電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要電子秤是將檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器。它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密結(jié)合息息相關(guān)。電子稱主要以單片機(jī)作為中心控制單元，通過稱重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強(qiáng)大軟件來組成。電子稱不但計(jì)量準(zhǔn)確、快速方便，更重要的自動稱重、數(shù)字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從硬件電路設(shè)計(jì)，軟件編程調(diào)試，實(shí)物焊接調(diào)試三部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。硬件電路主要是基于單片機(jī)STC89S52為核心的控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，采用壓力傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711對傳感器采集到的模擬量進(jìn)行A

2、D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行處理顯示，數(shù)據(jù)顯示由LCD1602液晶實(shí)現(xiàn)，液晶顯示效果穩(wěn)定無閃爍。關(guān)鍵字：STC89S52單片機(jī)；電子秤；壓力傳感器；HX711。1緒論稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計(jì)量器具，是國計(jì)民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟(jì)效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)

3、代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。電子秤是稱重技術(shù)中的一種新型儀表，廣泛應(yīng)用于各種場合。電子秤與機(jī)械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、實(shí)用價(jià)值強(qiáng)、維護(hù)方便等特點(diǎn)，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠(yuǎn)傳，易于實(shí)現(xiàn)重量顯示數(shù)字化，易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率。從世界水平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤

4、。我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型?，F(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點(diǎn)從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。電子稱重的實(shí)現(xiàn)首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)A

5、/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互液晶顯示界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給控制器處理，由控制器完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。此部分對軟件的設(shè)計(jì)要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)過載報(bào)警提示功能。2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)電子秤的方案有以下幾種：方案一 數(shù)

6、碼管顯示：數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換單片機(jī)處理LED顯示圖1 數(shù)碼管顯示方案此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。由此設(shè)計(jì)出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。缺點(diǎn)是：硬件部分簡單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購物清單的要求。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)

7、不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示：數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換單片機(jī)處理LED顯示按鍵處理圖2帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡圖此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。方案三 前端信號處理時(shí)，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施來增加信號采集強(qiáng)度但

8、會增加相應(yīng)的設(shè)計(jì)成本；顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD顯示器。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)需要增加擴(kuò)展功能時(shí)可以通過切換液晶顯示界面的方式來實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3所示：數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)處理LCD顯示按鍵處理信號放大圖3帶有鍵盤輸入及液晶顯示的結(jié)構(gòu)簡2.2系統(tǒng)元器件選型及器件參數(shù)介紹2.2.1單片機(jī)選型單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價(jià)格便宜等要求，鑒于以上考慮本課題選擇AT89S52作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片。AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k

9、 Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫10000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)1，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S52芯片具有以下特性2：指令集和芯片引腳與Intel公司的8051兼容；8KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲器；時(shí)鐘頻率為033MHz；128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）；32個(gè)可編程輸入/輸出引腳；2個(gè)16位

10、定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源，2級優(yōu)先級；全雙工串行通信接口；監(jiān)視定時(shí)器；2個(gè)數(shù)據(jù)指針。AT89S52單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。AT89S52單片機(jī)引腳圖如圖4所示：圖4 AT89S52單片機(jī)引腳圖2.2.2傳感器選擇 壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。壓電器件的弱

11、點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對外接電路要求很高。電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。直流電橋的

12、特點(diǎn)是信號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。圖5為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E： RdRaRcRbRes Bridge EinEout圖5 傳感器內(nèi)部連接圖當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開路，此時(shí)直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有：= （2.1）當(dāng)滿足條件R1R3=R2R4時(shí)，即（2.2）=0，即電橋平衡。式（2.2）稱平衡條件。應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。若差動工作，即R1=R-R

13、,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.1），則電橋輸出為 (2.3) 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：（1）應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。（3）結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小， 對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。（4）商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動化測量5。 通過對壓力傳感器與電阻應(yīng)變式傳感器比較分析，最終選擇了第二種方案。題目要求稱重范圍05Kg,滿量程量誤差不大于0.005Kg，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重5Kg。我們選擇的是電阻應(yīng)變

14、片壓力傳感器，量程為5Kg，精度為0.01% ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。2.2.3 顯示器選擇方案一 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰

15、數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管顯示信息有限，當(dāng)顯示信息較多時(shí)需要多個(gè)數(shù)碼管級聯(lián)方可，這樣會造成硬件連接復(fù)雜，成本增加；數(shù)碼管對大部分字符不能很好的顯示，動態(tài)掃描時(shí)處理不好易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。方案二 LCD字符液晶顯示采用點(diǎn)陣字符型 LCD 液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件，但采用LCD液晶顯示會造成設(shè)計(jì)成本增加

16、。LCD1602可以顯示2行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0-D7，和 RS、R/W、 EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光4。具體引腳說明如表圖6所示。圖6 LCD1602字符液晶引腳定義LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個(gè)不同 的點(diǎn)陣字符圖形，如表 1 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、 常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，它的讀寫操作、 屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。最后綜合了多方面因素的考慮采用了方案二，選擇 LCD1602 顯示器作為系統(tǒng)的顯示界面。2.2.

17、4 AD轉(zhuǎn)換芯片選擇 HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A 或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A 的可編程增益為128 或64，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為20mV或40mV。通道B 則為固定的64 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的

18、穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機(jī)的初始化過程。芯片管腳圖如圖7所示。圖7 HX711管腳定義HX711典型應(yīng)用電路如圖8所示。圖8 HX711典型應(yīng)用電路3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)中 51 單片機(jī)及 AD 轉(zhuǎn)換芯片及液晶顯示器所需供電電壓均為 5V 電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用雙電源接口供電方式，USB 接口供電方便程序調(diào)試，也可采用外置電源作為系統(tǒng)的供電電源，但是需另加三端穩(wěn)壓器件

19、LM7805 作為系統(tǒng)電源的穩(wěn)壓器件以保證系統(tǒng)電壓為穩(wěn)定的直流 5V 電壓，同時(shí)外置電源的輸出電壓要高于 5V輸出，系統(tǒng)電源輸入接口要加濾波電容以確保工作電壓穩(wěn)定。電源輸出接口加上LED 電源指示燈，用來判定電源是否正常工作。該系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 11 所示。C1，C2實(shí)現(xiàn)對電源濾波，以濾除可能存在的高頻雜波對電源的影響，C4實(shí)現(xiàn)對電源電壓的平滑穩(wěn)定作用10，當(dāng)USB接口輸出電壓高時(shí)C4用來儲能，當(dāng)后續(xù)電路負(fù)載過高USB供電不足時(shí)電解電容C4通過釋放儲存的電能來保證電源電壓不跌落。LED0用作電源指示，其亮滅代表電源工作與否，R0用來限流，以保證LED不被燒壞13。3.2系統(tǒng)串口程序下載電路

20、設(shè)計(jì)由于RS-232C的接口電平與TTL兼容接口電平標(biāo)準(zhǔn)不同，所以該接口與TTL兼容電平連接時(shí)需要電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是常用的轉(zhuǎn)換芯片。MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電，該芯片引腳圖如圖12所示。3.3單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控電路由AT89S52單片機(jī)及晶振電路和復(fù)位電路組成，該電路作為整個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心單元，其連接方式如圖14所示。圖14單片機(jī)主控電路晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，

21、是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電.的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回

22、路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線10。復(fù)位電路是用來讓單片機(jī)返回到初始狀態(tài)的輔助電路，其作用是當(dāng)單片機(jī)程序跑飛或系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)狀態(tài)時(shí)可以讓系統(tǒng)從新恢復(fù)工作。本系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)具有上電復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式。3.4系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊，液晶板上排列著若干 57或 510點(diǎn)陣的字符顯示位,每個(gè)顯示位可顯示1個(gè)字符，從規(guī)格上分為每行 8、16、20、24、32、40位，有一行、兩行及四行三類。其與單片機(jī)的連接電路如圖15所示圖15系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路圖 1腳和2腳

23、為液晶1602地和電源引腳，3腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通過10K電位器接地，背光可通過電位器來調(diào)節(jié)亮度；4腳、5腳、6腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2,2端口，714腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，15、16、腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地9。3.5超重報(bào)警提示電路設(shè)計(jì)報(bào)警指示電路用來在稱重測量超出最高值時(shí)報(bào)警提示，以免重量太高的情況下?lián)p壞傳感器。報(bào)警指示電路由PNP三極管9012驅(qū)動蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)IO口控制三極管的基極，當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)單片機(jī)IO口輸出高電平時(shí)

24、，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警。報(bào)警指示電路如圖16所示。圖16報(bào)警指示電路3.6按鍵輸入電路設(shè)計(jì)按鍵輸入電路用來在電子稱測量過程中輸入單價(jià)值，按鍵輸入電路采用4*4矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)，矩陣鍵盤電路如圖17所示。圖17按鍵輸入電路電子稱按鍵功能分配如下表所示：789去皮456清零123累計(jì)0計(jì)算此電子秤是開機(jī)檢測托盤重量，并將托盤重量清零（即電子秤每次開機(jī)后檢測托盤重量，并程序中自動將托盤重量保存在一個(gè)變量中，稱量過程中每次都將獲得的重量減去托盤重量，而得到所要稱量物體的真正的重量），計(jì)算功能：在正確輸入了單價(jià)之后，按下計(jì)算按鍵，將會計(jì)算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價(jià)、總價(jià)。電子日歷時(shí)鐘鍵盤

25、面板：設(shè)置3.7系統(tǒng)硬件電路的繪制與PCB制作3.7.1 Protel99SE軟件介紹本文在硬件電路的設(shè)計(jì)過程中，原理圖和PCB的繪制采用Protel99SE軟件，Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，該軟件以其簡單易操作的優(yōu)勢一直以來備受電子工程師的喜愛，因而也成了很多高校電子相關(guān)專業(yè)EDA工具的必選課程。3.7.2系統(tǒng)原理圖與PCB的繪制采用Protel99SE軟件繪制原理圖和PCB的主要步驟如下所述：1. 建立系統(tǒng)所需原件庫；2. 加載所建原件庫到工程項(xiàng)目中；3. 在原理圖頁面中放置所需元器件并按照電氣性能連接各元件；4. 建立原件封裝

26、庫并加載到工程文件中；5. 繪制好電路后進(jìn)行ERC電氣檢測，并生成網(wǎng)絡(luò)表；6. 在工程中建立PCB文件，導(dǎo)入生成的網(wǎng)絡(luò)表；7. 按照網(wǎng)絡(luò)飛線提示繪制PCB，最后完成DRC檢測13。按照如上步驟最終完成繪制的電路原理圖如圖18所示，PCB線路板圖如圖19所示。圖18 系統(tǒng)整體電路圖圖19 系統(tǒng)PCB圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本電子稱設(shè)計(jì)采用C語言編程，編譯環(huán)境為keil UV3。keil c51 是美國Keil Software 公司出品的51 系列兼容單片機(jī)C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比，C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能

27、強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE 本身或其它編輯器編輯C 或匯編源文件，然后分別有C51 及A51 編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（.HEX），然后通過單片機(jī)的燒寫軟件將HEX 文件燒入單片機(jī)內(nèi)。軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個(gè)方面的操作分別在

28、主程序中來進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。4.1系統(tǒng)主程序軟件流程圖系統(tǒng)軟件部分主程序流程圖如圖20所示。圖20 系統(tǒng)主程序流程圖4.2系統(tǒng)顯示部分流程圖顯示子程序主要是來判斷是否需要顯示,以及如何去顯示,也是十分重要的程序之一。設(shè)計(jì)流程圖如圖21所示。圖21 系統(tǒng)顯示部分流程圖4.3系統(tǒng)按鍵檢測部分流程圖鍵盤電路設(shè)計(jì)成4X4矩陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)流程圖如圖22所示。圖22 按鍵檢測部分流程圖5 系統(tǒng)整體調(diào)試5.1硬件電路調(diào)試中遇到的問題1、電子電路的設(shè)

29、計(jì)中對各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對過電壓情況的處理中未作防范措施。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，有待改善。比如系統(tǒng)的超量程信號直接由單片機(jī)送入報(bào)警電路，沒有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報(bào)警電路。3、沒有擴(kuò)展更多電路，如溫度顯示功能，通訊接口電路與上位機(jī)（PC機(jī)）進(jìn)行通訊，上位機(jī)顯示功能從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上位機(jī)，然后通過串口或并口通訊與電子稱相連，達(dá)到遠(yuǎn)距離控制的目的。4、對各種實(shí)用芯片價(jià)格了解不夠，選擇上任有欠缺，如所選的稱重傳感器價(jià)格較貴。這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作留下了積極的影響。5.2系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試效果圖經(jīng)過不懈的努力和導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)，實(shí)物最終得以調(diào)試成功，最終完成的實(shí)物效果圖如

30、圖23、圖24所示。圖23 系統(tǒng)實(shí)物稱重界面顯示效果圖圖24 系統(tǒng)實(shí)物日歷界面顯示效果圖5.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié) 在此畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，鞏固了我在大學(xué)4年內(nèi)學(xué)過的知識，尤其是單片機(jī)和C語言編程方面的知識，同時(shí)通過這次畢設(shè)提高了單片機(jī)編程的能力，尤其是獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)了解到了其它相關(guān)領(lǐng)域的知識，對今后的工作學(xué)習(xí)有著極大的幫助。 由于時(shí)間太倉促，經(jīng)驗(yàn)不足，理論方面也相應(yīng)的存在不足，加上條件有限，仍存在著一些設(shè)計(jì)方面的問題，個(gè)人技能也有待提高。理論知識還要鞏固加強(qiáng)。但是寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是對自己的提高有著極大的幫助。參考文獻(xiàn)1 薛均義,張彥斌.MCS-516系列單片微型計(jì)算機(jī)及應(yīng)用M.西安交通大學(xué)出版

31、社,19992 中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會 組編.單片機(jī)原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.20013 黃繼昌傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例A，人民郵電出版社，19984 郭永貞， 數(shù)字電子技術(shù)M 西安電子科技大學(xué)出版社 20005 楊金巖等.8051單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸接口擴(kuò)展技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例M人民郵電出版社，2005 6 張齊，杜群貴.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)M.電子工業(yè)出版社，20077 李廣弟 單片機(jī)基礎(chǔ)M,北京航空航天大學(xué)出版社,20018 于京51系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用方案M 中國電力出版社 2002.9 張齊，杜群貴 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)M.電子工業(yè)出版社，200410 張洪潤 電子線路與電子技術(shù)M.清

32、華大學(xué)出版社，200511 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 高等教育出版社,200612胡海學(xué).單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.電子工業(yè)出版社,2005.13 及力，Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程M電子工業(yè)出版社，2004.14 戴佳，51單片機(jī)C語言設(shè)計(jì)實(shí)例精講M 電子工業(yè)出版社 200615 周堅(jiān)，單片機(jī)C語言輕松入門M 北京航空航天大學(xué)出版社2007附錄附錄1系統(tǒng)整體電路圖附錄2系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖附錄3系統(tǒng)部分源程序void shizhong_hanshu()init();Init_DS1302();/初始化芯片init_1602();/初始化lcdwhile(1)if(du

33、_k2=0)dianzhicheng_hanshu();/跳去運(yùn)行電子稱tmpchange();/溫度轉(zhuǎn)換wendu_100bei=tmp(); /獲得溫度show_date();keyscan();if(shi=clock_shi)&(fen=clock_fen)&(status=2)&(miao5)clock_flag=1;TR1=1;if(status=1)/鬧鐘狀態(tài)A解除鬧鐘clock_flag=0;clock=1;TR1=0; void get_pizhong()uint j;ulong hx711_dat;for(j=0;j5;j+)Delay10ms();hx711_dat=Re

34、adCount();temp=(uint)(hx711_dat/100);void get_weight()ulong hx711_data,a;uint get,aa;hx711_data=ReadCount();get=(uint)(hx711_data/100);if(get(temp+4)break;a=ReadCount();aa=(uint)(a/100)-temp;weight=(uint)(float)aa/4.4+0.05);weight=weight-qi_weight;/去皮if(weight=0) if(weight5000)chaozhong_flag=1;TR0=1;/重量大于5000g，超重報(bào)警?elsechaozhong_flag=0;TR0=0;clock=1