【正文】 基于51單片機的電子秤設(shè)計畢業(yè)論文III目錄1 緒論 1 選題的背景與意義 1 選題的背景 1 選題的意義 2 電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 電子秤的研究現(xiàn)狀 2 電子秤的發(fā)展趨勢 3 本文的結(jié)構(gòu) 42 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 6 電子秤的基本知識介紹 6 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 6 電子秤的工作原理 7 電子秤的計量參數(shù) 7 總體方案設(shè)計 8 系統(tǒng)各部分設(shè)計方案論證 9 電子秤分度數(shù)的設(shè)定 9 稱重傳感器的選定 10 A/D轉(zhuǎn)換器的選定 16 單片機型號的選定 183 硬件設(shè)計 20 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 20 單片機主控單元的設(shè)計 20 單片機引腳說明 20 AT89S51最小系統(tǒng)設(shè)計 22 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計 24 傳感器單元設(shè)計 24 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計 25 鍵盤和顯示電路單元設(shè)計 27 鍵盤電路設(shè)計 27 顯示電路設(shè)計 27 系統(tǒng)總體原理圖 28 硬件抗干擾設(shè)計 284 系統(tǒng)軟件設(shè)計 31 主程序設(shè)計 31 LM4229液晶顯示驅(qū)動程序 32 ADC0832采樣程序 33 鍵盤程序 335 系統(tǒng)仿真 35 歡迎界面的仿真 35 無重物情況仿真 36 稱量物體仿真 37 最大量程仿真 38 仿真總結(jié)與問題補充 39 仿真總結(jié) 39 問題補充 396 總結(jié)與展望 41附錄程序 42參考文獻 521 緒論 選題的背景與意義 選題的背景（1）電子技術(shù)滲入衡器制造業(yè)隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟繁榮，為了把稱重技術(shù)引入生產(chǎn)工藝過程中去，對稱重技術(shù)提出了新的要求，希望稱重過程自動化，為此電子技術(shù)不斷滲入衡器制造業(yè)。在1954年使用了帶新式打印機的傾斜杠桿式秤，其輸出信號能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機構(gòu)與代替人工操作的按鍵與辦公機器聯(lián)用。在1960年開發(fā)出了與衡器相聯(lián)的專門稱重值打印機。當(dāng)時的帶電子裝置的衡器其稱量工作是機械式的，但與稱量有關(guān)的顯示、記錄、遠傳式控制器等功能是電子方式的。（2）電子秤步入社會電子秤的發(fā)展過程與其它事物一樣，也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由粗糙到精密、由機械到機電結(jié)合再到全電子化、由單一功能到多功能的過程。特別是近30年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出電信號的電子衡器。這是由于電子衡器不僅能給出質(zhì)量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔(dān)著控制和檢驗功能，從而推進工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化。近年來，電子秤已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制中?，F(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國外如美國、%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在70年代中期約對75 %的機械秤進行了機電結(jié)合式的電子化改造。我國的衡器在20世紀(jì)40年代以前還全是機械式的，40年代開始發(fā)展了機電結(jié)合式的衡器。50年代開始出現(xiàn)了以稱重傳感器為主的電子衡器。80年代以來， 我國通過自行研制、引進消化吸收和技術(shù)改造，已由傳統(tǒng)的機械式衡器步入集傳感器、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體的電子衡器發(fā)展階段。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣環(huán)境下工作、便于與計算機技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動化等特點，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個部門。隨著稱重傳感器技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路和微處理器的進一步發(fā)展，電子稱重技術(shù)及其應(yīng)用范圍將更進一步的發(fā)展，并被人們越來越重視。 選題的意義電子秤是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計量衡器。目前市場上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)整時間長，易損壞，維修困難，裝機容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高。而且目前市場上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對性地開發(fā)出一套有實用價值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。 電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 電子秤的研究現(xiàn)狀近幾年，我國的電子稱重系統(tǒng)從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。電子稱重技術(shù)逐漸從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展，從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展。電子稱重系統(tǒng)制造技術(shù)及其應(yīng)用得到了新發(fā)展。國內(nèi)電子稱重技術(shù)基本達到國際上20世紀(jì)90年代中期的水平，少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。在研究方法上，電子稱重系統(tǒng)的工作原理一般是將作用在承載器上的質(zhì)量或力的大小，通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并通過控制電路來處理該電信號。其中壓力傳感器大多數(shù)采用電阻應(yīng)變片壓力傳感器，由于應(yīng)變片的體積較小，市場上有多種規(guī)格可供選擇，而且可以針對彈性敏感元件的形式可以靈活設(shè)計來適應(yīng)各種應(yīng)用場合的要求，所以應(yīng)變片式壓力傳感器得到廣泛的應(yīng)用。但是電阻應(yīng)變片壓力傳感器的一個嚴(yán)重缺陷是應(yīng)變靈敏度、應(yīng)變片本身的電阻都隨溫度變化，而且靈敏度隨溫度變化較大。在不同的環(huán)境中，應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，輸出零點漂移明顯。并且應(yīng)變片的輸出信號很小、線性范圍窄，而且動態(tài)響應(yīng)較差，有待進一步開發(fā)。在國際上，一些發(fā)達國家在電子稱重方面，從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達到了較高的水平。特別是在準(zhǔn)確度和可靠性等方面有了很大的提高。其中梅特勒．托利多公司生產(chǎn)的BBK4系列高精度電子秤精度達到了lmg，速度大約為1次／秒。目前，電子秤在稱量速度方面需要進一步的研究。在稱重傳感器方面，國外產(chǎn)品的品種和結(jié)構(gòu)又有創(chuàng)新，技術(shù)功能和應(yīng)用范圍不斷擴大。 電子秤的發(fā)展趨勢電子秤的稱重功能是基于微處理器這一核心技術(shù)來實現(xiàn)的。由于目前在設(shè)計電子稱重系統(tǒng)時大量地采用集成芯片，因此電子稱重系統(tǒng)已經(jīng)擺脫了以往的電子模式，正向小型化、模塊化、智能化、集成化發(fā)展；其技術(shù)性能趨向于高速率、高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性、高可靠性；其應(yīng)用性趨向于綜合性、組合性。小型化：體積小、高度低、重量輕，即小薄輕。為使電子衡器的承載器達到小、薄、輕，開始采用重量輕且剛度大的空心波紋銅板和方形閉合截面的薄壁型材。模塊化：電子衡器的承載器采用模塊式一體組合或分體組合，產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。這種模塊化組合不但提高了產(chǎn)品的通用性和可靠性，而且也大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。智能化：與電子計算機組合或開發(fā)稱重用計算機，利用計算機的智能來增加稱重顯示控制的功能，使其在原有功能的基礎(chǔ)上增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等功能。集成化：對于某些品種和結(jié)構(gòu)的電子衡器，可以實現(xiàn)承載器與稱重傳感器一體化或承載器、稱重傳感器與稱重顯示控制器一體化。綜合性：電子稱重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品的應(yīng)用范圍不斷擴大，它已滲透到一些學(xué)科和工業(yè)自動控制領(lǐng)域。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠遠不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結(jié)合，使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化，實現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計算機聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。組合性：在工業(yè)生產(chǎn)過程或工藝流程中，不少稱重系統(tǒng)還應(yīng)具有可組合性，即：測量范圍可以任意設(shè)定；硬件能夠依據(jù)不定的程序進行修改和擴展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可使用不同的語言，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進行通信。今后, 隨著電子高科技的飛速發(fā)展, 電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。同時, 功能更加齊全的高精度的先進電子秤將會不斷問世, 其應(yīng)用范圍也會更加拓寬。 本文的結(jié)構(gòu)本設(shè)計是以AT89S51為核心的一種高精度電子秤，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計法，其硬件結(jié)構(gòu)主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、鍵盤和顯示模塊。軟件部分由C語言編程，實現(xiàn)對各部分的控制?？梢詫崿F(xiàn)稱重、去皮、置零、計價和顯示等功能。其稱重范圍為0～5Kg。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。全文共分為五章，各章主要內(nèi)容如下：第一章為緒論部分，簡要介紹了選題的背景及意義、電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢以及本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)；第二章為總體設(shè)計部分，簡要介紹了電子秤的結(jié)構(gòu)及工作原理，論證了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計，以及對各種方案的選擇做出了比較；第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計部分，主要是通過對各種模塊的介紹以及對電路功能的分析，對系統(tǒng)硬件進行了選型和設(shè)計，得出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計部分，主要介紹了系統(tǒng)各部分軟件的設(shè)計流程，給出了簡單的程序；第五章為系統(tǒng)軟件仿真；第六章為總結(jié)與展望，主要是對本課題的總結(jié)，以及對存在的問題進行歸納和進一步研究的方向。 482 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 電子秤的基本知識介紹 電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：（1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機構(gòu)等。（2）稱重傳感器即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。（3）測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補償元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。 電子秤的工作原理當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力－電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(電壓或電流等)。通常此電壓信號很小，需要通過前端信號處理電路進行準(zhǔn)確的線性放大，放大后的模擬電壓信號經(jīng)過濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號被送入到主控電路的單片機中，單片機不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，單片機發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示。 電子秤的計量參數(shù)電子秤的計量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、安全載荷、額定載荷、允許誤差、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。（1）量程：一臺電子秤不計皮重，所能稱量的最大的載荷Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。（2）安全載荷：為電子秤正常稱量案范圍的120%。（3）額定載荷：電子秤的正常稱量范圍。（4）允許誤差：等級檢定時允許的最大偏差。（5）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。（6）分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max=n*d。（7）準(zhǔn)確度等級：國際法制計量組織把電子秤按照不同的分度數(shù)分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類等級，分別對應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如表因為本設(shè)計采用軟件仿真而不能進行實際的稱量，故信號的放大濾波電路部分舍去，直接輸入模擬電壓信號，放大濾波部分內(nèi)容會在第五章仿真總結(jié)與問題補充中進行后續(xù)介紹。21所示。表21 電子秤等級分類標(biāo)志及等級電子秤種類分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度基準(zhǔn)衡器n100,000高準(zhǔn)確度精密衡器10,000n≤100,000中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器1,000n≤10,000普通準(zhǔn)確度粗衡器100n≤1,000 總體方案設(shè)計按照設(shè)計的基本要求，可以確定系統(tǒng)共分為五大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、最小系統(tǒng)模塊、超重報警模塊、鍵盤和顯示模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊包括稱重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路；最小系統(tǒng)模塊由AT89S51單片機及其外圍電路組成；鍵盤由44位矩陣鍵盤組成，可以控制顯示商品種類和價錢等信息；顯示部分采用LM4229液晶顯示，顯示當(dāng)前商品的名稱、單價、重量及總價等信息。軟件部分由C語言編程，實現(xiàn)對各部分的控制。該電子秤可以實現(xiàn)顯示商品的名稱、單價、重量、總價等功能。其稱重范圍為0～5Kg。在擴展功能上，本設(shè)計增加了一個超重報警提示。其總體設(shè)計的框圖如圖21所示：圖21 總體設(shè)計方框圖系統(tǒng)工作原理：把所稱物體放到秤臺上，物體的重力通過秤體傳給稱重傳感器，傳感器受到壓力使電阻發(fā)生變化引起電壓變化，再將電壓值送到A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送至單片機進行處理，并顯示結(jié)果。單片機最小系統(tǒng)由AT89S51和外圍的時鐘電路及復(fù)位電路組成。顯示電路設(shè)計采用LM4229液晶顯示，對各部分的控制由采用C語言編程的軟件來實現(xiàn)。