单片机电子秤毕业设计论文.docx
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单片机电子秤毕业设计论文
毕业设计（论文）
设计（论文）题目：
基于单片机的电子秤设计
学生姓名：
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专 业：
班 级：
学 号：
提交日期：
2017年05月03日答辩日期：
2017年05月13日
基于单片机的电子秤设计
摘要
电子技术逐渐发展的今天，如今人们用的传统的称重技术手段显然已经不能满足大家的需求。
对于这个问题，我们经过不断地研究与创新，设计出了本课题的这款基于单片机的电子秤。
这款电子秤包含基本的称重功能，以STC89C52单片机作为核心，数/模转化器构成了称重板块，LCD1602是它的液晶显示器，在开机上电之后，将被测物体置于称重传感器之上，液晶显示器接收到电压信号之后能立刻显示出被测物体的质量，调节按键，设置单价，能自动计算出物体总价，若被测物体质量超过20kg，蜂鸣器发出报警提示。
该电子秤具有功效多、速率高、准确性能好、稳定性高、可靠性强、性价比高等优点。
关键词：
STC89C52;称重传感器;数/模转化器;1602液晶
DesignofElectronicScaleBasedonSingleChipMicrocomputer
Abstract
Electronictechnologygraduallydevelopedtoday,andnowpeopleusethetraditionalmeansofweighingtechnologyobviouslycannotmeeteveryone'sneeds.Forthisproblem,wecontinuetoresearchandinnovation,designedthesubjectofthissingle-chip-basedelectronicscales.
ThiselectronicscalecontainsthebasicweighingfunctiontoSTC89C52microcontrollerasthecore,digital/analogconverterconstitutesaweighingplate,LCD1602isitsliquidcrystaldisplay,afterthebootpower,themeasuredobjectplacedintheloadcell,Theliquidcrystaldisplayafterreceivingthevoltagesignalcanimmediatelyshowthequalityofthemeasuredobject,adjustthebutton,settheunitprice,canautomaticallycalculatethetotalpriceoftheobject,ifthemeasuredobjectqualityexceeds20kg,thebuzzeralarmwarning.Theelectronicscalehasmanyadvantages,highspeed,goodaccuracy,highstability,highreliability,cost-effectiveadvantages.
Keywords:
STC89C52;Loadcell;Digital/Analogconverter;1602LCD
第一章概述
1.1课题背景与研究意义
称重技术有着很长的历史，人们一直很重视，从曹冲称象的典故中就可以看出。
电子秤是当代称重的一种工具，是国家规定计重、国泰民生、国防研发、科技研究、国际商业领域的技重器材，可以衡器设计的产品是否合格达到标准，会直接影响到各行业的发展水平和社会经济效益。
电子秤不光可以当做供应称重数据的丈量仪器，还是工业操作和商业现代化管理系统的重要构成板块，推动了工业、农业的自动化生产和现代化的打理，它有着缩短工作时间、提高工作效率、优化工作流程、改善工作条件、降低能源损耗、带动产品质量升级以与增强企业自身管理、改善企业环境等的作用。
这个称重器件的运用已达到了显著的经济效益，涉与到国民经济的各行各业。
我国电子称重发展技术由一开始的机电连结型向如今的数字智能型和全电子型完成了转变，电子称重的技术设备、检测测试手段正在向国际水平努力。
电子称重技术与设备运用进入了新成长的局面。
上个世纪50年代中期，得益于电子技术的大发展，衡器制造业也迎来了极速蜕变的春天。
到了60年代初期，机电联合式电子称重应运而生，又过了40多年科学家们不停琢磨、探索与完善，静态电子称重技术慢慢向动态电子称重技术方向发展；模拟丈量计量方式向数字丈量计量方式发展；单参数丈量特征向多参数丈量迈步，尤其是一直作为研究的重点和攻克的难题的的快速称重和动态称重方面，取得了本质性的突破。
对比分析近些年来调研报告上国内外市场的需求以与电子产品称重的特征，电子称重总体的变化趋势是：
机械化、板块化、智能化、归纳化和组合化；是高速度、高正确度、高稳定性和高安全可靠性；是节制信息和非节制信息两方面并重的“智能化”。
电子称重的达到需要经过几个方面，第一，将被测物体置于压力传感器之上，其重量经压力传感器转化成电压信号。
一般而言，这个电压信号很小，通常要由前端信号处理电路来处理，以此来线性放大。
放大之后，电压信号由数/模转化电路转化成可被识别的数态信号来送到主控电路的单片机中，然后主控电路中的单片机控制显示器，就能在显示器上显示出被测物体的重量。
依照该设计的底子思路来讲，整个系统可以由三大板块组成，分别是数据收集板块、控制器板块、液晶显示板块。
在这之中，压力传感器、前级处理信号系统和数/模转化构成了数据收集板块。
数字信号经变换后送给控制器进行整理，最终这个数字量的处置是由控制器达到的，然后人机间数据交互由驱动显示板块达到。
这里面就要求软件编程功底要高，由于整个系统绝大多数功效都需要通过编写的软件来操控。
为了能够拓展一些功效，本方案最终决定加了一个超量程报警功效使本课题更具人性化和适用性。
1.2电子秤的组成
电子秤由控制器调控板块、丈量数据板块、人机交互显示板块、键盘输入板块、超量程报警板块和电源电路板块构成。
所需元件清单如表1-1所示。
表1-1元件清单
元件型号
元件名称
元件标号
数量
蜂鸣器
Bell
B1
1
10uF
电容
C1
1
20pF
电容
C2,C3
2
LCD1602
液晶
LCD1
1
Header2
电源接口
P1
1
9012
三极管
Q5
1
2.7K
电阻
R1
1
10K
电阻
R2
1
SW-PB
按键
S1,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15,S16,S17,S18
17
SW-灰色
电源开关
SW1
1
U1
单片机
U1
1
12M
晶振
Y1
1
1.2.1电子秤的基本结构
其硬件结构主要包括：
收集数据板块、单片机系统板块、超量程报警板块、键盘输入和液晶显示器显示板块。
1.2.2电子秤的工作原理
当物体放在了压力传感器上，由于压力变动产生了电信号，压力传感器先进行采集，然后再电压的放大，接着模数转化器将之转化成数字信号，最终数字信号被发入到主控中的单片机中。
人机交互方面，我们从键盘按键中先去皮清零并设置好单价，接着单片机方面进行内部调整后，计算出此时被测物品的质量与总价，最终液晶显示器显示出来。
若所称物体重量大于20Kg，蜂鸣器就会响，达到超量程报警功效。
1.2.3电子秤的功效与技术指标
运用LCD1602显示，第一行显示当前所称物体的重量（Kg），第二行显示单价和总价（元）等信息。
本课题运用了高准度电阻应变压力传感器，是电子秤专门的模/数转化器芯片HX711来调度转变传感器信号，称重范围为0-20Kg，丈量准度可在误差±3g之内。
人机交互运用16键矩阵键盘，能够直接方便的达到输入单价、删除单价、去皮、清零等功效。
同时按键的时候会有提示声发出，还有超出量程报警功效，当超出压力传感器的量程范围时蜂鸣器会发出报警声。
1.3本章小结
本章主要介绍了本课题的研究背景和应用前景、该电子秤的组成板块、基础结构、工作原理和具备的功效，读者从整体上对本课题能有个大概的了解。
第二章 系统方案设计
2.1系统整体方案设计框图
按照本设计功效的要求，系统由6个板块组成：
控制器调控板块、丈量物体重量板块、LCD液晶显示板块、键盘输入板块、电源电路板块和超量程报警板块。
系统设计思路框图如图2-1所示。
图2-1设计思路框图
2.2系统设计要求
2.2.1基础要求
该电子秤由STC89C52为核心，能实现称重的基本功效。
2.2.2具体要求
本课题所设计的东西能达到一般电子秤基础称量和价钱计算功效，节制核心是单片机芯片STC89C52RC。
在原本功效上还拓展了超量程报警功效。
本设计由六大系统：
STC89C52系统、数据采集系统、键盘输入系统、电源供电系统、控制器系统和超量程报警系统所组成。
本毕设的主要任务如下所示：
1）可完成基础的称量功效（丈量范畴为0-20Kg，误差尽可能要小）；
2）应有能输入单价、计算物体总价、删除单价、去皮、清零等功效；
3）超过最大丈量重量20Kg时能报警提醒（通过蜂鸣器发出声音来提醒）。
2.3方案论证
在进行系统的设计的时候，对于各个板块应该对应达到的功效，有下面几种设计思路：
思路一：
采用数码管显示，数码管显示思路如图2-2所示。
图2-2数码管显示思路
该思路十分简单而且可操作性强，由数码管来显现被测物体的重量，应运用的单片机里面具有模数转化功效。
这样可以设计出硬件板块不复杂，接口电路很好达到，而且可以很大程度上减小编程量，简化的输出输入关系就可以构成电路结构的电子秤系统。
可是也有缺点：
硬件简单，外边的数据不能与时送达，具有局限。
数码管也存在限制：
只能显示平时常见的二十六个英文字母和阿拉伯数字，不能够实现汉字和个更加晦涩符号的显示。
又由于系统电路太过普通，限定系统硬件的扩充，电子秤的功效从而有些单调。
思路二：
思路一有明显不足，于是在此问题之上，我们增设了键盘输入功效，达到称物计价的功效。
其简图如图2-3所示。
图2-3具有键盘输入功效的简图
此思路虽然能称物计价，可是由于数码管功效的约束，液晶显示器只能显示单价、全部总价等。
在重量的显示方面，若数码管位数不足，则所称物体质量的准度肯定会有所影响，因此只有放入不少的数码管在电路中才行。
这样的话处理起来就很麻烦了，在输入输出接口的处置步骤中，都要另外专门来扩充足够多的I/O端口才行。
思路三：
在处置前端信号时，增设信号收集强度时采取放大、信号转化等方式会增设实验开销，所以我们用LCD1602液晶显示器。
简图如下图2-4所示。
图2-4带有输入和显示功效的简图
综合比较了以上三种思路，考量适用性与可操作性，完成了最后的电子秤设计思路，终极的硬件设计图如下图2-5所示，本思路拓展了超重报警功效。
图2-5系统设计硬件框图
2.4本章小结
本章主要展示了系统的整体设计框图，在方案备选方面，综合了三种思路，比较其优缺点，披沙拣金，分析优缺点，思量适用性和可操作性，设计完成了最后的电子秤方案。
第三章硬件电路设计
3.1单片机芯片STC89C52介绍
在整个设计中，最为重要的就是单片机的选型，要综合思量运行内存、速度、通用性、价钱等方面需要，于是本设计整个系统的主控芯片最终选定STC89C52。
STC89C52RC是一种有8千字节可编程Flash的内存存储器，是损耗低、性能好的CMOS8位微调控器。
它虽然使用经典的51内核，但改进了不少，使其具有传统单片机所不具有的功效。
它是一个CMOS8位单片机，片内含8字节的可持续擦写数万次的Flash只读存储器，其密度高、非易失性存储器件是由ATMEL公司制造的，含标准51指令系统和经典引脚结构，在其芯片中，集结了通用型8位的中央处理器处理和ISPFlash小型存储单位。
器件参数：
1.加强型51单片机，能随意选定到底是6时钟/机械周期还是12时钟/机械周期，它的指令代码也兼容且符合传统8051
2.工作电压：
5.5V-3.3V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）
3.工作频率：
它的是0-40MHz，就相当于普通8051的0-80MHz，现实工作时其频率可达48MHz
4.用户应用程序空间：
8K字节
5.片上可以集成512字节RAM
6.通用I/O口（32个），复位后：
准双向口/弱上拉分别对应P1/P2/P3，P0口为漏极开路输出，当总线扩充用的时候，不要加上拉电阻，当I/O口用的时候，就要加上拉电阻了
7.ISP/IAP，不需要专用编程器，也不要专门仿器，直接通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）就能数秒达到下载客户数据
8.具有EEPROM功效
9.有3个16位定时器/计数器。
分别是定时器T0、T1、T2
10.通用异步串行口（UART），达到多个UART可以运用计时器软件
11.工作温度：
-40-85℃（工业级）/0-75℃（商业级）
12.PDIP封装
STC89C52里面一共有四十个引脚，其中有两个主电源引脚，外接晶振的引脚有两个，节制或复用别的电源的引脚有四个，还有三十二个输入输出I/O引脚。
STC89C52单片机引脚简图如下图3-1所示。
图3-1STC89C52引脚图
3.2电源电路设计
由于设计的要求，我们在本系统中设计了传感器必要的+12V的电源和系统其他芯片用的＋5V的电源这两种不一样级别的电源。
为了电子秤的现实需要，保证系统能够进行不变地工作，产品达到最佳性价比，具体将运用的方案如下：
从变压器后将220V的交流电输出15V的电压，再整流滤波之后，用LM7812、LM7905进行一系列变化之后可以得到＋12V和+5V、-5V的电压供器应用。
为了使系统能够得到更稳定、结果更好的电源，且在电路短路的时候，熔断装置断电源一定要快，这样才能保证别的电路元件不会被破坏，我们做了一些措施，在变压器的里面放入熔断保护装置以与MFC网络。
因为在系统中，所要的供电电压都是5V电压、数模转化芯片和液晶显示器，所以保障系统可靠稳定的工作十分重要，就要设计一个能够源源不断提出5V电压的供电系统。
因此在本设计中我们运用的是两个电源接口供电模式，程序测试使用的是USB接口供电，来充当系统电源的稳压器来达到系统电压为稳的5V电压，而且外置电源要比5V电压要高，要加个滤波电容给系统电源输入接口来使工作电压稳在5V。
为了判断电源能否照常工作，我们可以给电压输出接口直接加上LED电源指示灯。
该系统电源电路设计如下图3-2所示。
图3-2电源接口电路
为了消除过程中或许存有的高频杂波会对电源造成影响，我们用C1、C2来达到对电源的滤波，C4用来平流稳定电压，一方面，在接口输出电压较高时能够进行储能，另一方面，在电路负载很高且USB端口供电不够时，C4施放存储的电能就可以维持电压不跌起伏太大对电路造成影响。
其中有电源指示作用的LED0，它的亮灭表示电源是否正常工作，R0限流，防止LED被烧坏。
3.3数据显示电路设计
数据显示作为人机交互的主要构成板块，在整个过程中起着至关重要的作用，它能够直接清晰显现出被测物体的数据。
显示电路设计有两种可以选：
一个是LCD液晶显示和另一个是LED数码显示。
现如今LCD液晶显示器被普遍应用，它是损耗极低，方方面面如电子手表、普通计算器、准简时装仪器表、小型计算机以与许多文字交互机都利用到了这种显示器。
思路一：
数码管显示
作为半导体发光件的数码管，发光二极管是它的最小单位。
从段数上来分的话，它可以分为7段和8段数码管两种，与7段相比，8段管顾名思义，就是比7段管多了一个发光单位（相当于多显示了一个小数点）；从能显示多少个晶体管“8”来看，它包含一位、二位、四位等数码管；从单位连接方式来看，它由共阳极、共阴极管构成。
能够将全部发光管的阳极连结到一块并且成为公共的阳极（COM）的就是共阳级管。
共阳管运用时，通过将公共极COM端口连接到+5V，并且当发光管的阴极变成低电平的时候，能点通与之相对照的字段。
此时若某一发光管的阴极变为高电平的时候，与之对应的字段就变暗了。
将全部发光管的阴极能够连到一块并且成为功能共用的阴极的数码管我们就称之为共阴数码管。
在运用时，共阴极要把公共极接地，与共阳极相反，在发光二极管的阳极为高电平的时候，与之相对照的字段会被点通。
而随着某个字段阳极变为低电平的时候，与之相对照的字段会变暗。
由于显示信息的局限性，所以要求信息数量较多时，一个数码管显然不够用，只能将数量庞大的数码管全部进行级联起来，可是如此做的后果便是会制造硬件的连接困难化，也使开销增设了；而且数码管也不与更好的显示大板块的字符，在进行动态扫描的时候，一个处理不佳就容易呈现闪烁现象，后果严重。
思路二：
LCD字符液晶显示
在这里我们运用的是LCD液晶显示，使用的是点阵式，由于液晶显示板块的小体积、低损耗、显示内涵很广泛的特征，所以如今单片机应用生产中最广泛、常用、最基本的信息显示元件就是字符型液晶显示板块，可是运用LCD液晶显示也会增加设计开销，说到底还是钱的问题。
该液晶显示器能够显示2行16字符，同时包含8位数据总线的3个控制输出端，它的工作电压是5V，带有字符比拟和背光调节。
具体引脚说明如下表3-1所示。
表3-1LCD1602液晶显示器的具体引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
DataI/O
2
VDD
电源正极
10
D3
DataI/O
3
VL
液晶显示偏压信号（H/L）
11
D4
DataI/O
4
RS
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
DataI/O
5
R/W
读/写选择端（H/L）
13
D6
DataI/O
6
E
使能信号
14
D7
DataI/O
7
D0
DataI/O
15
BLA
背光源正极
8
D1
DataI/O
16
BLK
背光源负极
最主要的是，在LCD1602液晶板块的里面存放了包含阿拉伯数字、英文数字字母、平时常见符号和日本化名等字符，其中一个代码对照一个字符，我们用这指令编程来操控它的输入、屏幕与光标。
在最后，我们思量了好多方面原因决定运用了思路二，就是选定LCD1602液晶显示器来作为电子秤的显示界面。
3.4键盘电路设计
依照设计要求，电子秤必须具备调设单价（十个数字键），同时也要有确认、复位等按键功效，一共就是应该设置十三个按键（包含一个复位键）的按键功效。
所以设计键盘的扩展有使用方案如下：
运用矩阵式键盘：
把检测线能够分为2组就是矩阵键盘的特征，也就是行线与列线，按键呢，就是放在行线和列线的交织点上。
一个4*416键的键盘构造它的接口电路，其中不一样的行线和列线与主机连接着的同时，也连接着每一个按键。
原则上是要安装16个键，但测试线只装了8条。
所以在研究中若按键数目比8大时，我们往往选取矩阵式键盘好一点。
图3-3按键输入电路
3.5报警电路的设计
超量程报警电路的设计就是能够报警提示被测物体比最高值要高的时候，以防重量太高，会破坏传感器。
PNP三极管9012的蜂鸣器来驱动达到功效，主要是单片机输入输出口对三极管的基极进行操控，在单片机的端口输出为低电平的时候，此时三极管通，然后蜂鸣器的正极就能够与电源很好地连通，蜂鸣器之后有了电就能够有报警声不断发出，在单片机输入输出口输出高电平的时候，此时三极管将会被截止，蜂鸣器的报警声响从而停了。
3.5.1三极管
在生活实验中，我们普遍的三极管主要为9012、S8550、9013和S8050。
在单片机应用过程中，三极管正是起着像开关一样的作用。
在这之中9012与8550为PNP型三极管，能够通用。
在这之中9013与8050为NPN型三极管，能够通用。
区别引脚的方式：
三极管的那端朝着自己，其引脚从左到右为ebc，在原理图中e就是有箭头的一端，b连着电阻，剩下的那个就是c了。
箭头朝里指的话表面三极管是PNP（9012或8550），相反表明就是NPN（9013或8050）。
作为电流的放大的器件，顾名思义，三极管包含三个极，集电极c、基极b和发射极e，分成NPN和PNP两种。
3.5.2蜂鸣器
蜂鸣器在装接过程中，它的长脚接的是正极，短脚就是接的负极。
蜂鸣器实物图如图3-4所示，蜂鸣器原理图如图3-5所示。
图3-4蜂鸣器实物图图3-5蜂鸣器原理图
报警指示电路如图3-6所示。
图3-6报警指示电路图
3.6称重转化器
我们这里运用的是HX711芯片，它是一款专门为了称重传感器才研发设计的二十四位数/模转化器芯片。
跟同种型号的别的芯片相比较起来而言，它优点显而易见：
集成程度高、响应速率快、抗滋扰性强。
选用这个芯片，我们不仅仅减少了整机开销，还增加了稳定性和可靠性。
此芯片与后台芯片的接口以与编程特别简单，全部节制信号都是由管脚来完成实现的。
通道种类A它的可能够编程增的益很强，能够达到128或者是64，与之匹配的度差输入信号它的幅值是±20mV或者是±40mV。
通道B就只是安稳的32增益，差距很明显。
芯片内源能供应稳定的电压，所以在系统板上我们不需要额外加的模态电源。
同时也不必要引入其他的外接元件。
3.7系统硬件电路绘制
3.7.1Protel99介绍
Protel99是在应用于微软操作系统下的一种EDA设计，由于简单方便操作，这款软件一贯很受工程师和办公人员的喜欢，并且很多高校大学电子这类专业学习EDA工具必选这门课程。
3.7.2系统原理图与PCB的绘制
Protel99软件具体操作流程如下：
1、先创建一个所需的原件库；
2、建完之后我们把你所建立的那个库加载到工程项目中去；
3、然后在图上中放置所需要元件并且连接各器件；
4、把原件封装创立成库同时把它加载到工程项目文件当中去；
5、画好电路图后我们来ERC电气检测，同时生成网络收集表；
6、创立一个PCB文件到工程中去，同时将刚刚生成的网络表导入；
7、根据线提示描画PCB，再进行DRC检测。
系统的电路原理图如下图3-7所示。
图3-7系统电路原理图
依照上述方式，最后完成的PCB原理图如下图3-8所示。
图3-8PCB图
3.8本章小结
本章主要介绍了系统硬件的设计板块，单片机的选型、电源电路如何设计、液晶显示板块如何设计、键盘按键电路的设计、超量程报警电路的设计（主要是蜂鸣器和PNP三极管）、称重数/模转化器HX711的说明、系统硬件电路的总的原理图、电子秤PCB图制作过程中所需要的软件和原理图。
第四章 系统软件设计
4.1系统软件
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