单片机的多功能电子秤设计
摘 要本文以电子秤为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现重量检测、单价输入、价格计算以及参数显示等功能的电子秤控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
目录
一、 引言 1
（一） 重量检测的研究背景及意义 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） AT89C51单片机简介 4
（三） 压力传感器集成模块简介 4
（四） HX711高精度AD转换芯片介绍 5
（五） LCD1602型液晶简介 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 硬件结构框图设计 7
（二） AT89C51单片机最小系统设计 7
（三） HX711转换芯片电路设计 9
（四） 液晶电路设计 9
（五） 机械键盘电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 软件工作流程设计 11
（二） 单片机读取HX711工作流程图 11
（三） 液晶显示流程设计 12
（四） 动态扫描键盘工作流程设计 13
五、 实物的制作与功能调试 15
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
一、引言
（一）重量检测的研究背景及意义
所谓的“智能电子秤控制系统”是指重量测量系统内部被植入了一定程度软件代码的控制系统，它已
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经不再是传统意义上的重量测量系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能电子秤系统对内部的参数识别和检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于电子秤系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能电子秤系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能电子秤系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能电子秤系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能电子秤系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能电子秤系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对重量检测系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的检测速度来打破传统的重量检测系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能电子秤检测系统控制系统是非常必要的。
（二）国内外发展现状
目前国内外对于智能电子秤检测系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能温度检测系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能电子秤系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.001摄氏度精度的重量检测系统，如此高的检测精度已经突破了现有系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能电子秤检测系统控制系统，但是距离千分之一的检测精度指标还有一小段距离。
（三）本文主要研究内容
本次毕业设计采用了“基于AT89C51单片机的电子秤设计”作为研究课题，结合了大学期间所学模电、数电等专业知识，设计了一款能够实现重量检测和超重报警功能的控制系统并实现了如下的技术指标：
1、能够实现0~10kg重量的快速测量；
2、实时显示待测物体的重量，通过高清晰度液晶屏进行显示;
3、具有价格输入、总价计算功能；
4、重量以及总价可通过液晶屏进行显示；
二、方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机AT89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的AT89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，AT89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，AT89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，AT89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有AT89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
目录
一、 引言 1
（一） 重量检测的研究背景及意义 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） AT89C51单片机简介 4
（三） 压力传感器集成模块简介 4
（四） HX711高精度AD转换芯片介绍 5
（五） LCD1602型液晶简介 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 硬件结构框图设计 7
（二） AT89C51单片机最小系统设计 7
（三） HX711转换芯片电路设计 9
（四） 液晶电路设计 9
（五） 机械键盘电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 软件工作流程设计 11
（二） 单片机读取HX711工作流程图 11
（三） 液晶显示流程设计 12
（四） 动态扫描键盘工作流程设计 13
五、 实物的制作与功能调试 15
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
一、引言
（一）重量检测的研究背景及意义
所谓的“智能电子秤控制系统”是指重量测量系统内部被植入了一定程度软件代码的控制系统，它已
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
经不再是传统意义上的重量测量系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能电子秤系统对内部的参数识别和检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于电子秤系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能电子秤系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能电子秤系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能电子秤系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能电子秤系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能电子秤系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对重量检测系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的检测速度来打破传统的重量检测系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能电子秤检测系统控制系统是非常必要的。
（二）国内外发展现状
目前国内外对于智能电子秤检测系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能温度检测系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能电子秤系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.001摄氏度精度的重量检测系统，如此高的检测精度已经突破了现有系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能电子秤检测系统控制系统，但是距离千分之一的检测精度指标还有一小段距离。
（三）本文主要研究内容
本次毕业设计采用了“基于AT89C51单片机的电子秤设计”作为研究课题，结合了大学期间所学模电、数电等专业知识，设计了一款能够实现重量检测和超重报警功能的控制系统并实现了如下的技术指标：
1、能够实现0~10kg重量的快速测量；
2、实时显示待测物体的重量，通过高清晰度液晶屏进行显示;
3、具有价格输入、总价计算功能；
4、重量以及总价可通过液晶屏进行显示；
二、方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机AT89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的AT89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，AT89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，AT89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，AT89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有AT89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
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