数字电子秤的设计(附件)
当今世界，数字电子技术不断发展，商业水平不断提高，人们的生活越来越现代化，由此，传统的称重工具已经不能满足现代生活的需求，商用数字电子秤全面普及，并取代了传统的机械秤。在本次设计中，所设计的电子秤更是将智能化，综合化，自动化集于一体，更方便实际生活的使用。本次数字电子秤主要由称重传感器，A/D转化芯片，语音芯片，矩阵键盘，液晶显示屏组成，通过单片机来控制各部分。本设计中的电子秤除了具有普通电子秤所具有的称重功能外，还具备了更丰富的数据处理功能，语音播报功能，人机交互功能及电子时钟功能。因此，本设计能够在很大的程度上满足应用的需求。关键词 AT89C52，压力传感器，HX711，LCD12864，语音模块，数字电子秤目录
1 引言 1
2 总体设计方案 1
2.1 总体方案概述 1
2.2 系统硬件设计 2
2.3 系统软件设计 4
3 硬件系统详细设计 4
3.1 电源供电模块 4
3.2 单片机最小系统 5
3.3 DS1302时钟模块 7
3.4 压力数据采集模块 10
3.5 液晶显示模块 15
3.6 按键模块 18
3.6 语音模块 19
4 软件系统详细设计 22
4.1 软件开发工具Keil介绍 22
4.2 程序设计思路 22
4.3 程序流程图 24
5 系统测试 29
结论 33
致谢 34
参考文献 35
1 引言
在我们的日常生活中的方方面面，电子秤都是不可或缺的。电子秤是商业领域最基本的衡具，物品质量的称量是市场交易中最基本的内容。随着电子与通信技术的日益进步，其应用也越来越普遍，用户对于电子秤的精度和功能的要求也愈来愈高。在上世纪七十年代，发达国家均加大对传感器技术的研发力度，对电子秤的设计与开发送产也更加重视。
多种称重传感器各项性能的不断优化和升级，给电子秤设计水平的不断提高打下了良好的基础。传统机械称在结构和原理上逐渐被数字电子秤取代。较之传统的机械称，数字电子秤拥
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品质量的称量是市场交易中最基本的内容。随着电子与通信技术的日益进步，其应用也越来越普遍，用户对于电子秤的精度和功能的要求也愈来愈高。在上世纪七十年代，发达国家均加大对传感器技术的研发力度，对电子秤的设计与开发送产也更加重视。
多种称重传感器各项性能的不断优化和升级，给电子秤设计水平的不断提高打下了良好的基础。传统机械称在结构和原理上逐渐被数字电子秤取代。较之传统的机械称，数字电子秤拥有称量精度高，自动化，智能化，人性化等优点。目前市场上所使用的电子秤，存在结构复杂、生产成本高、维修困难、精度不稳定以及运行不稳定等缺点。各种中小公司由于技术力量薄弱，缺乏产品的研发创新能力，生产出的电子秤多处在低层次。因此，针对不同的应用领域，在技术上改善上述电子秤的不足之处设计出具有实用性的数字称，
数字电子秤的工作原理是当货物被放在电子秤的秤盘上时，货物对秤盘的压力施加给传感器，使传感器中的弹性元件发送形变阻抗发送改变，从而引起激励电压的变化，输出一个变化的模拟信号；由于模拟信号十分微弱，通过信号放大电路对模拟信号进行放大，放大后的信号输出到模数转换器，将模拟信号转化为便于MUC预算控制的数字信号。MUC根据用户指令对数字信号进行处理，计算出最后的结果，通过语音播报并将结果输出至显示器。
2 总体设计方案
2.1 总体方案概述
本次设计的数字电子秤系统采用了软件与硬件结合的设计方式，在设计开始时，使用Protel99SE将电路原理图构建出来，本系统的电路原理图如下图2.1所示，将12MHz的晶振连接到单片机的XTAL1和XTAL2 两个引脚上，同时匹配两个无极性电容（电容值通常为30pF）；通过按键复位的方式进行上电复位。时钟芯片DS1302的VCC2引脚接到电压为+5V的电源，VCC2连接到电压为3V的电子电池的正极。DS1302时钟芯片的时钟使能RST管脚与单片机的P1.2口相连，时钟信息传输I/O口和单片机的P1.1口相连，时钟信号SCLK口和单片机的P1.0相连。本系统采用的是矩阵键盘来进行人机交互。很明显，矩阵键盘比独立按键的接法要繁杂许多，为了减少对I/O的占用，可以使用把按键排列成矩阵的方法。各行线和列线的交点连接上一个按键来控制这条线路的通断[1]。在本次设计中，矩阵键盘的行线连接到P1.0-P1.3。列线P1.4-P1.7为输入线，分别接四个上拉电阻至5V电源的正极。蜂鸣器与三极管串接，通过三级管将电路信号进行放大。三极管的发射极接蜂鸣器的负极，基级通过一个1K的电阻接到单片机的P2.7口，集电极接地，正极接5V电源。数字电子秤用到的电子秤专用A/D转化芯片HX711一共有四个外接引脚，其中串口数据输出端口DOUT接到单片机的外部中断0即P3.2（采用中断的方式读取数据），SCK串口时钟输入端口接单片机的普通I/O即可，本次设计将SCK接至P3.3。由于电源采用4节1.5V的电池供电，所以要通过使用两个滤波电容进行滤波，从而得到系统所需的5V电压。利用Protel完成本次毕设的电路后，使用Keil软件进行代码的编写，并通过仿真软件Protues验证电路的正确性并实现相应功能[2]。
图2.1 电路原理图
2.2 系统硬件设计
本次设计的数字电子秤的系统如图2.2所示。本设计由矩阵键盘，复位电路，时钟模块，压力数据采集模块以及LCD12864液晶屏模块以及语音模块八个部分组成。接通电源启动电路后，单片机先进行初始化，主要包括液晶屏的初始化以及时钟模块的初始化。与此同时，由于HX711模数转化模块的DOUT数据输出引脚接到单片机的P3.2外部中断0，当压力传感器所受压力发送变化时，外部中断0接收到一个下降沿的脉冲，由此产生中断。HX711模数转换器的SCK时钟输入引脚接到单片机的P3.3,获得时钟信号。使用中断采集模数转换的信号，由于压力传感所受的微弱外力都会引发中断，所以单片机在不断的进入中断读取数据。等液晶屏LCD12864显示模块准备到位后，对读取的重量进行显示。单片机首先通过将时钟模块的RST和SCLK引脚拉低，从高位到地位一次把时间地址写入DS1302的I/O口。当单片机检测到时钟信号的上升沿时，通过I/O口将时间地址发送到时钟芯片，等待检测到时钟信号的下降沿的时候读出时钟信息。矩阵键盘是由16个按键组成，它的功能是实现数字0-9的输入，去皮，合计等。复位按键的功能是实现单片机的复位，语音模块的主要作用是报时以及语音播报称重相关信息。
图2.2 系统框图
复位电路：人为的加一个复位脉冲到单片机的RESET引脚，
（2）DS1302时钟模块：本次毕业设计是采用DS1302时钟芯片供完整的时钟信息，包括秒、分、时、日、星期、月、年的信息。DS1302是本次设计中电子钟功能的核心，它的晶振是32.768K。
（3）压力数据采集模块：HX711是一款高精度的专为电子秤设计的24位模数转化器芯片，芯片内包括时钟振荡器，稳压电源，以及同类芯片所需的外围电路。能够对传感器所受的压力进行准确的测量，测量范围为0~5KG，通过单片机的P3.1外部中断0读取数据，然后通过LCD128
1 引言 1
2 总体设计方案 1
2.1 总体方案概述 1
2.2 系统硬件设计 2
2.3 系统软件设计 4
3 硬件系统详细设计 4
3.1 电源供电模块 4
3.2 单片机最小系统 5
3.3 DS1302时钟模块 7
3.4 压力数据采集模块 10
3.5 液晶显示模块 15
3.6 按键模块 18
3.6 语音模块 19
4 软件系统详细设计 22
4.1 软件开发工具Keil介绍 22
4.2 程序设计思路 22
4.3 程序流程图 24
5 系统测试 29
结论 33
致谢 34
参考文献 35
1 引言
在我们的日常生活中的方方面面，电子秤都是不可或缺的。电子秤是商业领域最基本的衡具，物品质量的称量是市场交易中最基本的内容。随着电子与通信技术的日益进步，其应用也越来越普遍，用户对于电子秤的精度和功能的要求也愈来愈高。在上世纪七十年代，发达国家均加大对传感器技术的研发力度，对电子秤的设计与开发送产也更加重视。
多种称重传感器各项性能的不断优化和升级，给电子秤设计水平的不断提高打下了良好的基础。传统机械称在结构和原理上逐渐被数字电子秤取代。较之传统的机械称，数字电子秤拥
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
品质量的称量是市场交易中最基本的内容。随着电子与通信技术的日益进步，其应用也越来越普遍，用户对于电子秤的精度和功能的要求也愈来愈高。在上世纪七十年代，发达国家均加大对传感器技术的研发力度，对电子秤的设计与开发送产也更加重视。
多种称重传感器各项性能的不断优化和升级，给电子秤设计水平的不断提高打下了良好的基础。传统机械称在结构和原理上逐渐被数字电子秤取代。较之传统的机械称，数字电子秤拥有称量精度高，自动化，智能化，人性化等优点。目前市场上所使用的电子秤，存在结构复杂、生产成本高、维修困难、精度不稳定以及运行不稳定等缺点。各种中小公司由于技术力量薄弱，缺乏产品的研发创新能力，生产出的电子秤多处在低层次。因此，针对不同的应用领域，在技术上改善上述电子秤的不足之处设计出具有实用性的数字称，
数字电子秤的工作原理是当货物被放在电子秤的秤盘上时，货物对秤盘的压力施加给传感器，使传感器中的弹性元件发送形变阻抗发送改变，从而引起激励电压的变化，输出一个变化的模拟信号；由于模拟信号十分微弱，通过信号放大电路对模拟信号进行放大，放大后的信号输出到模数转换器，将模拟信号转化为便于MUC预算控制的数字信号。MUC根据用户指令对数字信号进行处理，计算出最后的结果，通过语音播报并将结果输出至显示器。
2 总体设计方案
2.1 总体方案概述
本次设计的数字电子秤系统采用了软件与硬件结合的设计方式，在设计开始时，使用Protel99SE将电路原理图构建出来，本系统的电路原理图如下图2.1所示，将12MHz的晶振连接到单片机的XTAL1和XTAL2 两个引脚上，同时匹配两个无极性电容（电容值通常为30pF）；通过按键复位的方式进行上电复位。时钟芯片DS1302的VCC2引脚接到电压为+5V的电源，VCC2连接到电压为3V的电子电池的正极。DS1302时钟芯片的时钟使能RST管脚与单片机的P1.2口相连，时钟信息传输I/O口和单片机的P1.1口相连，时钟信号SCLK口和单片机的P1.0相连。本系统采用的是矩阵键盘来进行人机交互。很明显，矩阵键盘比独立按键的接法要繁杂许多，为了减少对I/O的占用，可以使用把按键排列成矩阵的方法。各行线和列线的交点连接上一个按键来控制这条线路的通断[1]。在本次设计中，矩阵键盘的行线连接到P1.0-P1.3。列线P1.4-P1.7为输入线，分别接四个上拉电阻至5V电源的正极。蜂鸣器与三极管串接，通过三级管将电路信号进行放大。三极管的发射极接蜂鸣器的负极，基级通过一个1K的电阻接到单片机的P2.7口，集电极接地，正极接5V电源。数字电子秤用到的电子秤专用A/D转化芯片HX711一共有四个外接引脚，其中串口数据输出端口DOUT接到单片机的外部中断0即P3.2（采用中断的方式读取数据），SCK串口时钟输入端口接单片机的普通I/O即可，本次设计将SCK接至P3.3。由于电源采用4节1.5V的电池供电，所以要通过使用两个滤波电容进行滤波，从而得到系统所需的5V电压。利用Protel完成本次毕设的电路后，使用Keil软件进行代码的编写，并通过仿真软件Protues验证电路的正确性并实现相应功能[2]。
图2.1 电路原理图
2.2 系统硬件设计
本次设计的数字电子秤的系统如图2.2所示。本设计由矩阵键盘，复位电路，时钟模块，压力数据采集模块以及LCD12864液晶屏模块以及语音模块八个部分组成。接通电源启动电路后，单片机先进行初始化，主要包括液晶屏的初始化以及时钟模块的初始化。与此同时，由于HX711模数转化模块的DOUT数据输出引脚接到单片机的P3.2外部中断0，当压力传感器所受压力发送变化时，外部中断0接收到一个下降沿的脉冲，由此产生中断。HX711模数转换器的SCK时钟输入引脚接到单片机的P3.3,获得时钟信号。使用中断采集模数转换的信号，由于压力传感所受的微弱外力都会引发中断，所以单片机在不断的进入中断读取数据。等液晶屏LCD12864显示模块准备到位后，对读取的重量进行显示。单片机首先通过将时钟模块的RST和SCLK引脚拉低，从高位到地位一次把时间地址写入DS1302的I/O口。当单片机检测到时钟信号的上升沿时，通过I/O口将时间地址发送到时钟芯片，等待检测到时钟信号的下降沿的时候读出时钟信息。矩阵键盘是由16个按键组成，它的功能是实现数字0-9的输入，去皮，合计等。复位按键的功能是实现单片机的复位，语音模块的主要作用是报时以及语音播报称重相关信息。
图2.2 系统框图
复位电路：人为的加一个复位脉冲到单片机的RESET引脚，
（2）DS1302时钟模块：本次毕业设计是采用DS1302时钟芯片供完整的时钟信息，包括秒、分、时、日、星期、月、年的信息。DS1302是本次设计中电子钟功能的核心，它的晶振是32.768K。
（3）压力数据采集模块：HX711是一款高精度的专为电子秤设计的24位模数转化器芯片，芯片内包括时钟振荡器，稳压电源，以及同类芯片所需的外围电路。能够对传感器所受的压力进行准确的测量，测量范围为0~5KG，通过单片机的P3.1外部中断0读取数据，然后通过LCD128
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