AT89C51单片机的电子秤设计
AT89C51单片机的电子秤设计[20200131183031]
摘要
本次电子秤的设计主要是以芯片为AT89C51为主体，实现电子秤的基本功能。本系统的硬件组成部分包括了单片机最小系统、数据采集部分和人机交互界面。其中数据采集部分包括传感器、放大电路、A/D转换器。人机交互界面包括显示电路、键盘电路。此次电子秤的设计主要实现了称重功能，超重报警功能，记忆单价功能，自动算出总价功能以及显示单价、总量、总价功能。这些功能实现主要是利用了Keil软件进行C语言程序编写，将这些重要的功能编写出来并传到芯片上，再利用了Proteus仿真将这些功能仿真出来。这些功能适应了现代化设计的要求，也满足了人类的需求。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51、传感器、A/D转换器、LCD显示器
引言 1
(一)电子秤的发展 1
（二）本课题设计的意义 1
（三）主要的工作内容 2
一、系统方案选型 2
（一）数据采集模块以及选型 2
1.传感器的介绍和选型 2
2.放大器的选择和优点 3
3.A/D转换器选择及优点 4
（二）显示器的介绍和选择 5
（三）键盘输入选择 5
二、电子秤硬件电路设计 6
（一）AT89C51最小系统设计 6
1.AT89C51介绍 6
2.AT89C51最小系统构成 8
（二）数据采集模块电路设计 8
（三）显示电路设计 9
（四）键盘电路设计 9
（五）报警电路设计 9
三、软件系统设计 10
（一）主程序设计 10
（二）子程序设计 10
1.A/D转换电路子程序流程图 10
2.显示子程序流程 11
3.按键子程序 11
四、软件仿真及调试 13
参考文献 14
致 谢 14
附 录 16
（一）电路原理图 16
（二）C语言程序 16
引言
(一)电子秤的发展
衡器是工业生产和日常生活中必不可少的称量仪器。长期以来，人们一直用机械杠杆进行称重，如：台秤、地秤等。但是这种称量仪器具有结构复杂、支承（刀口和刀座）较弱且易腐蚀和锈蚀、对工作环境要求严格、维修工作量大、最大的缺点还在于称重的速度慢、效率低、不能适应生产发展的需要。后来在六十年代为了克服这一系列缺点研制了一种几点结合一起的自动秤，它由杠杆系统、光栅装置和电子线路三部分组成，这种电子秤的精度不仅提高，使用更方便了，重量值也可用数字直观显示，并且称重信号可远距离传送，但是不能进行动态测量，工作效率仍然很低，由于模拟电路元件易受到温度的影响，所以称重精度也不高。六十年代后，由于工业生产和运输的需要，出现了电子式轨道衡器。此后，电子秤不断的发展，特别是力传感器在精度上的突破（包括非线性、滞后、热效应及蠕变等在内的综合误差达到满量程的0.2%），使得电子秤的发展有了广泛的背景。近些年来，微处理器的出现和非电量电测技术的发展以及测力传感器的精度不断的提高，便出现了专用称重传感器。目前这种传感器的综合误差（包括非线性、滞后、热效应及蠕变等在内）已达到满量程的0.02%，其称重精度可达到0.03%F*S。现代，随着传感器、微处理器等技术的发展，电子秤可以完成连续称重、远距离传送、显示、记录及设定信号，与微处理器连用实现在线测量和控制，可以根据预先编制好的程序对称重过程进行监控，完成对称重仪表的自动校准，自动零点跟踪，自动切换量程，自动逻辑判断，自动存取更新调节值或系数，自动完成重量测试。除此之外，还可以对采集的重量数据进行计算，并对测量的结果进行各种参数分析和修正，自动求和以及显示重量、皮重、净重、单价等。特别是应用微处理器可以实现动态称重过程中的实时分析和数据处理及过程控制。
随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量和仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。而且现在国内的电子秤技术基本上达到了20世纪90年代中期的发展水平。当今社会电子秤朝着小型化、模块化、集成化、智能化、综合化、组合化的趋势发展。
（二）本课题设计的意义
传统的机械秤有很多的缺点。随着社会的发展，市场对称的要求越来越高，尤其是对人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。而且目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，成本过高，还有整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出一套具有使用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有实现意义。
根据不同的领域的范围，可以分为在工业计量应用领域有电子天平、珠宝秤、市场计价秤等；在民用秤主要有厨房秤、人体秤、便携式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高，而民用消费类的应用对精度的要求不高，但对秤的外观、智能型、便携式却又很高的要求。
（三）主要的工作内容
本次系统主要实现的功能除了称重这一项基本功能外，还需要实现超重报警功能，记忆单价功能，自动算出总价功能以及显示单价、总量、总价功能。而这些功能适应了现代化设计的要求，也满足了人类的需求。
在设计期间，对电子秤的原理以及各软件、硬件模块做了认真的分析、研究。根据不同的分析，主要对系统模块的划分、A/D精度的考虑、单片机与外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等。
一、系统方案选型
本课题设计的电子秤主要由单片机最小系统、数据采集模块和人机交互界面三大部分组成。其中数据采集模块是由压力传感器、前端信号放大器、A/D转换器三部分组成。而人机交互界面分为键盘输入和液晶显示。
（一）数据采集模块以及选型
电子秤的数据采集模块包括：传感器、前端信号放大电路、A/D转化电路三个部分，下面我们论证一下。
1.传感器的介绍和选型
随着信息科技与微电子技术，特别是微型计算机与通信技术的迅猛发展，传感器技术成为了现代信息科技的主要内容之一。近阶段传感器的发展又走向了与微处理器、微型计算机相结合的必经之路，传感器的概念就得到了进一步的扩充。传感器是一种能把特定的被测信号按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。他们的共同特点是利用各种物理、化学、生物效应等实现对被检测量的测量。传感器具有信息收集、信息数据的转换、控制信息的采集等作用。
显而易见，本次的电子秤设计需要选用的是压力传感器。因此本次设计根据压力传感器性能不同设立出以下两种不同的方案。
方案一：压电式传感器，这种传感器的工作原理是基于某些材料受力后在相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器的优点有很多，比如体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，很适合动态力学的测量。但是它的内阻高、功率小，使输出的能量微弱，而且对外接电路要求很高。
方案二：电阻应变片式传感器，这种传感器的工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学传感器。它主要的优先在于：
（1）应用和测量的范围广，应变片可制成各种机械量传感器。
（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。
（3）结构轻小，适应能力强，频率响应好。
（4）商品化，使用方便,便于实现远距离、自动化测量。
通过对不同传感器的分析和比较，再综合电子秤系统功能，选择了第二种方案即电阻应变片式传感器。它的主要原理图如下,见图1-1：
图1-1 电阻应变片式传感器原理图
根据原理图中，当应变片产生形变的时候，输出的信号电压可由下式给出：
2.放大器的选择和优点
传感器输出的毫伏级的电压信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模信号。为此，测量电路中常设有模拟放大放大环节，而这一环节目前主要依靠集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。对放大器一般都有如下的要求：1、输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测量电压造成偏差；2、抗共模电压干扰能力强；3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性、输入漂移和噪声应足够小以保证要求的性噪比，从而保证放大器输出性能稳定；4、能附加一些适应特定要求的电路，如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换，极性自动变换等。根据这个要求本次设计选择了两种不同的方案。
方案一：高精度低漂移运算放大器构成的差动放大电路，原理图见图1-2。此放大器的主要优点是输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗；中间级为差动放大电路，滑动电阻可以调节输出零点；最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足量程的要求。但它的缺点是由于此电路的R3、R4相等，误差将会影响输出精度，难度较大，而且电路的每一个运放都会产生较大的噪声，不利于本次电子秤精度的要求。
摘要
本次电子秤的设计主要是以芯片为AT89C51为主体，实现电子秤的基本功能。本系统的硬件组成部分包括了单片机最小系统、数据采集部分和人机交互界面。其中数据采集部分包括传感器、放大电路、A/D转换器。人机交互界面包括显示电路、键盘电路。此次电子秤的设计主要实现了称重功能，超重报警功能，记忆单价功能，自动算出总价功能以及显示单价、总量、总价功能。这些功能实现主要是利用了Keil软件进行C语言程序编写，将这些重要的功能编写出来并传到芯片上，再利用了Proteus仿真将这些功能仿真出来。这些功能适应了现代化设计的要求，也满足了人类的需求。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51、传感器、A/D转换器、LCD显示器
引言 1
(一)电子秤的发展 1
（二）本课题设计的意义 1
（三）主要的工作内容 2
一、系统方案选型 2
（一）数据采集模块以及选型 2
1.传感器的介绍和选型 2
2.放大器的选择和优点 3
3.A/D转换器选择及优点 4
（二）显示器的介绍和选择 5
（三）键盘输入选择 5
二、电子秤硬件电路设计 6
（一）AT89C51最小系统设计 6
1.AT89C51介绍 6
2.AT89C51最小系统构成 8
（二）数据采集模块电路设计 8
（三）显示电路设计 9
（四）键盘电路设计 9
（五）报警电路设计 9
三、软件系统设计 10
（一）主程序设计 10
（二）子程序设计 10
1.A/D转换电路子程序流程图 10
2.显示子程序流程 11
3.按键子程序 11
四、软件仿真及调试 13
参考文献 14
致 谢 14
附 录 16
（一）电路原理图 16
（二）C语言程序 16
引言
(一)电子秤的发展
衡器是工业生产和日常生活中必不可少的称量仪器。长期以来，人们一直用机械杠杆进行称重，如：台秤、地秤等。但是这种称量仪器具有结构复杂、支承（刀口和刀座）较弱且易腐蚀和锈蚀、对工作环境要求严格、维修工作量大、最大的缺点还在于称重的速度慢、效率低、不能适应生产发展的需要。后来在六十年代为了克服这一系列缺点研制了一种几点结合一起的自动秤，它由杠杆系统、光栅装置和电子线路三部分组成，这种电子秤的精度不仅提高，使用更方便了，重量值也可用数字直观显示，并且称重信号可远距离传送，但是不能进行动态测量，工作效率仍然很低，由于模拟电路元件易受到温度的影响，所以称重精度也不高。六十年代后，由于工业生产和运输的需要，出现了电子式轨道衡器。此后，电子秤不断的发展，特别是力传感器在精度上的突破（包括非线性、滞后、热效应及蠕变等在内的综合误差达到满量程的0.2%），使得电子秤的发展有了广泛的背景。近些年来，微处理器的出现和非电量电测技术的发展以及测力传感器的精度不断的提高，便出现了专用称重传感器。目前这种传感器的综合误差（包括非线性、滞后、热效应及蠕变等在内）已达到满量程的0.02%，其称重精度可达到0.03%F*S。现代，随着传感器、微处理器等技术的发展，电子秤可以完成连续称重、远距离传送、显示、记录及设定信号，与微处理器连用实现在线测量和控制，可以根据预先编制好的程序对称重过程进行监控，完成对称重仪表的自动校准，自动零点跟踪，自动切换量程，自动逻辑判断，自动存取更新调节值或系数，自动完成重量测试。除此之外，还可以对采集的重量数据进行计算，并对测量的结果进行各种参数分析和修正，自动求和以及显示重量、皮重、净重、单价等。特别是应用微处理器可以实现动态称重过程中的实时分析和数据处理及过程控制。
随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量和仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。而且现在国内的电子秤技术基本上达到了20世纪90年代中期的发展水平。当今社会电子秤朝着小型化、模块化、集成化、智能化、综合化、组合化的趋势发展。
（二）本课题设计的意义
传统的机械秤有很多的缺点。随着社会的发展，市场对称的要求越来越高，尤其是对人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。而且目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，成本过高，还有整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出一套具有使用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有实现意义。
根据不同的领域的范围，可以分为在工业计量应用领域有电子天平、珠宝秤、市场计价秤等；在民用秤主要有厨房秤、人体秤、便携式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高，而民用消费类的应用对精度的要求不高，但对秤的外观、智能型、便携式却又很高的要求。
（三）主要的工作内容
本次系统主要实现的功能除了称重这一项基本功能外，还需要实现超重报警功能，记忆单价功能，自动算出总价功能以及显示单价、总量、总价功能。而这些功能适应了现代化设计的要求，也满足了人类的需求。
在设计期间，对电子秤的原理以及各软件、硬件模块做了认真的分析、研究。根据不同的分析，主要对系统模块的划分、A/D精度的考虑、单片机与外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等。
一、系统方案选型
本课题设计的电子秤主要由单片机最小系统、数据采集模块和人机交互界面三大部分组成。其中数据采集模块是由压力传感器、前端信号放大器、A/D转换器三部分组成。而人机交互界面分为键盘输入和液晶显示。
（一）数据采集模块以及选型
电子秤的数据采集模块包括：传感器、前端信号放大电路、A/D转化电路三个部分，下面我们论证一下。
1.传感器的介绍和选型
随着信息科技与微电子技术，特别是微型计算机与通信技术的迅猛发展，传感器技术成为了现代信息科技的主要内容之一。近阶段传感器的发展又走向了与微处理器、微型计算机相结合的必经之路，传感器的概念就得到了进一步的扩充。传感器是一种能把特定的被测信号按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。他们的共同特点是利用各种物理、化学、生物效应等实现对被检测量的测量。传感器具有信息收集、信息数据的转换、控制信息的采集等作用。
显而易见，本次的电子秤设计需要选用的是压力传感器。因此本次设计根据压力传感器性能不同设立出以下两种不同的方案。
方案一：压电式传感器，这种传感器的工作原理是基于某些材料受力后在相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器的优点有很多，比如体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，很适合动态力学的测量。但是它的内阻高、功率小，使输出的能量微弱，而且对外接电路要求很高。
方案二：电阻应变片式传感器，这种传感器的工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学传感器。它主要的优先在于：
（1）应用和测量的范围广，应变片可制成各种机械量传感器。
（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。
（3）结构轻小，适应能力强，频率响应好。
（4）商品化，使用方便,便于实现远距离、自动化测量。
通过对不同传感器的分析和比较，再综合电子秤系统功能，选择了第二种方案即电阻应变片式传感器。它的主要原理图如下,见图1-1：
图1-1 电阻应变片式传感器原理图
根据原理图中，当应变片产生形变的时候，输出的信号电压可由下式给出：
2.放大器的选择和优点
传感器输出的毫伏级的电压信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模信号。为此，测量电路中常设有模拟放大放大环节，而这一环节目前主要依靠集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。对放大器一般都有如下的要求：1、输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测量电压造成偏差；2、抗共模电压干扰能力强；3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性、输入漂移和噪声应足够小以保证要求的性噪比，从而保证放大器输出性能稳定；4、能附加一些适应特定要求的电路，如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换，极性自动变换等。根据这个要求本次设计选择了两种不同的方案。
方案一：高精度低漂移运算放大器构成的差动放大电路，原理图见图1-2。此放大器的主要优点是输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗；中间级为差动放大电路，滑动电阻可以调节输出零点；最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足量程的要求。但它的缺点是由于此电路的R3、R4相等，误差将会影响输出精度，难度较大，而且电路的每一个运放都会产生较大的噪声，不利于本次电子秤精度的要求。
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