畢業(yè)設計（論文）數(shù)字顯示電子秤的設計

1、華東交通大學理工學院華東交通大學理工學院 institute of technology. east china jiaotong university 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計（論計（論 文）文） graduation design （thesis） （20 20 年） 題 目： 數(shù)字顯示電子秤的設計 分 院： 電信分院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化（電牽方向） 班 級： 2008-2 學 號： 學生姓名： 指導教師： 填表日期： 2012 年 月 日 華東交通大學理工學院華東交通大學理工學院 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性申明畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性申明 本人鄭重申明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是本人在導

2、師指導下獨立進 行的研究工作所取得的研究成果。設計（論文）中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、 圖件、資料，均已在設計（論文）中特別加以標注引用，除此之外，本設計 （論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研 究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識 到本申明的法律后果由本人承擔。 畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）版權使用授權書畢業(yè)設計（論文）版權使用授權書 本畢業(yè)設計（論文）作者完全了解學院有關保留、使用畢業(yè)設計（論文） 的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交設計（論文）的復印件 和電子版，允許設計（論文）被查閱和借

3、閱。本人授權華東交通大學理工學 院可以將本設計（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以 采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編畢業(yè)設計（論文） 。 （保密的畢業(yè)設計（論文）在解密后適用本授權書） 畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 指導教師簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 摘 要 本文主要介紹了數(shù)字電子秤的硬件電路結構及其中的原理，所設計的電子秤具有基 本稱重、鍵盤輸入、計算價格、顯示、超重報警功能。電子秤的測量范圍為 0-10kg，測 量精度達到 1g，有高精度，低成本的特征。首先用傳感器把重量轉(zhuǎn)換成電壓信號，再將 電壓信號放大輸入 a/d 轉(zhuǎn)換，利用 a/d 轉(zhuǎn)

4、換工具將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，得到的數(shù) 字信號傳送至單片機，通過程序?qū)π盘栠M行處理，實現(xiàn)稱重功能，然后將重量與鍵盤輸 入單價相乘計算出總價，并將重量和價格用 led 顯示出來。 關鍵詞關鍵詞：電子秤；稱重傳感器；單片機 abstract this paper mainly introduces the structure of a digital electronic scales the hardware circuit and its principle. the functions of a digital electronic scale are weighing, keyboard

5、 input, price calculation, display, overweight alarm. electronic scale is of the 0-10 kg measurement range, 1 g measurement accuracy ,a high-precision, low-cost, portable features. firstly, it uses weighing sensors to convert the weight signal to voltage signal, then amplifys voltage signal, input i

6、t to a / d converter; secondly a / d converter converts analog signals to digital signals, the digital signal will be sent to the microcontroller, through the process of signal processing, the weight and price will be displayed on led. key words digital ；electronic scale; weighing sensor; mcu 目 錄 摘

7、要.iv abstract.v 目 錄 .6 前 言 .7 第一章 緒 論 .8 1.1 設計背景及意義 .8 1.2 數(shù)字顯示電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .8 一、研究現(xiàn)狀 ： .8 二、發(fā)展趨勢： .9 1.3 設計的主要內(nèi)容 .10 第二章 數(shù)字顯示電子秤的總體設計 .11 2.1 數(shù)字顯示電子秤的工作原理 .11 2.2 設計基本要求 .11 第 3 章 數(shù)字顯示電子秤的硬件設計與實現(xiàn) .12 3.1 傳感器模塊 .12 3.2 a/d 轉(zhuǎn)換模塊.12 3.2.1 ad7705 的結構.12 3.2.2 器件功能 .13 3.2.3 ad7705 各引腳功能.14 3.3 單片機模塊

8、.15 3.4 鍵盤顯示模塊 .16 3.4.1 鍵盤鍵的功能 .16 3.4.2 鍵盤和顯示電路 .17 3.5 過量程報警模塊 .18 第四章 數(shù)字電子秤軟件設計 .19 4.1 系統(tǒng)軟件設計 .19 4.2 鍵盤軟件設計 .19 4.2.1 鍵盤掃描 .20 4.2.2 數(shù)字顯示 .20 4.3 a/d 轉(zhuǎn)換程序.21 4.4 數(shù)據(jù)處理程序 .22 4.4.1 重量轉(zhuǎn)化 .22 4.4.2 價格計算 .22 第五章 數(shù)字顯示電子秤的設計結論 .23 參考文獻 .24 附錄一： .25 附錄二 .28 致 謝 .29 前 言 電子稱重技術是現(xiàn)代稱重計量和控制系統(tǒng)工程的重要基礎之一，電子衡器

9、經(jīng)過40年 的不斷改進和完善，從上世紀60年代的機電結合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字化智能 型。由于它具有稱量準確、快速，讀取方便，環(huán)境適應性強，便于與電子計算機結合而 實現(xiàn)稱重計量與過程控制自動化等特點，在工商貿(mào)易、能源交通、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、 航空航天等部門得到了廣泛的應用。本設計本著電子秤向高精度、高可靠方向研究,講述 了用單片機控制a/d轉(zhuǎn)換、鍵盤輸入和數(shù)據(jù)顯示，對如何實現(xiàn)鍵盤中斷、a/d采樣進行研 究。設計特別適用于測量精度要求較高的場合, 具有較高的實用價值和推廣價值。第一 章講述了電子秤的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢以及設計的主要內(nèi)容，第二章講述了電子秤的總 體設計,第三章介紹了電子秤的

10、硬件設計與實現(xiàn)，第四章描述了電子秤的軟件設計，第五 章電子秤的設計結論。 第一章 緒 論 1.1設計背景及意義設計背景及意義 物料計量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。稱重裝置或衡器是不可缺少的計量 工具。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和商品流通的擴大，衡器的需求也日益增多，過去沿用的 機械杠桿秤己不能適應生產(chǎn)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。自上世紀六十年代以來，由于 傳感器技術和電子技術的迅速發(fā)展，電子稱重技術日趨成熟，并逐步取代機械秤。尤其 是上世紀七十年代初期，微處理機的出現(xiàn)使電子稱重技術得到了進一步的發(fā)展?？焖?、 準確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面已成為現(xiàn)代稱重技術的主要特點。 稱重裝置不

11、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 個組成部分，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、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。稱重裝置的應用已遍及到國民經(jīng)濟各領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。同 時對稱重儀表的要求也越來越高，要求儀表有更高抗干擾能力、更高的精度。 基于電子秤的現(xiàn)狀，擬設計一種用單片機控制的高精度數(shù)字電子秤。這種高精度數(shù) 字電子秤計量準確、攜帶方便，集質(zhì)量稱量功能與價格計算功能于一體，能夠滿足商業(yè) 貿(mào)易和居民家庭的使用需求。 1.2 數(shù)字顯示電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢數(shù)字顯

12、示電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 一、研究現(xiàn)狀一、研究現(xiàn)狀 ： 上世紀 50 年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。自上世紀 60 年代初 期出現(xiàn)機電結合式電子衡器以來，經(jīng)過 50 多年的不斷改進與完善，我國電子衡器從最初 的機電結合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。我國電子衡器的技術裝備和檢測試 驗手段基本達到國際上世紀 90 年代中期的水平。電子衡器制造技術及應用得到了新的發(fā) 展。電子稱重技術從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展； 測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應用。 但就總體而言，我國電子衡器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達

13、國家相比還有較大差距，其 主要差距是技術與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品 種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。 二、發(fā)展趨勢二、發(fā)展趨勢 通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展 趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定 性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功 能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。 1小型化（體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕） 近幾年新研制的電子平臺秤結構充分體現(xiàn)了小薄輕的發(fā)展方向。對于低容量的電子 平臺秤和電子輪軸秤，可采用將薄型

14、或超薄型的圓形稱重傳感器，直接嵌入鋼板或鋁板 底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形的秤體結構，稱重傳感器的數(shù)量和位 置由秤的額定載荷和力學要求計算決定。鋼板或鋁板就是秤體的臺面，稱重傳感器既是 傳感元件，又是承力支點，極大地減化了秤體結構，減少了活動連接環(huán)節(jié)，不但降低了 成本，而且提高了穩(wěn)定性和可靠性。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地上衡，已 經(jīng)出現(xiàn)了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯(lián)排隊列焊接成一個整體的竹排式 結構的秤體，4個稱重傳感器分別安裝在最外邊兩根薄壁型鋼兩端的切口內(nèi)，安裝在稱重 傳感器承力點上的固定支承就是秤體的承力支點，既減化了承力傳力機構，又節(jié)省了秤 體高度

15、，這是一種很有發(fā)展前途的秤體結構。對于大型電子平臺秤，可利用有限單元法 進行等強度和剛度計算，采用抗彎剛度大的型材和輕型波紋夾心鋼板等。 2.模塊化 對于大型或超大型的承載器結構，如大型靜動態(tài)電子汽車衡等，已開始采用幾種長 度的標準結構的模塊，經(jīng)過分體組合，而產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。以（5、6、 7）m 長的同 寬度3種標準模塊為例，由單塊、二塊、三塊到四塊分體組合，可以組合成長度為 （528）m 的22種規(guī)格的分體式秤體結構。當然在實際應用中，根據(jù)各行業(yè)用戶的需要， 選擇其中10余種常用的標準規(guī)格即可。這種模塊化的分體式秤體結構，不僅提高了產(chǎn)品 的通用性、互換性和可靠性，而且也大大地提高了生產(chǎn)效

16、率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時還降低了 成本，增強了企業(yè)的市場競爭能力。 3.集成化 對于某些品種和結構的電子衡器，例如小型電子平臺秤、專用秤、便攜式靜動態(tài)電 子輪軸秤、靜動態(tài)電子軌道衡等，都可以實現(xiàn)秤體與稱重傳感器，鋼軌與稱重傳感器， 軌道衡秤體與鐵路線路一體化。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動態(tài)電子輪軸秤， 多用硬鋁合金厚板制成。其結構原理是經(jīng)過固溶熱處理強化的鋁合金板，或通過在4個角 上鉆孔和銑槽分別形成4個懸臂梁型稱重傳感器；或在鋁合金板的底面銑出多個對稱的盲 孔和盲槽形成整體剪切梁型稱重傳感器。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一，即鋁合 金板既是秤體臺面又是一個大板式稱重傳感器。以后者結構的1

17、0t 便攜式動態(tài)電子輪軸秤 為例，其尺寸為720mm550mm32mm，重量約為23kg。 4.智能化 電子衡器的稱重顯示控制器與電子計算機組合，利用電子計算機的智能來增加稱重 顯示控制器的功能。使電子衡器在原有功能的基礎上，增加推理、判斷、自診斷、自適 應、自組織等功能，這就是當今市場上采用微機化稱重顯示控制器的電子衡器與采用智 能化稱重顯示控制器的電子衡器的根本區(qū)別。 5.綜合性 電子稱重技術的發(fā)展規(guī)律就是不斷的加強基礎研究并擴大應用，擴展新技術領域， 向相鄰學科和行業(yè)滲透，綜合各種技術去解決稱重計量、自動控制、信息處理等問題。 例如在流量計量專業(yè)，如果按照傳統(tǒng)的理論和方法建造一套標準大流

18、量測量系統(tǒng)，價格 相當昂貴。如果采用稱重法即質(zhì)量流量法，只要將重量和時間測量準確，大流量的測量 問題就迎刃而解了。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能 還遠遠不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結 合，使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化，實現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計價秤能 與電子計算機聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。 6.組合性 在工業(yè)稱重計量過程或工藝流程中，不少稱重計量系統(tǒng)還要求具有可組合性，即測 量范圍等可以任意設定；硬件能夠依據(jù)一定的工作條件和環(huán)境作某些調(diào)整，硬件功能向 軟件方向發(fā)展；軟件能按一定的程序進行

19、修改和擴展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可以使用不 同的語言和條形碼，并 能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設備進行通信。 總之，我國的電子稱衡器要打入國際市場。參與國際競爭。就必須執(zhí)行國際法制計 量組織制定的國際建議并要有國際水平的技術與裝備、有國際水平的質(zhì)量。這就要求企 業(yè)以技術為先導、以質(zhì)量為中心、以管理為基礎，努力提高制造技術與制造工藝水平， 穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。增強國際市場競爭能力。 1.3 設計的主要內(nèi)容設計的主要內(nèi)容 利用單片機所設計的電子秤具有基本稱重、鍵盤輸入、計算價格、顯示、超重報警 功能。電子秤的測量范圍為 0-10kg，測量精度達到 1g，有高精度，低成本的特征。 首先用傳感器把重量轉(zhuǎn)換成電壓信

20、號，再將電壓信號放大輸入a/d轉(zhuǎn)換，利用a/d轉(zhuǎn) 換工具將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，得到的數(shù)字信號傳送至單片機，通過程序?qū)π盘栠M 行處理，實現(xiàn)稱重功能，然后將重量與鍵盤輸入單價相乘計算出總價，并將重量和價格 用led顯示出來。 第二章 數(shù)字顯示電子秤的總體設計 2.1 數(shù)字顯示電子秤的組成結構及工作原理數(shù)字顯示電子秤的組成結構及工作原理 電子秤的基本結構由稱重傳感器、前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機、接口、鍵盤 及顯示器等七部分組成，其中單片機為主要部件，其組成結構框架如圖 2-1 所示。當商品 放到秤盤上時，秤盤下的重量電阻應變式傳感器產(chǎn)生一電信號，信號的強弱隨商品重量 的大小而變，該電信號經(jīng)放

21、大電路放大后，送入 a/d 轉(zhuǎn)換芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字量與物重成正比，再進入 89c52 單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，89c52 單片機產(chǎn)生一組滿足顯 示要求的數(shù)據(jù)，送至顯示電路顯示出實際重量。另一方面，商品單價通過鍵盤掃描電路 送入 89c52 單片機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，送至顯示電路顯示,物重與單價經(jīng)過運算產(chǎn)生總價， 也在顯示電路上同時顯示出來。 稱 重 傳 感 器 前 置 放 大 器 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 單 片 機 接 口 鍵 盤 盤 顯示器 圖 2-1基本組成結構框圖 。 2.2 設計基本要求設計基本要求 （1） 電子秤必須具有清零、去皮重、凈毛轉(zhuǎn)換、最大稱量設定、自動累計、過量 程報警等

22、功能； （2） 最大秤重 10kg，精度為 2g； （3） 采用 4 位半共陰紅色 led 顯示，價格、金額精確到小數(shù)點后 2 位數(shù)，質(zhì)量精確 到小數(shù)點后三位； 第三章 數(shù)字顯示電子秤的硬件設計與實現(xiàn) 3.1 傳感器模塊傳感器模塊及前置放大器及前置放大器 要達到設計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用,本設計選用應用于稱重系統(tǒng) 90以上的高精度電阻應變式傳感器。電阻應變傳感器是將被測量的力通過它所產(chǎn)生的 金屬彈性變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的敏感元件。題目要求稱重范圍 10kg ，重量誤差不大于 +0.005kg ，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器 量程必須大于額定稱

23、重即10kg。我們選擇的是 l-psiii 型傳感器，量程 20kg ，精度為 0.01%，滿量程時誤差 0.002kg ,可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路（見圖3-1），用到的是電阻應變傳感 器半橋式測量電路。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導 致彈性梁應變而產(chǎn)生的變化。電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化。即輸出 電壓的變化反映出重力的變化。電橋的輸出電壓可由下式表示2 241234 241234 rrrrrr uoutuin rrrrrr uin uout + _ + _ r1- r1r2+ r2 r4+ r4r3- r3

24、 bridge r1 圖 3-1 全橋測量電橋圖 3.2 a/d 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊 3.2.1 ad7705 的結構的結構 ad7705 是一個完整的 16 位 a/d 轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部由多路模擬開關（mux） 、緩沖器、 可編程增益放大器（pga） 、-調(diào)制器、數(shù)字濾波器、基準電壓輸入、時鐘電路及串行 接口組成，其內(nèi)部結構圖如 3-2-1 所示。其中串行接口包括寄存器組，它由通訊寄存器、 設置寄存器、時鐘寄存器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、零點校正寄存器和滿程校正寄存器等組成。 該芯片包括 2 通道差分輸入。 緩沖器 電荷平衡型 a/d 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字濾波器 -調(diào)制器 pga mux 時鐘發(fā)生器 vcc r

25、ef in(-)ref in(+) ain1(+) ain1(-) ain2(+) ain2(-) mclk in mclk out gnd drdyreset sclk cs din dout a=1-128 串行接口 寄存器組 圖 3-2-1 ad7705 的內(nèi)部結構圖 3.2.2 器件功能器件功能 ad7705 可編程增益放大器（pga）可通過指令設定，對不同幅度的輸入信號實現(xiàn) 1、2、4、8、16、32、64、128 倍的放大，因此 ad7705 即可接受從傳感器送來的低電平 輸入信號，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。利用 - 轉(zhuǎn)換技術實現(xiàn)了 16 位無丟失代碼性能。 選定的輸入信號被送到一個

26、基于模擬調(diào)制器的增益可編程專用前端。片內(nèi)數(shù)字濾波器處 理調(diào)制器的輸出信號。通過片內(nèi)控制寄存器可調(diào)節(jié)濾波器的截止點和輸出更新速率，從 而對數(shù)字波器的第一個陷波進行編程。 ad7705 串行接口可配置為三線 spi 接口。增益值、信號極性以及更新速率的選擇可 用串行輸入口由軟件來配置。該器件還包括自校準和系統(tǒng)校準選項，以消除器件本身或 系統(tǒng)的增益和偏移誤差。cmos 結構確保器件具有極低功耗，掉電模式減少等待時的功耗 至 20w（典型值） 。 其主要特點如下： (1) 可將輸入信號范圍從 020mv 到 02.5v 和20mv2.5v 的信號進行處 理； (2) 2 個全差分輸入通道的 adc（1

27、6 位無丟失代碼、0.003%非線性） ； (3) 可編程增益前端 增益：1128； (4) 有對模擬輸入緩沖的能力； (5) 2.73.3v 或 4.755.25v 工作電壓； (6) 3v 電壓時，最大功耗為 1mw； (7) 等待電流的最大值為 8a； 3.2.3 ad7705 各引腳功能各引腳功能 sclk:串行接口時鐘輸入端。 mclk in：芯片工作時輸入端?？梢允蔷д窕蛲獠繒r鐘，其頻率范圍為 500khz 到 5mhz。 mclk out：時鐘信號輸出端。當用晶振作為芯片的工作始終時，晶振必須接在 mclk in 和 mclk out: 之間。如果采用外部時鐘，則 mclk ou

28、t 可用于輸出反相時鐘信號，以作 為 其 他芯片的時鐘源。該時鐘輸出可以通過編程來關閉。 :片選端，低電平有效。 cs :片選復位端。當該端為低電平時，ad7705 芯片內(nèi)的接口邏輯、自校準、數(shù)據(jù)濾reset 波器等均為上電狀態(tài)。 ain1(+),ain1(-)：分別為第 1 個差分模擬輸入通道的正端與負端。 ain2(+),ain2(-)：分別為第 2 個差分模擬輸入通道的正端與負端。 ref in(+),ref in(-)：分別為參考輸入通道的正端與負端。 din：串行數(shù)據(jù)輸入端。向片內(nèi)的輸入移位寄存器寫入的串行數(shù)據(jù)由此輸入。根據(jù)通訊寄 存器中的寄存器選擇位，輸入移位寄存器中的數(shù)據(jù)被傳送到

29、設置寄存器、時鐘寄存 器或通訊寄存器。 dout: 串行數(shù)據(jù)輸出端。從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。根據(jù)通 訊寄存器中的寄存器選擇位，移位寄存器可容納來自通訊寄存器、時鐘寄存器或數(shù) 據(jù)寄存器的信息轉(zhuǎn)換結果輸出端。 :a/d 轉(zhuǎn)換結束標志。drdy ad7705 輸出移位寄存器讀數(shù)時序如圖 3-2-2 所示 ad7705 向輸入移位寄存器寫入數(shù)據(jù)時序?qū)懭鐖D 3-2-3 所示 ad7705 電路如圖如 3-2-4 所示 圖 3-2-2 ad7705 輸出移位寄存器讀數(shù)時序圖 圖 3-2-3ad7705 向輸入移位寄存器寫入數(shù)據(jù)時序圖 圖圖 3-2-4 ad7705 模塊 3.3 單

30、片機模塊單片機模塊 該智能電子秤采用 atm 公司的 at89c52 作為 cpu，它是一種低功耗高性能的八位 cmos 微控制器，與 mcs-51 微控制器件兼容本設計的控制電路。以單片機 89c52 為控制中 心，負責接收數(shù)據(jù)和外接設備的信號，再處理數(shù)據(jù)，發(fā)出控制信號，以達到所需的要求。 at89c52 的基本結構功能： （1） at89c52 輸入輸出端口定義如下： p0.3超重報警電路 p2 口芯片 8279 與單片機的接口 p1.6 8279 的片選端 p1 口ad 轉(zhuǎn)化模塊 （2） 外部中斷 int1 用于鍵盤中斷服務程 單片機外部中斷 int1 完成對鍵盤顯示接口功能芯片 827

31、9 的按鍵和數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示的控 制，并可輸入單價，各種命令處理，顯示價格、重量等參數(shù)。 （3） 定時中斷 t0 用于 a/d 轉(zhuǎn)換中斷延時 電子秤作為一種稱重儀器，對所稱精確度要求頗高，所以必須通過數(shù)值濾波求的有效 采樣值，通過定時來完成這一系列的操作。我們定時 0.5s，即定時為 50ms，分 10 次來累 計結果。 （4） 定時中斷 t2 用于鍵盤中斷延時 t2 設為定時器狀態(tài)，定時時間為 13ms。在中斷服務中首先掃描鍵盤，判斷有無鍵按 下。若有，則執(zhí)行鍵識別程序。然后返回主程序進行其他操作。 單片機總電路圖件附錄二7 3.4 鍵盤顯示鍵盤顯示與接口模塊與接口模塊 3.4.1 鍵盤鍵的功能

32、鍵盤鍵的功能 鍵盤輸入是實現(xiàn)電子秤人機交互部門。根據(jù)儀器要求的功能，設計了由 16 個按鍵 （44 矩陣鍵盤）和 1 個板鍵開關組成的鍵盤、開關輸入電路，如圖 3-4-1 所示.扳鍵開 關控制儀器電源的通斷：16 個按鍵分別是 10 個數(shù)字鍵 09、小數(shù)點鍵和 5 個功能鍵： 清零、去皮重、轉(zhuǎn)換/校正、累計、保持。 圖 3-4-1 44 矩陣鍵盤 (1) 稱重前， 若顯示的值不為 00.00， 則按“ 去皮” 鍵清除為 00.00； 若被稱物品 需用盛器裝載， 先將盛器放在秤盤板上， 按“ 去皮” 鍵， 屏幕顯示為 00.00， 然后 裝入被稱物品進行稱量。 稱重過程。將被稱物品放在秤盤上，

33、穩(wěn)定后， 被稱物品重量稱好， 按“ 保持” 鍵儲存； 取下被稱物品， 顯示屏顯示物品凈重量數(shù)值并自動保持（ 一旦進入重量保持 狀態(tài)后， 只有按“ 去皮” 鍵才能退回到正常稱重狀態(tài)） 。 在顯示單價狀態(tài)下， 應先按“ 轉(zhuǎn)換” 鍵， 再按“ 去皮” 鍵， 才可進入正常稱 重狀態(tài)， 不在顯示單價狀態(tài)下， 直接按“ 去皮” 鍵即可。 當重量顯示超過最大秤量值 10kg 時，報警器響，表示儀器處于超載狀態(tài)。電子秤不 允許超載使用。 (2) 單價輸入及清除。稱重結束取下物品（ 已在重量保持狀態(tài)下） ，再直接按數(shù)字鍵輸 入單價。單價清除按“ 清除” 鍵。 (3) 顯示金額。當單價置入后， 按“ 轉(zhuǎn)換” 鍵，

34、 則顯示本次稱量的金額； 若顯示 “ e” 表示超出計價范圍。按“ 去皮” 鍵， 又可進行稱量。 (4) 金額累計。如果需要將幾種金額累加就得使用“ 累計” 鍵。在每次稱完物品顯示 金額狀態(tài)下， 按“ 累計” 鍵， 就把該次金額累加到總額中去。若顯示“ e” ， 表 示累計總額值超出計價范圍。 （5）校正。按“校正”鍵超過 1 分鐘，儀器修正信息處理中擬合函數(shù)的系數(shù)，完成非線 性校正。 3.4.2 鍵盤和顯示電路鍵盤和顯示電路 本系統(tǒng)中有 16 位 led 顯示器，44 鍵盤和 8279 的接口電路。圖中鍵盤的行線接 8279 的 rl0rl3，8279 選用外部譯碼方式，sl0sl3 經(jīng) 7

35、4ls138 譯碼輸出，連接鍵盤 的列線，通過讀取行列電平來確定哪個鍵按下。因顯示位數(shù)比較多，所以要用到 4 線-16 線譯碼器 74ls154，sl0sl3 又由 74ls154 譯碼輸出，經(jīng) 7407 驅(qū)動后到顯示器 led 的 各個位的公共陰極。輸出線 outb0outb3、outa0outa3 作為一個 8 位段選碼數(shù) 據(jù)輸出端口，控制 led 顯示器每一位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，當從一位 led 數(shù)碼管向下一位 切換時，由消隱輸出線 bd 輸出低電平，74ls154 譯碼產(chǎn)生低電平，使 74ls138 輸出全為 高電平。此時，在 8 位段數(shù)據(jù)輸出端口輸出下一個 led 顯示位的顯示內(nèi)容。7

36、4ls138 譯碼 循環(huán)產(chǎn)生低電平，8 位段數(shù)據(jù)輸出端口也依次把公共陰極為低電平位的顯示位中的內(nèi)容顯 示出來，當這一過程很快顯示時，人們就會在幾個 led 中看到了顯示出來的不同內(nèi)容。 在連接 32 鍵以內(nèi)的簡單鍵盤時，cntl、shift 輸入端可接地。74ls07 芯片是 8279 作為 led 數(shù)碼管顯示器的段選碼輸出端口的同相驅(qū)芯片。 a0 1 a1 2 a2 3 e1 4 e2 5 e3 6 y7 7 y6 9 y5 10 y4 11 y3 12 y2 13 y1 14 y0 15 gnd 8 vcc 16 sn74ls138n u6 clk 3 rl7 8 rl6 7 rl5 6

37、rl4 5 db0 12 db1 13 db2 14 db3 15 db4 16 db5 17 db6 18 db7 19 irq 4 cs 22 rd 10 wr 11 reset 9 cntl 37 shift 36 rl0 2 rl1 1 rl2 39 rl3 38 sl0 32 sl1 33 sl2 34 sl3 35 bd 23 outa3 24 outa2 25 outa1 26 outa0 27 outb3 28 outb2 29 outb1 30 outb0 31 a0 21 gnd 20 vcc 40 8279 u8 l1 s0 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 2k

38、 200uf +5v 1 12 12 sn74ls07d u1a y0 1 y1 2 y2 3 y3 4 y4 5 y5 6 y6 7 y7 8 y8 9 y9 10 y10 11 gnd 12 y11 13 y12 14 y13 15 y14 16 y15 17 oe1 18 oe2 19 d 20 c 21 b 22 a 23 vcc 24 dm54ls154j u7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 mhdr1x16 led位選 1 2 3 4 mhdr1x4 鍵盤列線 1 2 3 4 mhdr1x4 鍵盤行線 1 2 3 4 5 6 7 8

39、mhdr1x8 led段選碼 led段選碼 圖 3-4-2 鍵盤顯示電路 3.5 過量程報警模塊過量程報警模塊 由于壓力傳感器 l-psiii 型的最大承受壓力為 20kg，本文的稱重范圍是 10kg，若 重物的重量超過了限定值，會影響測量結果。文中采用報警電路如圖 3-5 所示，用于及 時告知是否超量程使用，當單片機檢測到超重信號時，從 p0.3 發(fā)出一個 40khz 的方波進 行報警提示。 圖 3-5 過量程報警模塊 第四章 數(shù)字電子秤軟件設計 4.1 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計 軟件主程序包括顯示程序、鍵盤處理程序、a/d 轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理程序。控制 器中 at89c52 的 p1.

40、5 為 a/d 中斷請求輸入線，int1 為鍵盤中斷服務程序。a/d 中斷服務 程序完成采樣數(shù)據(jù)的存儲；鍵盤中斷服務程序完成掃描，判斷數(shù)字鍵或功能鍵，若為數(shù)字 將其數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和顯示緩沖區(qū)。若是功能鍵進入相應功能鍵處理程序。 主程序流程圖如圖 4-1 所示 系統(tǒng)初始化 a/d 轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)處理 顯示 鍵盤中斷 圖 4-1 主程序流程 4.2 鍵盤軟件設計鍵盤軟件設計 我們知道鍵盤和顯示是人與微機系統(tǒng)打交道的主要設備。在本系統(tǒng)中我們采用 8279 可編程鍵盤/顯示管理接口。利用 8279 可實現(xiàn)對鍵盤/顯示器的自動掃描，以減輕 cpu 負 擔，并具有顯示穩(wěn)定、程序簡單、不會出現(xiàn)誤動作等特

41、點。程序原理如下： 1. （1）鍵掃描子程序：主要判斷有無鍵按下，利用 8279 的 rl0rl3 和 sl0sl3 端口 判斷鍵入數(shù)據(jù)的個數(shù)或沒有輸入字符。當 rl0rl3 四位全為 0 時，便可判斷無鍵按 下， 2. （2）當判斷有鍵按下后，就轉(zhuǎn)向取鍵值子程序。首先取出行、列號進行拼裝，得到 所需的鍵號。然后與數(shù) oah 相比較，從而判斷出是功能鍵還是數(shù)字鍵。若是功能鍵就 轉(zhuǎn)到功能鍵處理子程序；若是數(shù)字鍵就調(diào)用顯示子程序進行顯示。 3. （3）顯示子程序。首先置顯示緩沖區(qū)首址和計數(shù)長度，然后取顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為段選 碼，送到 led 上顯示。 4.2.1 鍵盤掃描鍵盤掃描 本系統(tǒng)中鍵盤控制采用

42、中斷方式實現(xiàn)，利用外部中斷 1 端口來實現(xiàn)。微處理器平時 周而復始掃描鍵盤，當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，首先判斷是命令鍵還是數(shù)字鍵。若是數(shù)字鍵， 則把按鍵讀數(shù)存入存儲器，并顯示；若是命令鍵，則根據(jù)按鍵讀數(shù)查閱轉(zhuǎn)移表；以獲得 處理子程序的入口，子程序執(zhí)行完后繼續(xù)掃描鍵盤。圖 4-2-1 為鍵盤掃描流程圖 去皮鍵 清單價 累計鍵 小數(shù)點？ 數(shù)字鍵？ 返回 掃描 p2 口 當前重量送入皮 單價清零 將金額累加 并 清單價 存入單價整數(shù)部分 f 不為 1 存入單價小數(shù)部分 建標志 f=1 y y y y 開始 y n y n 圖 4-2-1 鍵盤掃描流程圖 4.2.2 數(shù)字顯示數(shù)字顯示 單片機確定哪個鍵按下時，

43、通過 sl0sl3 輸出控制信號經(jīng) 74ls154 譯碼器選擇相應 的 led 位，在 8279 芯片 out0out7 輸出 8 位段數(shù)據(jù)，led 顯示內(nèi)容。如要換位顯示則 單片機檢測 bd 是否輸出低電平，若是 74ls1547 譯碼輸出高電平，74ls138 譯碼循環(huán)產(chǎn)生 低電平，8 位段數(shù)據(jù)輸出端口也依次把公共陰極為低電平位的顯示位中的內(nèi)容顯示出來， 當這一過程很快顯示時，人們就會在幾個 led 中看到了顯示出來的不同內(nèi)容。 4.3 a/d 轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換程序 在智能電子秤控制系統(tǒng)中，除了控制單元和執(zhí)行單元外，還必須有反饋環(huán)節(jié)。在反 饋環(huán)節(jié)中，最重要的就是對數(shù)據(jù)的采集。本文以 at89c

44、52 單片機為核心，設計一個基于 單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過模擬電壓形式輸入系統(tǒng)，經(jīng) ad 7705 可以采集 2 路模擬量， 精度為 16 位，并經(jīng)多次采樣，通過濾波，取得更精確的重量值。 啟動 a/d 設采樣次數(shù) 建立采樣標志 讀 a/d 數(shù)字量 存入片內(nèi) ram 采樣次數(shù)是否到？ 采樣 f0 是否建立？ 結束 采樣值濾波取平均值 y n n y 中斷 圖 4-3 ad7705 a/d 流程框圖 4.4 數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)處理程序 4.4.1 重量轉(zhuǎn)化重量轉(zhuǎn)化 本課題中，a/d 轉(zhuǎn)換采用 ad7705 芯片，它是 16 位輸出，重量計算要求精確到克，其 輸出值范圍為 000000000000

45、0000b 1111111111111111b 轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 065535，而 系統(tǒng)所要求輸出重量范圍 010000g，所以我們進行線性參數(shù)的標度變換， wx=（ws/ns）nx。wx 為實際重量值 ws，滿量程重量 10000g，ns 為 16 位二進制值， nx 為 ad 裝換讀取值，其量化單位為 10000/65535=0.15。如下：為使技術方便我們將 0.15=15/100，即化為定點數(shù)來算。 4.4.2 價格計算價格計算 價格計算公式 s=u*wx， s 為價格 u 為單價，wx 為實際測得重量值。 第五章 數(shù)字顯示電子秤的設計結論 單片機控制的電子秤集傳感器技術、微計算機技術、

46、數(shù)字顯示技術于一體、其反應 靈敏、準確度高、顯示直觀，便于使用。另外稍加擴展，該電子秤還可與其它生產(chǎn)質(zhì)量 管理系統(tǒng)項連接，具有推廣應用價值。 電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展, 而且更需向多種功能的方向發(fā)展。目前 飛電子秤技術朝著以下方向發(fā)展 ： （1）智能化：本系統(tǒng)中雖然利用單片軟件實現(xiàn)一些簡單的功能，我們可以將其與 電子計算機組合，開發(fā)稱重用計算機，利用計算機功能使電子秤具有推理、判斷、自診 斷、自適應、自組織等功能。 （2）綜合性：本系統(tǒng)中雖然利用軟件實現(xiàn)稱重、計價、顯示，但遠遠不夠，電子 稱重技術發(fā)展規(guī)律就是不斷的加強基礎擴大應用，擴展新技術領域，向相鄰學科和行業(yè) 滲透，綜合各種技

47、術去解決稱重計量、自動控制、信息處理，與計算機網(wǎng)絡組合可以顯 示很多商業(yè)信息，構成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。 （3） 組合性：未來稱重系統(tǒng)會大量應用在工業(yè)計量過程和工藝流程中，其要求組 合性，即測量范圍可以任意設定；硬件能夠依據(jù)一定的工作條件和環(huán)境作某些調(diào)整；軟 件能按一定的程序進行修改和擴展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可以使用不同的語言和條形碼， 并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設備進行通信。 在整個畢業(yè)設計過程中，我對大學四年所學的知識有了一個系統(tǒng)的認識和理解，尤 其是對本課題所用到的單片機及其相關知識有了進一步的掌握，對利用單片機進行控制 系統(tǒng)的設計與開發(fā)又及對系統(tǒng)的分析和問題的解決有了切身的認識和體會

48、，正所謂學以 致用，在此實踐過程中增長了知識、豐富了經(jīng)驗，提高了解決問題的能力。系統(tǒng)的分析 與設計過程是對學習的總結過程，更是進一步學習和探索的過程?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設計 是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調(diào) 試的過程來進行。系統(tǒng)的分析和設計是項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程， 在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到新問題就不斷探索和努力即可使問題得到解決。 參考文獻 1 章壽華, 朱學儀, 劉賢群, 成永清. 自動灌裝用數(shù)控電子秤簡介j. 化工自動化及 儀表, 1979, (04) 2 張海龍. 基于 at89c2051 控制的電子秤j. 電子世

49、界, 2010, (06) 3 尤天保, 金祖望, 姚建華. 料斗式自動計量電子秤j. 化工自動化及儀表, 1984, (02) 4 朱嘉林, 馮錫娟, 張汝有. 電子秤的智能化設計j. 山東大學學報(工學版), 1987, (03) 5 張錦鳳. 電子秤與計算機聯(lián)機運行的故障判斷及對策j. 冶金自動化, 1993, (05) 6 金仲元, 葛宗濤, 戴寶娣. 國產(chǎn)化高精度商用電子秤傳感器的設計與補償j. 上海 交通大學學報, 1989, (05) 7 石鋼鋼研所專業(yè)室測試組.電子秤(三)第二章 電子秤的顯示儀表j. 冶金自動 化, 1977, (03) 8 石鋼鋼研所專業(yè)室測試組. 電子秤(

50、四)第三章 電子秤的幾種特殊電路j. 冶 金自動化, 1977, (04) 9 孫希. 基于單片機控制的電子秤設計j. 網(wǎng)絡財富, 2010, (19) 附錄一： a/d 轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換程序 #include sbit ad_cs=p11; /ad 轉(zhuǎn)換器 ad7705 硬件 i/o 定義 sbit ad_sclk=p10; sbit ad_dout=p14; /ad 輸入輸出 i/o sbit ad_din=p13; /ad 輸入輸出 i/o sbit ad_reset=p12; /ad7705 復位 sbit ad_drdy=p15; /ad7705 data unsigned int ls

51、b,msb; void delay() data unsigned int i; i=0; while(i7000) i+; void ad_write(unsigned char command)/數(shù)據(jù)輸入 data unsigned char i; ad_sclk=1; ad_cs=0; i=8; while(i!=0) ad_sclk=0; ad_in=command ad_sclk=1; command=command1; i-; ad_din=1;/送完命令置1,準備輸入數(shù)據(jù) ad_cs=1; /設置 a/d 轉(zhuǎn)換模式.然后可以連續(xù)讀出結果. void ad_set (unsigne

52、d char ch,unsigned char gain) / /ch=1,2;gain=0,1,2,3(1,2,4,8.) ch 通道 gain 增益 data unsigned char i=0 x46; /單極性,加緩沖器 data unsigned char j=gain; j=j3; i=i|j; ad_write(0 x0f+ch); /寫通訊寄存器,選擇通道 1,2,并建立下一個操 作為寫設置寄存器 ad_write(i); /寫設置寄存器,清除 fsync,建立增益等運行條 件 /初始化被選通道為自校準模式,有緩沖 器 /a/d 轉(zhuǎn)換結果讀取函數(shù). unsigned int a

53、d_pro() data unsigned int j,k=0; data unsigned char kk; while(ad_drdy=1); ad_write(0 x38);/讀通訊寄存器,選擇通道 1,2,并建立下一個操作位讀數(shù) 據(jù)寄存器 ad_sclk=1; /讀取結果 ad_cs=0; kk=16; while(kk!=0) k=k1; ad_sclk=0; j=ad_dout; ad_sclk=1; k=k|j; /或 kk-; ad_cs=1; ad_dout=1; return(k); /ad 初始化復位,50 赫茲輸出速率 ad_init() ad_cs=0; ad_res

54、et=1; /復位 ad 轉(zhuǎn)換器 1-0-1 脈沖,40ms delay(); ad_reset=0; delay(); ad_reset=0; delay(); ad_reset=1; ad_write(0 x20); /寫通訊寄存器,選擇通道 1,并建立下一個操作 為寫時鐘寄存器 ad_write(0 x04); /寫時鐘寄存器,設時鐘信號位于使用的主時鐘 信號(2.4576mhz) ad_write(0 x10); ad_write(0 x46); void ad_jiaozhun() /初始化 a/d,校準兩個通道.在通道一上持續(xù) 工作. ad_init(); ad_set(1,0);

55、 while(ad_drdy=0); while(ad_drdy=1); while(ad_drdy=0); while(ad_drdy=1); / ad_write(0 x20); /寫通訊寄存器,選擇通道 1,并建立下一個 操作為寫時鐘寄存器,掉電. / ad_write(0 x14); /a/d 基準斷電. void main() ad_jiaozhun(); lsb=ad_pro(); msb=ad_pro(); y0 1 y1 2 y2 3 y3 4 y4 5 y5 6 y6 7 y7 8 y8 9 y9 10 y10 11 gnd 12 y11 13 y12 14 y13 15 y

56、14 16 y15 17 oe1 18 oe2 19 d 20 c 21 b 22 a 23 vcc 24 dm54ls154j u7 a0 1 a1 2 a2 3 e1 4 e2 5 e3 6 y7 7 y6 9 y5 10 y4 11 y3 12 y2 13 y1 14 y0 15 gnd 8 vcc 16 sn74ls138n u6 1 2 6 7 9 13 14 3 5 8 10 12 vss 11 gnd 4 ds75492m u5 1 2 6 7 9 13 14 3 5 8 10 12 vss 11 gnd 4 ds75492m u2 1 2 6 7 9 13 14 3 5 8 1

57、0 12 vss 11 gnd 4 ds75492m u3 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds11 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds12 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds13 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d

58、e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds14 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds6 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds7 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds8 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b

59、 c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds9 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds1 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds2 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds3 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 10 nc dpy red-ca ds4 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d