数字电子秤的设计与实现毕业论文 - 图文(2)

数字电子秤的设计与实现

数据采集 AD转换 单片机处理 LED显示

图2-1 数码管显示方案简图

此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，接口电路易于实现，硬件部分简单，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子称基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。

方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。

结构简图如图2-2所示。

数据采集

按键处理 图2-2 带有键盘输入的结构简图 AD转换 单片机处理 LED显示 此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但用数码管，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，对大部分字符不能很好的显示，不仅称量物体重量的精度必受到限制，而且动态扫描时处理不好易出现闪烁现象。所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。

方案三 前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度但会增加相应的设计成本；显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容，当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现。

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结构简图如下图2-3所示。

数据采集 信号放大 AD转换 单片机处理 LCD显示 按键处理

图2-3 带有键盘输入及液晶显示的结构简图

鉴于上述三种方案的优缺点，本系统在设计时充分考虑到系统的实用性及成本的可行性的前提下，不仅能够达到设计要求，而且使硬件电路设计模块达到最简优化。最终采用方案三来作为本次设计与制作的思路。

2.3 电子秤的主要组成

通过以下部分的介绍，可以对电子秤的主要模块以及工作原理有一个大概的了解。

2.3.1 电子秤的基本结构

电子秤是利用地球上的物体都受到重力作用来确定物体质量（重量）大小的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、特性。不管依据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成： （1）称重传感部分

即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是直接与物体接触把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。

按照称重传感器的结构形式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）、应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。

对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；

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有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频率特性；稳定可靠。 （2）数据处理部分

数据处理部分就像人的中枢大脑，接收信息进行处理后再下达命令进行总的支配和控制。其具体来说主要是把电子秤从外围传来的各种信号，通过相应的逻辑关系，计算处理数据，再把处理好的数据传输到相应的模块进行显示和控制。

现在市场上主要有各种芯片，如单片机，FPGA，还有各种专用的电子秤核心芯片。当然由于专用芯片的技术性和专一性强，本设计不考虑用电子秤的专用芯片。此外，对电子秤芯片的要求兼容性强、结构简单、工作可靠性强、易于编程操作等特点。 （3）键盘输入、显示和输出模块

键盘输入主要是通过键盘输入的数值改变不同物体价格的具体参数，使不通的物体对应不同的价格，通过数据处理中心的处理，做出最终的结果，显示到显示器上，其主要有各种按键组成。

显示模块一般就是显示器，通常有数码管显示、液晶显示等。其中液晶显示又包含很多种，如1602、12864等等许多。

输出模块即模数转换、电源、调节器、补偿元件等。在数字式的测量电路中，通常包括放大、滤波、变换、运算、计数、寄存、控制和驱动等环节。

2.3.2 电子秤的工作原理

当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数(A/D)器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。

2.3.3 电子秤的参数指标

电子秤的主要参数指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。

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（1）量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。 （2）分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值，用e或d来表示。 （3）分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。 （4）准确度等级：国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成T、II、III、Ⅳ四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围，如表2-1所示。

表2-1 不同准确度的电子秤和分数度

标志及等级 特种准确度 高准确度 中准确度 普通准确度

电子秤分类 基准衡器 精密衡器 商业衡器 粗衡器

分度数范围 n> 100000 10000 < n≤100000 1000 < n≤10000 100

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3 元件选择及硬件电路的设计

以下主要介绍内容是电子秤的元件以及硬件电路模块。

3.1 元件选择

不同的元件有不同的功能，本部分对功能的要求以及综合考虑到相同类型元件的优缺点，对元件的选择、参数、优缺点进行了详细的介绍。

3.1.1 单片机的选择

单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，鉴于以上考虑本课题选择AT89S52作为整个系统的主控芯片。

AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52芯片具有以下特性： （1）指令集和芯片引脚与Intel公司的8051兼容； （2）8KB片内在系统可编程Flash程序存储器； （3）时钟频率为0～33MHz；

（4）128字节片内随机读写存储器（RAM）； （5）32个可编程输入/输出引脚； （6）2个16位定时/计数器； （7）2个中断优先级； （8）全双工串行通信接口； （9）监视定时器； （10）2个数据指针。

AT89S52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。

AT89S52单片机引脚图如图3-1所示。

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