基于單片機的實用電子秤的設計
1設計目的
單片機以其功能強，體積小，功耗低，易開發等很多優勢被廣泛應用。本次數字電子秤的設計就是需要通過選擇合適的單片機來進行主控，再結合A/D轉換、鍵盤、液晶顯示、復位電路和蜂鳴器報警驅動電路的知識，同時在軟件的設計過程中用到鍵盤掃描、液晶顯示驅動、模數轉換程序及漢字庫的的設計，做到對我們所學數電、模電、單片機等知識的綜合應用，最終實現所設計數字電子秤的各項功能，達到“鞏固知識，培養技能，學而用之”的實踐目的。通過這次課程設計，不但要提高我們在工作中的學習能力、探究能力、應用能力和動手能力，還要歷練我們不畏艱難、不懂便學、有漏必補的認真嚴謹的工作態度，強化我們的社會適應力和社會競爭力，為走向社會提前試水，完善自我。
2設計的主要內容及要求
本設計主要完成一個簡單實用數字電子秤的硬件電路部分和軟件部分的設計。硬件部分包括數據采集、最小系統板、人機交互界面三大部分。其中，數據采集部分由壓力傳感器和 A/D 轉換部分組成；人機界面部分為鍵盤輸入、液晶顯示。軟件部分應用單片機 C 語言實現了本設計的全部控制功能。本設計的數字電子秤要求能夠顯示商品的名稱、價格、總量、總價等；能夠自動完成商品的價格計算；能夠儲存幾種簡單商品的價格；能夠具有超重提醒功能，一旦重量超出了自身重量的測量的范圍，發出警報；同時對數字電子秤的測量范圍要達到5KG，測量精度要求達到0.001。
3整體設計方案
整個數字電子秤電路由壓力傳感電路(ADC0832采樣）、模數轉換系統、單片機主控制電路、LM4229顯示電路、蜂鳴器報警電路和4*4鍵盤電路6個部分組成。如圖3.1所示。
圖3.1 基于單片機的實用電子秤組成框圖
電子秤的測量過程實際是通過電阻應變傳感器將被測物體的重量轉換成電壓信號輸出，電壓信號經過模數轉換把模擬信號轉換成數字量，數字量通過顯示器顯示重量。打開電源，數字電子秤開始工作。接通電源時，數字電子秤進入歡迎界面“歡迎使用電子秤 設計······”。數字電子秤上MCU開始工作，鍵盤不斷進行掃描，同時通過ADC0832也不斷進行外部稱量數據采樣，LCD上顯示“實用電子秤 名稱 單價······”。當載物臺上放有物體時，ADC0832立即將數據收集送給單片機處理。在鍵盤輸入對應商品的代碼編號，在240*128的LCD上可以看到相應商品的名稱，單價，總重，總價格等信息。在稱量的過程中，一旦物體自身的重量超出電子秤的稱量范圍，蜂鳴器立即會發出“滴滴····”警報聲告訴工作人員，所稱量物品超重。
4硬件電路設計
4.1整體電路圖
數字電子秤采用AT89C51單片機作為微處理器，接口電路由晶振、LM4229顯示電路、4*4按鍵電路、ADC0832電路、報警電路、存儲器等組成。控制器系統的硬件電路如圖4.1所示。
控制器系統硬件電路的工作過程是：打開電源時，MCU及各個部分電路開始工作，MCU調用內部存儲數據對各部分接口電路初始化。200ms后LM4229進入歡迎界面，ADC0832不斷對外部數據進行采樣交給MCU進行處理，一旦有物品放入載物臺，ADC0832立即發送中斷請求，并將本次采集數據交給MCU處理，之后LM4229顯示相應數據量。在此過程中，鍵盤也在不斷進行掃描，一旦有鍵按下，單片機也會對其數據進行相應處理，然后將對LM4229進行寫操作。
圖4.1 實用數字電子稱的硬件電路圖
4.2壓力傳感器
本設計要求稱量不超過5KG，誤差不大于0.001KG。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—。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 ，可以滿足本系統的精度要求。其原理如圖4.2所示。
圖4.2 傳感器電路工作原理
稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由下式給出：
4.3數模轉換系統
首先考慮用常用的模數轉換芯片adc0809,由于本設計只需采集一路數據，adc0809為并行的8路數據采集芯片，且接線較復雜，因此考慮采用串行的AD轉換芯片adc0832完成設計。
ADC0832 與MCS- 51 單片機接口構成了串行的8位通道。微處理器通過軟件寫入3位串行控制命令決定ADC0832的工作方式。CH0單端輸入，輸入范圍0- 5V。非調整誤差為±1L SB。電路僅使用微處理器的兩根控制線，兩根數據線可方便進行光電隔離增強抗干擾能力。適用于智能化信號檢測儀器、儀表。
4.4 鍵盤顯示電路的設計
本設計中采用4*4矩陣是鍵盤，又稱行列式鍵盤。它有4條I/O線作為行線，用4條作為列線。用AT89S51的并行口P1接4×4矩陣鍵盤，行線接P1.0-P1.3口，列線接P1.4-P1.7口。在行線與列線每一個交叉點設置一個鍵，鍵盤設置了“0~15”個按鍵，其中的“0”鍵表示取消，其他鍵代表可供選擇商品品種及價格。
4.5 液晶顯示器電路的設計
LM4229通過CD WRITE READ三個引腳的電平來確定是讀數據還是讀狀態，或者是寫數據還是寫命令。數據D0-D7連接到單片機的P0口，可以和單片機進行直接的數據交換，P2口為液晶顯示的控制端。
5軟件設計
本設計中的程序由主控制程序、LM4229液晶顯示驅動程序、ADC0832采樣程序和4*4鍵盤程序組成。
5.1主控制程序
整個設計中采用由下向上的設計思路。主程序中主要完成對LCM4229、ADC0832、及鍵盤掃描程序的調用。在編寫程序的過程中，各變量統一采用全局變量方式命名，同時考慮到電子秤對精度的要求，本設計中的價格及總量相關的變量全部采用浮點數。主程序流程圖如圖5.1所示。
圖5.1 主程序流程圖
5.2 LM4229液晶顯示驅動程序
write_data(place&0xff); //寫入地址高位
write_data(place/256); //寫入地址低位
write_com(0x24); //地址設置
write_com(0xb0); //設置數據自動寫
write_data(ASC_MSK[(c1-0x20)*16+k]); /*---
例如：0的ASCII碼為0x30,
在ASC_MSK中的位置為0x10*16 ---16字節字碼依次寫入LCD---*/
write_com(0xb2); //自動復位
place=place+30;
LM4229液晶顯示驅動程序流程圖如圖5.2所示。
圖5.2 LM4229液晶顯示驅動程序流程圖
5.3 ADC0832采樣程序
MCU通過拉低CS、拉高CLK來啟動ADC0832進行外部壓力傳感轉換后的電壓信號進行采樣，每產生8個CLK脈沖，DATA獲得一位完整的8bit數據，此時MCU發送中斷請求，拉高CS，拉低CLK,并將數據DAT返回。ADC0832采樣程序的程序流程圖如圖5.3所示。
圖5.3 ADC0832采樣程序程序流程圖
5.4 4*4鍵盤程序
本設計中采用了4*4矩陣式鍵盤，單片機定時進行查詢。首先單片機發送行掃描代碼，然后進行列掃描，當發現某一列出現了低電平時，即返回相應的鍵盤值。若沒有發現則說明當前行沒有鍵按下，行掃描右移一位，繼續執行列掃描。
MCU根據相應的鍵值，即可確定被按下的鍵。4*4鍵盤程序如圖5.4所示。
圖5.4 4*4鍵盤程序
6系統仿真
在protues的ISIS 7.6sp4軟件環境下畫出電路原理圖，接下來就是將設計的程序在Keil C51 μVision3開發集成環境上編譯成機器語言，進入Proteus的ISIS，鼠標左鍵點擊菜單“Debug”， 選中“use romote debuger monitor”，便可實現KeilC與Proteus連接調試。首先在Proteus中雙擊單片機AT89C51,將KeilC下編程生成的 .HEX文件導入到AT89C51中,可在Proteus中單擊全速仿真運行按鈕，進行現象的查看,能清楚地觀察到芯片上每一個引腳的電平變化，紅色代表高電平，藍色代表低電平。
6.1實用電子秤初始化仿真
導入main.HEX文件以后，進入仿真頁面，先按開始，此時數字電子秤進入歡迎界面。LM4229上顯示"歡迎使用電子秤 ·····"。如圖6.1所示。
圖6.1 實用電子秤初始化仿真圖
6.2實用電子秤進入稱重界面仿真
接下來調節壓力傳感模擬電路電壓，將電壓設為0.00表示此時載物臺上沒有物體。此時LM4229切換到稱量畫面，顯示指示“實用電子秤 單價：0.000元/千克 總重量：0.000千克 總價：00.000元”。如圖6.2所示
圖6.2 實用電子秤進入稱重界面仿真圖
6.3實用電子秤模擬商品選擇及最大稱量仿真
然后，上調壓力傳感電壓表示已載有商品，同時按下“6”號鍵，表示選擇6號商品“蘋果”。此時LM4229上顯示“名稱：蘋果 單價：4.200元/千克 總重量：3.496千克 總價：“14.683元”（實際4.200*3.496=14.6832元）。達到基本要求。如圖6.3所示。
圖6.3 模擬商品選擇驗證性稱量仿真圖
最后，上調壓力傳感電壓使載重達到最大，同時按下“5”號鍵，表示選擇5號商品“西瓜”。液晶顯示“名稱：西瓜 單價：2.400元/千克 總重量：4.980千克 總價：“11.952元”.達到基本要求，最大稱量重量4.980KG,如圖6.4。
圖6.4 實用電子秤模擬商品最大稱量仿真圖
7使用說明
利用51系列單片機設計的電子秤不但可以滿足并解決現實生活中提出的“快速、準確、連續、自動”稱量要求，同時有效地避免人為誤差。當載物臺上放有物體時，在鍵盤輸入對應商品的代碼編號，LCD液晶上可以看到相應商品的名稱，單價，總重，總價格等信息。在稱量的過程中，一旦物體自身的重量超出電子秤的稱量范圍，蜂鳴器立即警報，告訴工作人員，所稱量物品超重。在稱量過程中還可以通過鍵盤選擇商品不同的價位。
8設計總結
這次課程設計是對前面所學知識非常系統全面的一次檢驗。通過這次課程設計與仿真，讓我更明確的了解了一些芯片的用途功能，也熟練了對它們的運用。在這個設計的過程中，我需要不斷地思考，不斷地請教，不斷地尋找資料以借鑒，不斷的用對知識的深入掌握去解決設計中存在的一些問題和調試時出現的一些故障。雖然說這樣的設計很難很煩很累人，但是確實是充實的，是讓人感到有意義的。
這次課程設計，不但讓我了解了一個數字電子秤，更讓我收獲了專業知識以外的東西，那就是學會了堅信、堅持，同時也磨礪了我的意志和耐心。真的，作為一個本來對這個專業不是很感興趣的學生，讓我收獲了一份從來沒有過的成就感。雖然到現在我對這個設計的部分原理還是不能用很專業的語言講述出來，但是當我最初做成功這個設計的時候，我有一種說不出的激動，我寫下一句話：“人很怪，上天給予每個人的都是公平的，沒有誰沒能力去做事，只是在于那個人愿不愿意去做，敢不敢去做，能不能堅持去做！”是的，這就是我這次課程設計之后最大的收獲！
雖然對這個專業依舊不是很感興趣，但是我還是想通過這份設計報告來建議老師，希望以后能多搞一些像這樣很實際的實踐課程，我們作為學生，的確需要好的成績，但更需要用這種對知識非常全面統一的檢驗來考察自己，證明自己，堅持自己。
參考文獻
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