单片机的电子称的设计与实现
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题设计内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统设计原则 3
2.2 系统总体方案设计 3
3 元器件选择 4
3.1 单片机 4
3.2 传感器 6
3.3 A/D转换器 8
3.4 显示器 9
3.5 时钟芯片 11
3.6 键盘 11
3.7 电平转换芯片 12
4 硬件设计 13
4.1 主控模块 13
4.2 电源模块 14
4.3 数据处理模块 15
4.4 人机交互模块 16
4.5 总体电路图 18
5 软件设计 19
5.1 主程序流程图 19
5.2 显示模块流程图 20
5.3 按键检测模块设计流程图 20
5.4 时钟模块设计流程图 21
5.5 称重计价模块设计流程图 22
6 硬件调试 22
6.1 软件介绍 23
6.2 实物图 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附 录 一 28
1 引言
称重广泛应用于日常生活中，从出现物物交换开始就被人们所重视，早在原始社会末期，就出现了物物交换，但当时并没有可靠的测量工具。到了现代，先后出现了六种不同类型的衡器，分别有架盘天平、不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
等臂平台秤、吊车秤、倾斜象限杆秤、弹簧秤和自动秤[1]。而随着现代技术和生产制造水平的发展，对衡器的要求越来越高，电子称逐渐取代原始的机械称，这也是科学发展的必然趋势。目前电子称作为最常见的测量工具，广泛应用在生活的方方面面以及生产的各个领域。但是现有普通的电子称仍存在很多的不足和局限性，所以高精度，低成本，多功能的电子称具有很广阔的市场前景。
1.1 课题背景及意义
称重技术在各行各业得到广泛的应用，国家已将电子称列为国家强制检定的计量器具，按照《中华人民共和国计量法》及《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》的要求，凡是作为社会公用计量标准的电子称，部门和企业、事业单位使用作最高计量标准的电子称，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的电子称，在使用之前均需经过计量检定合格才可以使用[2]。
由于国家已从法律层面对衡器提出了很高的要求和标准，导致原先普遍使用的机械称由于容易磨损、体积过大、精确度不高等缺点已无法满足日常需求和国家法律要求，此外由于现代电子技术和计算机技术已经渗透到生产生活中的各个方面，也导致电子称主导市场成为必然趋势。
电子称对比其他衡器具有很多优越性：第一，电子称体积小质量轻，便于携带，结构简单，空间限制小；第二，电子称使用传感器采集数据，反应速度快[3]；第三，电子称可融入最小系统进行数据处理，实现自动计价、打折等附加功能；第四，电子称可全密封设计，可适应潮湿等恶劣环境，并且避免机械磨损延长使用寿命长；第五，压力传感器灵敏性好，精度高，符合国家要求。
电子称不仅具有操作简单、测量精准等显著优点，在科技改变生活方面也有很大意义，由于电子称系统可以集成附加功能，比如在称重的基础上集成计算总价的功能，更智能的打折功能以及空闲显示日期时间的附加功能，这些小功能的集合方便了使用者，让整个称重计价打折融为一体，节省了商品买卖时间，让整个称重过程趋于智能化，让新技术带来的便利融入生活。
1.2 国内外研究现状
电子称应用于生产生活的方方面面，电子称在历史长河上经历了多次质的发展，由于生产需求带动了衡器的发展，出现了能够快速称量的衡器，也就是机械称。但是一直以来受工业制造水平的限制和影响，我国衡器的发展受到制约，与国外的相比依旧处于较低的水平。
在国内，我国的衡器最早出现在春秋战国时期，当时已掌握了利用杠杆原理制造的杆秤和盘秤，机械结构的秤一直延续到40年代，而将机电相结合的衡器之后逐渐出现并得到飞速的发展，以称重传感器为核心的高精度衡器直到50年代才出现。经过上世纪近40年的发展和改善，通过自主研发和引进先进技术等手段促使我国已经迈入了集传感器、微电子技术、单片机技术和计算机技术于一体的电子衡器阶段[4]。
而在国外，如欧美等发达国家，高精度的电子称早在60年代就已经问世，其精度甚至可以达到0.1%，并早在70年代中期就对传统机械秤进行了机电结合式的改造。
通过对比国内外衡器的发展，我们可以发现：第一我国电子衡器起步相对较晚，第二衡器发展速度缓慢。因此必然导致我国衡器技术不先进，精度不高，对微小物体的测量要求不达标，产品的种类少，仪器容易老化，开发能力不足和功能不全等缺点。
1.3 课题设计内容
本系统主要进行单片机主控模块、数据处理模块和人机交互模块三个模块的设计。通过这些模块的设计可以实现电子称最基本的称重功能，并且具备去皮测重的功能，显示器显示被测物体重量。在最基本称重功能的基础上增加计价功能，利用键盘输入设置单价，显示器显示单价和总价，在完成计价的基础上进行折扣设置，增加打折功能，系统在无需称量时，显示器能够显示时间和日期，并且可以利用键盘调整时间日期。
本次设计的基于单片机的电子称系统设计分为两大部分：硬件系统设计和软件系统设计。硬件部分由单片机主控模块，电源模块，数据处理模块和人机交互模块组成。工作原理是使用压力传感器检测被测物体重量，而系统进行数据传输的主控芯片是AT89C51单片机，外接了压力传感器、LCD1602显示屏、蜂鸣器以及按键，并设计其他外围电路。软件部分使用C语言进行编程，通过具体代码实现各功能模块的具体功能，主要有系统显示屏及按键的初始化设置、压力传感器数据在LCD显示屏具体位置显示、计价函数和打折函数的编写、时间显示函数的编写以及其他业务逻辑的编写。
2 系统总体方案设计
2.1 系统设计原则
此系统实行硬件设计和软件设计分开独立设计的原则。在元器件上，由于本系统涉及时钟模块，当系统掉电后需使用纽扣电池为时钟芯片供电从而提高时间准确性。为了提高称重精度将采用高精度的电阻应变式压力传感器[5]。软件设计的基本原则是依照模块化的设计思想，将各个模块的的软件单独设计成子程序，并在主程序中调用各个模块的子程序。
2.2 系统总体方案设计
2.2.1 系统设计方案一
结构简图如图2.1所示：
方案一有以上一些优势，但也存在很多不足。硬件设计只能实现最基本的称重功能，用户无法通过按键输入数字和功能指令来实现计价，去皮，打折和实时显示时间功能。因此采用这种单片机设计的电路功能过于简单无法达到预期设计目标，并且无法进行功能扩张，缩水了电子称功能，降低了实用性。
3.2 传感器
LED数码管显示的优点是：防潮，防尘，耐高压高温，使用寿命长；功耗低，价格便宜；但是LED数码管显示的缺点也较多，比如：数码管的显示具有局限性，对较复杂的字符无法进行显示，只能显示字母数字；在称重时，如果需要精确的测量数据则需要数码管满足足够多的显示位数，若数码管数量不够，则影响显示效果和测量精确度。为了解决以上不足则需要使用多个数码管，因此系统电路需要扩展更多的I/O接口来处理输入输出接口，这给硬件设计增加了难度和成本。
1 引言 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题设计内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统设计原则 3
2.2 系统总体方案设计 3
3 元器件选择 4
3.1 单片机 4
3.2 传感器 6
3.3 A/D转换器 8
3.4 显示器 9
3.5 时钟芯片 11
3.6 键盘 11
3.7 电平转换芯片 12
4 硬件设计 13
4.1 主控模块 13
4.2 电源模块 14
4.3 数据处理模块 15
4.4 人机交互模块 16
4.5 总体电路图 18
5 软件设计 19
5.1 主程序流程图 19
5.2 显示模块流程图 20
5.3 按键检测模块设计流程图 20
5.4 时钟模块设计流程图 21
5.5 称重计价模块设计流程图 22
6 硬件调试 22
6.1 软件介绍 23
6.2 实物图 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附 录 一 28
1 引言
称重广泛应用于日常生活中，从出现物物交换开始就被人们所重视，早在原始社会末期，就出现了物物交换，但当时并没有可靠的测量工具。到了现代，先后出现了六种不同类型的衡器，分别有架盘天平、不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
等臂平台秤、吊车秤、倾斜象限杆秤、弹簧秤和自动秤[1]。而随着现代技术和生产制造水平的发展，对衡器的要求越来越高，电子称逐渐取代原始的机械称，这也是科学发展的必然趋势。目前电子称作为最常见的测量工具，广泛应用在生活的方方面面以及生产的各个领域。但是现有普通的电子称仍存在很多的不足和局限性，所以高精度，低成本，多功能的电子称具有很广阔的市场前景。
1.1 课题背景及意义
称重技术在各行各业得到广泛的应用，国家已将电子称列为国家强制检定的计量器具，按照《中华人民共和国计量法》及《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》的要求，凡是作为社会公用计量标准的电子称，部门和企业、事业单位使用作最高计量标准的电子称，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的电子称，在使用之前均需经过计量检定合格才可以使用[2]。
由于国家已从法律层面对衡器提出了很高的要求和标准，导致原先普遍使用的机械称由于容易磨损、体积过大、精确度不高等缺点已无法满足日常需求和国家法律要求，此外由于现代电子技术和计算机技术已经渗透到生产生活中的各个方面，也导致电子称主导市场成为必然趋势。
电子称对比其他衡器具有很多优越性：第一，电子称体积小质量轻，便于携带，结构简单，空间限制小；第二，电子称使用传感器采集数据，反应速度快[3]；第三，电子称可融入最小系统进行数据处理，实现自动计价、打折等附加功能；第四，电子称可全密封设计，可适应潮湿等恶劣环境，并且避免机械磨损延长使用寿命长；第五，压力传感器灵敏性好，精度高，符合国家要求。
电子称不仅具有操作简单、测量精准等显著优点，在科技改变生活方面也有很大意义，由于电子称系统可以集成附加功能，比如在称重的基础上集成计算总价的功能，更智能的打折功能以及空闲显示日期时间的附加功能，这些小功能的集合方便了使用者，让整个称重计价打折融为一体，节省了商品买卖时间，让整个称重过程趋于智能化，让新技术带来的便利融入生活。
1.2 国内外研究现状
电子称应用于生产生活的方方面面，电子称在历史长河上经历了多次质的发展，由于生产需求带动了衡器的发展，出现了能够快速称量的衡器，也就是机械称。但是一直以来受工业制造水平的限制和影响，我国衡器的发展受到制约，与国外的相比依旧处于较低的水平。
在国内，我国的衡器最早出现在春秋战国时期，当时已掌握了利用杠杆原理制造的杆秤和盘秤，机械结构的秤一直延续到40年代，而将机电相结合的衡器之后逐渐出现并得到飞速的发展，以称重传感器为核心的高精度衡器直到50年代才出现。经过上世纪近40年的发展和改善，通过自主研发和引进先进技术等手段促使我国已经迈入了集传感器、微电子技术、单片机技术和计算机技术于一体的电子衡器阶段[4]。
而在国外，如欧美等发达国家，高精度的电子称早在60年代就已经问世，其精度甚至可以达到0.1%，并早在70年代中期就对传统机械秤进行了机电结合式的改造。
通过对比国内外衡器的发展，我们可以发现：第一我国电子衡器起步相对较晚，第二衡器发展速度缓慢。因此必然导致我国衡器技术不先进，精度不高，对微小物体的测量要求不达标，产品的种类少，仪器容易老化，开发能力不足和功能不全等缺点。
1.3 课题设计内容
本系统主要进行单片机主控模块、数据处理模块和人机交互模块三个模块的设计。通过这些模块的设计可以实现电子称最基本的称重功能，并且具备去皮测重的功能，显示器显示被测物体重量。在最基本称重功能的基础上增加计价功能，利用键盘输入设置单价，显示器显示单价和总价，在完成计价的基础上进行折扣设置，增加打折功能，系统在无需称量时，显示器能够显示时间和日期，并且可以利用键盘调整时间日期。
本次设计的基于单片机的电子称系统设计分为两大部分：硬件系统设计和软件系统设计。硬件部分由单片机主控模块，电源模块，数据处理模块和人机交互模块组成。工作原理是使用压力传感器检测被测物体重量，而系统进行数据传输的主控芯片是AT89C51单片机，外接了压力传感器、LCD1602显示屏、蜂鸣器以及按键，并设计其他外围电路。软件部分使用C语言进行编程，通过具体代码实现各功能模块的具体功能，主要有系统显示屏及按键的初始化设置、压力传感器数据在LCD显示屏具体位置显示、计价函数和打折函数的编写、时间显示函数的编写以及其他业务逻辑的编写。
2 系统总体方案设计
2.1 系统设计原则
此系统实行硬件设计和软件设计分开独立设计的原则。在元器件上，由于本系统涉及时钟模块，当系统掉电后需使用纽扣电池为时钟芯片供电从而提高时间准确性。为了提高称重精度将采用高精度的电阻应变式压力传感器[5]。软件设计的基本原则是依照模块化的设计思想，将各个模块的的软件单独设计成子程序，并在主程序中调用各个模块的子程序。
2.2 系统总体方案设计
2.2.1 系统设计方案一
结构简图如图2.1所示：
方案一有以上一些优势，但也存在很多不足。硬件设计只能实现最基本的称重功能，用户无法通过按键输入数字和功能指令来实现计价，去皮，打折和实时显示时间功能。因此采用这种单片机设计的电路功能过于简单无法达到预期设计目标，并且无法进行功能扩张，缩水了电子称功能，降低了实用性。
3.2 传感器
LED数码管显示的优点是：防潮，防尘，耐高压高温，使用寿命长；功耗低，价格便宜；但是LED数码管显示的缺点也较多，比如：数码管的显示具有局限性，对较复杂的字符无法进行显示，只能显示字母数字；在称重时，如果需要精确的测量数据则需要数码管满足足够多的显示位数，若数码管数量不够，则影响显示效果和测量精确度。为了解决以上不足则需要使用多个数码管，因此系统电路需要扩展更多的I/O接口来处理输入输出接口，这给硬件设计增加了难度和成本。
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