一个简单的使用数字电子秤的硬件与软件部分的设计.pdf

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1、基于单片机的实用电子秤的设计 1 设计目的 单片机以其功能强，体积小，功耗低，易开发等很多优势被广泛应用。本次数字电子秤的设计就是需要通过选择合适的单片机来进行主控，再结合A/D 转换、键盘、液晶显示、复位电路和蜂鸣器报警驱动电路的知识，同时在软件的设计过程中用到键盘扫描、液晶显示驱动、模数转换程序及汉字库的的设计，做到对我们所学数电、模电、单片机等知识的综合应用，最终实现所设计数字电子秤的各项功能，达到“巩固知识，培养技能，学而用之”的实践目的。通过这次课程设计，不但要提高我们在工作中的学习能力、探究能力、应用能力和动手能力，还要历练我们不畏艰难、不懂便学、有漏必补的认真严谨的工作态度，强化

2、我们的社会适应力和社会竞争力，为走向社会提前试水，完善自我。2 设计的主要内容及要求 本设计主要完成一个简单实用数字电子秤的硬件电路部分和软件部分的设计。硬件部分包括数据采集、最小系统板、人机交互界面三大部分。其中，数据采集部分由压力传感器和 A/D 转换部分组成；人机界面部分为键盘输入、液晶显示。软件部分应用单片机 C 语言实现了本设计的全部控制功能。本设计的数字电子秤要求能够显示商品的名称、价格、总量、总价等；能够自动完成商品的价格计算；能够储存几种简单商品的价格；能够具有超重提醒功能，一旦重量超出了自身重量的测量的范围，发出警报；同时对数字电子秤的测量范围要达到5KG，测量精度要求达到

3、0.001。3 整体设计方案 整个数字电子秤电路由压力传感电路(ADC0832 采样）、模数转换系统、单片机主控制电路、LM4229 显示电路、蜂鸣器报警电路和 4*4 键盘电路 6 个部分组成。如图 3.1 所示。1 图 3.1 基于单片机的实用电子秤组成框图 电子秤的测量过程实际是通过电阻应变传感器将被测物体的重量转换成电压信号输出，电压信号经过模数转换把模拟信号转换成数字量，数字量通过显示器显示重量。打开电源，数字电子秤开始工作。接通电源时，数字电子秤进入欢迎界面“欢迎使用电子秤 设计”。数字电子秤上 MCU 开始工作，键盘不断进行扫描，同时通过 ADC0832 也不断进行外部称量数据采

4、样，LCD 上显示“实用电子秤 名称 单价”。当载物台上放有物体时，ADC0832 立即将数据收集送给单片机处理。在键盘输入对应商品的代码编号，在 240*128 的 LCD 上可以看到相应商品的名称，单价，总重，总价格等信息。在称量的过程中，一旦物体自身的重量超出电子秤的称量范围，蜂鸣器立即会发出“滴滴”警报声告诉工作人员，所称量物品超重。4 硬件电路设计 4.1 整体电路图 数字电子秤采用 AT89C51 单片机作为微处理器，接口电路由晶振、LM4229显示电路、4*4 按键电路、ADC0832 电路、报警电路、存储器等组成。控制器系统的硬件电路如图 4.1 所示。控制器系统硬件电路的工作

5、过程是：打开电源时，MCU 及各个部分电路开始工作，MCU 调用内部存储数据对各部分接口电路初始化。200ms 后 LM4229进入欢迎界面，ADC0832 不断对外部数据进行采样交给 MCU 进行处理，一旦有物品放入载物台，ADC0832 立即发送中断请求，并将本次采集数据交给 MCU处理，之后 LM4229 显示相应数据量。在此过程中，键盘也在不断进行扫描，一报警电路 键盘电路 A/D 转换器 压力传感电路 AT89C51 LCD 显示电路 2 旦有键按下，单片机也会对其数据进行相应处理，然后将对 LM4229 进行写操作。图 4.1 实用数字电子称的硬件电路图 4.2 压力传感器 本设计

6、要求称量不超过 5KG，误差不大于 0.001KG。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。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 4.2 所示。图 4.2 传感器电路工作原理 3 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，输出信号电压可由下式给出：4.3 数模转换系统 首先考虑用常用的模数转换芯片 adc0809,由于本设计只需采集一路数据，adc0809 为并行的 8 路数据采集芯片，

7、且接线较复杂，因此考虑采用串行的 AD转换芯片 adc0832 完成设计。ADC0832 与MCS-51 单片机接口构成了串行的8位通道。微处理器通过软件写入3位串行控制命令决定ADC0832的工作方式。CH0单端输入，输入范围0-5V。非调整误差为1L SB。电路仅使用微处理器的两根控制线，两根数据线可方便进行光电隔离增强抗干扰能力。适用于智能化信号检测仪器、仪表。4.4 键盘显示电路的设计 本设计中采用 4*4 矩阵是键盘，又称行列式键盘。它有 4 条 I/O 线作为行线，用 4 条作为列线。用 AT89S51 的并行口 P1 接 44 矩阵键盘，行线接 P1.0-P1.3口，列线接 P1

8、.4-P1.7 口。在行线与列线每一个交叉点设置一个键，键盘设置了“015”个按键，其中的“0”键表示取消，其他键代表可供选择商品品种及价格。4.5 液晶显示器电路的设计 LM4229 通过 CD WRITE READ 三个引脚的电平来确定是读数据还是读状态，或者是写数据还是写命令。数据 D0-D7 连接到单片机的 P0 口，可以和单片机进行直接的数据交换，P2 口为液晶显示的控制端。5 软件设计 本设计中的程序由主控制程序、LM4229 液晶显示驱动程序、ADC0832 采样程序和 4*4 键盘程序组成。5.1 主控制程序 整个设计中采用由下向上的设计思路。主程序中主要完成对 LCM4229

9、、ADC0832、及键盘扫描程序的调用。在编写程序的过程中，各变量统一采用全局 4 变量方式命名，同时考虑到电子秤对精度的要求，本设计中的价格及总量相关的变量全部采用浮点数。主程序流程图如图5.1 所示。图 5.1 主程序流程图 5.2 LM4229 液晶显示驱动程序 write_data(place&0 xff);/写入地址高位 write_data(place/256);/写入地址低位 write_com(0 x24);/地址设置 write_com(0 xb0);/设置数据自动写 write_data(ASC_MSK(c1-0 x20)*16+k);/*-例如：0的ASCII码为0 x3

10、0,在ASC_MSK中的位置为0 x10*16-16字节字码依次写入LCD-*/write_com(0 xb2);/自动复位 place=place+30;N 开 始 MCU 初始化、LM4229进 入 欢 迎 界 面、ADC0832 初始化 载物台有物体否？结 束 MCU 存储ADC0832 采样值 是否输入商品代码按键？MCU 执行计算，并将结果送 LM4229 显示 测量结束键是否按下？Y Y N N Y 5 LM4229 液晶显示驱动程序流程图如图 5.2 所示。图5.2 LM4229液晶显示驱动程序流程图 5.3 ADC0832 采样程序 MCU通过拉低CS、拉高CLK来启动ADC0

11、832进行外部压力传感转换后的电压信号进行采样，每产生8个CLK脉冲，DATA获得一位完整的 8bit数据，此时MCU发送中断请求，拉高CS，拉低CLK,并将数据DAT返回。ADC0832 采样程序的程序流程图如图 5.3所示。图5.3 ADC0832采样程序程序流程图 5.4 4*4键盘程序 开 始 拉低 CS、拉高 CLK DATA 右移 8 位？拉高 CS、拉低 CLK，返回数据 DAT 结 束 Y N N Y N Y 开 始 写 入 控 制 字 写 入 初 始 行 是 否 换 行？全部数据已写完？结 束 6 本设计中采用了 4*4 矩阵式键盘，单片机定时进行查询。首先单片机发送行扫描代

12、码，然后进行列扫描，当发现某一列出现了低电平时，即返回相应的键盘值。若没有发现则说明当前行没有键按下，行扫描右移一位，继续执行列扫描。MCU根据相应的键值，即可确定被按下的键。4*4键盘程序如图5.4所示。图5.4 4*4键盘程序 6 系统仿真 在 protues 的 ISIS 7.6sp4 软件环境下画出电路原理图，接下来就是将设计的程序在 Keil C51 Vision3 开发集成环境上编译成机器语言，进入 Proteus 的 ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“use romote debuger monitor”，便可实现 KeilC与 Proteus 连接调试。首先在 P

13、roteus 中双击单片机 AT89C51,将 KeilC 下编程生成的.HEX 文件导入到 AT89C51 中,可在 Proteus 中单击全速仿真运行按钮，进行现象的查看,能清楚地观察到芯片上每一个引脚的电平变化，红色代表高电平，蓝色代表低电平。6.1 实用电子秤初始化仿真 导入 main.HEX 文件以后，进入仿真页面，先按开始，此时数字电子秤进入结 束 左移一位 右移一位 N N 开 始 发送行扫描码 发送列扫描码 列扫描完毕？返回键值 行扫描完毕？Y Y 7 欢迎界面。LM4229 上显示欢迎使用电子秤。如图 6.1 所示。图 6.1 实用电子秤初始化仿真图 6.2 实用电子秤进入称

14、重界面仿真 接下来调节压力传感模拟电路电压，将电压设为 0.00 表示此时载物台上没有物体。此时 LM4229 切换到称量画面，显示指示“实用电子秤 单价：0.000 元/千克 总重量：0.000 千克 总价：00.000 元”。如图 6.2 所示 图 6.2 实用电子秤进入称重界面仿真图 6.3 实用电子秤模拟商品选择及最大称量仿真 然后，上调压力传感电压表示已载有商品，同时按下“6”号键，表示选择 6 8 号商品“苹果”。此时 LM4229 上显示“名称：苹果 单价：4.200 元/千克 总重量：3.496 千克 总价：“14.683 元”（实际 4.200*3.496=14.6832 元

15、）。达到基本要求。如图 6.3 所示。图 6.3 模拟商品选择验证性称量仿真图 最后，上调压力传感电压使载重达到最大，同时按下“5”号键，表示选择 5号商品“西瓜”。液晶显示“名称：西瓜 单价：2.400 元/千克 总重量：4.980 千克 总价：“11.952 元”.达到基本要求，最大称量重量 4.980KG,如图 6.4。图 6.4 实用电子秤模拟商品最大称量仿真图 7 使用说明 利用 51 系列单片机设计的电子秤不但可以满足并解决现实生活中提出 9 的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地避免人为误差。当载物台上放有物体时，在键盘输入对应商品的代码编号，LCD 液晶上可以看到相应

16、商品的名称，单价，总重，总价格等信息。在称量的过程中，一旦物体自身的重量超出电子秤的称量范围，蜂鸣器立即警报，告诉工作人员，所称量物品超重。在称量过程中还可以通过键盘选择商品不同的价位。8 设计总结 这次课程设计是对前面所学知识非常系统全面的一次检验。通过这次课程设计与仿真，让我更明确的了解了一些芯片的用途功能，也熟练了对它们的运用。在这个设计的过程中，我需要不断地思考，不断地请教，不断地寻找资料以借鉴，不断的用对知识的深入掌握去解决设计中存在的一些问题和调试时出现的一些故障。虽然说这样的设计很难很烦很累人，但是确实是充实的，是让人感到有意义的。这次课程设计，不但让我了解了一个数字电子秤，更让

17、我收获了专业知识以外的东西，那就是学会了坚信、坚持，同时也磨砺了我的意志和耐心。真的，作为一个本来对这个专业不是很感兴趣的学生，让我收获了一份从来没有过的成就感。虽然到现在我对这个设计的部分原理还是不能用很专业的语言讲述出来，但是当我最初做成功这个设计的时候，我有一种说不出的激动，我写下一句话：“人很怪，上天给予每个人的都是公平的，没有谁没能力去做事，只是在于那个人愿不愿意去做，敢不敢去做，能不能坚持去做！”是的，这就是我这次课程设计之后最大的收获！虽然对这个专业依旧不是很感兴趣，但是我还是想通过这份设计报告来建议老师，希望以后能多搞一些像这样很实际的实践课程，我们作为学生，的确需要好的成绩，

18、但更需要用这种对知识非常全面统一的检验来考察自己，证明自己，坚持自己。参考文献 1 郭天祥.51 单片机 C 语言教程M.北京：电子工业出版社，2009：342-354.2 李建忠.单片机原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版，2002：63-80.3 张俊谟.单片机中级教程M.北京：北京航空航天大学出版，2000：36-44.4 陈东云,杜敬仓.单片机原理与开发指导M.北京:机械工业出版社，2006:122-156.5 彭伟.单片机 C 语言程序设计实训 100 例M.北京：电子工业出版社，2009：160-167.10 附录 A:#include#include#include#incl

19、ude#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit ADCS=P35;sbit ADDI=P37;sbit ADDO=P37;sbit ADCLK=P36;uint x1,y1,z1=0,w1;uchar ad_data,k,n,m,e,num,s;/采样值存储 uint temp1;sbit beep=P30;char press_data;/标度变换存储单元 float press;unsigned char ad_alarm,temp;/报警值存储单元 unsigned char abc5=48,46,

20、48,48,48;unsigned char price_all6=48,48,46,48,48,48;float price_unit10=5.5,2.8,3.6,4.5,2.4,4.2,3.8,6.0,1.5,0;/商品初始单价 uchar price_danjia5=48,46,48,48,48;float price;uint price_temp1,price_temp2;/商品总价 uchar Adc0832(unsigned char channel);void alarm(void);void data_pro(void);void delay(uint k);void key

21、scan();void disp_init();void price_jisuan();/*主函数*/void main(void)delay(500);/系统延时 500ms 启动 /ad_data=0;/采样值存储单元初始化为 0 lcd_init();/显示初始化 disp_init();/开始进入欢迎界面 delay(1000);/延时进入称量画面 11 clear_lcd(0,4,40);clear_lcd(16,0,100);clear_lcd(28,0,40);clear_lcd(44,0,100);clear_lcd(56,0,40);clear_lcd(72,0,100);c

22、lear_lcd(84,0,40);clear_lcd(100,0,100);clear_lcd(112,0,40);write_lcd(0,8,实用电子秤);while(1)ad_data=Adc0832(0);/采样值存储单元初始化为 0 alarm();data_pro();/读取重量 keyscan();/查询商品种类 write_lcd(40,0,-);write_lcd(56,0,单 价:);write_lcd(56,11,price_danjia);write_lcd(56,20,元/千克);write_lcd(72,0,总重量:);write_lcd(72,11,abc);wr

23、ite_lcd(72,20,千克);write_lcd(88,0,总 价:);price_jisuan();/计算出价格 write_lcd(88,10,price_all);write_lcd(88,20,元);write_lcd(112,0,设计学生:0712201-23 王 超);/*读 ADC0832 函数*/采集并返回 uchar Adc0832(unsigned char channel)/AD 转换，返回结果 uchar i=0;uchar j;uint dat=0;uchar ndat=0;if(channel=0)channel=2;if(channel=1)channel=

24、3;12 ADDI=1;_nop_();_nop_();ADCS=0;/拉低 CS 端 _nop_();_nop_();ADCLK=1;/拉高 CLK 端 _nop_();_nop_();ADCLK=0;/拉低 CLK 端,形成下降沿 1 _nop_();_nop_();ADCLK=1;/拉高 CLK 端 ADDI=channel&0 x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/拉低 CLK 端,形成下降沿 2 _nop_();_nop_();ADCLK=1;/拉高 CLK 端 ADDI=(channel1)&0 x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/拉低 CLK

25、 端,形成下降沿 3 ADDI=1;/控制命令结束 _nop_();_nop_();dat=0;for(i=0;i8;i+)dat|=ADDO;/收数据 ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/形成一次时钟脉冲 _nop_();_nop_();dat=1;if(i=7)dat|=ADDO;for(i=0;i8;i+)j=0;j=j|ADDO;/收数据 13 ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/形成一次时钟脉冲 _nop_();_nop_();j=j7;ndat=ndat|j;if(i=1;ADCS=1;/拉搞 CS 端 ADCLK=0;/

26、拉低 CLK 端 ADDO=1;/拉高数据端,回到初始状态 dat=8;dat|=ndat;return(dat);/return ad k void data_pro(void)unsigned int;if(0ad_data=256)beep=0;/则启动报警 14 else beep=1;void delay(uint k)uint i,j;for(i=0;ik;i+)for(j=0;j100;j+);/开机欢迎界面 void disp_init()write_lcd(0,8,欢迎使用电子秤);write_lcd(16,0,-);write_lcd(28,0,设计学生:王 超);writ

27、e_lcd(44,0,-);write_lcd(56,0,班级学号:0712201-23);write_lcd(72,0,-);write_lcd(84,0,指导老师:谭 跃);write_lcd(100,0,-);write_lcd(112,0,设计日期:2010 年 6 月 29 日);/键盘服务程序 void keyscan()P1=0 xfe;temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)delay(5);temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)temp=P1;switch(temp)15 case 0

28、xee:num=1,price=price_unit0,write_lcd(24,0,名 称:杏 仁);break;case 0 xde:num=2,price=price_unit1,write_lcd(24,0,名 称:李 子);break;case 0 xbe:num=3,price=price_unit2,write_lcd(24,0,名 称:草 莓);break;case 0 x7e:num=4,price=price_unit3,write_lcd(24,0,名 称:葡 萄);break;while(temp!=0 xf0)temp=P1;temp=temp&0 xf0;P1=0

29、xfd;temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)delay(5);temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)temp=P1;switch(temp)case 0 xed:num=5,price=price_unit4,write_lcd(24,0,名 称:西 瓜);break;case 0 xdd:num=6,price=price_unit5,write_lcd(24,0,名 称:苹 果);break;case 0 xbd:num=7,price=price_unit6,write_lcd(24,0,名 称

30、:雪 梨);break;case 0 x7d:num=8,price=price_unit7,write_lcd(24,0,名 称:核 桃);break;while(temp!=0 xf0)temp=P1;temp=temp&0 xf0;16 P1=0 xfb;temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)delay(5);temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)temp=P1;switch(temp)case 0 xeb:num=9,price=price_unit8,write_lcd(24,0,名 称:香

31、蕉);break;case 0 xdb:num=10,price=price_unit9,write_lcd(24,0,名 称:商品代码);break;case 0 xbb:num=11,price=price_unit1;break;case 0 x7b:num=12,price=price_unit2;break;while(temp!=0 xf0)temp=P1;temp=temp&0 xf0;P1=0 xf7;temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0 xf0)delay(5);temp=P1;temp=temp&0 xf0;while(temp!=0

32、xf0)17 temp=P1;switch(temp)case 0 xe7:num=13,price=price_unit3;break;case 0 xd7:num=14,price=price_unit4;break;case 0 xb7:num=15,price=price_unit5;break;case 0 x77:num=16,price=price_unit6;break;while(temp!=0 xf0)temp=P1;temp=temp&0 xf0;price_temp1=(int)(price*1000);price_danjia0=price_temp1/1000+48

33、;/取单价个位 price_danjia1=46;price_danjia2=(price_temp1%1000)/100+48;/取单价十分位 price_danjia3=(price_temp1%1000)%100)/10+48;/取单价百分位 price_danjia4=(price_temp1%1000)%100)%10+48;/取单价千分位 void price_jisuan()price_temp2=(int)(price*press*1000);price_all0=price_temp2/10000+48;price_all1=(price_temp2/1000)%10+48;price_all2=46;price_all3=(price_temp2%1000)/100+48;price_all4=(price_temp2%1000)%100)/10+48;price_all5=(price_temp2%1000)%100)%10+48;