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1、电子秤设计课程设计 辽宁工业大学 单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：电子秤设计 院（系）：电气工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2022.6.162022.6.27 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Array 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 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、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。 本系统
2、针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。 此次课程设计为简易的电子秤的设计，实现的功能为当被称物体放在承载器上时，通过传感器和单片机之间的配合作用，结合软件将物体的重量实时显示在LCD显示器上。 关键词：单片机；电子秤；压力传感器；A/D转换器 目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计方案 (2) 2.1概述 (2) 2.2系统组成总体结构 (2) 第3章硬件设计 (4) 3.1AT89C
3、51主控电路 (4) 3.1.1主控制器AT89C51 (4) 3.1.2单片机最小系统 (4) 3.2压力传感器 (6) 3.3放大电路 (8) 3.4A/D转换器 (9) 3.4.1A/D转换的选择 (9) 3.4.2ADC0804引脚及其功能 (10) 3.5显示模块设计 (11) 3.6报警电路 (12) 第4章软件设计 (14) 4.1程序设计的步骤 (14) 4.2主程序流程图的设计 (14) 第5章课程设计总结 (20) 参考文献 (21) 第1章绪论 随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快活
4、中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以
5、下三部分组成： (1)承重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。 (2) 压力传感器 即由非电量（压力）变成电量的转换元件，它是把支承力变换成电或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照压力传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 对压力传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；
6、对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 (3) 测量显示和数据输出的载荷测量装置 即处理压力传感器信号的电子线路（模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、过滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。 第2章课程设计方案 2.1概述 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量的测量仪器，也可用来确定与物体质量相关的其他量的大小，参数，或特性。电子秤一般由以下三部分组成。承重、传力复位系统，压力传感器，测量
7、显示和数据输出的的载荷测量装置。当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理和运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示。 本课设的主要设计思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，
8、然后再显示出来。主要技术指标为：分度值0.001kg; 测量质量误差小于5%。 2.2系统组成总体结构 前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案满足设计要求，可以显示所称量的物体质量。系统总体结构框图如图2.1所示： 图2.1系统组成总体结构框图 目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。 第3章硬件设计 3.1 AT89C51主控电路
9、 3.1.1主控制器AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器。低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并
10、且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 3.1.2单片机最小系统 单片机最小系统由AT89C51单片机、复位电路、晶振电路以及电源电路组成。如图3.1所示： 图3.1 单片机最小系统 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲
11、器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输
12、出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储
13、器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是AL
14、E才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 3.2压力传感器 传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出
15、信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。 在设计中，传感器是一个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显的特别的重要，不仅要注意其量程和参数，还有
16、考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。 传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。本设计要求重量误差不大于1g，量程为0-1kg。 为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度
17、差的缺点。 )()()()()() (22 R R R R R R R R E R R R R Uo ?-+?+?-+?+?-?+=E R R ?=传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。在实际工作中，要求压力传感器的有效量程在20%80%之间线性好，精度高。 综上考虑，采用电阻应变片式传感器。其量程为1kg 。称重传感器由组合式S 型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图3.2所示。 图3.2 全桥测量电路图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。 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 ，则电桥输出为：