1、 毕业 设计（ 论文 ） 基于 51 单片机的 双精度 电子称设计 系 别 自动化工程系 专 业名称 测控技术与仪器 班级 学号 5080930 学生 姓名 靳姗 指导教师 齐世清 2012 年 6 月 15 日 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 I 页 基于 51 单片机的双精度电子称设计 摘 要 随着 数字化技术的快速发展和应用，电子衡器称重技术同样也得到了广泛的发展和应用，各种数字化智能化的电子衡器逐渐问世，但商用电子称作为电子衡器的重要一部分，在中小型市场的智能化并没有得到普及，依然以杆秤、台秤和简易电子称为主的商用电子秤，存在着精度差、易损坏、难维修等缺陷 ，尤其是在进行轻微物
2、体如茶叶、药材等的测量时误差更明显。 本文设计的 双精度 电子称 主要 以 AT89S52 单片机为 核心 ， 通过 Proteus 软件和 KEIL软件 实现 了 对电子称的功能 仿真 设计。主要分为 五 个模块：双精度的物体 重量采集 模块、单片机处理模块、 键盘控制 模块、数据显示模块以及 软件 驱动模块。以不同压力传感器采集压力参数，经过信号处理和 A/D 转换送给单片机，单片机通过重量参数自动选择12 位 精度值 或 8 位精度值 进行运算处理，最终将键盘输入的单价值和总价值在LCD12864 液晶 上进行实时显示 。 整个电子称系统能够智能化的实现双精度自动测量、自动报警、直观显示
3、等功能，具有操作方便 ， 双精度测量准确 ，成本低 、稳定性可靠性高 等特点， 可以更好的应用于不同的应用场合 ， 适应了 中小型市场的需求 。 关键词： 双精度 电子称，单片机 AT89S52，称重传感器， A/D 转换， 液晶 显示器 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 II 页 Said design based on 51 single-chip double-precision electronic Author： Jin Shan Tutor： Qi Shiqing Abstract With the rapid development and application of d
4、igital technology, electronic weighing technology has been developed and applied extensively .And a variety of intelligent digital electronic weighing is emerging progressively, but in small and middle market, the commercial electronics, which is an important part of the electronic weighing, is stil
5、l limited to the simple electronics said such as steelyard, platform scales and simple electronics. All these are known as the main commercial electronic scales, but the existence of accuracy, easily damage, and difficult to repair defects also affect itself. Especially during weighing some minor ob
6、jects such as tea, medicinal herbs, mistakes is easy to appearance through measuring. This paper, the design of the double-precision electronic using microcontroller AT89S52 as the core, achieve the simulation capabilities of electronic design by using Proteus Software and KEIL software. Now dividin
7、g this paper into five main modules: how to collect the weight of the object with this double-precision electronic said module, how to deal with the data through single-chip machine, how to control keyboard module, the display module and how to drive software module. Fristly, use different pressure
8、sensor to acquire pressure parameters. Secondly the signal processor and A / D conversion work out the data, finally given to the MCU. Thridly according to the data above the MCU will automatically select whether the 12 precision values or 8 precision value computing processor. Ultimately the input
9、through the keyboard will be showed on the LCD12864 real-time display. The entire electronic system can intelligently accomplish double-precision measurement automatically, automatic alarm, visual display, at the same time, its easy to operate, accurate measurement, low cost, stability and high reli
10、ability. Based on the introduction above ,it can be used in different applications occasions, and it can adapt to the needs of small and medium-sized market. Key Words: Double-precision electronic, AT89S52, Load sensor, A/D converter, LCD display东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 1 页 目 录 1 绪论 . 3 1.1 课题研究背景 . 3 1.
11、2 电子衡器的研究现状 . 4 1.2.1 国内外发展情况 . 4 1.2.2 电子称的发展方向 . 5 1.3 课题的研究意义 . 5 1.4 本文的设计思路 . 5 2 系统方案论证与硬件选型 . 8 2.1 系统总体设计方案的比较与论证 . 8 2.2 硬件方案设计与论证 . 10 2.2.1 CPU 的选择方案 . 10 2.2.2 传感器的选择 . 11 2.2.3 放大电路的选择方案 . 13 2.2.4 A/D 转换器的选择 . 14 2.5 键盘处理部分方案的论证 . 18 2.6 显示器部分的选择 . 19 2.7 超量程报警部分的选择 . 19 3 硬件电路设计 . 20
12、3.1 AT89S52 单片机介绍 . 20 3.1.1 AT89S52 单片机综述 . 20 3.1.2 AT89S52 的最小系统电路构成 . 21 3.2 A/D 转换器与 AT89S52 单片机接口电路 . 22 3.3 显示电路与 AT89S52 单片机的接口电路 . 25 3.3.1 12864 点阵型 LCD 简介 . 25 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 2 页 3.3.2 点阵 LCD 的显示原理 . 26 3.3.1 12864LCD 指令系统 . 27 3.4 键盘电路与 AT89S52 的接口电路设计 . 29 4 系统软件设计 . 32 4.1 主程序设计 .
13、 32 4.1.1 C 语言在单片机中的应用 . 32 4.1.2 电子称的软件设计与实现 . 33 4.2 系统主程序流程图 . 33 4.3 系统子程序设计 . 34 4.3.1 A/D 转换启动及数据读取程序设计 . 34 4.3.2 显示程序设计 . 36 4.3.3 键盘输入控制程序设计 . 37 5 系统调试 . 39 5.1 软件调试 . 39 5.2 故障分析与解决方案 . 39 5.2.1 故障出现情况 . 39 5.2.2 解决方案 . 40 5.3 功能测试 . 40 结论 . 41 致 谢 . 42 参考文献 . 43 附 录 . 44 附录 A . 44 附录 B.
14、51 附录 C. 52 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 3 页 1 绪论 1.1 课题 研究背景 电子衡器称重技术是现代称重技术和控制系统工程的重要基础之一， 自 50 年代中期电子技术渗入到衡器的辅助测量装置， 60 年代初期出现机 电结合式电子衡器以来，经过 40 多年的不断改进和完善，从最初的机电结合型发展到现在全电子型和数字化智能型，电子衡器称重技术经历了长远的发展，其便于与电子计算机结合而实现称重计量与过程控制自动化的特点，在工商贸易、能源交通、冶金矿山、轻工食品、医药卫生、航天航空等部门得到了广泛的应用。 而 衡器 作为 国家法定计量器具， 自古以来就被人们所重视，作为一种
15、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， 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 。 电子衡器作为工业控制系统和商 业管理系统的一个组成部分，不仅是提供重量数据的单体仪表，而且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。因此 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。 商用电子称作为电子衡器产品的一部分，随着电子衡器技术的发展，也同样在技术装备和检测试验手段上达到了国际 90 年代中
16、期的水平，从机械称到机电称再到电子称在称重装置智能化的道路上取得长足的进步，但就总体而言，我国 商用电子称 产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、 价格昂贵、 稳定性和可靠性较差等 。这些缺陷在中小市场上尤显不足， 因此大部分产品还都是相对比较简易的杆秤或是操作简便的电子秤，这些称重仪器在进行粗精度测量时还可以满足要求，但要进行高精度的称量，比如药材、茶叶等微量商品时，往往无法满足要求，因此研发一种多精度简易的电子商用称将具有很大的研究意义和研究价值。 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文
17、） 第 4 页 1.2 电子 衡器 的 研究现状 1.2.1 国内外发 展 情况 从 国际上看，随着二十世纪战后的经济繁华，为了把称重技术引入到生产工艺过程中去，对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗入衡器制造业。在 1954 年使用了带新式打印机的倾斜式称，其输出信号能控制商用结算器，并且用电磁铁机构与人工操作的按键与办公机器联用。在 1960 年开发出了与衡器相联的专门称重值打印机。当时带电子装置的衡器其称重工作是机械式的，但与称重有关的显示、记录、远传式控制器等功能是电子方式的。电子称的发展过程与其他事物一样，也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到
18、全电子 化、由单一功能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重以及产品质量的检测等工作，都离不开输出信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制盒检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。近年来电子称已成为工艺技术、储运技术、顶包装技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称量准确度的电子称，并在 70 年代中期约对 75%的机械进行了机电结合式改造。 回首国内
19、，我国的衡器在 20 世纪 40 年代以前还全是机械式的， 40 年代开始发展了机电结合式的衡器。 50 年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。 80 年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传统机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电子衡器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术结合而实现称重技术和过程控制的自动化特点，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门，但 商用电子称在国内的发展，并没有像其他功用的电子秤一样取得飞速的发展，只有在部分大型超市可以看到多功能电子称的运用，但其造价高操
20、作复杂，无法在中小市场得到广泛的推广应用，中小市场仍然依赖于传统的杆秤和简易的低精度电子称，但随着电子技术的不断发展，以及衡器工艺技术的不断完善，更多品种的的电子称研发必然会推动中小市场电子秤的改进 。 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 5 页 1.2.2 电子称的发展方向 电子称的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向于综合性、组合性；而且更需要向多种功能的方向发展 。 目前电子称的附加功能主要 有以下 几种： (1)具有皮重、净重显示、语音播报等功能呢。电子称 部分 已具备了动态称量模式，即通过进行算术平均、积分处理和自动
21、调零等方法，消除上述的误差； (2)电子称附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理； (3)附加单价总额计算功能。目前的电子称有附加多种计算和数据额处理功能，以满足多种使用的要求 。 1.3 课题 的研究意义 今后，随着电子高科技的快速发展 ，电子称重技术也 定将日新月异。功能更加齐全的高精度的先进电子称将会不断问世，其应用范围也会更加 广阔 。从实际情况看来，目前 中小型 市场上使用的称量工具， 主要还是以 杆秤 、台秤、小型 简易 电子称为主， 操作简单但精度比较低，而且调整时间长，运行不可靠 ，易损件多，维修困难 ，能源消耗大，生产成本 比较 高。 这些特
22、点导致了中小型 市场上电子称产品的整体水平 偏低 ，产品质量在低水平徘徊。 在这些中小型市场，称重仪器选择的局限性，已逐渐无法满足越来越走向现代化的需求， 对电子称的要求不仅仅要简便而且要更公平更合理，对精度不仅有要求，对功能也有更多的期望，电子称不仅要称量较重物体，还能够更精确的称量较轻的物体，比如茶叶和药材等，要求精 度更高，称量更准确。双精度电子称便是基于此而提出的研发课题，不仅能够自动切换精度进行测量不同物体，还能够克服上述诸多缺点，实现操作简易、维修容易、调整时间短、不易损坏等特点，还具有较大的实用价值。 1.4 本文的设计思路 随着 微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛
23、应用，电子产品的更新速度达到了 日新月异的地步。本系统在设计过程中，除了能实现系统的基本功能外，设计两个称重电路以对应不同精度、不同承重范围的物品， 还增加了 超重提示 功能 ， 在连接电路图时，选用尽量少的管脚来实现设计的全部功能，这样方便以后的功能 拓展，比东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 6 页 如 可以实现和其他机器或设备（包括上位 PC机和数据存储设备）交换数据 。 除此之外，系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的 AT89系列单片机，在系统更新换代的时候，只需要增加很少的硬件电路，甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。 电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的
24、方向发展。据悉 , 目前电子秤的附加功能主要有这些 方面 ：电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理；具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动态称量模式 , 即通过进行算术平均、积分处 理和自动调零等方法 , 消除上述的误差；附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能 , 以满足多种使用的要求。 另外由于实际应用当中，称 重器 可以有一 定量的过载，但不能超出要求的范围， 系统自动零显示 ，提示出错 。 综上所述 ,本课题的主要设计思路是：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
25、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。 本文主要主要以下 几个方面的工作： (1)详细讲解了称重器工作原理。 (2)对称重器系统进行总体 方案的 设计 。 (3)对 于 称重器的硬件系统，重点介绍 关于 精度、转换速率的压力传感器和 A/D转换模块器件的选取。 (4)对 于 称重器的软件 系统 ， 通过解说 LCD液晶显示 的使用及键盘的工作原理，对于主程序 的编写与调试 提供重要的依据 。 (5)依据称重系统的总 电路，通过 Keil软件 C语言编程和 Proteus仿真，实现模拟的 称重 显示。 (6)对称重系统的测量值与显示值的差值，进行系统的调试与误差校正。 主要技术指标为：称量范围 0 10Kg;分度 值 0.01kg;精度等级 级 ;电源 DC1.5V（一节 5号电池供电）。 这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便 ,集 重量 称量功能与价格计算功能于一体 ,能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 7 页 图 1.1 设计思路框图
