单片机的超收银机的设计与实现【字数：12097】
摘 要基于科学技术的不断发展，在人们日常生活中及各个社会阶层中普遍被利用微电子技术。收银工具便是其中发展较明显的一种，随着科技的进步，人们的需求在在提高，而具有繁复工作量、单一功能等缺点的传统收银方式依然不能满足人们日益提高的收银要求了。而在收银工具原有的基础功能上，以人们的需求为标准，将功能引进人性化、智能化及自动化的电子技术使其不断更新，形成新的收银系统。本文将研究收银系统，基于分析结果，研发一款适合超市使用的收银机系统。该收银系统自动、智能及人性化主要是基于单片机实现的，对物体称重是通过称重传感器完成的，利用HX711 A/D转换器输入转换后的信号，基于LCD12864显示单元将单片机处理过后的数据显示出来，而价格及其他需要的参数则需要通过按键来操控，使收银机的性能更加好，具有丰富的功能，功耗及价格相对较低的优势。通过研究相关资料将设计方案确定，基于电路设计要求搭建仿真电路，并对电路的每个模块进行调试，直到符合电路要求，一套完整的收银系统基于电路整合后便已完成。接着进行实验对系统进行验证，目标是实现0-10kg 的实物测量中达到5g的测试精度，可以实时修改价格，液晶屏幕可以准确及时的显示内容，并实现超限警报等。摘 要 ..........................................................................................................................................Ⅰ
目 录
Abstract .....................................................................................................................................Ⅱ
1.系统设计方案 1
1.1系统方案设计 1
1.2硬件模块选择 2
2.硬件部分设计 6
2.1 单片机 6
2.2传感器 9
2.3 ADC转换电路设计 10
2.4显示部分 12
2.5按键部分 14
2.6警报 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
电路 15
2.7供电部分 16
2.8控制计算公式 16
3.软件部分设计 17
3.1 开发环境 18
3.2 主体程序设计 18
3.2.1 主程序设计 18
3.2.2 中断程序设计 19
4.系统测试 21
4.1 系统调试 21
4.2 软件测试 23
4.3 硬件测试 21
4.4 仿真 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录 29
1系统设计方案
该系统基于设计需求被分为采集数据、传感控制器、电路键盘及LCD显示4个模块。顺序是给物体称重，将重量转换成电压信号，再把电压信号转换数字信号，接着传给AT89S52单片机，LCD显示器被单片机所控制而将重量显示出来。
1.1 系统方案设计
阅读者基于系统框架图可以直观的了解整个系统的思路，阅读前先统观整体框架笔者的思路更加容易了解。
图1.1整体系统框架
根据我的设计需求，系统称重的主控器件是AT89S52，类似中央处理器的核心部分。而称重传感器则是利用高精度的电阻应变式传感器测量被测物体的信号，从根本上保证了系统的测量精度 [3]；在数模转换模块选取了HX711芯片作为称重装置的A/D转换器件，该芯片内置稳压电源可以为传感器提供电源并且有高增益、高精度的优点，能够把模拟电信号转换为数字电信号；在显示单元中使用了LCD12864显示器，并且可以将测量物的价格、重量及金额及时精准的显示出来；而人机交换的界面是使单片机I/O接口资源得到节约的4*4矩阵键盘；系统最后的报警系统利用的是蜂鸣器超量程报警，而整个系统最终要的部分是单片机C语言编程的应用，对所有电路进行控制，使精准测量物体的功能实现，使该系统具备了高性价比、简单方便、耗能低等优点。该电子秤的实现了高精度的精准称重功能 [4]。
1.2硬件模块选择
1、选择单片机控制器
方案1：利用51单片机
方案2：利用AVR单片机
对比：基于两种单片机的性能比较，21单片机在内部资源方面不如AVR单片机资源丰富；而基于实用性来分析，21单片机技术上相对来说较成熟，而且具有非常便捷的学习性；基于学习时间来对比，则51单片机的学习耗时低于AVR单片机；从综合方面考量，该系统对便捷性的要求比丰富的内部资源更加迫切，因此更倾向于通用便捷的51单片机。综上所述，本设计的系统控制MCU采用方案1中的51单片机。
2、择选传感器
方案1：压电传感器
方案2：电阻应变式传感器
压电传感器又被称作自发电式传感器，是较常见的有源传感器。其优点便是小体积、简单的结构、重量较轻、工作简单可靠。在出现受到外力后电荷便出现在其表面，而形成了压电效应便是其基本工作原理。如今在动态里、压力及加速度的测量运用较多，静态量的测量便无用，由此可见，测量动态力学量比较适用，被测量物若测频率过低则不适用。功率小及内阻高的缺点也显露无遗。其输出的能量基于小功率的作用下较弱，而输出特性受噪声干扰及电缆的电容分布的影响，由此我们可知知道压电传感器要求较高。
电阻应变式传感器属于结构型传感器，基于电阻应变效应被转换为电信号。而核心元件是电阻应变片，利用材料的电阻应变效应便是其工作原理。结合弹性元件作为敏感元件便又成了力学量传感器。电阻应变效应则是机械的变形引起导体电阻发生变化。机械应变信号基于电阻应变片而被转换为△R/R后，基于电阻及应变量微小的变化不易测量准确和处理，因此，应变片的△R/R变化通常采用测量电桥的转换电路将其转换为电流或电压变化。
直流电桥的特点便是较强的抗干扰能力，因为各导线及元件的分布电容及电感不会对信号产生影响。不过由于机械应变通常信号输出较小，因此需要放大器进行放大，且要求高稳定性及高增益。
阐述应变片式传感器涵盖的特点：
(1)各种机械量传感器都可以由应变片制成，因此有较广泛的测量和应用范围。
(2)高灵敏度及分辨力，由此可见，精度极高。
(3)基于轻小的结构，对试件产生较小的影响，比较容易适应复杂的环境，在特殊的高压、磁场强及高温的环境依然可以使用，而且有较好的频率响应。
(4)便捷使用，可商品化，自动化及远距离测量易实现。
基于以上详细的对比分析传感器的优缺点，选定了方案2,基于0～10Kg的设计要求，且小于0.005Kg的重量误差，因此为了满足系统精度需求，选择了10Kg量程、0.01%精度及0.005Kg量程误差的CZLA型称重传感器。
3、择选显示器方案
方案1：利用1602显示方式进行内容显示。
目 录
Abstract .....................................................................................................................................Ⅱ
1.系统设计方案 1
1.1系统方案设计 1
1.2硬件模块选择 2
2.硬件部分设计 6
2.1 单片机 6
2.2传感器 9
2.3 ADC转换电路设计 10
2.4显示部分 12
2.5按键部分 14
2.6警报 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
电路 15
2.7供电部分 16
2.8控制计算公式 16
3.软件部分设计 17
3.1 开发环境 18
3.2 主体程序设计 18
3.2.1 主程序设计 18
3.2.2 中断程序设计 19
4.系统测试 21
4.1 系统调试 21
4.2 软件测试 23
4.3 硬件测试 21
4.4 仿真 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录 29
1系统设计方案
该系统基于设计需求被分为采集数据、传感控制器、电路键盘及LCD显示4个模块。顺序是给物体称重，将重量转换成电压信号，再把电压信号转换数字信号，接着传给AT89S52单片机，LCD显示器被单片机所控制而将重量显示出来。
1.1 系统方案设计
阅读者基于系统框架图可以直观的了解整个系统的思路，阅读前先统观整体框架笔者的思路更加容易了解。
图1.1整体系统框架
根据我的设计需求，系统称重的主控器件是AT89S52，类似中央处理器的核心部分。而称重传感器则是利用高精度的电阻应变式传感器测量被测物体的信号，从根本上保证了系统的测量精度 [3]；在数模转换模块选取了HX711芯片作为称重装置的A/D转换器件，该芯片内置稳压电源可以为传感器提供电源并且有高增益、高精度的优点，能够把模拟电信号转换为数字电信号；在显示单元中使用了LCD12864显示器，并且可以将测量物的价格、重量及金额及时精准的显示出来；而人机交换的界面是使单片机I/O接口资源得到节约的4*4矩阵键盘；系统最后的报警系统利用的是蜂鸣器超量程报警，而整个系统最终要的部分是单片机C语言编程的应用，对所有电路进行控制，使精准测量物体的功能实现，使该系统具备了高性价比、简单方便、耗能低等优点。该电子秤的实现了高精度的精准称重功能 [4]。
1.2硬件模块选择
1、选择单片机控制器
方案1：利用51单片机
方案2：利用AVR单片机
对比：基于两种单片机的性能比较，21单片机在内部资源方面不如AVR单片机资源丰富；而基于实用性来分析，21单片机技术上相对来说较成熟，而且具有非常便捷的学习性；基于学习时间来对比，则51单片机的学习耗时低于AVR单片机；从综合方面考量，该系统对便捷性的要求比丰富的内部资源更加迫切，因此更倾向于通用便捷的51单片机。综上所述，本设计的系统控制MCU采用方案1中的51单片机。
2、择选传感器
方案1：压电传感器
方案2：电阻应变式传感器
压电传感器又被称作自发电式传感器，是较常见的有源传感器。其优点便是小体积、简单的结构、重量较轻、工作简单可靠。在出现受到外力后电荷便出现在其表面，而形成了压电效应便是其基本工作原理。如今在动态里、压力及加速度的测量运用较多，静态量的测量便无用，由此可见，测量动态力学量比较适用，被测量物若测频率过低则不适用。功率小及内阻高的缺点也显露无遗。其输出的能量基于小功率的作用下较弱，而输出特性受噪声干扰及电缆的电容分布的影响，由此我们可知知道压电传感器要求较高。
电阻应变式传感器属于结构型传感器，基于电阻应变效应被转换为电信号。而核心元件是电阻应变片，利用材料的电阻应变效应便是其工作原理。结合弹性元件作为敏感元件便又成了力学量传感器。电阻应变效应则是机械的变形引起导体电阻发生变化。机械应变信号基于电阻应变片而被转换为△R/R后，基于电阻及应变量微小的变化不易测量准确和处理，因此，应变片的△R/R变化通常采用测量电桥的转换电路将其转换为电流或电压变化。
直流电桥的特点便是较强的抗干扰能力，因为各导线及元件的分布电容及电感不会对信号产生影响。不过由于机械应变通常信号输出较小，因此需要放大器进行放大，且要求高稳定性及高增益。
阐述应变片式传感器涵盖的特点：
(1)各种机械量传感器都可以由应变片制成，因此有较广泛的测量和应用范围。
(2)高灵敏度及分辨力，由此可见，精度极高。
(3)基于轻小的结构，对试件产生较小的影响，比较容易适应复杂的环境，在特殊的高压、磁场强及高温的环境依然可以使用，而且有较好的频率响应。
(4)便捷使用，可商品化，自动化及远距离测量易实现。
基于以上详细的对比分析传感器的优缺点，选定了方案2,基于0～10Kg的设计要求，且小于0.005Kg的重量误差，因此为了满足系统精度需求，选择了10Kg量程、0.01%精度及0.005Kg量程误差的CZLA型称重传感器。
3、择选显示器方案
方案1：利用1602显示方式进行内容显示。
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