1、 1 XXXX 大 学 毕 业 论 文 （设 计） 题目 指导教师 学生姓名 学生学号 信息工程 系 电气自动化 专业 一 班 年 月 日 2 智能电子秤设计 摘 要 本设计系统以单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步设计了各个单元功能模块。 系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括 AT89S52 和扩展的外部数据存储器；数据采集部分 由称重传感器，信号的前期处理和 A/D 转换部分组成，包括运算放大器AD620 和 A/D 转换器 ICL7135；人机界面部分为键
2、盘输入，四位 LED 数码显示器，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源以LM317 和 LM337 为核心设计电路以提供系统正常工作电源。 系统的 软件部分应用单片机 C 语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为 0 9.999Kg，重量误差不大于 0.005Kg） ,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价， 还具有超量程和欠量程的报警功能。 本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 关键词 ：单片机 数据采集 A/D 转换器 人机界面 XXXX 大学毕业论文 3 I
3、NTELLIGENT ELECTRONIC DESIGN ABSTRACT The design of the system with the monolithic integrated circuit AT89S52 as the core to realize the basic electronic control functions. In the design of the system, in order to better the modularized design method, the unit step function module design. The system
4、 includes hardware, data acquisition system minimum, man-machine interface and the system of power. The minimum system parts including AT89S52 and the expansion of external data storage, Data collected by weighing transducer, signal processing and the A/D conversion parts, including the amplifier AD
5、620 and A/D converter ICL7135, For the man-machine interface partial keyboard input, four LED digital display, can show the specific weight and figure of input data, use convenient, In LM317 LM337 and power system as the core circuit design to provide normal work of the system. The application of SC
6、M system software part C language program, the design of all control function. It can realize the basic electronic weighing function (weighing the range of 0-9.999 Kg, weight error is not more than 0.005 Kg), and play a part of the show shopping list of function, can set the date and set the price o
7、f goods, and ten has super range and less range alarm function. The system design is simple in structure, easy to use, complete function, high precision, has certain value. Key words： microcontroller; data collection; A/D converter; human-machine interface 4 目 录 第 一 章 绪论 . 1 1.1 电子秤概述 . 1 1.2 选题背景与意
8、义 . 1 1.3 电子衡器的发展动态 . 2 1.4 本文结构 . 2 第 二 章 系 统 方 案 设 计 . 3 2.1 电子秤的组成结构 . 3 2.1.1 电子秤的基本结构 . 3 2.1.2 电子秤的工作原理 . 3 2.2 电子秤设计的要求及基本思路 . 4 2.2.1 电子秤设计的要求 . 4 2.2.2 电子秤设计的基本思路 . 4 2.3 单片机的选型 . 4 2.4 数据采集模块 . 5 2.4.1 传感器 . 5 2.4.2 前级放大器 . 7 2.5 人机交互界面模块 . 10 2.5.1 键盘输入 . 10 2.5.2 输出显示 . 10 第 三 章 电 子 秤 硬
9、件 的 设 计 与 制 作 . 11 3.1 AT89S52 的主控电路 . 11 3.1.1 AT89S52 芯片 . 11 3.1.2 主控电路的设计 . 12 3.2 电子秤的信号处理流程 . 13 3.2.1 称重数据处理 . 13 3.2.2 信号处理电路 . 14 3.3 人机交互界面模块设计 . 17 3.3.1 键盘输入控制电路 . 17 3.3.2 LCD 显示电路 . 19 3.4 报警电路的设计 . 21 第 四 章 电 子 秤 的 软 件 设 计 . 22 4.1 软件流程图及程序设计 . 22 4.1.1 初始化程序设计流程图 . 22 4.1.2 主程序设计流程图
10、. 23 4.2 主程序设计及其相关程序设计 . 23 4.2.1 主程序设计 . 23 4.2.2 信号采样与 A/D 转换子程序的设计 . 27 4.2.3 键盘 /显示子程序设计 . 29 第 五 章 总 结 与 展 望 . 31 5.1 设计总结与感想 . 31 5.2 本设 计存在的不足及工作展望 . 31 致 谢 . 32 参 考 文 献 . 32 XXXX 大学毕业论文 5 附录 A： 原 理 图 . 33 附录 B： 元 器 件清 单 . 34 1 第一章 绪论 1.1 电子秤概述 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
11、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。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。 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。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际水平。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，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。 电子秤属于电子衡器的一
12、种，它的发展也遵循这一趋势。 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。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 距离 、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。 做为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。 接下来让大家了解更多有关于智能电子秤的 相关 知识。 1.2 选
13、题背景与意义 随着第二次世界大战后的经济繁 荣，为了把称重技术引入生产工艺过程中去，对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术不断渗入衡器制造业。在 1960 年开发出了与衡器相联的专门称重值打印机。当时的带电子装置的衡器其称量工作是机械式的，但与称量有关的显示、记录、远传式控制器等功能是电子方式的。 电子秤的发展过程与其它事物一样，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全电子化、由单一功能到多功能的过程。近年来，电子秤已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、 收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成
14、部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子秤的发展奠定了其础，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 %称量准确度的电子秤，并在 70 年代中期约对 75 %的机械秤进行了机电结合式的电子化改造。 随着生活水平的提高，商品的种类和样式越来越来多，我们出门买东西无论是在超市还是在市场都经常会用到电子称，电子称在我们的日常生活中已经成为必不可少的工具，因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足 之处，具有现实意义。 2 1.3 电子衡器的发展动态 电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子
15、秤到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用领域在不断地扩大。根据近年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子衡器总的发展动向为：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、稳定性高、可靠性高；其应用性趋向于综合性、组合性。 小型化：体积小、高度低、重量轻，即小薄轻。为使电子衡器的承载器达到小、薄、轻，开始采用重量轻且刚 度大的空心波纹铜板和方形闭合截面的薄壁型材。 模块化：电子衡器的承载器采用模块式一体组合或分体组合，产生新的品种和规格。这种模块化组合不但提高了产品的通用性和可靠性，而且也大大提高了生产效率，
16、降低了成本。 智能化：与电子计算机组合或开发称重用计算机，利用计算机的智能来增加称重显示控制的功能，使其在原有功能的基础上增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能。 集成化：对于某些品种和结构的电子衡器，可以实现承载器与称重传感器一体化或承载器、称重传感器与称重显示控制器一体化。 综合性：电子称重技术和电子衡器 产品的应用范围不断扩大，它已渗透到一些学科和工业自动控制领域。对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还远远不够，现代 商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合， 使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。这就要求电子计价秤能与电子
17、 计算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。 组合性：在工业生产过程或工艺流程中，不少称重系统还应具有可组合性，即：测量范围可以任意设定；硬件能够依据不定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可使用不同的语言， 并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。 1.4 本文结构 全文共分为六章，各章的主要内容如下： 第一章 简单 介绍了电子秤 及其概念、 特点与 相关 背景 等 。 第二章 电子秤 原理的阐述 以及 描述了系统方案的设计思路与流程。 第三章对系统硬件 设计 进行了描述，给出了单片机的的控制方案 。 第四章 讲述了 系统软件流程 。 第五章 本次 设计 的 总结 及
18、感想。 第六章本文相关的参考文献。 3 第二章 系统方案 设计 2.1 电子秤的 组成结构 2.1.1 电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成： （ 1）承重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。 (2)称重传感器 即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照称重
19、传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等） 和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 (3)测量显示和数据输出的载荷测量装置 即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的
20、测量电路 中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。 2.1.2 电子秤的工作原理 当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系 (一般成正比关系 )的电信号 (电压或电流等 )。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模 /数（ A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的 CPU 处理， CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运 算结果送到内存贮器，需要显示时， CPU 发出指令，从内存贮器
21、中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、 A/D 转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。 4 2.2 电子秤设计的要求及基本思路 2.2.1 电子秤设计 的 要求 1) 称重范围：不超过 9.999Kg 2) 测量精度： 0.005Kg 3) 显示方式： LCD 显示 所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。 4) 使用操作：键盘输入数据，操作简单方便。 5) 特殊功能：具有去皮功能以及能将金额累加计算； 当物品重量超过电子秤量程，即过 载情况或者是物品重量小于 A/D 转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。
22、2.2.2 电子秤设计的基本思路 将电子秤大致能划分 为三大 部分 ，数据采集模块、控制器模块 和 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。 此外添 加 了 一个过载、欠量报警提示 的特殊功能 。 如图 2-1（ 上图为本系统的设计图） 2.3 单片机的选型 AT89S52 单片机是 AT89S 系 列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是AT89S51 的一倍，即片内 8KB 的 Flash 程序存储器和 256B 的 RAM。另外，它还增加了
23、一个功能极强的、具有独特应用的 16 位定时计数器 2 等多种功能。在工程应用中 AT89S52 有一显著的优势：不需要烧写器，只借助 PC 机的并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。并且下载电路可设计在系统中，可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。 由此，通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了 AT89S52 通用的普通单片机来实现系统设计。 AT89S52 是一种兼容 MCS51 微控制器，工作电压 4.0V 到5.5V，全静态时钟 0 Hz 到 33 MHz，三级程序加密， 32 个可编程 I/O 口， 2/3 个5 16 位定时 /计数器， 6/8
24、个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持 Idle 和Power-down 模式， Power down 模式支持中断唤醒 , 看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志。 另外 在外扩展了 32K 数据存储器，以满足系统要求 。 2.4 数据采集 模块 2.4.1 传感器 传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由 敏感元件 和转 换元件组成”。 其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换 元件 指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 此外 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变
25、换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的 50%70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。 称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种： 电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。 （本设计采用的是 电阻应变式 ） 电阻应变式称重传感器包括两
26、个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值；另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变，同步地转换为电阻值的变化。电阻应变片所感受的机械应变量一般为 10 - 610 - 2，随之而 产生的电阻变化率也大约在 10 - 610 - 2数量级之间。这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理框图如图 2-1 所示： 载荷 P 应变 电阻变化 R 输出电压 如图 2-2 电阻应变式称重传感器工作原理框图 当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷 P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。 敏感元件 应变片 测量电桥
