电子秤单片机课程设计报告文档格式.doc
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4.2.2STC12C5204AD系列单片机的A/D转换器的初始化…………………12
5程序…………………………………………………………………………13
5.1主程序如下………………………………………………………………13
5.2数据处理…………………………………………………………………15
绪论……………………………………………………………………………16
摘要
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。
电子秤主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。
该电子秤不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、计价功能外，还可实现去皮、净/毛转，自动计算，数字显示，受到广大用户欢迎。
智能电子秤由于携带方便，使用简单，对人们生活的影响越来越大。
本系统是针对是电子秤的自动称重、自动计价、数据处理进行研究的。
为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究。
讨论了单片机控制系统中关键的中断、计算问题，结果表明通过软件设计实现更完善。
本文在给出智能电子秤硬件设计的基础上，详细分析了电子秤的软件控制方法。
由于单片机控制的电子秤结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。
17
绪论
随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越，电子秤重装置推广，从而进入到传感器，电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。
它的特点是：
精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。
称重技术的突破是微处理机的应用。
称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。
这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。
也就是说、这种技术发展中的突破是必然的结果。
电子秤重装置出现于80年代初，随着电子元器件集成化的迅速发展，随着微处理机，单片机的发展和计算机软件的开发，产品价格的下降、电子秤重装置在技术上的优势；
多功能、高精度、操作方便等，使得不仅实验室的传统称量装置已被电子秤重装置所取代，这种趋势已经扩展到工业和其他领域。
本系统是针对自动称重、计算价格进行了研究的。
讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。
着重讨论了数据处理问题，结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。
设计特别适用于测量精度要求较高的场合,具有较高的实用价值和推广价值。
本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究,而且向多种功能的方向发展的思想，主要对电子秤一些简单功能进行了研究。
主要通过强大软件功能实现电子秤自诊断、自校正、皮重、净重显示等特种功能、特殊的数据处理功能、多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。
今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。
同时,功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽。
本文中第一章讲述了电子秤的发展情况，第二章讲述了电子秤的工作原理，第三章讲述了电子秤的硬件电路组成部分。
第四章是本文的重点部分，详细介绍了电子秤的软件设计，及各部分功能实现的软件设计。
第1章
1.电子秤系统的概况
随着自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、智能化、性价比等方面越来越难以满足人们的需要，尤其对一些微小质量的测量更显得力不从心。
为了实现高智能化的微小质量测量，以及商业流通领域中经常进行各种精度范围的重量测量，传统的秤砣加秤盘模式已经很难适应现代商业零售的需要。
同时商品种类的繁多和对服务更高的要求也促使电子秤的功能进一步扩展，而成为集度量、结算于一体的商业销售终端。
本着这些思想，本商用电子秤系统设计由传感器、A/D转换、单片机和LED显示器等组成，具有结构简单，成本低，精度高等优点。
1.1电子秤的发展史
早在20世纪80年代，美国、德国等工业发达国家，就开始了数字式称重传感器和数字称重系统的预先研究和初期开发工作，经过十余年的努力，推出了多种数字式智能称重传感器及其称重系统，在电子秤重领域备受瞩目,有力的推动了电子衡器数字化和数字称重系统的发展。
我国数字式智能称重传感器的研究开发始于20世纪90年代中后期，在短短几年时间里，研制出安装在模拟式称重传感器内部的小型数字化单元，完成了模拟信号与数字信号之间的转换，变模拟式称重传感器为数字化称重传感器，并应用于大型电子汽车衡和电子配料秤等小型称重系统中，取得了较好的测试结果。
近年来，又在数字化称重传感器的基础上，研究与实践数字式智能化电路，数字补偿技术与数字补偿工艺，开发整体型数字式智能称重传感器和分离型模块化数字称重传感器系统，已经取得了阶段性成果。
可以预计，很快就会在电子衡器数字化和数字称重系统中，见到国产的数字式智能称重传感器和模块化数字式称重传感器系统。
1.2电子秤应用范围
随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越来越高。
电子秤正是利用它精确、智能、方便、明了、可靠的特点，广泛应用在商业、企业、日常生活等各个领域。
1.3电子秤的研究动态
称重技术的突破是微处理机的应用。
第2章
2电子秤的工作原理
2.1电子秤的性能及技术指标
（1）设计最大称重10kg
（2）使用电阻应变片“电桥”采样输入。
2.2工作原理
根据电子秤的性能及技术要求，选择STC125204AD单片机为核心，组成称量系统。
系统主要有STC125204AD单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路等组成。
当物体放到秤盘上时，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，信号的强弱随物体重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入STC125204AD单片机经过数据处理，STC125204AD单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。
2.3基本结构
该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；
再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。
由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成。
称重传感器
前置放大器
模数转换器
单片机
接
口
键盘盘
显示器
该结构共分五大部分，即信号采集部分：
利用称重传感器获取外部重量信息；
信号放大部分；
模数转换部分：
利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；
单片机控制部分：
单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；
人机接口部分：
人机联系部件有键盘、显示器等，这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。
人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。
第3章
3电子秤的硬件设计
3.1信号采集电路
（1）
（1）要达到设计的性能要求，传感器的精度起着决定性作用。
本设计选用应用于称重系统90％以上的高精度电阻应变式传感器。
电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。
我设计的这个电子秤称重范围10Kg，重量误差不大于+0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。
我们选择的是L-PSIII型传感器，量程20Kg，精度为0.01%，满量程时误差0.002Kg。
L—PSIII型铝制称重传感器为双孔平行结构，是电子计价秤的专用产品，可以满足本系统的精度要求。
本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路（见图3-1），用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路[2]。
它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。
电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。
即输出电压的变化反映出重力的变化。
电桥的输出电压可由下式表示：
上式说明电桥的输出电压V和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。
图3-1
（2）L-PSIII型传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。
我们考虑可以采用专用仪表放大器INA128此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，低功耗，增益高，精度也非常好，能提供较宽的带宽，且外部接口简单。
放大器增益，通过改变Rg的大小来改变放大器的增益，单个外部电阻可以实现从1至10000的任意增益选择。
INA128构成的放大器及滤波电路如图3-2所示：
图3-2
通过调节Rg的阻值来改变放大倍数。
微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从INA128的第6脚输出。
A/D转换器的输入电压变化范围是5.5V～3.5V，传感器的输出电压信号在0～20mv左右，因此放大器的放大倍数在175～375左右。
（3）经过放大电路的信号是模拟信号即模拟量，需要把它变成数字量才能送入单片机控制系统受理，所以需要有A/D转换电路。
由对传感器量程和精度的分析可知，A/D转换器误差应在0.03%以下：
8位A/D精度：
10Kg/256=39.06克
12位A/D精度：
10Kg/4096=2.44g
14位A/D精度：
10Kg/16384=0.61g
考虑到其他部分所带来的干扰,其实8位A/D根本无法满足系统精度要求。
但由于STC125204AD本身就有8位的，所以我只能用这个CPU本身自带的A/D。
此8路电压输入型A/D,可做温度检测，电池电压扫描，按键扫描，频谱检测等。
上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。
STC125204AD系列单片机的ADC是逐次比较型ADC。
逐次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量主次逼近输入模拟量对应值，逐次比较型A/D转换器具有速度高，功耗低等优点。
通过查资料可知双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。
对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。
只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。
尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。
故而我觉得采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
可是没有，所以只用STC125204AD自带的，
作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上8位的AD足以满足要求，我们最终选择了STC125204AD。
逐次比较型ADC有由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转化所得的数字量主次逼近输入模拟量对应值。
逐次比较型A.D转换器具有速度高，功率低等优点。
模拟/数字转换结果计算公式如下所示；
式中，Vin为模拟输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机电压作为模拟参考电压。
接口原理图为：
3.2单片机控制系统
电子秤采用STC125204AD作为CPU，并作为控制中心，负责接收数据和外接设备的信号，再处理数据，发出控制信号，以达到所需的要求。
第4章
4电子秤的软件设计
电子秤软件系统设计的基本思想是充分利用微机丰富的软件功能，实现称重过程一系列要求，提高系统可靠性，使得系统性能价格比达到最优。
电子秤作为一种实时性要求不是很高系统，用软件代替部分硬件功能很合算。
首先，我们通过对软件进行分析，确定那些任务是由软件来完成的。
在本系统中，从软件功能来看，其包括执行软件和监控软件两类。
执行软件，完成各种实质性的功能，如采集数据，进行滤波处理，价格计算，中断处理，重量的显示都利用软件来完成，不仅使得电子秤的性能提高，以达最高性能价格比；
监控软件，用来协调各模块和操作者之间的关系，如本系统中A/D转换、键盘与显示、数据处理各模块的工作。
其次，电子秤系统中有着大量的数据计算，各个模块之间进行信息传递，我们必须数据类型和结构进行规划，对系统内程序存储器、RAM、定时器/计数器和中断源的分配。
最后，完成以上工作后我们就可以进行编程了。
在编程时，画出各功能模块的程序流程图，用合适的语言进行编写。
4.1主程序设计
我们采用模块程序设计技术来设计电子秤的软件系统,根据系统功能,我们将软件划分成若干个相对独立的模块,为每一个模块设计程序流程图。
软件程序的主要任务有：
重量、单价、总价等参数的显示；
数据管理；
数据处理；
数据运算等功能。
4.11，主程序设计思路
电子秤软件设计的总体思想是：
根据预先编制的程序对测量进行控制，完成自动诊断、自动清零、自动逻辑判断、自动存取数据完成重量的测试；
搜集和处理测得数据，并通过对重量的测试，按各种参数之间关系，经计算后自动求出一系列有关未知参数，如电压等。
监控软件采用模块技术设计，根据系统功能，将软件分为若干个功能相对独立的模块，为每一个模块设计程序流程图。
该秤功能程序模块包括：
系统初始化、A/D转换数据处理、键盘中断处理、显示模块，数据处理模块。
4.1.2，主程序的工作原理
由上图可以看出，通过模拟多路开关，将通过ADC0-7的模拟量输入送给比较器。
用数/模转换器（DAC）转换的模拟量与本次输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐次比较器，并通过逐次比较寄存器输出转换结果。
A/D转换结束后，最终的转换结果保存到ADC转换结果寄存器ADC_RES,同时，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D转换结束标志位ADC_FLAG，以供程序查询或发出中断申请。
模拟通道的选择控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2—CHS0确定。
ADC的转换速度由ADC控制及存取中的SPEED1和SPEED0确定。
在使用ADC之前，应先给ADC上电，也就是置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER.
（1）STC125204AD输入输出端口定义如下；
P1.2口—A/D转换数据采集采集的是电位器两端的电压
P1.4，P1.5，P1.6.P1.7口—控制每个数码管显示
P2口—转换后的数据送LED
（2）定时中断timer0用于A/D转换中断延时
电子秤作为一种称重仪器，对所称精确度要求颇高，所以必须通过数值滤波求的有效采样值，通过定时来完成这一系列的操作。
我们定时0.5S，即定时为50ms，分5次来累计结果。
（3）初始化程序完成所有系统设置
系统初始化程序完成对功能芯片STC125204AD初始化设置，完成片内RAM
划分，堆栈指针的设置。
完成对各种功能程序段运行开关的设置，中断优先级的确定。
4.1.3主程序流程图
开机后，系统初始化，随着模拟电位器电阻值的改变，电位器两端的电压值相应改变，经过A/D转换后，送到LED数码管显示，经调试，模拟的还算可以。
调用延时1毫秒，时钟频率
定时器初始化
ad采样初始化
启动计数器工作
采样送显示，间隔1毫秒
每50秒采样乘2或3送显示
开始
4.2系统初始化
系统上电后，对系统进行初始化。
初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及端口的工作状态的规定、RAM自检、各标志位的设置、设置栈指针、分配内存空间、设定计数器/定时器的工作方式
4.2.1STC125204AD的初始化
STC125204AD作为系统中央控制单元，是系统程序中断，数据处理中心，也是其它各模块纽带，对其初始化意义非常大。
（1）程序存储器的初始化
程序存储器用于存放程序、常数和表格，在执行程序时，从程序存储器中按地址依次取指令执行。
STC125204AD片内含有4K字节闪速可编程/擦除只读存储器。
编址范围0000H~0FFFH；
（2）数据存储器的初始化
STC125204AD的数据存储器有256字节，编址为00H~FFH，内部分工作寄存器区（00H~1FH）、位寻址区（20H~2FH）、数据缓冲器区（30H~FFH）。
表2RAM地址分布
（2）堆栈指针在系统初始化时指向07H单元，我们根据需要设定参数。
2.定时器/计数器初始化
（1）定时器/计数器T0初始化
在程序的开始处，我们设置0.5S定时来处理采样值。
所以根据实际情况，我们设T0为定时器并且定时为50ms。
因定时时间够大，所以采用16位定时/计数方式工作。
所以T0设定为工作方式1，非门控方式，TMOD=01H，M1=0，M0=1，GATE=0；
方式寄存器TH0、TL0初值计算;
TH0=（65536-18518）/256，TL0=（65535-18518）%256;
3.中断初始化
（1）系统中中断请求源包括外部INT0中断请求，中断的允许或禁止是有内可进行位寻址的8位中断允许寄存器IE来控制的，如下所示：
EA
X
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
其中EA是总开关，如果它等于0，则所有中断都不允许，本系统中EA=1让它总开。
ET0=0或者，允不允许T0溢出中断，它们根据实际程序应用来设置，利用软件控制来实现，
（2）中断响应过程
CPU响应中断时，首先把当前指令的下一条指令（就是中断返回后将要执行的指令）的地址送入堆栈，然后根据中断标记，将相应的中断入口地址送入PC，执行PC指向所指地址程序。
中断完成后，一定要执行一条RETI指令，执行这条后，CPU将会把堆栈中保存着的地址取出，送回PC，那么程序就会从主程序的中断处继续往下执行。
如图：
中断服务程序入口
保护现场
中断服务
恢复现场
中断返回
本课题中我们设置允许外部中断1，定时器0都中断允许，则IE是
1
4.2.2STC12C5204AD系列单片机的A/D转换器的初始化
与STC12C5204系列单片机A/D转换相关的寄存器列于下表所示。
（1）P1口模拟功能控制寄存器PLASF
STC12C5201AD系列单片机的A/D转换通道与P1口（P1.7—P1.0）复用，上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需做A/D使用的P1口可继续作为I/O口使用（建议只作为输入）
本设计：
P1ASF|=0x04;
即P1.2口作为模拟功能A/D使用。
2.ADC控制寄存器ADC_CONTR
ADC_POWER:
ADC电源控制位。
ADC_CONTR|=0x80，AD电源打开，ADC_CONTR&
=0x7f，AD电源关闭
由于选的是P1.2为A/D输入，所以CHS2,CHS1,CHS0分别为010H
模数转换控制位SPEED1，SPEED0，分别为1,1,70个时钟周期转换一次，CPU工作频率为21MHz时，A/D转换速度约为300Kz。
第5章
5程序
5.1主程序如下
#include<
reg51.h>
sfrP1ASF=0x9d;
sfr ADC_CONTR=0xbc;
sfrADC_RES=0xbd;
sbitw1=P1^4;
sbitw2=P1^5;
sbitw3=P1^6;
sbitw4=P1^7;
sbitkey_en=P1^3;
//01 23 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
unsignedcharcodeBCD[]={0x44,0xde,0x62,0x52,0xd8,0x51,0x41,0xd6,0x40,0x50,0xc0,0x49,0x65,0x4a,0x61,0xe1};
unsignedintv=0;
unsignedintkk=0;
voiddelay_ms（unsignedintx）//芯片时钟频率1毫秒
{
unsignedinti,j;
for（i=x;
i>
0;
i--）
for（j=270;
j>
j--）;
}
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