基于單片機的簡易電子秤的設(shè)計

1、電子與信息工程學(xué)院本 科 畢 業(yè) 論 文論文題目 簡易電子秤的設(shè)計 學(xué)生姓名 周 盼 學(xué) 號 073521029 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 073521 指導(dǎo)教師 鄧方雄 2012年5月摘 要摘 要隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求，為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設(shè)計中將智能化、自動化用在了電子秤系統(tǒng)中。此電子秤很大程度上滿足了應(yīng)用需求，具有很大的應(yīng)用前景。本文以單片機mcs-51系列的at89c51集成電路為信息處理核心，提出電子秤的硬件設(shè)計方案，詳細(xì)的分析了各單元的硬件電路，給出了儀器電路設(shè)計和軟件流程，及相關(guān)電路圖、原理圖，最后介

2、紹了系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。關(guān) 鍵 詞：電子秤；at89c51；硬件設(shè)計；電路圖 13abstractabstractwith the application of micro-electronics technology, traditional weighing tools used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. in order to change the traditional weighing tools problems, in this design, i apply

3、intelligent and automation to electronic scales system. this electronic scale is largely to meet the application requirements, and has great application prospects.this article take scm mcs-51 series at89c51 integrated circuit as information processing core，put forward the scheme of hardware design o

4、f electronic scales，a detailed analysis of the various units of the hardware circuit, gives the instrument circuit design and software flow, and the related circuit diagram, schematic diagram, finally introduced the system of hardware debugging and software debugging.key words: electronic scale; at8

5、9c51; hardware design; circuit diagram目 錄緒論目 錄1 緒論11.1 選題的背景和意義11.2 研究現(xiàn)狀11.3 論文主要研究內(nèi)容12 總體方案設(shè)計22.1 電子秤整體方案22.2 主控制器的方案22.3 稱重傳感器的方案32.4 放大器的方案42.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方案52.6 鍵盤部分的方案62.7 顯示部分的方案62.8 過載報警部分的方案73 電子秤的硬件設(shè)計83.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路83.2 單片機at89c51最小系統(tǒng)83.3 放大電路93.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路103.5 顯示電路與單片機接口電路113.6 鍵盤電路與單片機接口電路

6、123.7 報警電路133.8 電源電路134 電子秤系統(tǒng)的軟件設(shè)計154.1 主程序的設(shè)計164.2 子程序的設(shè)計164.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計174.2.2 鍵盤掃描子程序的設(shè)計184.2.3 顯示子程序的設(shè)計194.2.4 價格計算子程序的設(shè)計204.2.5 報警子程序的設(shè)計215 系統(tǒng)調(diào)試225.1 軟件調(diào)試225.2 硬件調(diào)試236 結(jié)論與展望246.1 論文的特點246.2 研究展望24致 謝25參考文獻(xiàn)26附 錄1系統(tǒng)原理圖27附 錄2仿真圖28附 錄3實物圖29附 錄4程序清單30即可）：6 結(jié)論與展望1 緒論1.1 選題的背景和意義電子秤是日常生活中常用的稱重器材，廣泛

7、應(yīng)用于超市、大中型商場、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計量衡器。電子秤的設(shè)計首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。經(jīng)放大后的模擬電壓信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控微處理器中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。1.2 研究現(xiàn)狀電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展,而且更需向多種功能的方向發(fā)展。據(jù)悉,目前電子秤的附加功能主要有以下幾種:1.電子秤附加了處理機構(gòu)

8、計算機信息補償裝置,可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補償計算和處理。2.具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動物稱量模式,即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動調(diào)零等方法,消除上述的誤差。3.附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計算和數(shù)據(jù)處理功能,以滿足多種使用的要求。今后,隨著電子高科技的飛速發(fā)展,電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。同時,功能更加齊全的高精度、高智能的先進(jìn)電子秤將會不斷問世,其應(yīng)用范圍也會更加拓寬。1.3 論文主要研究內(nèi)容本文主要是設(shè)計的內(nèi)容是簡易電子秤，它用單片機作為處理核心，信號由壓力傳感器感受后經(jīng)放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到單片機處理，同時該電子秤具有l(wèi)cd顯

9、示和鍵盤輸入。該電子秤具體實現(xiàn)的功能是能夠測量一定質(zhì)量內(nèi)物體的質(zhì)量，能夠利用鍵盤輸入價格，具有清零，可以計算總價，并能通過lcd直接顯示出來，超過所測重量時能夠報警。2 總體方案設(shè)計2.1 電子秤整體方案電子秤設(shè)計的整體方案是：傳感器采集到因壓力變化產(chǎn)生的電信號，但是一般這樣產(chǎn)生的電信號很小，需要利用放大電路將其放大，放大的電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入到微處理器中處理，微處理器處理后輸出信號控制顯示器顯示出來。同時還需要鍵盤對物品單價等信息輸?shù)轿⑻幚砥鲀?nèi)部，還需要有過載報警裝置。其整體設(shè)計方案 如圖2-1所示：放大電路傳感器a/d轉(zhuǎn)換器報警電路主控制器lcd顯示鍵盤輸入圖21 電子

10、秤整體設(shè)計方案圖2.2 主控制器的方案主控制器是電子秤的核心部分，它需要接受轉(zhuǎn)換后的傳感器信號，同時也能掃描接受到鍵盤的輸入信號，計算價格后控制顯示器的輸出，當(dāng)超過稱重量量程時還要控制報警裝置報警。主控制器的選擇有兩個如下兩個方案。方案一：單片機作為主控制器1單片機控作為主控制器其優(yōu)點有：可以做成專用的控制系統(tǒng)，程序被固化，可靠性較高，操作簡單，易于維護(hù)，并且成本低。在比較小型的控制系統(tǒng)中，最適合的應(yīng)是單片機作為控制核心。但在大型的控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)各方面性能要求很高，或者工作環(huán)境很惡劣，有很強的電噪聲、電磁干擾、機械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中，如果利用單片機作為控制系統(tǒng)，其性能會受到

11、相應(yīng)的影響。方案二：plc作為主控制器plc作為主控制器應(yīng)用廣泛，它具有接線簡單，通用性好，編程簡單，使用方便，可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，易于安裝，便于維護(hù)，其主要應(yīng)用在準(zhǔn)確、精密、快速、穩(wěn)定和多點控制的系統(tǒng)中，但是其價格昂貴。本文設(shè)計的簡易電子秤精度不需要很高，它需要控制器及程序被固化，并且工作環(huán)境適宜。單片機作為處理器完全能夠滿足要求，并且單片機價格低廉，體積小，最終我選擇了市面上常見的51系列的單片機at89c51作為主控制器。2.3 稱重傳感器的方案稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類，我選擇應(yīng)用最廣泛的電阻應(yīng)變式傳感器。

12、電阻應(yīng)變式稱重傳感器是利用電阻應(yīng)變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作的， 根據(jù)傳感器理論可知，設(shè)長為l、截面積為s、電阻率為的電阻絲，已知其阻值為： （2-1） 當(dāng)電阻絲兩端有機械應(yīng)力f時，、l、s都會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻發(fā)生變化。這種應(yīng)變片式傳感器是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。電阻應(yīng)變片把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為r/r后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的r/r變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋4。如圖2-2所示為常見的直流供電的平衡差動測量電

13、橋：圖22 直流供電的平衡差動測量電橋圖中，ein為供橋電源電壓，當(dāng)初始有r1r3=r2r4時，則電橋輸出電壓或電流為零，這時電橋處于平衡狀態(tài)。其測量原理：用應(yīng)變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： （2-2） 本文的目的是設(shè)計一簡易電子秤，最大稱重約為2.5千克，重量誤差不大于±0.01千克；考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計的難易程度和設(shè)計性價比，最終選擇了czaf-6058電阻應(yīng)變式稱重傳感器，其稱重規(guī)

14、模為5kg。2.4 放大器的方案壓力傳感器感受重力轉(zhuǎn)換后輸出的信號一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為此，測量電路中需要模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。所采用的傳感器輸出電壓振幅范圍010mv。而模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為02v，因此放大環(huán)節(jié)至少200倍的增益，此處我們需要放大500倍。根據(jù)本設(shè)計的實際情況增列出了兩種方案。方案一：由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。 差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 ( 如 op07) 做成一個差動放大器，其內(nèi)部電路圖如圖

15、2-3所示。圖23 差動放大器內(nèi)部電路電阻 r1、r2電容c1、c2、c3、c4用于濾除前級的噪聲，c1、c2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，c3、c4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器 r6 可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。缺點：此電路要求 r3、r4相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲，對精度影響較大。 方案二：采用專用儀表放大器12，如：ina128，ina129等。 此類芯

16、片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。 以ina128為例,引腳圖如3-3所示：圖24 ina128引腳圖放大器增益g=1+50k/rg，通過改變rg的大小來改變放大器的增益。因為放大的倍數(shù)是500，所以大致選用100歐姆的電阻就可以了。 基于以上分析，采用專用儀表放大器能跟好的滿足要求，我最終選擇了ina128。2.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方案稱重傳感器采集的壓力信號是模擬量，單片機系統(tǒng)內(nèi)部運算時用的都是數(shù)字量，即0和1，因此對于單片機而言我們無法直接操作模擬量，必須將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這就需要在單片機前段加上模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是將輸入的模擬

17、信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號提供給微處理器處理?，F(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本方法有十幾種，常用的有計數(shù)法、逐次比較法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次比較法模數(shù)轉(zhuǎn)換具有速度快、分辨率高等特點，而且采用這種方法的adc芯片成本較低，所以我們選用逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換集成芯片adc0832，adc0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其輸入輸出電平與ttl/cmos相兼容，電源供電時輸入電壓在05v之間，工作頻率為250khz轉(zhuǎn)換時間為32s，一般功耗僅為15mw；由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。圖3-4為a

18、d0832雙列直插式封裝引腳圖。 圖25 adc0832引腳圖2.6 鍵盤部分的方案鍵盤部分有兩個可行的方案，第一是采用3×4的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，第二是采用4×4的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路15。由于電子秤需要設(shè)置單價（十個數(shù)字鍵），還具有確認(rèn)、清零等功能，總共需設(shè)置13個鍵（包括一個復(fù)位鍵），其中復(fù)位可以單獨拿出來。所以我們采用3×4的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路。3×4矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。圖2-6給出了一個3×4的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不

19、同的行線和列線與主機相連這。3×4矩陣式鍵盤共可以安裝12個鍵，但只需要7條測試線。圖26 3×4矩陣式鍵盤圖2.7 顯示部分的方案數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇：一是 led數(shù)碼管顯示，二是lcd液晶。led顯示每一個數(shù)碼管只能顯示一個數(shù)字，電子秤系統(tǒng)需要許多數(shù)碼管，會使線路變得復(fù)雜化。lcd液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，其能夠多行顯示，并且能夠顯示漢字或英文字母，應(yīng)用于電子秤中能夠更人性化，更容易操作。所以最終選擇了兩行顯示的lcd1602，lc

20、d1602的引腳圖如2-7所示。圖27 液晶顯示器lcd16022.8 過載報警部分的方案智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當(dāng)測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設(shè)置的上下限時為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。超限報警電路是由單片機的i/o口來控制的，當(dāng)稱重物體重量超過系統(tǒng)設(shè)計所允許的重量時，通過程序使單片機的i/o值為高電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器speaker發(fā)出報警聲，同時使二極管發(fā)光。3 電子秤的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路物體放在壓力傳感器上，傳感器發(fā)生形變，阻抗就發(fā)生變

21、化，產(chǎn)生一個變化的模擬信號，該信號需要有放大電路放大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到微處理器處理。微處理器根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⒔Y(jié)果輸出到顯示器，直到顯示結(jié)果。如下圖所示3-1所示。壓力傳感器放大電路模數(shù)轉(zhuǎn)換微處理器鍵 盤x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8lcd顯示x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x =

22、0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8 圖3-1 硬件設(shè)計的總體思路3.2 單片機at89c51最小系統(tǒng)at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲器的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，128字節(jié)ram，32個雙向i/o 口線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直

23、到下一個硬件復(fù)位。at89c51的p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，p1、p2和p3口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，同時p3口還作為at89c51的一些特殊功能口16。圖32 at89c52最小系統(tǒng)的設(shè)計at89c51是片內(nèi)有rom/eprom的單片機，其最小系統(tǒng)簡單、可靠，僅由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路構(gòu)成。1、 時鐘電路at89c51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。at89c51單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2mhz到12mhz之間選擇。電容

24、取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，可在20pf到100pf之間取值。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇12mhz,電容選擇22pf11。2、 復(fù)位電路at89c51的復(fù)位電路是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。只需給復(fù)位引腳rst加上大于2個機器周期的高電平就可使其復(fù)位。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。其中電平復(fù)位是通過rst端經(jīng)電阻與電源vcc接通而實現(xiàn)的。3、 電源電路at89c51的電源腳分別為20腳vss和40腳vcc（圖中已默認(rèn)連接，未顯示出來）。這兩個腳分別接地和+5v直流電源，31腳ea為內(nèi)外存儲器的控制端，接+5v允許訪問

25、外部存儲器。3.3 放大電路傳感器檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觯驹O(shè)計中選用的是czaf-605電阻應(yīng)變式稱重傳感器，因為通過其得到的電壓信號很小，為所以還需要放大器放大信號?？紤]到干擾的作用，對傳感器的信號進(jìn)行了濾波處理，最終設(shè)計如圖3-3。 圖33 傳感器與放大器的接口電路ina128的2和3腳為信號輸入端，4、5和7腳為電源引腳。微弱信號放大后從ina128的第6腳輸出。通過調(diào)節(jié)rg的阻值可以來改變放大倍數(shù)，使得輸出電壓在a/d轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓要求范圍之內(nèi)。根據(jù)要求,a/d轉(zhuǎn)換器的輸入電壓變化范圍是0v4.999v，傳感器的輸出電壓信號在010mv，因此取放大器的放

26、大倍數(shù)500。因此代入公式,。3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路adc0832 為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇21。正常情況下adc0832 與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路

27、設(shè)計時可以將do和di 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)adc0832未工作時其cs輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，clk 和do/di 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時，須先將cs使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端clk 輸入時鐘脈沖，do/di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前di端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前di端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能9。 作為單通道模擬信號輸入時adc0832的輸入電壓是05v且8位分辨率時的電壓精度為19.53mv。如果作為由in+與in

28、-輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行in+與in-的輸入時，如果in-的電壓大于in+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00h。adc0832與單片機的接口電路如圖3-4。 圖34 adc0832與單片機的接口電路圖3.5 顯示電路與單片機接口電路本設(shè)計采用的是lcd1602顯示，lcd1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5×7或者5×11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用

29、，正因為如此所以他不能顯示圖形。1602lcd是指顯示的內(nèi)容為16×2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中1和2腳為電源正負(fù)極，3腳為對比度調(diào)整端，4腳rs為寄存器選擇，5腳rw為讀寫信號線，6腳為使能端，7到14腳為8為雙向數(shù)據(jù)端。15和16腳為電源背光極。lcd1602與單片機的連接如圖3-5。圖35 單片機與lcd1602接線圖3腳vee接一個滑動變阻器，滑動變阻器兩端接電源和地。調(diào)試歡動變阻器的值可以改變lcd的對比度。因為lcd為共陽極，所以d0到d7有加入上拉電阻。3.6 鍵盤電路與單片機接口電路矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與

30、工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少i/o口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如p1口）就可以構(gòu)成3×4=12個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成16鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 ：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如

31、下。判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線y0-y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的3個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。鍵盤為3×4鍵盤，包括0、1、2、3、4、5、6、7、

32、8、9、十個數(shù)字及確認(rèn)和清除鍵。采用中斷工作方式提高了cpu的利用效率，沒鍵按下時沒有中斷請求，有鍵按下時，向cpu提出中斷請求，cpu響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷程序中才對鍵盤進(jìn)行掃描。下圖就是鍵盤電路與at89s52單片機接口電路圖。圖3-6 鍵盤電路與單片機的連接圖3.7 報警電路當(dāng)電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量限制時，將產(chǎn)生一個信號給報警電路。使報警電路報警從而提醒工作人員注意，超限報警電路如下圖所示。圖37 報警電路圖它是有at89c52的rxd口來控制的，rxd本來為低電平，當(dāng)超過設(shè)置的重量時（5kg），通過程序使rxd口值為高電平，從而使三極管導(dǎo)通，報警電路接通，使蜂鳴器s

33、peaker發(fā)出報警聲，同時使報警燈led發(fā)光。這一任務(wù)的實現(xiàn)主要靠程序來完成。3.8 電源電路一般電網(wǎng)電壓為交流220v，而本文設(shè)計的電子秤系統(tǒng)需要的電壓是直流5v，顯然不能滿足實際要求，所以需要設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成?；究驁D如3-8所示。圖3-8直流穩(wěn)壓電源框圖電源變壓器t將220v的交流電源變換成整流濾波電路所需要的5v交流電壓。5v交流電壓通過整流電路變換成5v的脈動電壓，濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出較小的波紋成分到穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的5v電壓。根據(jù)上述介紹，電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等模

34、塊組成，這里加入led進(jìn)行電源工作狀態(tài)指示。穩(wěn)壓部分用lm7805三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源，其優(yōu)點是所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。具體的5v電源電路如圖3-9所示。圖3-9 5v直流穩(wěn)壓電源圖4 電子秤系統(tǒng)的軟件設(shè)計程序設(shè)計是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點：首先需要分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。其次是根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體

35、化，以減少出錯的可能性。最后就是編寫程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋恚瑯?gòu)成一個有機的整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是對利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，監(jiān)控軟件采用模塊技術(shù)設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)功能，將軟件分為若干個功能相對獨立的模塊，為每一個模塊設(shè)計程序流程圖。該電子秤功能程序模塊包括：a/d轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計、顯示子程序設(shè)計、鍵盤掃描子的程序設(shè)計、價

36、格計算子程序設(shè)計、以及報警子程序設(shè)計等。4.1 主程序的設(shè)計主程序是系統(tǒng)信息處理的關(guān)鍵，主程序模塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各模塊（子程序），在系統(tǒng)初始化過程中，初始化程序?qū)am的30h到5fh單元清零，rxd引腳置成低電平，防止誤報警，同時將系統(tǒng)設(shè)置成2.5kg量程，并寫2.5kg量程標(biāo)志。設(shè)計流程圖如圖5-1所示。主程序主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各子程序，上電啟動后，系統(tǒng)初始化，單片機讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用顯示子程序顯示重量，同時掃描鍵盤子程序，調(diào)用價格計算子程序計算價格并顯示出來。圖41 電子秤系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖4.2 子程序的設(shè)計主程序按需要調(diào)用各子程序。

37、系統(tǒng)子程序主要包括a/d轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計、顯示子程序設(shè)計、鍵盤掃描子的程序設(shè)計、價格計算子程序設(shè)計、以及報警子程序設(shè)計等。4.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計a/d轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取子程序設(shè)計主要是上電運行后，adc0832完成初始化，把經(jīng)放大的稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設(shè)計設(shè)計流程圖如圖4-2所示。adc0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，須現(xiàn)將cs是能端置于低電平并且保存低電平直到完全結(jié)束。芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端clk 輸入時鐘脈沖，do和di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前di端必須是高電

38、平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前di端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，到第3 個脈沖的下沉之后di端的輸入電平就失去輸入作用，此后do/di端則開始利用數(shù)據(jù)輸出do進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由do端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位data7，隨后每一個脈沖下沉do端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)data0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。從第11個字節(jié)的下沉輸出data0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)束23。最后將cs置高電平禁用芯片。圖42 a/d轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序流程圖4.2.2 鍵盤掃描子程序的設(shè)計鍵盤掃描子程序主

39、要是掃描鍵盤的輸入，調(diào)用顯示子程序顯示，輸出輸入的參數(shù)，計算總價是調(diào)用價格計算子程序計算總價格。鍵盤電路設(shè)計成3×4矩陣式，由鍵盤編碼方式可以得出1、2、3、4、5、6、7、8、9、0及清零和計價各鍵對應(yīng)的鍵值：0x31，0x32，0x33，0x34，0x35，0x36，0x37，0x38，0x39，0x3d，0x30，0x2e。在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。圖43 鍵盤掃描子程序流程圖4.2.3 顯示子程序的設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常都需要進(jìn)行人機對話。其中包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，應(yīng)用系統(tǒng)必須向操作者

40、顯示狀態(tài)與運行結(jié)果等信息。顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的人機交互設(shè)備顯示子程序是字符顯示，首先初始化，輸出一些基本信息，然后調(diào)用事先編好的鍵盤顯示子程序，輸出顯示命令，顯示過程中還需要調(diào)用延時子程序。當(dāng)輸入通道采集了一個信號，或人為的鍵入一個值，或系統(tǒng)與儀表出現(xiàn)異常情況顯示管理軟件應(yīng)及時調(diào)用顯示驅(qū)動程序模塊，用來更新當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示符號。設(shè)計顯示子程序的流程圖如下圖4-4所示：圖44 顯示子程序流程圖4.2.4 價格計算子程序的設(shè)計價格計算子程序由鍵盤計價鍵控制，當(dāng)輸入單價后，在沒有清零的情況下，點計價鍵，計算出總價后，調(diào)用顯示子程序顯示出中重量。該子程序中利用各工作寄存器2組，數(shù)據(jù)存在以40h

41、單元為首址的連續(xù)單元中。價格計算公式總價=單價×重量。這個程序需要兩次的數(shù)制轉(zhuǎn)換，輸入單價后需要將單價轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制后才能與二進(jìn)制的重量進(jìn)行計算。計算后的結(jié)果必須轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)顯示出來。 圖45 價格程序流程圖4.2.5 報警子程序的設(shè)計因為壓力傳感器的所受壓力有極限，所以稱重量必須有在一定范圍內(nèi)，超過重量時必須有報警程序。主程序初始化設(shè)定閾值為2.5kg，報警子程序?qū)⒃O(shè)定的閾值與實時顯示的值進(jìn)行比較，先比較高位，若高位大，即設(shè)定值小于實時顯示的值，這時將rxd置為1，將發(fā)光二極管點亮，且使蜂鳴器發(fā)出聲音。若高位相等，就比較低位，同理若設(shè)定值低位小于實際顯示值，將rxd置為1，將發(fā)光二

42、極管點亮，且使蜂鳴器發(fā)出聲音。這就需要一段比較程序以及一小段置1清0程序。圖46 報警子程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 軟件調(diào)試在設(shè)計電子秤的過程中，先在軟件中仿真，仿真成功后，再制作出實物。仿真采用的是proteus軟件，是一專門基于單片機的及其外圍電路的仿真軟件。仿真的第一步是先進(jìn)行軟件調(diào)試，是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正錯誤的過程。軟件調(diào)試的方法是先分塊后組合。在編出完整的程序并確保無誤后進(jìn)行綜合調(diào)試。在調(diào)試程序之前，先檢查各硬件模塊間的連接是否無誤，有無斷路現(xiàn)象。確認(rèn)連接無誤后就給系統(tǒng)通電進(jìn)行調(diào)試。正式調(diào)試時，首先進(jìn)行總體調(diào)試，即觀察系統(tǒng)

43、的運行情況以便快速地發(fā)現(xiàn)存在的問題。然后進(jìn)行各硬件模塊調(diào)試，主要針對有問題的硬件模塊及其程序進(jìn)行調(diào)試，以便準(zhǔn)確地查出問題的原因并解決問題。我在實際仿真的時候出現(xiàn)了lcd無顯示，最終找出原因是lcd是共陽極的需要接上拉電阻。同時還發(fā)現(xiàn)蜂鳴器超重后都不報警但是led發(fā)亮，最后發(fā)現(xiàn)是蜂鳴器的響應(yīng)時間設(shè)置太大產(chǎn)生的。軟件調(diào)試如圖5-1所示。圖5-1軟件調(diào)試圖5.2 硬件調(diào)試按照設(shè)計好的電子秤系統(tǒng)原理圖，計算出各個元器件的參數(shù)，選擇相應(yīng)的器件，制作出了實際的電子秤系統(tǒng)后。首先檢查連線是否與邏輯圖一致，用萬用表檢查有無短路、虛焊等現(xiàn)象。器件的型號、規(guī)格、規(guī)格、極性是否有誤，插接方向是否正確。檢查完畢，可用

44、萬用表檢測儀下電路板正負(fù)電源之間的電阻，排除電源短路的可能。之后將生成的hex文件燒到單片機中，得到響應(yīng)的實物，觀察現(xiàn)象，并排除問題。剛開始通電后，發(fā)現(xiàn)lcd顯示畫面不理想，之后調(diào)節(jié)上拉電阻后達(dá)到了滿意的效果。同時出現(xiàn)報警裝置沒有用，之后檢查發(fā)現(xiàn)是因為實際買的三極管極性與理論圖不一樣。換了正負(fù)極方向就可以了。同時測量的重物質(zhì)量與實際相比嚴(yán)重偏大，之后修改程序中的轉(zhuǎn)換倍數(shù)后正常了。硬件調(diào)試如圖5-2。圖5-2硬件調(diào)試圖.6 結(jié)論與展望6.1 論文的特點本論文主要研究的是簡易電子秤的設(shè)計，主要是基于超市的電子秤，在小重量范圍的稱量。具有如下的功能：1、能用簡易鍵盤設(shè)置單價，能夠同時顯示重量和金額；

45、2、重量顯示：單位為千克；最大稱重為2.5千克，重量誤差不大于±0.01千克；3、具有清零功能和復(fù)位功能。4、超出所測的重量時能夠報警。此電子秤采用lcd1602顯示，能夠同時顯示重量價格，并且具有很高的性價比，能夠廣泛的應(yīng)用少于2.5kg重量的范圍的交易。6.2 研究展望隨著現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展,而且更需向多種功能的方向發(fā)展。其發(fā)展的方向主要有:1電子秤附加處理機構(gòu)計算機信息補償裝置,可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補償計算和處理。2電子秤具備動物稱量模式,即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動調(diào)零等方法,消除上述的誤差。3附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。其

46、還有更高的性價比，更人性化的操作方式等。.附 錄2仿真圖致 謝經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計終于完成了，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里要感謝我的知道導(dǎo)師鄧方雄老師。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是鄧?yán)蠋熑匀患?xì)心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩鄧?yán)蠋煹膶I(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極

47、影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。 參考文獻(xiàn)1 張毅剛單片機原理及應(yīng)用m北京:高等教育出版社,2010.2 康華光，鄒壽彬電子技術(shù)基礎(chǔ)m北京:高等教育出版社,2009.3 彭介華電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)m北京:高等教育出版社,2008.4 陳杰，黃宏傳感器與檢測技術(shù)m北京:高等教育出版社,2009. 5 陳大欽電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗m北京:高等教育出版社,2008.6 李正軍計算機控制系統(tǒng)m北京:機械工業(yè)出版社,2010.7 晁陽單片機mcs-51原理及應(yīng)用開發(fā)教程m北京

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