1系统硬件调试本次设计的系统的硬件调试工作是通过上电后分别对每个硬件模块进行通电测试，确保电源的正常供电，然后在运行相对应的模块软件代码对各模块的功能进行分别测试，从而确定每个硬件模块部分都是正常工作并能实现需要的功能。首先在还没有将软件系统输入进去的情况下进行测试，然后我们需要用万用表对整个焊接好的系统模块进行功能性检查[16]。然后在硬件元器件完成电气性能测试之后，分别运行各模块驱动程序，对各个功能模块进行调试，在调试过程中软件程序的设计模块在过程中是非常重要的，对调试工作起到很大的帮助，运行整个实物的软硬件系统，验证整个系统的性能。调试的的过程一般分为两个阶段，第一阶段是静态调试，第二阶段是动态调试。5.1.1静态测试（1）AIO功能检测，在没有仪器设备的情况此功能只能用眼睛来代替。主要通过肉眼观察看制作好的板子是否存在虚焊、漏焊、以及包焊等现象。同时观察在各元器件之间都是焊接完成。（2）硬件电路非上电测试。首先利用万用表测试电源模块在非上电的情况下电源和地是否存在短路的现象，因为电源的短路会对整个系统造成很大伤害，若在短路的情况下直接上电，则很有可能将整个硬件系统都烧坏。所以在实物焊接完成之后进行非上电测试是非常必要的。利用万用表还可以检测到线路之间是否存在断路或者短路的现象，完成检测之后再给进行上电处理[17]。（3）接通电源测试，当我们在万用板上已将各种器件和设备的进行进行焊接以后，通过眼睛观察确定焊接连接无误后，开始对实物进行接通电源，进行上电测试，接通电源以后观察各部件工作情况，如果发现异常情况立刻进行断电操作，以防发生短路烧坏元器件，断电后用电表及时检查异常部位连接情况。检查没问题后再分模块一块一块的进行硬件调试。5.1.2动态测试动态测试是最终的测试，在进行动态调试时，静态工作的测试必须已经完成，并且能正常工作，动态调试的工作主要是检查所模块工作时的运行状态，保证系统的每个元件都可以满足系统的要求，这样做的原因是以防各种突发因素的发生使得元器件发生损坏后使得整个系统无法正常工作，在确认所有元器件都运行完好且能达到系统所需的功能后，加载运行编译好的程序软件进行系统功能测试。5.2系统软件调试硬件模块试验正常后，对各功能模块的编译程序进行调试，关于软件调试这一块在这次设计中十分重要的一步，软件调试正确是设计成功的基础，软件的调试时用Keil软件进行调试，调试步骤如下：（1）我们先在电脑上下载好Keil这个软件，然后双击打开它，点击文件（project）创建一个项目，然后在点击新项目（Newproject）创建一个工程项目名为“多功能电子秤”的新建工程，然后点击保存即可实现对工程的新建功能。[18]。（2）在新建好的工程下新建.c文件和.h文件，将之前设计的各个功能模块函数导入到对话框中，编辑完成之后将其保存在之前新建的“多功能电子称”工程下，命名为“多功能电子称.c”文件，到这个步骤的时候则代表着源码.C文件已经成功完了成创建工作。（3）在这一步操作过程中就可以显示出自己所编的各个模块软件程序是否正确，当我们把各个模块的程序输入完成后，我们软件中的“Build”这个按键，这个时软件会自动将我们之前输入的各个软件系统程序进行连接调试，调试编译完成以后软件的下方会出现“error”这个单词，它代表着错误，说明之前所输入的程序有不对地方，这时我们只要双击“error”这个单词系统就会自动跳转到之前输入程序的错误部分，然后进行修改，修改完成后重新点击编译按键进行再次编译，一直循环此过程，直到软件下方最后结果出现“0”error时才算编译成功，此时也会自动生成可执行的.hex文件。如图13所示。图13提示信息无错误（4）当完成第三步时说明之前所编译的程序已经准确无误，因此可以对硬件电路进行软件程序的烧录。烧录完成后根据各模块的功能检测看能否满足本次课题设计的功能需求。（5）同时在软件调试的过程中，可以利用软件的在线仿真功能进行软件调试。首先是利用断点的方式对程序进行分步调试，在实现每个部分的功能后再进行整体化的调试和融合，最终使得多功能电子称的所有性能得以实现[19]。5.3实物测试系统主要STC89C52单片机控制为主要控制的系统模块，其中主要包括有矩阵按键控制系统模块，电源供电系统模块，液晶显示系统模块等。设计的整个硬件系统平放在水平桌面上然后将要称重的物品放置在托盘上实行称重操作。其实物如图14所示。图14系统硬件实物图5.3.1LCD1602实物测试LCD1602是本次设计的显示模块，其主要是用来显示实际称重的重量值。当在称重托盘上放置不一样重量的砝码则可以通过LCD1602显示屏将实际的数据实时显示出来。这样可以让人们在使用的时候更加直观的观察到物体的实际重量。其实物图如图15所示。图15LCD1602显示屏实物图5.3.2矩阵键盘实物测试对于多功能电子秤的设计在数据输入处理的时候会有很多的方式，本次设计主要是采用矩阵键盘的形式来作为按键的控制输入。按键的功能主要包含了单价的计算、净重处理等等。同时还能设置不同物种所对应的价格设置。其实物图如图16所示。图164*4矩阵键盘实物图5.3.3称重托盘以及砝码实物测试本次设计的称重托盘是采用圆形的亚克力来实现托物称重的，托盘的下面是一款悬臂梁式的称重传感器，物品是通过放置在托盘上，然后由称重传感器将模拟信号转换成数字信号后传送给到主控单片机，最后经过单片机对数据的处理之后送往LCD显示器进行显示，从而实现多功能电子称的功能。其称重托盘以及校准砝码实物如图17所示。图17称重托盘以及砝码实物图5.4本章小结这一章主要讲了调试，调试的过程有软件的调试还有硬件的调试。在硬件方面首先是进行模块的器件测试，确保硬件电路能正常工作且能实现所需要的功能，在测试完所有元器件后，再进行整体的硬件功能测试最终完成多功能电子称的硬件调试。在软件方面，则是通过在线仿真以及断点调试的放法完成对各个模块的软件代码进行测试，最后将模块化的软件代码整合成一个完整的软件系统配合硬件系统最终实现了多功能电子称的全部功能。

第6章总结与展望6.1总结在这次多功能电子称的设计和制作过程当中，让我明白了一个道理，那就是实践才是对理论检验的最佳方法，空有理论知识没有实践操作那只是纸上谈兵不会成功的。本次设计目的是为了检验我在大学中对所学知识的运用。与此同时还能让我在实践的过程中可以发现自己的不足从而让自己去改正并做到理论知识的更好应用。本次设计中需要学和用到关于单片机控制的知识和模拟电子技术的知识还有数字电子技术的知识等等，主要是基于STC89C52的多功能电子称设计与实现。完成了软件代码的编写以及调试。该系统的软件调试主要在于矩阵按键值的读取与识别，还有就是LCD1602的显示代码调试最关键性的则是称重传感器获取的信号处理以及数据算法的代码编写。在完成关键性的软件调试之后则整个多功能电子称的设计几乎就已经完成了。核心的软件编写再加上其他各个部分的分离调试最终完成项目的软件编写和调试。最后将硬件和软件相互结合实现最终的多功能电子称设计。6.2展望本次课题的研究符合可持续发展的要求。同时，本次设计还存在很多的不足，还需要做进一步的研究与开发。（1）只是在系统功能框架基础上做了研究和设计，没有深入各功能模块间的具体交叉编译。（2）本次设计采用的是模块化设计，大大增加系统的可推广性。随着智能互联网时代的来临，多功能电子称技术的快速发展对于各个行业的普及也越来越广泛，因此研究多功能电子称系统将是21世纪的新课题。

参考文献翁煜彬.衡器目前现状与发展趋势探究[J].衡器,2