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第1章

緒論1.1課題背景與研究意義

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電子秤作為一種計量手段，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術水平的高低，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。

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電子秤是稱重技術中的一種新型儀表，廣泛應用于各種場合。電子秤與機械秤比較有體積小、重量輕、結構簡單、價格低、實用價值強、維護方便等特點，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠傳，易于實現(xiàn)重量顯示數(shù)字化，易于與計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率。從世界水平看，衡器技術已經(jīng)經(jīng)歷了四個階段，從傳統(tǒng)的全部由機械元器件組成的機械稱到用電子線路代替部分機械元器件的機電結合秤，再從集成電路式到目前的單片機系統(tǒng)設計的電子計價秤。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。現(xiàn)今電子衡器制造技術及應用得到了新發(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。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。

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電子稱重的實現(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行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)A/D轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。按照設計的基本要求，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轉換部分組成。轉換后的數(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間的信息交換。此部分對軟件的設計要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。在擴展功能上，本設計增加了一個過載報警提示功能和電子日歷功能使本電子稱的設計更人性化智能化。

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1.2 系統(tǒng)設計要求

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一、基本要求

設計并制作一款基于單片機的電子秤重系統(tǒng)。

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二、具體要求

本課題研究的內(nèi)容是以單片機STC89C52RC為控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本策略及價格計算功能。本課題在電子稱的基本功能基礎上擴展了電子日歷及時鐘功能。該系統(tǒng)可以分為單片機最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機交互界面系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、時鐘及語音報數(shù)六大部分組成。單片機最小系統(tǒng)部分主要包括STC89C52RC和經(jīng)典復位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號放大和A/D轉換部分組成，信號放大和A/D轉換部分主要由專用型高精度24位AD轉換芯片HX711實現(xiàn)；人機交互界面為鍵盤輸入和點陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和1602液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)；時鐘模塊主要由時鐘芯片DS1302和時鐘電路組成；語音報數(shù)模塊可語音報讀電子秤系統(tǒng)的重量、單價、金額等語音內(nèi)容，主要由SC1010B電子稱專用語音芯片實現(xiàn)。

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本課題的主要設計任務如下所述：

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1）系統(tǒng)可實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能（稱重范圍為0～5Kg，重量誤差不大于±0.005Kg）；

2）系統(tǒng)應具備輸入單價，計算總價及語音報價的功能；

3）系統(tǒng)超出最大測量范圍5Kg時應有報警指示功能（蜂鳴器報警提示）；

4）該電子稱設計需完成電子日歷及時鐘顯示功能的擴展。在未稱重狀態(tài)下系統(tǒng)應具備顯示年月日、星期及時鐘功能。

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1.3系統(tǒng)設計方案

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結合所學知識，通過查找資料和論證，可通過以下方案來實現(xiàn)課題要求實現(xiàn)的指標，各方案介紹如下所述。

方案一??數(shù)碼管顯示：

圖1-1 數(shù)碼管顯示方案

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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)轉換功能的單片機。由此設計出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時大大減少程序量，在電路結構上只有簡單的輸出輸入關系。缺點是：硬件部分簡單，雖然可以實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實際情況靈活地設定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實現(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雜字符，不能達到顯示購物清單的要求。又因為采用了具有模數(shù)轉換功能的單片機，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達不到設計的標準。

方案二??在前一種方案的基礎上進行擴展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)設定，使電子稱實現(xiàn)稱重計價的功能。

結構簡圖如圖1-2所示：

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圖1-2帶有鍵盤輸入的結構簡圖

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此方案設計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計價功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時，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需要另行擴展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。

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方案三 前端信號處理時，選用放大、信號轉換等措施來增加信號采集強度但會增加相應的設計成本；顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD顯示器。這種方案不僅加強了人機交換的能力，而且滿足設計要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關內(nèi)容，當需要增加擴展功能時可以通過切換液晶顯示界面的方式來實現(xiàn)。

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結構簡圖如下圖1-3所示：

圖3帶有鍵盤輸入及液晶顯示的結構簡圖

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鑒于上述三種方案的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)在設計時充分考慮到系統(tǒng)的實用性及成本的可行性的前提下，設計完成了最終的電子稱方案，最終的硬件設計方案圖如圖4所示，該方案增加了電子日歷功能，從而使本系統(tǒng)的設計功能得到了很好的擴展與應用。

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1.4電子秤的主要組成

1.4.1??電子秤的基本結構

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? ? 電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電了秤均由以下三部分組成：

• 承重、傳力復位系統(tǒng)

它是被稱物體與轉換元件之間的機械、傳力復位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結構、吊掛連接部件和限位減振機構等。

2） 稱重傳感器

即由非電量（質(zhì)量或重量）轉換成電量的轉換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。

按照稱重傳感器的結構型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應變傳感器（電阻應變式、盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。

對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應，并有良好的線性關系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。

3) 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置

即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。

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1.4.2??電子秤的工作原理

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當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應，將物體的重量轉換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系（一般成正比關系）的電信號（電壓或電流等）。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模／數(shù)( A/D)器進行轉換，數(shù)字信號再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各功能開關，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印。一般地信號的放大、濾波、A/D轉換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。

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1.4.3??電子秤的計量性能

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電子秤的計量性能涉及的主要技術指標有：量程、分度值、分度數(shù)、準確度等級等。

(1) 量程：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。

(2) 分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。

(3) 分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。

電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max=n·d

(4) 準確度等級

國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成T、II、III、Ⅳ四類等級，分別對應不同準確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如表1-1所示：

表1-1 不同準確度的電子秤和分度數(shù)

標志及等級	電子秤分類	分度數(shù)范圍
特種準確度	基準衡器	n> 100000
高準確度	精密衡器	10000 < n≤100000
中準確度	商業(yè)衡器	1000 < n≤10000
普通準確度	粗衡器	100<n≤1000

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第2章 系統(tǒng)硬件設計

2.1? ?? ?? ? 流系統(tǒng)元器件選型及參數(shù)介紹2.1.1 系統(tǒng)單片機選型

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單片機的選擇在整個系統(tǒng)設計中至關重要，要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價格便宜等要求，本課題選擇AT89S52作為主控芯片。

AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52芯片具有以下特性[[]4?：

①指令集和芯片引腳與Intel公司的8051兼容；

②4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲器；

③時鐘頻率為0～33MHz；

④128字節(jié)片內(nèi)隨機讀寫存儲器（RAM）；

⑤32個可編程輸入/輸出引腳；

⑥2個16位定時/計數(shù)器；

⑦6個中斷源，2級優(yōu)先級；

⑧全雙工串行通信接口；

⑨監(jiān)視定時器；

⑩2個數(shù)據(jù)指針。

AT89S52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳[[]5?。

AT89S52單片機引腳圖如圖2-1所示：

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圖2-1 單片機引腳圖

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2.1.2 系統(tǒng)傳感器選型

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系統(tǒng)采用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的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應。

壓電傳感器體積小、重量輕、結構簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學量的測量，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。壓電器件的弱點：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。

電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片式電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。

導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應變效應。電阻應變片把機械應變信號轉換為△R/R后，由于應變量及相應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，要采用轉換電路把應變片的△R/R變化轉換成電壓或電流變化。其轉換電路常用測量電橋。

直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。

圖2-2為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E：

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圖2-2 傳感器內(nèi)部連接圖

當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。

當忽略電源的內(nèi)阻時，由分壓原理有：

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當滿足條件R1R3=R2R4時，即

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=0，即電橋平衡。式（2.2）稱平衡條件。

應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關。

若差動工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（2.1），則電橋輸出為

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應變片式傳感器有如下特點：

（1）應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器。

（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。

（3）結構輕小，對試件影響小， 對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好。

（4）商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量[5]。

通過對壓力傳感器與電阻應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0～5Kg,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，還要避免超重損壞傳感器，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變片壓力傳感器，量程為5Kg，精度為0.01% ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。

2.1.3 系統(tǒng)AD轉換芯片選擇

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HX711是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片。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、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。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[[]9?，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D 轉換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。芯片管腳圖如圖2-3所示。

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圖2-3 HX711管腳定義

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HX711典型應用電路如圖2-4所示。

圖2-4 HX711典型應用電路

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2.1.4系統(tǒng)顯示器選擇

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方案一 數(shù)碼管顯示

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數(shù)碼管是一種半導體發(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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“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)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(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)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。

數(shù)碼管顯示信息有限，當顯示信息較多時需要多個數(shù)碼管級聯(lián)方可，這樣會造成硬件連接復雜，成本增加；數(shù)碼管對大部分字符不能很好的顯示，動態(tài)掃描時處理不好易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

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方案二 LCD字符液晶顯示

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采用點陣字符型 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，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件，但采用LCD液晶顯示會造成設計成本增加。

LCD1602可以顯示2行 16 個字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0-D7，和 RS、R/W、 EN 三個控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光[10]。

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具體引腳說明如表2-1所示。

表2-1 LCD1602液晶顯示器引腳說明

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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 個不同 的點陣字符圖形，如表 1 所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、 常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，它的讀寫操作、 屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(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。

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2.1.5系統(tǒng)時鐘芯片選擇

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DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應用于測量系統(tǒng)中。DS1302實物和管腳圖分別如圖2-5、圖2-6所示。

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圖2-5 DS1302實物圖

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圖2-6 DS1302管腳定義

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DS1302各引腳的功能為：

VCC1：備用電源；VCC2：主電源。當VCC2>VCC1+0.2V時，由VCC2向DS1302供電，當VCC2< VCC1時，由VCC1向DS1302供電。

SCLK：串行時鐘，輸入；

I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；

CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?/span>

??DS1302有關日歷、時間的寄存器共有12個，其中有7個寄存器（讀時81h～8Dh，寫時80h～8Ch），存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式。

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2.2? ?? ?? ? 系統(tǒng)硬件電路設計2.2.1系統(tǒng)電源電路設計

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由于該系統(tǒng)中 51 單片機及 AD 轉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，需要設計一個可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)。本設計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 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)電源電路設計如圖 2-7所示。

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圖2-7電源接口電路

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C1，C2實現(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實現(xiàn)對電源電壓的平滑穩(wěn)定作用[10]，當USB接口輸出電壓高時C4用來儲能，當后續(xù)電路負載過高USB供電不足時電解電容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]。

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2.2.2系統(tǒng)單片機主控電路設計

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系統(tǒng)主控電路由AT89S52單片機及晶振電路和復位電路組成，該電路作為整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心單元，其連接方式如圖2-8所示。

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圖2-8 單片機控制模塊電路

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晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(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，是一種機電器件，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。這種晶體有一個很重要的特性，如果給它通電，它就會產(chǎn)生機械振蕩，反之，如果給它機械力，它又會產(chǎn)生電，這種特性叫機電效應。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關。由于石英晶體化學性能非常穩(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，其諧振頻率也很準確。根據(jù)石英晶體的機電效應，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機電效應是機-電-機-電..的不斷轉換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉換。在電路中的應用實際上是把它當作一個高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時，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]。

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復位電路采用按鍵復位加上電復位來實現(xiàn)，S1為復位按鍵，復位按鍵按下后，復位端通過1K的小電阻與電源接通,迅速放電,使RST引腳為高電平,復位按鍵彈起后,電源通過10KΩ的電阻對10μF的電容C1重新充電,RST引腳端出現(xiàn)復位正脈沖。AT89S52內(nèi)部有一個高增益反相放大器,用于構成振蕩器,但要形成時鐘脈沖,外部還需附加電路,本設計采用內(nèi)部時鐘方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器,就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路,C2和C3的值通常選擇為30pF左右,晶振Y1選擇12MHz.為了減小寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應盡可能安裝得與單片機引腳XTAL1和XTAL2靠近[[]7?。

單片機的31腳（EA）接+5V電源，表示允許使用片內(nèi)ROM。

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2.2.3系統(tǒng)顯示部分電路設計

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顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊，液晶板上排列著若干 5×7或 5×10點陣的字符顯示位,每個顯示位可顯示1個字符，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。其與單片機的連接電路如圖2-9所示

圖2-9 液晶顯示接口電路

? ? 1腳和2腳為液晶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，分別連接到單片機的P2.0、P2.1、P2,2端口，7~14腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機的P0口相連實現(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]。

2.2.4系統(tǒng)超重報警指示電路設計

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超重報警指示電路用來在稱重測量超出最高值時報警提示，以免重量太高的情況下?lián)p壞傳感器。報警指示電路由PNP三極管9012驅(qū)動蜂鳴器來實現(xiàn)，單片機IO口控制三極管的基極，當單片機的IO口輸出為低電平時，三極管導通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報警聲，當單片機IO口輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止報警。報警指示電路如圖2-10所示。

圖2-10報警指示電路

2.2.5系統(tǒng)按鍵輸入電路設計

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按鍵輸入電路用來在電子稱測量過程中輸入單價值，按鍵輸入電路采用4*4矩陣鍵盤實現(xiàn)，矩陣鍵盤電路如圖2-11所示。

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圖2-11按鍵輸入電路

電子稱按鍵功能分配如表2-2所示：

表2-2系統(tǒng)按鍵配置表

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7	8	9	去皮
4	5	6	清零
1	2	3	累計
0		?	計算

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此電子秤是開機檢測托盤重量，并將托盤重量清零（即電子秤每次開機后檢測托盤重量，并程序中自動將托盤重量保存在一個變量中，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）。

計算功能：在正確輸入了單價之后，按下計算按鍵，將會計算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價、總價。

電子日歷時鐘鍵盤面板：

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設置	＋	—	?
?	?	?	?

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對應矩陣鍵盤按鍵

S1	S2	S3	?
?	?	?	?

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通過設置按鍵可以切換日期、星期、時間的設置，通過加減鍵來進行各個狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

2.3系統(tǒng)硬件電路的繪制與PCB線路板制作

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2.3.1? ?? ???Protell 99 SE軟件介紹

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本文在硬件電路的設計過程中，原理圖和PCB的繪制采用Protel99SE軟件，Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設計軟件，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專業(yè)EDA工具的必選課程。

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2.3.2 系統(tǒng)原理圖繪制與PCB印刷線路板制作

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采用Protel99SE軟件繪制原理圖和PCB的主要步驟如下所述：

• 建立系統(tǒng)所需原件庫；
  • 加載所建原件庫到工程項目中；
    • 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；
      • 建立原件封裝庫并加載到工程文件中；
        • 繪制好電路后進行ERC電氣檢測，并生成網(wǎng)絡表；

在工程中建立PCB文件，導入生成的網(wǎng)絡表；

按照如上步驟最終完成繪制的電路圖與PCB圖分別如圖2-12、2-13所示。

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? ???圖2-12 系統(tǒng)電路原理圖

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圖2-13 系統(tǒng)PCB印刷線路板圖

第3章 系統(tǒng)軟件設計

3.1??系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹

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系統(tǒng)軟件設計采用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C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比，C 在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。

Keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，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可執(zhí)行的二進制文件（.HEX），然后通過單片機的燒寫軟件將HEX 文件燒入單片機內(nèi)。軟件主要三個方面：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)處理并進行顯示。這三個方面的操作分別在主程序中來進行。程序采用模塊化的結構，這樣程序結構清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。

3.2系統(tǒng)主程序流程圖

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系統(tǒng)軟件部分主程序流程圖如圖3-1所示

圖3-1??系統(tǒng)主程序流程圖

3.3系統(tǒng)顯示部分流程圖

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系統(tǒng)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。設計流程圖如圖3-2所示。

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圖3-2系統(tǒng)顯示部分流程圖

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3.4系統(tǒng)按鍵調(diào)整部分流程圖

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鍵盤電路設計成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)值送到相應的存儲單元，再進行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。設計流程圖如圖3-3所示。

圖3-3??按鍵調(diào)整程序流程圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于单片机的电子秤系统设计（电路+流程）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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