智能台式电子秤设计(1)

单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：智能台式电子秤设计课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：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。

本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。

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计算问题。

本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。

单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。

关键词：电子称；单片机；称重传感器第1章绪论 (1)1.1电子秤的概况 (1)1.2本文研究内容 (2)第2章 CPU最小系统设计 (3)2.1系统总体设计方案 (3)2.2CPU的选择 (3)2.3数据存储器扩展 (4)2.4复位电路设计 (5)2.5时钟电路设计 (6)2.6CPU最小系统图 (6)第3章输入输出接口电路设计 (7)3.1传感器的选择与放大电路 (7)3.1.1传感器的选择 (7)3.1.2放大电路的选择 (8)3.2检测接口电路设计 (9)3.2.1 A/D转换器选择 (9)3.2.2 模拟量检测接口电路图 (10)3.3人机对话接口电路设计 (10)3.3.1 键盘电路与AT89C51的接口电路设计 (10)3.3.2 显示电路与AT89C51的接口设计 (11)第4章软件设计 (12)4.1流程图设计 (12)4.1.1 主程序流程图设计 (12)4.1.2 模拟量检测流程图设计 (13)4.1.3 人机对话流程图设计 (13)4.2程序清单 (15)第5章总结 (18)参考文献 (19)第1章绪论1.1电子秤的概况在我们生活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、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。

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。

称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。

称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。

电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。

电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。

例如标签秤在超市中的应用已经是耳闻目睹的了。

一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这小小的电子标签上。

标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。

顶尖条码标签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。

因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。

60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

经过40多年的不断改进与完善，衡器技术也在不断进步和提高。

从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。

我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。

现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。

常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。

1.2本文研究内容首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。

输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。

放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。

按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。

其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。

转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。

此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。

第2章CPU最小系统设计2.1系统总体设计方案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。

此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。

图2.1 系统设计框图目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大。

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。

但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。

2.2CPU的选择本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。

这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。

再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个系统，可以选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。

INTEL公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATMENL生产的AT89C51系列单片机。

AT89C51系列与MCS-51相比有两大优势：第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。

此外价格低廉、性能比较稳定的CPU，具有2个16位定时计数器、4个8位I/O接口。

这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。

所以最后选择了AT89C51这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。

图2.2引脚图2.3数据存储器扩展89C51片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠着128B的数据存储器是远远不够的。

这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。

89C51单片机最大可扩展64KB RAM。

常用的数据存储器有静态数据存储器RAM和动态数据存储器，由于在实际应用中，需要扩展的容量不大，所以一般采用静态RAM，如SRM6116,6264等。

本设计采用6116静态RAM。

引脚功能：具有11条地址线，8条数据总线，一条片选线及写允许线，读允许线。

图2.3 CPU与数据存储器的硬件原理图2.4复位电路设计复位操作可以是单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此非常重要。

本设计使用上电复位电路，是利用电容器充电来实现的。

当加电平时，电容C充电，电路有电流通过，构成回路，在电阻R上产生压降，RESET引脚为高电平；当电容C充满电后，电路相当于断开，RESET电位与地相同，复位结束。

图2.4复位电路原理图2.5时钟电路设计时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，计算机在工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。

图2.5时钟电路原理图外接晶振时，C1，C2值通常选择为30pF左右；外接陶瓷谐振器时，C1，C2约为47pF。

振荡频率范围时0~24MHz。

2.6CPU最小系统图根据上述电路设计，得出CPU最小系统图。

图2.6 CPU最小系统图3.1 传感器的选择与放大电路3.1.1 传感器的选择在本设计中，传感器是个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显得十分重要。

不仅要注意其量程和参数，还要考虑与其相配置的各种电路的设计的难易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、可能产生的最人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。

电阻应变式传感器的称量范围为300g 至数千kg ，计量准确度达1/1000～1/10000，结构较简单，可靠性较好。

大部分电子衡器均使用此传感器。

综合考虑，本设计采用电阻应变式传感器.电阻应变式称重传感器实物图如图3.1所示，引出线为四芯，红（输入 +）、白（输出-）、黑(输入-)、绿(输出+)。

接线方法是红黑分别接电源正负端，绿白分别接信号的输出端，为确保精度，一般不要调整线长。

在电阻应变传感器中起作用的是桥式测量电路。

桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E ，另一个对角线为输出电压Uo 。

其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。