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电子秤设计毕业论文 智能电子秤设计摘要 目前，电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆秤。由压力传感器制作 的电子秤已广泛地应用到各行各业，特别是微处理机的出现，工业生产过程自动化程 度的不断提高，压力传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。本文介绍了一种以MSP43单片机微处理器最小系统，并配以几个主要的集成电路 器件设计成的智能电子秤。本系统是利用压力传感器采集当前压力，根据输入单价，准确计算出物品的金额，同时把重量、金额显示到 LED数码管上。关键词：压力传感器放大器单片机Abstract Nowadays,electronic scale is very popular and it will replace the traditional steelyard gradually.The electr onics steelyard made by the pressure tran sducer has bee n applied to all professions,especially the emergence of the microprocessor.And with the increasing of the automati on of in dustry product ion,the pressure tran sducer becomes a kind of esse ntial device in the process con trol.This paper introduces a MSP430 smallest single-chip microprocessor system,and with several major integrated circuit devices designed as a smart electronic scales.The system is to use pressure sen sors collect the curre nt pressure,accord ing to in put price,and accurately calculate the amount of goods At the same time,the weight of the amount of shows on the LED digital tube.Keywords：Pressure Transducer amplifier Single chip microcomputer目录 第一章 绪论.1 1.1电子秤设计背景 .1.1.2称重技术和衡器的发展.1.1.3电子秤的发展现状.1.1.4电子秤的发展趋势.2.1.5现有电子秤的不足.4.第二章芯片介绍.5 2.1单片机的发展 .5.2.2 MSP430F149 芯片 .6.2.2.1 MSP430F149 的引脚.6.2.2.2 MSP430F149的模数转换器 ADC12.9 2.3压力传感器.1.0 2.3.1压力传感器的选择.10 2.3.2放大电路.1.1 2.4 LED数码管.12 2.4.1数码管的分类.12 2.4.2数码管的驱动方式.12 2.5 键盘.13 2.6相关软件.13 2.6.1 Protel 99 SE.1.3 2.6.2 C 语言.1.5 2.7 小结.16 第三章系统硬件设计.17 3.1电子秤系统的构成及工作原理 .1.7 3.2电子秤系统压力传感器电路.1.7 3.3电子秤系统的键盘电路 .18 3.4电子秤系统的显示电路 .19 3.5电子秤系统的电源电路 .20 3.6小结.20 第四章 电子秤系统的软件设计 .21 4.1电子秤系统的程序总流程图 .21 4.2初始化程序流程图.21 4.3压力传感器程序流程图 .22 4.4 预处理程序流程图 .22 4.5称重计价程序流程图 .23 4.6 键盘程序流程图 .24 4.6.1键盘分析程序 .25 4.7数码管显示流程图 .27 4.8小结.27 结论.28 致谢.29 参考文献.30 附录一.31 附录二.33第一章绪论 1.1电子秤设计背景 目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：体积 大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤 为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户使用的基本是杆秤。弹簧 盘秤制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹 簧秤就会产生很大误差，以至损坏，影响到称重的准确性和可靠性，只是一种暂时的 代用品，也被列入逐渐取消的行列。多年来，人们一直期待测量准确、价格低廉的电 子秤投放市场。基于电子秤的现状，本课题拟研究一种用MSP43单片机控制的高精度 智能电子秤设计方案。这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，集质量 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。1.2称重技术和衡器的发展 电子衡器一般是指装有电子装置的衡器。因其种类繁多，且涉及到贸易结算和保 护广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为国家强制管 理的法制计量器具。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业 管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电 子衡器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远 传、便于计算机控制等特点。被广泛应用于我国煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶 金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域。1.3电子秤的发展现状 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，经过40多年的不断改进与完善，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90年代中期的水平。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。但就总体而言，我国电子衡器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、稳定性和可靠性较差等。1.4电子秤的发展趋势 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，电子秤总的发展 方向是小型化、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。1）集成化 对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态 电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感 器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。如秤体与称重传感器一体化的便携式静动态电子轮轴秤，多用硬铝合金厚板制 成。其结构原理是经过固溶热处理强化的铝合金板，或通过在 4个角上钻孔和铣槽分 别形成4个悬臂梁型称重传感器；或在铝合金板的底面铣出多个对称的盲孔和盲槽形 成整体剪切梁型称重传感器。这就使得秤体与称重传感器合二为一，即铝合金板既是 秤体台面又是一个大板式称重传感器。以后者结构的10t便携式动态电子轮轴秤为例，其尺寸为720mrK 550mrK 32mm重量约为23kg。2）智能化 电子衡器的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称 重显示控制器的功能。使电子衡器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，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与 采用智能化称重显示控制器的电子衡器的根本区别。3）综合性 电子称重技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领 域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等 问题。例如在流量计量专业，如果按照传统的理论和方法建造一套标准大流量测量系 统，价格相当昂贵。如果采用称重法即质量流量法，只要将重量和时间测量准确，大 流量的测量问题就迎刃而解了。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。4）组合性 在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即 测量范围等可以任意设定；硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功 能向软件方向发展；软件能按一定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可以 使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。5）小型化 体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年新研制的电子平台秤结构充分 体现了小薄轻的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或 超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔 内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学要求计 算决定。钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极 大地减化了秤体结构，减少了活动连接环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和 可靠性。对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡，已经出现了采用方形或长方 形闭合截面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式结构的秤体，4个称重 传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的 固定支承就是秤体的承力支点，既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一 种很有发展前途的秤体结构。对于大型电子平台秤，可利用有限单元法进行等强度和 刚度计算，采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。6）模块化 对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种 长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。以（5、&7）m 长的同宽度3种标准模块为例，由单块、二块、三块到四块分体组合，可以组合成长 度为（528）m勺22种规格的分体式秤体结构。当然在实际应用中，根据各行业用户 的需要，选择其中10余种常用的标准规格即可。这种模块化的分体式秤体结构，不仅 提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。1.5现有电子秤的不足 我国电子衡器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、稳定性和可靠性较差等。我国的电子衡器要打入国际市场。参与国际竞争。就必须执行国际法制计量组织 制定的国际建议并要有国际水平的技术与装备、有国际水平的质量。这就要求企业以 技术为先导、以质量为中心、以管理为基础，努力提高制造技术与制造工艺水平，稳 定产品质量。增强国际市场竞争能力。面对与国际先进水平的差距和我国国民经济持续发展的大好形势，我们衡器行业 发展应该是明确的，就是要从观念上、技术上和管理上迅速赶上，瞄准先进、与时俱 进、迎接挑战、开拓创新、以提高制造技术与制造工艺水平为突破口，主要解决电子 衡器中的工程化产品的定型设计。生产工艺，质量保证，可靠性考核等规模生产中的 关键技术与工艺，提高批量生产能力，使我国的民族衡器工业走上健康持续发展的轨 道。第二章芯片介绍 2.1单片机的发展 单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算 机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机，学习使用单片机 是了解计算机原理与结构的最佳选择。还有它的体积小、质量轻、价格便宜、而且它 低电压，低功耗，便于生产便携式产品，因此为学习、应用和开发提供了便利的条件。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU内存，并行总线，还有和 硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很 多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可 用它来做一些控制电器一类不是 很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VC等等的家电里 面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式 实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特 殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气 也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代 的CD400系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB板!但是如果要是用美 国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你 编写的程序可以实现咼智能，咼效率，以及咼可靠性！目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪 迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业 自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全 保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更高级的还有自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械等 等。综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机 应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从 前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来 实现了，因此单片机的学习、开发与应用是十分重要的。2.2 MSP430F149 芯片 MSP43系列单片机是美国德州仪器（T I）推出的一款1 6位超低功耗的混合信 号处理器，其在我国推出的时间也已经很久了，它以低功耗著称，并且将许多模拟电 路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，因此一经推出便在我国得到迅速推广。针对目前普遍使用的51系列单片机局限性，为了很好地满足控制器的准确性、精确性的要求，采取了一系列措施。首先，考虑系统所接的外部模块比较多，需要的 I/O 口比较多，一般的8位单片机是不够用的所以考虑选择8位以上的单片机，再者 32位的单片机功能又太过了，不仅I/O 口比较多，而且好多集成的资源用不上都会 浪费，所以考虑使用16位的单片机，而16位单片机中的TI公司MSP430系列的较为 成熟，适用于在仪表仪器中使用，而且用在本系统中也正好合适，其次该控制器本身 部分集成了 12位的A/D转换器进行高精度转换，并可采用软件配置采样通道，确定 采样序列，保存采样结果。用于本系统中进行采样也比较合适，再次考虑控制器对功 能性接口要求较高，而且存在较大数量的计算任务。基于以上的考虑，选择了性价比比较高的 MSP430F149单片机。2.2.1 MSP430F149 的弓 I 脚 MSP430F14的引脚图如图2-1所示，引脚功能如表2-1所示。47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 P5 3 5.-2-0 pp P P4P4P4 4.3 4 4 p P,2Q 4 4 4 pp P 7 6.5 3 3 3 pp P 4 C3 3 03 2 03 1 03 o 03 7 2P 6 2P 5 2P 4 2P 3 2P 2 2P 1 2P DVCC P6.3 P6.4 P6.5 P6.6 P6.7 Vref+XIN XOUT/TCLK VEref+Vref-/VEref-P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 表 2-1 MSP430F14 的引脚功能 引脚 I/O 说明 名称 序号 P1.0/TACLK 12 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，TACLK 时钟信号输入 P1.1/TA0 13 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，捕获：CCI0A 输入，比较：OUTO 输出 P1.2/TA1 14 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，捕获：CCI1A 输入，比较：OUT1 输出 P1.3/TA2 15 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，捕获：CCI2A 输入，比较：OUT2 输出 P1.4/SMCLK 16 I/O 通用数字 I/O 引脚/SMCLK 信号输出 P1.5/TA0 17 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，比较：OUTO 输出 P1.6/TA1 18 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，比较：OUT1 输出 P1.7/TA2 19 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，比较：OUT2 输出 P2.0/ACLK 20 I/O 通用数字 I/O 引脚/ACLK 输出端 P2.1/TAINCLK 21 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，INCLK 时钟信号 P2.2/CAOUT/TA0 22 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，捕获：CCI0B 输入，比较：OUTO 输出 5.&1 6.15 7.&1 NPTXX SMT o.&1 1 _GP 21甲 SR DNGA DNGD CCVA P2.3/CA0/TA1 23 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，捕获：CCI1B 输入，比较：OUT1 输出 P2.4/CA1/TA2 24 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，比较：OUT2 输出 P2.5/Rosc 25 I/O 通用数字 I/O 引脚/外接一电阻用以决定 DCO 频率 P2.6/ADC12CLK 26 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器的转换时钟 P2.7/TA0 27 I/O 通用数字 I/O 引脚/Timer-A，比较：OUTO 输出 P3.0/SET0 28 I/O 通用数字 I/O 引脚/从机传输使能一 USARTO/SPI 模式 P3.1/SIMOO 29 I/O 通用数字 I/O 引脚/USART0/SPI 模式的从输入或主输出 P3.2/SOMI0 30 I/O 通用数字 I/O 引脚/USART0/SPI 模式的从输出或主输入 P3.3/UCLK0 31 I/O 通用数字 I/O 引脚/外部时钟输入一 USARTO/UART 或 SPI 模式，时钟 输出一 USARTO/SPI 模式 P3.4/UTXD0 32 I/O 通用数字 I/O 引脚/发送数据输出一 USARTO/UART 模式 P3.5/URXD0 33 I/O 通用数字 I/O 引脚/接受数据输入一 USARTO/UART 模式 P3.6/UTXD1 34 I/O 通用数字 I/O 引脚/发送数据输出一 USART1/UART 模式 P3.7/URXD1 35 I/O 通用数字 I/O 引脚/接受数据输入一 USART1/UART 模式 P4.0/TB0 36 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR0 P4.1/TB1 37 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR1 P4.2/TB2 38 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR2 P4.3/TB3 39 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR3 P4.4/TB4 40 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR4 P4.5/TB5 41 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR5 P4.6/TB6 42 I/O 通用数字 I/O 引脚/捕获 I/P 或 PWM 输出口一定时器 B-7 CCR6 P4.7/TBCLK 43 I/O 通用数字 I/O 引脚/定时器 B-3 的输入时钟 TBCLK P5.0/STE1 44 I/O 通用数字 I/O 引脚/从机发送使能一 USART1/SPI 模式 P5.1/SIMO1 45 I/O 通用数字 I/O 引脚/USART1 的从输入、主输出或 SPI 方式 P5.2/SOMI1 46 I/O 通用数字 I/O 引脚/USART1 的从输出、主输入或 SPI 方式 P5.3/UCLK 47 I/O 通用数字 I/O 引脚/外部时钟输入一 USART1/UART 或 SPI 模式，时钟 输出一 USART1/SPI 模式 P5.4/MCLK 48 I/O 通用数字 I/O 引脚/主系统时钟 MCLK 输出 P5.5/SMCLK 49 通用数字 I/O 引脚/子系统时钟 SMCLK 输出 P5.6/ACLK 50 I/O 通用数字 I/O 引脚/辅助时钟 ACLK 输出 P5.7/TBPUTTH 51 I/O 通用数字 I/O 弓 1 脚/切换所有的 PWM 数字输出口为高阻抗一定时器 B-3 TB0TB2 P6.0/A0 59 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 0 P6.1/A1 60 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 1 P6.2A2 61 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 2 P6.3/A3 2 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 3 P6.4/A4 3 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 4 P6.5/A5 4 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 5 P6.6/A6 5 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 6 P6.7/A7 6 I/O 通用数字 I/O 引脚/12 位 A/D 转换器模拟输入通道 7 RST/NMI 58 I 复位输入、不可屏蔽中断输入口，或自动加载程序启动（FLASH 版 本器件有此功能）TCK 57 I 测试时钟，TCK 是用于器件测试与自动加载程序启动的始终输入接口（FLASH 版本器件有此功能）TMS 56 I 测试方式选择，器件编程与测试的输入口 TDI 55 I 测试数据输入口，期间的保护熔丝被连接到 TDI TDO/TDI 54 I/O 测试数据输出口、编程数据输出口 Veref+10 I/P 送到模数转换器 ADC12 的外部基准电压 Vref+7 O 模数转换器 ADC12 内部基准电压的正输入端 Vref-/Veref-11 O 模数转换器 ADC12 内部基准电压或外部加的基准电压负端 XIN 8 I 晶体振荡器 XT1 的输入口 XOUT/TCLK 9 I/O 晶体振荡器 XT1 的输入口或测试时钟的输入口 XT2IN 53 I 晶体振荡器 XT2 的输入口，只能接标准晶体 XT2OUT 52 O 晶体振荡器 XT2 的输出口 AVcc 64 模拟电源的正输入端，送到模数转换器 ADC12 的模拟部分 AVss 62 模拟电源的负输入端，送到模数转换器 ADC12 的模拟部分 DVcc 1 数字电源的正输入端 DVss 63 数字电源的负输入端 2.2.2 MSP430F149 的模数转换器 ADC12 MSP430F14内嵌模数转换器模块，其采样频率为每通道 200kb/s，可以对生物、机械等传感器给出的模拟量进行 AD专换。内置的模数转换器又由带有采样和保持的 AD（内核、参考电压发生器、转换时钟的选择和控制电路、采样与转换时序控制电路4 部分组成。采样系统中数模转换速度与转换时钟有密切关系，MSP43的ADC12CLK源于 ACLK MCLC SMCLK ADC120SC然后被分频器分频，最终得到的信号作为 ADC12CLK 送往ADC1内核。ADCS1信号源自内部，同时会随温度、电压以及器件的离散性而变 化。对于要求精确的转化，则需要稳定的转换时钟信号，因此使用由晶体产生的时钟 信号。为了得到正确可靠的转换，模拟输入信号必须在采样期间保持稳定，在整个采 样与转换期间，不允许有相邻的其他通道引脚有数字信号活跃，这样可减少对模拟信 号转换的干扰，以得到正确的结果。MSP430F14内置模数转换器有4种转换模式：单通道单次转换、单通道多次转换、多通道单次转换、多通道多次转换。2.3压力传感器 2.3.1 压力传感器的选择 压力传感器又称荷重传感器，考虑到使用地点的重力加速度（g）和空气浮力（f）的影响后，通过把其中一种被测量（质量）转换成另外一种被测量（输出）来测量质 量的力传感器。压力传感器由敏感元件、转换元件、后续处理部分组成，压力传感器 一般应用应变片来实现压力的测量，应变片的制造原理是依据桥式电路，当在桥臂上 的电阻满足这样的条件：R1R3=R2F时电桥平衡，则输出的电压为零，当电阻由变化 的时候，电桥不平衡，有一定的电压输出。可分为单臂电桥、双臂电桥、全臂电桥，其输出的电压与电阻的变化量成近似的线性变化。应变片是很薄的薄片，上表面镶嵌 两个有电阻丝制成的电阻，同时下表面也有两个同样的电阻，在连接上形成桥式电路，当应变片上没有压力是，输出的电压为零，当有压力作用时，上边的电阻变大，下面 的电阻变小，电桥不平恒，而且是相同的电阻丝，其电阻的变化量相同，输出的电压 与电阻的变化量成线性关系，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电 压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。这样就可以测量出压力的大小。本设计中称重范围定为9.999Kg，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一 9.999Kg。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。可以满足本系统的精度要求。其原理如图 2-2所示：R1 1.2k R3 1.2k Ei n R2 1.2k R4 1.2k 图 2-2 全桥测量电桥图 Eout R2 R4(R2 R4)丄+二旦 丿(21)称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由式 2-1给出：2.3.2 放大电路 在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的 模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D 转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器本设 计中，我们将采用专用仪表放大器，如：INA126,INA121等。此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也 非常好，且外部接口简单。以INA126为例,接口如图2-3所示：放大器增益 G=5 80匕，通过改变 RG的大小来改变放大器的增益。RG 基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 INA126。图 2-3 放大电路结构图 2.4 LED数码管 2.4.1 数码管的分类 LED码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分 为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一 个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二 极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二 极管的阳极接到一起形成公共阳极（CO M的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 CO接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字 段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极 接到一起形成公共阴极（COM的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极CO接到地线 GN上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的 阳极为低电平时，相应字段就不亮 2.4.2 数码管的驱动方式 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们 要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个 段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BC码二-十进制译码器译码进 行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O端口多，如驱动5 个数码管静态显示则需要5X 8二40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的 I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路 的复杂性。动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方 式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同 名端 连在一起，另外为每个数码管的公共极 CO增加位选通控制电路，位选通由各自独立 的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟 是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 CO端电路的控制，所以我们只 要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不 会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 CO端，就使各个数码管轮流受控显示，这 就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms由于人的视觉 暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫 描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的 效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.5键盘 在单片机应用中，键盘是人机对话的输入设备，借助键盘可以向系统设置参 数，发出控制指令等。在数字电路中，可以利用编码器实现按键键值的直接编码。将每个按键的输出信 号对应连接到编码器的每个输人端，通过编码逻辑就可以在编码器的输出端得到对应 每个按键的码值，早期称这种键盘为编码键盘。但是，当按键较多时数码逻辑的成本较高，直接编码的方法也不够灵活，一旦编 码逻辑固定就难以更改。在通用键盘上或当按键数量较多时，普遍采用扫描方式产生 键值。将按键连接成矩阵，每个按键位于某行、某列的交点上，先通过扫描方式确定 按下键的行和列位，即位置码或扫描码。再查表将位置码转换为按键码值或者直接使 用扫描码，称为扫描式键盘。在执行键盘扫描时应注意将键在闭合过程中往往会有一些难以避免的机械性抖 动如图4-3，使输出信号也发生抖动，通常达10 ms-20 ms宽。若不避开抖动区，则 可能误认为多次按键。还应注意当前一个键值还未送出又有按键按下时，后边的键值 将覆盖前边的键值，从而造成丢失。要解决这一问题即可以设置硬件延时电路，延迟数十毫秒后再读取键值，这种电 路称为去抖电路。或者在软件里面采用软件延时的方式来读取键值。2.6相关软件 2.6.1 Protel 99 SE（1）Protel的发展 Protel是PROTE（现更名为Altium）公司在20世纪80年代末推出的CAM具。它 较早在国内使用，普及率很高。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用，现 在普遍使用的是Protel 99 S巳它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电原理 图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计，可编程逻辑器件 设计等功能，并具有Client/Server体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件 格式。Protel软件功能强大、界面友好、使用方便。它最具代表性的是电路设计和PCB 设计。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的ED般计软件，采用设计库 管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是 一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板计和可编程逻辑器件设 计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。（2）Protel 99 SE 的系统组成 按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1）电路工程设计部分 1、电路原理设计部分：电路原理图设计部分包括电路图编辑器、电路图零件库 编辑器和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更 新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。2、印刷电路板设计系统：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器、零件 封装编辑器和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。3、自动布线系统：本系统包含一个基于形状的无栅格自动布线器，用于印刷 电路板的自动布线，以实现PC设计的自动化。2）电路仿真与PLD部分 1、电路模拟仿真系统：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提 供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正 确性和可行性。2、可编程逻辑设计系统：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑 器和一个波形编辑器。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号 的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。3、高级信号完整性分析系统：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整 性模拟器，可用来分析PC设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波 要求等。(3)Protel 99 SE 的功能特性 1、开放式集成化的设计管理体系。2、超强功能的、修改与编辑功能。3、强大的设计自动化功能。总的来说，Protel 99 SE是个完整的全方位电路设计系统，包含了电路图的绘 制、混合信号仿真、多层印刷电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成等功能。所有模块都集合在一个窗口里，并具有 Client/Server体系结构，同时可与OrCAD PSpice、Excel等软件相兼容。因此被广泛使用于电子电路仿真与设计等方面。2.6.2 C 语言 c语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的 特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计 语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。c语言对操作 系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用 C语言明显优于其它解释型 高级语言，一些大型应用软件也是用C语言编写的。(1)源程序的结构特点 1、一个C语言源程序可以由一个或多个源文件组成。2、每个源文件可由一个或多个函数组成。3、一个源程序不论由多少个文件组成，都有一个且只能有一个 main函数，即主 函数。4、源程序中可以有预处理命令(include 命令仅为其中的一种)，预处理命令通 常应放在源文件或源程序的最前面。5、每一个说明，每一个语句都必须以分号结尾。但预处理命令，函数头和花括 号“”之后不能加分号。6、标识符，关键字之间必须至少加一个空格以示间隔。若已有明显的间隔符，也可不再加空格来间隔。(2)C语言有很多优点 1、简洁紧凑、灵活方便。2、运算符丰富。3、数据结构丰富。4、C是结构式语言。5、C语法限制不太严格，程序设计自由度大。6、C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作。7、C语言程序生成代码质量高。8 C语言适用范围大，可移植性好。总的来说，C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因 此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。因为它具有强大的功能加以它是数值