2022年单片机电子秤大学设计方案.docx

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1、精品学习资源毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：基于单片机的电子秤系统设计学 院 名称：专业：班级：姓名：学 号指 导 教 师：职 称定稿日期：年月日欢迎下载精品学习资源基于单片机的 电子秤系统设计摘要电子秤是将检测与转换技术、运算机技术、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息息相关；电子称主要以单片机作为中心掌握单元，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；电子称不但计量准 确、快速便利，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎；本系统的设计主要从硬件电路设计，软件编程调试，实物焊接调试三部 分

2、进行具体阐述；硬件电路主要是基于单片机AT89S52为核心的掌握单元实现数据的处理，采纳压力传感器对数据进行采集，电子秤专用24 位AD转换芯片 HX711对传感器采集到的模拟量进行 AD转换，转换后的数据送到单片机进行处理显示，数据显示由LCD1602液晶实现，液晶显示成效稳固无闪耀关键词： AT89S52 单片机；电子秤；压力传感器； HX711欢迎下载精品学习资源WIRELESSTEMPERATUREDETECTINGSYSTEMDESINGBASEDON MCUABSTRACTWith Intelligent electronic scale is the detection and

3、conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, an integrated modern technology of new weighing equipment.Ectronic scale takes SCM as its central controling unit,and achieves AD transform through weighting transducer,then adds keybord,display circuit and power

4、ful softerwear. It is not only accurate,swift,and convenient, but also makes an important effect to peoples life by its automatic weightment anddigital display, so it becomes more and more popular.The design of this system gives its eleboration from 3 parts: Hardwear circuit design,softwear programm

5、e debugging and entity weld debugging.Hardwear circuit reaches data processing by the controling unit which based on AT89S52， and gathers data by weighting transducer,then makes AD transform by HX711 to the data gathered, and the transformed data then transferred to AT89S52 for display prosessing, a

6、t last LCD1602 would show itout steadily without twinklingKey Words: AT89S52 MCU， Electrnoic Scale， Load senso，rHX711.欢迎下载精品学习资源目录摘要 I ABSTRACTII目录 III第 1 章绪论 11.1 课题背景与讨论意义11.2 系统设计要求 21.3 系统设计方案 31.4 电子秤的主要组成51.4.1 电子秤的基本结构51.4.2 电子秤的工作原理51.4.3 电子秤的计量性能6第 2 章系统硬件设计 72.1 流系统元器件选型及参数介绍72.1.1 系统单片机选型

7、 72.1.2 系统传感器选型 82.1.3 系统 AD转换芯片挑选 102.1.4 系统显示器挑选 122.1.5 系统时钟芯片挑选132.2 系统硬件电路设计152.2.1 系统电源电路设计152.2.2 系统单片机主控电路设计162.2.3 系统显示部分电路设计172.2.4 系统超重报警指示电路设计182.2.5 系统按键输入电路设计182.3 系统硬件电路的绘制与PCB 线路板制作 20欢迎下载精品学习资源2.3.1 Protell 99 SE 软件介绍 202.3.2 系统原理图绘制与PCB 印刷线路板制作 20第 3 章系统软件设计 233.1 系统软件编程环境介绍233.2 系

8、统主程序流程图233.3 系统显示部分流程图243.4 系统按键调整部分流程图25第四章系统的制作、安装与调试264.1 电路的绘制与 PCB 板的制作 264.2 系统的调试 27第五章总结与体会285.1 总结 285.2 体会 29参考文献 30致谢 31欢迎下载精品学习资源第 1 章 绪论1.1 课题背景与讨论意义电子秤作为一种计量手段，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、科学讨论、内外贸易不行缺少的计量设备，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

9、提高；称重装置不仅是供应重量数据的单体外表，而且作为工业掌握系统和商业治理系统的一个组成部分，推动了工业生产的自动化和治理的现代化，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治理、改善经营治理等多方面的作用；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外表，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、结构简洁、价格低、有用价值强、爱护便利等特点，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，易于与运算机联网， 实现生产过程自动化，提高劳动生产率；从世界水平看，衡器技术已经经受了四个阶段

10、，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进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进展：电子称重技术从静态称重向动态称重进展；计量方法从模拟测量向数字测量进展；测量特点从单参数测量向多参数测量进展；常规的测试仪器外表和掌握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庞大变化，并相应的显现了各种各样的智能仪器掌握系统，使得科学试验和应用工程的自动化程度得以显著提高；电子称重的实现第一是通过压力传感器

11、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精确的线性放欢迎下载精品学习资源大；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，再经过单片机掌握译码显示器，从而显示出被测物体的重量；依据设计的基 本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、掌握器模块、人机交互液晶显示界面模块；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掌握器处理，由掌握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掌握；在扩展功能上，本设

12、计增加了一个过载报警提示功能和电子日历功能使本电子称的设计更人性化智能化；1.2 系统设计要求一、基本要求设计并制作一款基于单片机的电子秤重系统；二、具体要求本课题讨论的内容是以单片机STC89C52R为C 掌握核心，实现电子秤的基本策略及价格运算功能；本课题在电子称的基本功能基础上扩展了电子日历准时钟功能；该系统可以分为单片机最小系统、数据采集系统、人机交互界面系统、电源系统、时钟及语音报数六大部分组成；单片机最小系统部分主要包括STC89C52R和C 经典复位电路；数据采集部分由称重传感器、信号放大和A/D 转换部分组成，信号放大和A/D 转换部分主要由专用型高精度 24 位 AD转换芯片

13、 HX711实现；人机交互界面为键 盘输入和点阵式液晶显示，主要使用4*4 矩阵键盘和 1602 液晶显示器，可以便利的输入数据和直观的显示数据；时钟模块主要由时钟芯片DS1302和时钟电路组成；语 音报数模块可语音报读电子秤系统的重量、单价、金额等语音内容，主要由SC1010B 电子称专用语音芯片实现；本课题的主要设计任务如下所述：1） 系统可实现电子称基本的称重功能（称重范畴为05Kg，重量误差不大于0.005Kg）；2） 系统应具备输入单价，运算总价及语音报价的功能；3） 系统超出最大测量范畴 5Kg时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示）；4） 该电子称设计需完成电子日历准时钟显示功能的扩

14、展；在未称重状态下系统欢迎下载精品学习资源应具备显示年月日、星期准时钟功能；1.3 系统设计方案结合所学学问，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实现的指标，各方案介绍如下所述；方案一 数码管显示：数据采集AD 转换单片机处理LED 显示图 1-1数码管显示方案此方案利用数码管显示物体重量，简洁可行，可以采纳内部带有模数转换功能的单片机；由此设计出的电子秤系统，硬件部分简洁，接口电路易于实现，并且在编程时大大削减程序量，在电路结构上只有简洁的输出输入关系；缺点是：硬件部分简洁，虽然可以实现电子称基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法依据实际情形敏捷地设定各种掌握参数；由于

15、数码管只能实现简洁的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求；又由于采纳了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简洁，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准；方案二在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能；结构简图如图 1-2 所示：数据采集AD 转换单片机处理LED 显示按键处理欢迎下载精品学习资源图 1-2 带有键盘输入的结构简图此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简洁的货物代码等；在显示重量时

16、，假如数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中；这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦；方案三 前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度但会增加相应的设计成本；显示方面采纳具有字符图文显示功能的LCD 显示器；这种方案不仅加强了人机交换的才能，而且满意设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容，当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现；结构简图如下图 1-3 所示：数据采集信号放大AD 转换单片机处理LCD 显示按键处理图 3 带有键盘输入及液晶显示的结构简图

17、鉴于上述三种方案的优缺点，本系统在设计时充分考虑到系统的有用性及成本的可行性的前提下，设计完成了最终的电子称方案，最终的硬件设计方案图如图4所示，该方案增加了电子日历功能，从而使本系统的设计功能得到了很好的扩展与应用；欢迎下载精品学习资源1.4 电子秤的主要组成1.4.1 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；不管依据什么原理制成的电了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

18、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帮助手段；依据称重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、卢表面谐振 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；稳固牢靠；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（包括放人器、模数转换

19、、电流源或电压源、调剂器、补尝元件、爱护线路等）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外表；在数字式的测量电路中， 通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、掌握和驱动显示等环节；1.4.2 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，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成肯定函数关系（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、经欢迎下载精品学习资源滤波后再由模数 A/D 器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理， CPU不断扫描键盘和各功能开关，依据键盘

20、输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由外表的软件来掌握各种运算；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外表中完成；1.4.3 电子秤的计量性能电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、精确度等级等；(1) 量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情形下，所能称量的最大值；(2) 分度值：电子秤的测量范畴被分成如干等份，每份值即为分度值；用e 或 d来表示；(3) 分度数：衡器的测量范畴被分成如干等份，总份数即为分度数用n 表示；电

21、子衡器的最大称量Max 可以用总分度数n 与分度值d 的乘积来表示，即Max=nd(4) 精确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成T、II 、III、四类等级，分别对应不同精确度的电子秤和分度数n 的范畴，如表 1-1 所示：表1-1不同精确度的电子秤和分度数标志及等级电子秤分类分度数范畴特种精确度基准衡器n 100000高精确度精密衡器10000 n 100000中精确度商业衡器1000 n 10000一般精确度粗衡器100VCC1+0.2时V ，由 VCC2向 DS1302供电，当 VCC2 VCC时1 ，由 VCC1向 DS1302供电；SCLK：串行时钟，输入；I/O ：三

22、线接口时的双向数据线；CE：输入信号，在读、写数据期间，必需为高；该引脚有两个功能：第一，CE 开头掌握字拜访移位寄存器的掌握规律；其次，CE供应终止单字节或多字节数据传 输的方法；DS1302 有关日历、时间的寄存器共有 12 个，其中有 7 个寄存器（读时 81h8Dh，写时 80h8Ch），存放的数据格式为BCD码形式 ；欢迎下载精品学习资源2.2 系统硬件电路设计2.2.1 系统电源电路设计由于该系统中 51单片机及 AD 转换芯片及液晶显示器所需供电电压均为5V电压，所以要保证系统稳固牢靠的工作，需要设计一个可以稳固供应5V 电压的供电系统；本设计采纳双电源接口供电方式，USB 接口

23、供电便利程序调试，也可采纳外置电源作为系统的供电电源，但是需另加三端稳压器件LM7805 作为系统电源的稳压器件以保证系统电压为稳固的直流5V电压，同时外置电源的输出电压要高于5V 输出，系统电源输入接口要加滤波电容以确保工作电压稳固；电源输出接口加上LED 电源指示灯，用来判定电源是否正常工作；该系统电源电路设计如图2-7所示；图 2-7 电源接口电路C1，C2 实现对电源滤波，以滤除可能存在的高频杂波对电源的影响，C4 实现对电源电压的平滑稳固作用 10 ，当 USB接口输出电压高时 C4 用来储能，当后续电路负载过高 USB 供电不足时电解电容C4 通过释放储存的电能来保证电源电压不跌落

24、；LED0用作电源指示，其亮灭代表电源工作与否，R0 用来限流，以保证 LED不被烧坏13 ；欢迎下载精品学习资源2.2.2 系统单片机主控电路设计系统主控电路由AT89S52 单片机及晶振电路和复位电路组成，该电路作为整个系统功能实现的核心单元，其连接方式如图2-8 所示；图 2-8单片机掌握模块电路晶振全称为晶体振荡器，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率；晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精亲密割磨削并镀上电极焊上引线做成；这种晶体有一个很重要的特性，假如给它通电，它就会产生气械振 荡，反之，假如

25、给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应；他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的外形，材料，切割方向等亲密相关；由于石英晶体化学性能特别稳固，热膨胀系数特别小，其振荡频率也特别稳固，由于掌握几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很精确；依据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路；他们的机电效应是机- 电- 机- 电. 的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场- 磁场的不断转换；在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q 值的电磁谐振回路；由于石英晶体的损耗特别小，即 Q 值特别高，做振荡器用时，可以产生特别稳固的振荡，作滤波器用，可以获得特别稳固和陡削的

26、带通或带阻曲线 10 ；复位电路采纳按键复位加上电复位来实现，S1 为复位按键，复位按键按下后， 复位端通过 1K 的小电阻与电源接通 , 快速放电 , 使 RST 引脚为高电平 , 复位按键弹起欢迎下载精品学习资源7后, 电源通过 10K的电阻对 10 F 的电容 C1 重新充电 ,RST 引脚端显现复位正脉冲；AT89S52 内部有一个高增益反相放大器 , 用于构成振荡器 , 但要形成时钟脉冲 , 外部仍需附加电路 , 本设计采纳内部时钟方式, 利用芯片内部的振荡器, 然后在引脚XTAL1和 XTAL2两端跨接晶体振荡器 , 就构成了稳固的自激振荡器 , 发出的脉冲直接送入内部时钟电路 ,

27、C2 和 C3 的值通常挑选为 30pF 左右, 晶振 Y1 挑选 12MHz.为了减小寄生电容 , 更好地保证振荡器稳固、牢靠地工作，振荡器电容应尽可能安装得与单片机引脚 XTAL1和 XTAL2靠近 ；单片机的 31 脚（ EA）接+5V 电源，表示答应使用片内ROM；2.2.3 系统显示部分电路设计显示部分采纳 LCD1602液晶显示模块，液晶板上排列着如干 5 7 或 5 10 点阵的字符显示位 , 每个显示位可显示 1 个字符，从规格上分为每行 8 、16、20、24、32、40 位，有一行、两行及四行三类；其与单片机的连接电路如图 2-9 所示图 2-9液晶显示接口电路1 脚和 2

28、 脚为液晶 1602 地和电源引脚， 3 脚为背光调剂引脚，通过10K 电位器接地，背光可通过电位器来调剂亮度； 4 脚、5 脚、6 脚为液晶片选掌握引脚，分别连接到单片机的 P2.0 、P2.1 、P2,2 端口， 714 脚为数据接口，与单片机的P0 口相连实现数据的传输， 15、16、脚为液晶的背光掌握脚，分别接到电源和地9 ；欢迎下载精品学习资源2.2.4 系统超重报警指示电路设计超重报警指示电路用来在称重测量超出最高值时报警提示，以免重量太高的情况下损坏传感器；报警指示电路由PNP三极管 9012 驱动蜂鸣器来实现，单片机IO 口掌握三极管的基极，当单片机的IO 口输出为低电平常，三

29、极管导通，蜂鸣器的正极与电源接通，蜂鸣器通电发出报警声，当单片机IO 口输出高电平常，三极管截 止，蜂鸣器停止报警；报警指示电路如图2-10 所示；图 2-10 报警指示电路2.2.5 系统按键输入电路设计按键输入电路用来在电子称测量过程中输入单价值，按键输入电路采纳4*4 矩阵键盘实现，矩阵键盘电路如图2-11 所示；欢迎下载精品学习资源图 2-11 按键输入电路电子称按键功能安排如表 2-2 所示：表2-2系统按键配置表789去皮456清零123累计0运算此电子秤是开机检测托盘重量，并将托盘重量清零（即电子秤每次开机后检测托盘重量，并程序中自动将托盘重量储存在一个变量中，称量过程中每次都将

30、获得的重量减去托盘重量，而得到所要称量物体的真正的重量）；运算功能：在正确输入了单价之后，按下运算按键，将会运算出金额，并在液晶显示器上显示出重量、单价、总价；电子日历时钟键盘面板 ：设置欢迎下载精品学习资源S1S2S3对应矩阵键盘按键通过设置按键可以切换日期、星期、时间的设置，通过加减键来进行各个状态的调剂；2.3 系统硬件电路的绘制与 PCB 线路板制作2.3.1 Protell 99 SE软件介绍本文在硬件电路的设计过程中，原理图和PCB 的绘制采纳 Protel99SE软件， Protel99SE是应用于 Windows9X/2000/NT操作系统下的 EDA设计软件，该软件以其简洁易操作的优势始终以来备受电子工程师的宠爱，因而也成了很多高校电子相关专业 EDA工具的必选课程；2.3.2 系统原理图绘制与 PCB 印刷线路板制作采纳 Protel99SE 软件绘制原理图和 PCB的主要步骤如下所述：1. 建立系统所需原件库；2. 加载所建原件库到工程工程中；3. 在原理图页面中放置所需元器件并依据电气性能连接各元件；4. 建立原件封装库并加载到工程文件中；5. 绘制好电路后进行 ERC电气检测，并生成网络表；6. 在工程中建立 PCB文件，导入生成的网络表；欢迎下载精