終極版基于單片機的簡易電子秤設(shè)計論文

1、目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 研究目的及意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展歷程11.3 本文的研究內(nèi)容2第2章 方案論證與器件選型32.1 方案論證32.1.1 主控模塊32.1.2 信號采集模塊42.1.3 顯示模塊42.1.4 鍵盤輸入模塊52.2 元器件選型52.2.1 STC89C52RC單片機52.2.2 YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器62.2.3 HX711A/D轉(zhuǎn)換模塊82.2.4 LCD1602液晶顯示器92.2.5 4*4薄膜矩陣鍵盤102.3 本章小結(jié)10第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1 主控電路設(shè)計113.2 信號采集電路設(shè)計123.3 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計13

2、3.4 顯示電路設(shè)計143.5 鍵盤輸入電路設(shè)計153.6 超重報警電路設(shè)計163.7 電源接口電路設(shè)計173.8 本章小結(jié)18第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計194.1 主程序設(shè)計194.2 子程序設(shè)計214.2.1 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計214.2.2 顯示子程序設(shè)計214.2.3 鍵盤子程序設(shè)計224.2.4 報警子程序設(shè)計234.2.5 程序計算公式設(shè)計244.3 本章小結(jié)24第5章 設(shè)計制作與調(diào)試255.1 電路原理圖繪制255.2 設(shè)計制作255.3 設(shè)計調(diào)試265.4 本章小結(jié)27第6章 總結(jié)28致謝29參考文獻30附錄31附錄一：系統(tǒng)電路原理圖31附錄二：系統(tǒng)源程序32II太原科技大學華科學

3、院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要本文完成了基于單片機的簡易電子秤設(shè)計。通過電阻應(yīng)變式傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、信號經(jīng)過HX711模塊完成數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和放大、通過單片機進行數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)顯示由LCD實現(xiàn)。經(jīng)實物制作驗證：本設(shè)計對小于10Kg物體的稱重精度可達到±0.005Kg,具有去皮、一鍵輸入單價和改變單價、計算價格、累加金額的功能。關(guān)鍵詞：電子秤，單片機，模數(shù)轉(zhuǎn)換AbstractThis design was a simple Single-Chip Microcomputer based electronic scales. gathers data gathering was made

4、by a weighting sensor .The gathered signal was made A/D transform by the convertor of HX711 and sent to SCM. At last the result would be steadily displayed on LED. The experimental verification: It has been proved that that the accuracy of the system could be less than 5% in the range of 010Kg in ex

5、periment ,with a peeled, a key input unit price and changes in price, calculate prices, cumulative amount of functionality.Keywords: electronic scales, single-chip microcomputer, analog-digital conversion31第1章 緒論1.1 研究目的及意義電子秤為推動貿(mào)易交往的合理化和自動化做出了重大貢獻！近十幾年來，高精度方便的稱量散貨的標簽計價秤成為大型超市必用的設(shè)備！但由于標簽計價秤成本高、

6、技術(shù)復雜、難度大、價格高等等這些缺點，不利于其在中小市場上推廣。因此目前中小型市場上大多采用的還是臺秤，彈簧度盤秤，計量精度不高的電子秤。甚至在有些菜市場、藥店等地方還有賣家使用的是計量準確度很低的桿秤！而國家為了加強衡器的規(guī)范化管理，保護消費者、經(jīng)營者的合法權(quán)益，很早就在公眾貿(mào)易中限制使用桿秤了！為了使我國中小型市場中的衡器水平整體提高,推動貿(mào)易交往的合理化和自動化，更好的維護買家和賣家的合法權(quán)益，制造一種高精度、操作簡單、功能強大、便于維修、價格便宜的適合中小市場的電子秤是具有很大研究意義的，而本設(shè)計所完成的功能就是這種電子秤的最初步模型。1.2 國內(nèi)外發(fā)展歷程隨著科技的發(fā)展，經(jīng)濟的繁榮，

7、人們越來越希望稱重過程可以實現(xiàn)自動化！這樣既可以節(jié)省寶貴的時間，又能減輕人的負擔。為此，電子技術(shù)與衡器緊密結(jié)合產(chǎn)生了電子衡器這一新生事物。電子衡器由最初的精度粗糙、功能單一，逐漸進化成了高精度，多功能的電子衡器。電子衡器由于具有高精度、方便讀數(shù)、對工作環(huán)境要求不高、可與計算機相結(jié)合等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用與工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研等部門。因此提高電子衡器的技術(shù)水平，同時也會使大多行業(yè)的現(xiàn)代化水平有所提高！我國衡器行業(yè)的發(fā)展史是很漫長的。很久之前,我們的祖先使用以物易物的方式，交換自己所需要的東西，但是在那時，人們交易商品是憑感覺來稱重的，要想做到公平交易是很難得。為了解決很難做到公平交易這一問題，

8、楚國就已經(jīng)制造了小型的測量物體輕重的衡器（木衡），通過慢慢的演化，衡桿的力臂加長，重臂縮短。也就形成了我們眾所周知的桿秤。二十世紀中期我國的主流衡器還是桿秤和彈簧秤。二十世紀末，我國開始通過向外國學習引進先進電子衡器的制造技術(shù)，加以消化吸收并進行技術(shù)改造。目前我國的電子衡器制造水平已有很大的提高，近十幾年來，高精度方便的稱量散貨的標簽計價秤成為了大型超市必用的設(shè)備。但由于標簽計價秤成本高、技術(shù)復雜、難度大、價格高等等這些缺點，不利于其在中小市場上推廣。因此目前中小型市場上大多采用的還是臺秤，彈簧度盤秤，計量精度不高的電子秤。甚至在有些菜市場、藥店等地方還有賣家使用的是計量準確度很低的桿秤！從國

9、外角度看，一些西方國家早在二十世紀中期電子衡器就已經(jīng)被廣泛運用。其制造的衡器已向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等發(fā)展方向取得了重大的進步。1.3 本文的研究內(nèi)容對于電子秤來說，研究內(nèi)容對硬件部分無非就是重力信號的收集、處理、顯示。再加上價格的輸入和超重報警器。其余的就是軟件部分的設(shè)計。具體點就是研究怎樣收集重量信號，怎樣處理信號和輸入的命令，最后就是如何顯示處理出來的結(jié)果。本設(shè)計的主要要求如下所述：(1)本設(shè)計可以實現(xiàn)基本秤重功能，顯示設(shè)置的商品英文名稱、所稱商品重量、單價和總價（稱重范圍為010Kg，重量誤差不大于±0.005Kg）；(2)本設(shè)計具備去皮，輸入單價、一鍵輸入儲存的商品的單價

10、并可改變單價，自動完成商品價格計算并可實現(xiàn)金額累加功能；(3)本設(shè)計當所秤重量超出電子秤的重量上限值8Kg時，實現(xiàn)報警功能。在本設(shè)計中，實現(xiàn)秤重是基本功能，不能稱重的電子秤也就不能叫電子秤了！其它功能是在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。本設(shè)計的主要設(shè)計思路為：首先，需要進行重量數(shù)據(jù)的采集，我們通過傳感器采集到重量的信號，由于所采集的重量信號很小且不能直接被控制器所識別，所以采集到的重量信號必須經(jīng)過放大后再通過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成為控制器可以識別的數(shù)字信號。經(jīng)過控制器相應(yīng)的處理后，得出當前所秤商品的重量、單價和總價，并顯示出來。除此之外，本設(shè)計的電子秤還應(yīng)具有設(shè)置單價、切換模式（本設(shè)計模式一：處于稱重模式、模式

11、二：改變一鍵輸入的價格）、確認、刪除等等的功能，因此還需要通過鍵盤向控制器輸入數(shù)據(jù)或命令。此外，當所稱重量超出電子秤的最大測量范圍10Kg時，為保護電子秤還要設(shè)計報警電路。第2章 方案論證與器件選型本章依據(jù)設(shè)計思路對整體系統(tǒng)進行分模塊，以方便系統(tǒng)的硬件設(shè)計。下面就主要的模塊進行方案的論證及主要元器件進行簡要介紹。2.1 方案論證本設(shè)計主要實現(xiàn)的是稱重功能，要實現(xiàn)這一功能就必須有能實現(xiàn)重量數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)收集模塊，以及對所采集信號進行A/D轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、顯示模塊。由設(shè)計要求可知本設(shè)計還需要實現(xiàn)人機的交流例如輸入單價功能因此還需要鍵盤模塊；由于還要進行超重報警所以還要有報警模塊。本設(shè)

12、計總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖2.1.1 主控模塊方案一：可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器作為主控器的優(yōu)勢在于編程簡單，容易上手、有很強的抗干擾能力、對環(huán)境要求不高，但是由于其體積大、價格昂貴，十分不適合作為本設(shè)計的主控器。所以此方案被淘汰。方案二：單片機單片機作為主控器的優(yōu)勢在于價格便宜，成本低、體積小，適用于小、微型設(shè)備、硬件電路很好設(shè)計、軟件編程十分方便。綜合考慮，在本設(shè)計中的主控器我選擇采用單片機。2.1.2 信號采集模塊方案一：電容式傳感器電容式傳感器的結(jié)構(gòu)簡單。但由于其電容量十分的小，不便于測其電容變化量。并且很容易受環(huán)境因素的影響，所以此方案被淘汰。方案

13、二：壓電式傳感器壓電式傳感器重量輕、體積小、工作可靠，但是其輸出的能量十分微弱并且對外接電路要求非常之高。并不適合本設(shè)計，所以此方案被淘汰。方案三：電阻應(yīng)變式傳感器 在本設(shè)計中采用電阻應(yīng)變式傳感器對重量信息進行采集，其優(yōu)勢在于：能測出很微笑的應(yīng)變，很靈敏，價格很便宜。當有商品放上去的時候傳感器里面的阻值會產(chǎn)生相對應(yīng)的變化量。綜合考慮在本設(shè)計中，本設(shè)計選擇方案三作為本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集部分。2.1.3 顯示模塊方案一：發(fā)光二極管采用發(fā)光二極管作為本設(shè)計的顯示模塊其主要優(yōu)點是：成本低廉、硬件電路非常簡便、編程十分簡單。其主要缺點是：只能顯示幾個特定的字符和數(shù)字，需要很多的七段LED數(shù)碼管來顯

14、示所稱商品的重量、單價、總價等信息，占用太多的IO資源，且顯示效果很不好，所以此方案被淘汰。方案二：液晶顯示器液晶是一種有機化合物，其在特定溫度范文內(nèi)具有液態(tài)的形變、流動性等特性，又能體現(xiàn)出晶體的電光效應(yīng)、熱效應(yīng)、光學各向異性、磁光效應(yīng)等等的物理特性，所以我們把它稱為“液晶”。當我們給液晶通電時它的分子排列會產(chǎn)生改變，因此造成了光線的折射或扭曲。利用這種電場效應(yīng)，人們制造了功耗很低的液晶顯示器。顯示模塊采用液晶顯示器的優(yōu)點是：功耗低、畫面顯示質(zhì)量高無閃爍，護眼、無電磁輻射、可以顯示多行的漢字以及圖案。其缺點是：相較于發(fā)光二極管，成本稍高、編程較復雜。綜合考慮，在本設(shè)計中的顯示模塊本設(shè)計選擇采用

15、液晶顯示器。2.1.4 鍵盤輸入模塊方案一：鍵盤處理芯片采取專用的鍵盤處理芯片作為本設(shè)計輸入模塊的主要器件的優(yōu)點是：具有很高的可靠性，使用簡便，節(jié)省單片機的IO口資源，但由于其成本較高，我還要學習相關(guān)的芯片使用方法，很是麻煩，所以，此方案被淘汰。方案二：矩陣鍵盤由于在本設(shè)計中，電子稱應(yīng)具有設(shè)置單價、切換模式（本設(shè)計模式一：處于稱重模式、模式二：改變一鍵輸入的價格）、確認、刪除等等的功能，所需要的按鍵數(shù)量較多，假如我采用獨立按鍵來實現(xiàn)的話，雖然軟件結(jié)構(gòu)很簡便，電路配置也很靈活。但與此同時，則會占用很多的IO資源，我覺得很不劃算。所以鍵盤輸入電路我決定采用矩陣鍵盤實現(xiàn)，矩陣鍵盤顧名思義就是采取把按

16、鍵排列成為矩陣形式，這樣可以節(jié)省一倍的IO口資源1。并且矩陣鍵盤十分的實用，便宜。綜合考慮我選擇矩陣鍵盤作為本設(shè)計的鍵盤輸入模塊。2.2 元器件選型本小節(jié)主要對控制模塊的單片機、數(shù)據(jù)采集模塊的電阻應(yīng)變式壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換的元器件、顯示模塊的液晶顯示器進行其元器件的選型。2.2.1 STC89C52RC單片機一臺家用的計算機的主機部分主要由CPU(執(zhí)行運算和控制）、硬盤（存儲程序和數(shù)據(jù)）、內(nèi)存（存儲數(shù)據(jù)）、輸出輸入設(shè)備（如串行口和并行口等）構(gòu)成。而在單片機中，這些部分全部被集成到一塊集成到電路芯片（IC）中，其中的CPU稱為“ALU”（算術(shù)邏輯運算單元），硬盤稱為“ROM”（只讀存儲器）,內(nèi)

17、存則稱為“RAM”（隨機存儲器）。 如果把本設(shè)計比作一個人來說，那么單片機就相當于人的腦袋，十分的重要！在本設(shè)計中，單片機選擇了宏晶廠家的型號為STC89C52RC的單片機,其工作電壓為3.8V到5.5V,程序的空間大小是8K的字節(jié)，工作頻率可達到40MHz,屬于工業(yè)級其溫度范圍為-40到+85攝氏度采用PDIP封裝。單片機實物圖如圖2-2所示。相較于AT系列的單片機本設(shè)計毅然決然的選擇了STC系列單片機的原因有：價格便宜，降低本設(shè)計的成本、功能與AT系列的單片機一樣強大、STC系列的單片機可用串口下載程序使用非常方便。單片機引腳圖如圖2-2所示。單片機的實物圖如圖2-3所示。圖2-2 單片機

18、管腳圖圖2-3 STC89C52RC單片機實物圖2.2.2 YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器前面有說到，如果把本設(shè)計比作一個人來說，那么單片機就相當于人的腦袋，十分的重要！但是，對于只有一個腦袋的人來說是辦不成任何事情的。人還必須有感知外界的器官（眼、耳、口、鼻、皮膚等），通過器官對外界的環(huán)境信息進行收集，通過神經(jīng)元產(chǎn)生相對應(yīng)的興奮，興奮再通過神經(jīng)元傳遞給大腦，大腦才能接受和處理相關(guān)的信息。在本設(shè)計中，壓力傳感器就相當于感知外界的器官，也是不可或缺的器件！壓力傳感器如果不好的話那么所收集的信息就是不正確的，就不用提后面的信息處理了。所以選擇壓力傳感器也是十分重要的！電阻應(yīng)變式傳感器是由三大部分

19、組成分別是：電阻應(yīng)變片、感壓裝置及惠更斯電橋檢測電路。其中的核心元件是電阻應(yīng)變片式，電阻應(yīng)變片和感壓裝置相連接，當有商品放在感壓裝置上面時，應(yīng)變片會產(chǎn)生相應(yīng)的形變，這種應(yīng)變片的電阻會隨著其機械形變而變化，通過惠更斯電橋把其電阻值的變換量轉(zhuǎn)換成為電壓信號2。在本設(shè)計中采用了YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器，其靈敏度為1.0mV/V，千分之三的精度誤差。本傳感器的內(nèi)部是一組半橋應(yīng)變片，由于半橋電路測量的準度比起全橋電路測量的準度要差很多，所以采用了兩個量程為5千克的YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器，組成全橋測量，量程可達到10Kg，誤差不大于0.005Kg，本設(shè)計的傳感器量程大于9.9Kg，符合保

20、護電子秤的傳感器要求，滿足本設(shè)計的精度要求。YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器的實物圖如圖2-4所示。圖2-4 傳感器實物圖其電阻應(yīng)變片受力形變前的圖如圖2-5所示。圖2-5 應(yīng)變片受力前形變圖其電阻應(yīng)變片受力形變后的圖如圖2-6所示。圖2-6 應(yīng)變片受力后形變圖由圖可得：R1所處位置發(fā)生了伸張，R2所處位置發(fā)生了收縮。由常理可知，R1的電阻會變大，R2的電阻變小。通過惠更斯電橋把其電阻值的變換量轉(zhuǎn)換成為電壓信號。其測量電橋由兩個YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器構(gòu)成。兩個傳感器組成全橋測量電路的連接原理圖如圖2-7所示。圖2-7 傳感器連接圖2.2.3 HX711A/D轉(zhuǎn)換模塊前面有說道，人體通

21、過器官對外界的環(huán)境信息進行收集。但是，對于人體來說，通過器官對外界的環(huán)境所收集到的信息是不能直接被大腦所識別的，還必須通過神經(jīng)元產(chǎn)生相對應(yīng)的興奮，興奮再通過神經(jīng)元傳遞給大腦，大腦才能接受和處理相關(guān)的信息。在本設(shè)計中，AD轉(zhuǎn)換模塊就類似于把器官對外界的環(huán)境所收集到的信息轉(zhuǎn)換成為大腦所能識別的興奮的神經(jīng)元，也是不可或缺的器件！如果，本設(shè)計的AD轉(zhuǎn)換不成功的話那么單片機也接受不到它所能識別的信息了，也就不用提后面的信息處理了。所以AD轉(zhuǎn)化任然是十分重要的！由于電阻應(yīng)變式傳感器通過測量電路形成相對應(yīng)的電壓的信號較小所以還需要一個放大部分，又由于電壓信號不能直接被單片機所識別，還必須有A/D轉(zhuǎn)換部分。本

22、設(shè)計中選擇了24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711。相較于其它轉(zhuǎn)換芯片本設(shè)計毅然決然的選擇了HX711的原因有：其精度完全能滿足本設(shè)計的需要、集成度非常高、抗干擾能力強、速度很快、方便編程、最最重要的是其A通道的可以編程的增益可以為120倍，選擇HX711既可以完成A/D轉(zhuǎn)換又可以對信號進行放大，免除本設(shè)計的放大部分電路設(shè)計，降低了本設(shè)計的成本并使得本設(shè)計的可靠性有所提高。芯片管腳圖如圖2-8所示。焊接好的HX711模塊實物如圖2-9所示。圖2-8 HX711管腳圖圖2-9 HX711模塊實物圖2.2.4 LCD1602液晶顯示器對一個人來說，他的大腦對外界感知到的重量信息，他如果想要表達他所感知的信息

23、他可以采取通過口說出來，通過手寫出來。而在本設(shè)計中，沒有采取語音芯片進行信息表達，而是通過顯示器來表達的。經(jīng)過前面的論證最終本設(shè)計中選擇了液晶顯示器作為本設(shè)計的顯示模塊的主要器件。通過深思熟慮，本設(shè)計中最終選擇了采用LCD1602液晶顯示器。相較于LCD12864其優(yōu)點是：體積小、雖然只能實現(xiàn)顯示字符、字母和數(shù)字但是任可以完成本設(shè)計的要求，用英文代替漢字就可，最最重要的是其價格比LCD12864便宜很多，LCD12864比LCD1602貴七倍多！LCD實物圖如圖2-10所示。圖2-10 LCD實物圖2.2.5 4*4薄膜矩陣鍵盤在本設(shè)計中，電子秤應(yīng)具有設(shè)置單價、切換模式（本設(shè)計模式一：處于稱重

24、模式、模式二：改變一鍵輸入的價格）、確認、刪除等功能，經(jīng)過思考可得本設(shè)計需要十六個按鍵就可完成本設(shè)計的要求，本設(shè)計選擇4*4的矩陣鍵盤來實現(xiàn)本設(shè)計的按鍵輸入。由于矩陣鍵盤在進行實物焊接時，不太好焊接，所以本設(shè)計采用了直接做好的4*4薄膜鍵盤其實物如圖2-11所示。圖2-11 鍵盤實物圖2.3 本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對本次設(shè)計的方案論證與器件的選型，按照設(shè)計的基本要求，通過分析與論證，最后確定系統(tǒng)可分為四大模塊，主控模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊。其中信號采集模塊由YZC-161B電阻應(yīng)變片壓力傳感器采集模擬信號，信號的放大處理和A/D轉(zhuǎn)換由HX711轉(zhuǎn)換模塊擔任。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送

25、給STC89C52RC單片機控制器處理，由單片機完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動LCD1602液晶顯示模塊進行信息顯示，用4*4薄膜矩陣鍵盤實現(xiàn)命令的輸入。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計單獨的元器件是沒有辦法完成稱重任務(wù)的。要想完成稱重任務(wù)的前提是必須把它們通過正確的方式連接起來。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計就是為了把這些獨立的器件通過正確的連接方式連接起來，形成一個整體。本章主要對本系統(tǒng)的硬件電路進行了設(shè)計，下面就分模塊對系統(tǒng)的硬件電路進行簡要說明。3.1 主控電路設(shè)計前面有把本設(shè)計比作一個人來闡述本設(shè)計，對于本設(shè)計來說單片機STC89C52RC就相當于“大腦”，有“大腦”還不行，還必須有“健康的心臟”。對于本設(shè)計來說

26、，時鐘電路就類似于本設(shè)計的“心臟”。在本設(shè)計中，本設(shè)計中采用最常見的內(nèi)部時鐘方式。在單片機STC89C52RC內(nèi)部有個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為芯片引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接微調(diào)電容和晶體振蕩器，形成反饋電路，構(gòu)成自激振蕩器3。本設(shè)計中采用的是11.0592MHz晶振，主要是因為它能準確的產(chǎn)生各種波特率，在進行串行通信時是非常有用的。對于時鐘電路的微調(diào)電容來說，也沒有定值。微調(diào)電容范圍是在20-40pF之間。電容值越大,會使晶振越穩(wěn)定,但是會降低靜晶振的精度。電容值越小，會降低其抗干擾性能,在本設(shè)計中選一個中間值即電容選30pF。復位是單片機的

27、初始操作，讓單片機從單元0000H開始執(zhí)行程序4。復位作用除了使設(shè)計進入正常初始化外主要功能就是當單片機出現(xiàn)異常和跑飛，讓單片機從新啟動，和電腦的重啟是一樣的道理。單片機復位信號的輸入端是RST，當輸入高電平時有效，并且其輸入高電平的時間應(yīng)持續(xù)24個震蕩脈沖周期（即兩個機器周期）以上5。單片機STC89C52RC的31腳接高電平，表示允許使用單片機的片內(nèi)ROM。單片機主控電路原理圖如圖3-1所示。 圖3-1 單片機控制電路3.2 信號采集電路設(shè)計本設(shè)計中用了兩個量程為5Kg的YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器，組成了全橋測量。測量電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2 測量電路原理圖傳感器的輸出電壓

28、U的計算公式如公式（3-1）： (3-1)由式子（3-1）可得當滿足條件時，即當電橋平衡時，傳感器的輸出電壓U為零6。因此，在對商品稱重前，使電橋平衡。就可使傳感器輸出電壓U僅和因稱重的商品的重量所引起的電阻變化有關(guān)。其中的E是傳感器的供電電壓，即HX711模塊上的E+和E-電壓。該電壓通過計算。其中VBG為模塊兒基準電壓1.25V。R5是20K,R6是8.2K?？傻肊為4.3V。若在傳感器上放上商品，則傳感器的電阻產(chǎn)生的變化7如下：，按公式(3-1)，則傳感器輸出電壓U公式如(3-2)： (3-2)傳感器滿量程輸出電壓的計算公式如公式(3-3)： (3-3) 其中1.0mV/V指的是本傳感器

29、的靈敏度。最大輸出電壓是 由于是用了兩個量程為5千克的YZC-161B電阻應(yīng)變式傳感器，組成的全橋測量。所以本設(shè)計的最大量程輸出電壓為4.3mV的兩倍8.6mV。 3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計本設(shè)計中采用的HX711芯片其精度完全能滿足本設(shè)計的需要、其A通道的可以編程的增益可以為128倍，在本設(shè)計中不需要接B通道（即B+和B-）。最大輸出電壓為經(jīng)過128倍放大后，最大電壓為經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換后輸出的24bit數(shù)字值最大為HX711模塊的電路原理圖如圖3-3所示。圖3-3 HX711模塊原理圖3.4 顯示電路設(shè)計本設(shè)計的顯示部分選擇了用LED1602液晶顯示模塊。其可以顯示2行、每行顯示16個字符。引

30、腳1是液晶1602的接地引腳，引腳2是液晶1602的電源引腳，引腳15是液晶1602的背光源正極，引腳16是液晶1602背光源負極，所以把引腳1和引腳16接地，引腳2和引腳15接電源。引腳3是液晶顯示器對比度調(diào)整引腳，如果把其直接接地的話，會造成對比度過高很可能產(chǎn)生我們常說的“鬼影”。為避免“鬼影”的產(chǎn)生，降低液晶顯示器的對比度，本設(shè)計中采用把引腳3與地之間加一個10K的電位器對對比度進行調(diào)整8。引腳4、引腳5、引腳6是液晶1602的選控制引腳，本設(shè)計中將它們分別連接到STC89C52RC單片機的P2.0、P2.1、P2.2端口，引腳7到引腳14是數(shù)據(jù)接口，本設(shè)計中將它們分別連接到STC89C

31、52RC單片機的P0.0到P0.7口，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其與單片機的連接電路如圖3-4所示。圖3-4 液晶顯示接口電路3.5 鍵盤輸入電路設(shè)計其中薄膜鍵盤的“1”“2”“3”“A”分別對應(yīng)原理圖中的“S1”“S2”“S3”“S4”，其它按鍵以此規(guī)律分配。薄膜鍵盤的左邊為四條行掃描線，右邊四條列掃描，最左邊的連接到單片機STC89C52RC的IO口P3.0,最右邊的連接到單片機STC89C52RC的IO口P3.7,其它端口連接以此規(guī)律連接。其原理圖如圖3-5所示。圖3-5 按鍵輸入電路原理圖 功能：系統(tǒng)通電后自動進入模式一：自由輸入單價模式。在放上商品后，會在LCD1602上顯示出所稱物體的重

32、量信息，此時單價、總價為零。這時可以直接輸入你想要輸入單價，LCD1602上會顯示出你所輸入的單價，如輸錯了的話按下“清除”按鍵“C”（即原理圖的按鍵S12）就可以清除輸錯的內(nèi)容，“等于”按鍵“D”（即原理圖的按鍵S16)這時，LCD1602會顯示總價信息。如果想進入模式二：一鍵輸入單價模式的話，按下“切換”按鍵“*”（即原理圖的按鍵S13)，就可以進入一鍵輸入模式了。其中數(shù)字0到9分別對應(yīng)的不同的水果英文名稱，直接按下數(shù)字鍵就會顯示相應(yīng)的英文名稱和價格。如果需要更改一鍵輸入的價格的話，首先按下“修改”按鍵“#”LCD1602就會回到可以改價格的界面，只是多顯示了一個“#”符號，再按一次“#”

33、按鍵，多顯示的“#”符號就會消失，此時輸入想修成改的價格，輸入完了再按下可以使設(shè)計變成模式二的“切換”按鍵“*”按下你想修改價格的水果對應(yīng)數(shù)字按鍵，按下“修改”就改價完成了。本設(shè)計還可以實現(xiàn)金額的累加計算功能，按下“累加”按鍵“B”（即原理圖的按鍵S8)，類外，本設(shè)計換可以實現(xiàn)去皮的功能，按下“去皮”按鍵“A”（即原理圖的按鍵S4)就可實現(xiàn)去皮功能了。3.6 超重報警電路設(shè)計在本設(shè)計中不需要播報液晶顯示中顯示出來的重量、單價、總價等相關(guān)信息，僅需要當所秤重量超出電子秤的最大測量范圍10Kg時，發(fā)出提示聲音以保護電子秤。并且所發(fā)出的提示音并沒有要求必須發(fā)出“超重”這種提示音，相比較于采用語音芯片

34、的成本高、編程復雜等缺點蜂鳴器則電路十分簡單、編程十分容易且可靠性十分的高。我決定報警模塊中的中心器件我采用蜂鳴器，以起到報警的作用。超重報警電路在本設(shè)計中用9012（PNP三極管）來驅(qū)動蜂鳴器以實現(xiàn)超重報警功能，由STC89C52RC單片機的IO口P1.0控制PNP三極管的基極，當STC89C52RC單片機的IO口P1.0輸出為低電平時，三極管導通，則蜂鳴器的正極與電源接通。由于設(shè)計時我使蜂鳴器的負極一直處于低電平，所以當其正極接通電源的話，蜂鳴器則會發(fā)出9。反之，當單片機的P1.0口輸出高電平時，蜂鳴器斷電停止發(fā)出聲響。報警電路原理圖如圖3-6所示。圖3-6 報警電路原理圖3.7 電源接口

35、電路設(shè)計由于在本設(shè)計中，需要五伏的直流電壓就可以工作了。因此為了確保本設(shè)計可以正常穩(wěn)定的運行，本設(shè)計需要一個可以提供穩(wěn)定的五伏直流電壓的電源模塊。但由于設(shè)計一個穩(wěn)定的五伏直流電壓電路很復雜，所以采用外置電源供電，以免除五伏直流電壓電路的設(shè)計,減少本設(shè)計的工作量，假如在本設(shè)計中的外置電源采用干電池做電源的話就會面臨著更換電池的麻煩，所以在本設(shè)計中采用USB電源線再加上我手機的充電頭就構(gòu)成了本設(shè)計的外置電源，十分的方便可靠。本設(shè)計只需要對電源的接口電路進行設(shè)計就好，本設(shè)計在設(shè)計時加了一個按下LED，起到一個提示通電的作用。電源接口電路原理圖如圖3-7所示。圖3-7 電源接口電路原理圖3.8 本章小

36、結(jié)本章主要是介紹硬件電路的設(shè)計。在第2章的基礎(chǔ)上，把系統(tǒng)硬件電路設(shè)計分為主控電路設(shè)計、信號采集電路設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計、鍵盤輸入電路設(shè)計、超重報警電路設(shè)計、電源接口電路設(shè)計。并詳細的介紹了各個模塊的具體電路設(shè)計。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計第本章主要對系統(tǒng)的軟件部分進行設(shè)計。軟件的作用相當于給硬件部分下達任務(wù)命令。所以對于只有硬件而沒有軟件的系統(tǒng)是不知道它要做的任務(wù)是什么，也就沒有完成任務(wù)這一事了。當然還必須通過單片機能聽懂的語言下達任務(wù)命令。例如，如果我用漢語對一個不懂漢語的美國人下達命令，他是不能理解的。但是我可以通過翻譯軟件，把我想表達的內(nèi)容翻譯成他能懂得英語。而本設(shè)計可以聽懂

37、的語言是“十六進制”，我用C語言編寫命令，通過Keil uVision4軟件翻譯成為設(shè)計可以聽懂的“十六進制”文件10。而本設(shè)計的“命令”主要包括“主命令”和“子命令”。本設(shè)計程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，下面就對本設(shè)計的軟件進行分模塊介紹。4.1 主程序設(shè)計在本設(shè)計中，實現(xiàn)秤重是基本功能，不能稱重的電子秤也就不能叫電子秤了！其它功能是在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。因此本設(shè)計程序的主要內(nèi)容首先是完成對模擬信號的轉(zhuǎn)換也就需要A/D子程序，處理成為與之對應(yīng)的重量值需要用單片機來處理函數(shù)程序，當進行顯示信息時就需要顯示子程序。實現(xiàn)了這一主要功能后還需要實現(xiàn)設(shè)置單價、切換模式（本設(shè)計模式一：處于稱重模式、模式二：改變一鍵

38、輸入的價格）、確認、刪除等等的功能，因此還需要鍵盤子程序，當超重時進行蜂鳴器報警這時需要報警子程序。本設(shè)計的主程序主要負責完成設(shè)計初始化，并大致按照上述過程調(diào)用各程序模塊（子程序），主程序流程圖如圖4-1所示。 圖4-1 主流程圖4.2 子程序設(shè)計設(shè)計子程序主要包括A/D轉(zhuǎn)換啟動程序設(shè)計、顯示程序設(shè)計、鍵盤子程序設(shè)、報警子程序的設(shè)計以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)公式的得出等。 4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換子程序主要是指在設(shè)計開始運行時，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設(shè)計。設(shè)計流程圖如圖4-2所示。圖4-2 A/D轉(zhuǎn)換子流程圖4.2.2 顯示子

39、程序設(shè)計顯示子程序主要是來判斷是否需要顯示，和如何去顯示。是其他程序所需要調(diào)用的程序之一，非常的重要。顯示子程序的流程圖如下圖4-3所示。圖4-3 顯示子程序流程圖4.2.3 鍵盤子程序設(shè)計在設(shè)計本程序時，首先應(yīng)先判斷是否有按鍵按下，如有按鍵按下的話，就應(yīng)判斷出是哪個按鍵按下的。本設(shè)計在判斷按鍵是否按下時采用的是行列掃描法。在調(diào)用相應(yīng)的處理顯示程序。鍵盤子程序的流程圖如圖4-5所示。 圖4-5 鍵盤子程序流程圖4.2.4 報警子程序設(shè)計當STC89C52RC單片機的IO口P1.0輸出為低電平時，三極管導通，蜂鳴器報警。反之，當單片機的P1.0口輸出高電平時，蜂鳴器斷電停止發(fā)出聲響。報警子程序的

40、編程只需控制P1.O口就好，當超重時使P1.0口輸出低電平，不超重則輸出高電平。當所稱商品超過程序設(shè)定的值則進入報警子程序。報警子程序流程圖如圖4-6所示。圖4-6 報警子程序流程圖4.2.5 程序計算公式設(shè)計假設(shè)重力為A Kg，,測量出來的模擬值為y 經(jīng)過傳感器輸出。發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換模塊傳感器輸出電壓為經(jīng)過128倍增益后為轉(zhuǎn)換為24bit數(shù)字信號為獲取當前采樣的AD值，存放在long型變量HX711_Buffer中，因 long型變量計算速率和存放空間占用資源太多，固除以100，縮放為int型，便于后續(xù)計算。 因此得出所以程序中計算公式為： Weight_Shiwu=(unsignedint)

41、(float)Weight_Shiwu/4.30+0.05); 其中+0.05是為了四舍五入百分位的。4.3 本章小結(jié)本章主要介紹的是本次設(shè)計的軟件部分，畫出了軟件的主程序流程圖及部分子程序流程圖。并簡要介紹了本設(shè)計軟件中最重要的重量換算公式。第5章 實物制作與調(diào)試前面介紹的內(nèi)容都是為了做出一個真正可以稱重的實物做鋪墊的。要制作實物就會有焊接調(diào)試等內(nèi)容。下面就關(guān)于實物的制作等方面進行簡要介紹。5.1 電路原理圖繪制本設(shè)計中的原理圖是用Altium Designer6.09軟件制作的。Altium Designer6.09軟件，主要包括原理圖繪制、PCB圖繪制、原理圖符號庫繪制、元件封裝繪制等功

42、能。原理圖包括單個原理圖和層次原理圖兩種類型；印制電路板包括單層板、雙層板和多層板；其中網(wǎng)絡(luò)表是原理圖和印制板之間的橋梁。根據(jù)芯片數(shù)據(jù)手冊可以繪制出原理圖符號和元件封裝，原理圖符號包括單個和子元件符號，元件封裝包括分立元件封裝和集成電路封裝，若將原理圖符號和封裝集成到一起將形成集成庫。原理圖和原理圖符號庫之間可以相互更新，同樣印制電路板和封裝庫之間也可以互相更新。使用Altium Designer6.09軟件設(shè)計電路原理圖主要分為創(chuàng)建工程、設(shè)置工作環(huán)境、放置元器件、原理圖布線、生成網(wǎng)絡(luò)表、修改和調(diào)整等幾個步驟。在本設(shè)計中采用的是萬用板而不是按照PCB圖制作的PCB板。原因是PCB板適合批量生產(chǎn)

43、，并且我覺得PCB板的制作對我來說很麻煩，在本畢業(yè)設(shè)計中相比較PCB板的制作我更愿意焊接元器件之間連接的導線！所以我制作的PCB圖在實物制作時是起到先安排好各個器件的位置，確定怎樣走線等等作用，避免直接再萬用板上焊好元件了，結(jié)果位置不對，還要重弄。5.2 設(shè)計制作這部分介紹的內(nèi)容主要是按照PCB圖所示元器件位置在萬用板上焊接元器件。在這部分中，我在焊接時嚴格遵守曾經(jīng)在學校安排的電子工藝實習中學到的“手工焊接五步法”。具體的作法是首先保存烙鐵頭的干凈，等烙鐵很熱了再一起加熱焊盤和元件的引線，在這一步驟中，不可加熱時間太久，否則會有可能把焊盤弄掉了，依據(jù)我的經(jīng)驗，我覺得加熱2秒最好，加熱后左手把焊錫絲送到所需位置，所融化的焊料不能太多也不能太少。接下來一定要先已開焊錫絲在移開烙鐵，如果先移開烙鐵則十分可能造成，焊錫絲移不開，和以融化的焊料融合再一起。還有需要十分注意的是要注意安全，