数字电子秤设计毕业论文

数字电子秤设计摘要本文主要介绍了数字电子秤的硬件电路结构及其中的原理，所设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。电子秤的测量范围为0-10Kg，测量精度达到1g，有高精度，低成本的特征。首先用传感器把重量转换成电压信号，再将电压信号放大输入A/D转换，利用A/D转换工具将模拟信号转化为数字信号，得到的数字信号传送至单片机，通过程序对信号进行处理，实现称重功能，然后将重量与键盘输入单价相乘计算出总价，并将重量和价格用LED显示出来。关键词电子秤；称重传感器；单片机目录中文摘要....................................................................I英文摘要....................................................错误!未定义书签。前言......................................................................11.绪论.....................................................................21.1研究本文的意义.....................................................21.2数字电子秤的工作原理................................................21.3数字电子秤性能及技术要求............................................32.硬件设计.................................................................32.1传感器模块..........................................................32.2A/D转换模块........................................................42.2.1AD7705的结构................................................42.2.3AD7705各引脚功能.............................................52.3单片机模块..........................................................62.4键盘显示模块........................................................72.4.1键盘键的功能..................................................72.4.2键盘和显示电路................................................82.5过量程报警模块......................................................93.数字电子秤软件设计......................................................103.1系统软件设计.......................................................103.2键盘软件设计.......................................................103.2.1键盘扫描.....................................................113.2.2数字显示.....................................................113.3A/D转换程序.......................................................123.4数据处理程序.......................................................133.4.1重量转化.....................................................133.4.2价格计算.....................................................134.结论...................................................................14参考文献...................................................................15附录一：...................................................................16附录二：...................................................................19致谢.....................................................................201前言电子称重技术是现代称重计量和控制系统工程的重要基础之一，电子衡器经过40年的不断改进和完善，从60年代的机电结合型发展到现在的全电子型和数字化智能型。由于它具有称量准确、快速，读取方便，环境适应性强，便于与电子计算机结合而实现称重计量与过程控制自动化等特点，在工商贸易、能源交通、轻工食品、医药卫生、航空航天等部门得到了广泛的应用。本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究,讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。设计特别适用于测量精度要求较高的场合,具有较高的实用价值和推广价值。本文中第一章讲述了电子秤的发展情况及其工作原理，第二章讲述了电子秤的硬件电路组成部分,第三章介绍了电子秤各部分功能实现的软件设计。21.绪论1.1研究本文的意义物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡器的需求也日益增多，过去沿用的机械杠杆秤己不能适应生产自动化和管理现代化的要求。自六十年代以来，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面已成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。同时对称重仪表的要求也越来越高，要求仪表有更高抗干扰能力、更高的精度。基于电子秤的现状，本文拟研究一种用单片机控制的高精度数字电子秤设计方案。这种高精度数字电子秤计量准确、携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。1.2数字电子秤的工作原理电子秤以单片机为主要部件，当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入89C52单片机经过数据处理，89C52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入89C52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示,物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。图1-2基本工作原理框图称重传感器前置放大器模数转换器单片机接口键盘盘显示器31.3数字电子秤性能及技术要求（1）电子秤必须具有清零、去皮重、净／毛转换、最大称量设定、自动累计、过量程报警等功能；（2）最大秤重10Kg，精度为2g；（3）采用4位半共阴红色LED显示，价格、金额精确到小数点后2位数，质量精确到小数点后三位；2.硬件设计2.1传感器模块要达到设计的性能要求，传感器的精度起着决定性作用,本设计选用应用于称重系统90％以上的高精度电阻应变式传感器。电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。题目要求称重范围10Kg，重量误差不大于+0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。我们选择的是L-PSIII型传感器，量程20Kg，精度为0.01%，满量程时误差0.002Kg,可以满足本系统的精度要求。本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路（见图2-1），用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由下式表示[2]241234241234RRRRRRUoutUinRRRRRRUinUout+_+_输入负极输入正极R1-△R1R2+△R2R4+△R4R3-△R3BRIDGER1图2-1全桥测量电桥图42.2A/D转换模块2.2.1AD7705的结构AD7705是一个完整的16位A/D转换器，其内部由多路模拟开关（MUX）、缓冲器、可编程增益放大器（PGA）、∑-△调制器、数字滤波器、基准电压输入、时钟电路及串行接口组成。其中串行接口包括寄存器组，它由通讯寄存器、设置寄存器、时钟寄存器、数据输出寄存器、零点校正寄存器和满程校正寄存器等组成。该芯片包括2通道差分输入。图2-2AD7705的内部结构图2.2.2器件功能AD7705可编程增益放大器（PGA）可通过指令设定，对不同幅度的输入信号实现1、2、4、8、16、32、64、128倍的放大，因此AD7705即可接受从传感器送来的低电平输入信号，然后产生串行的数字输出。利用Σ-Δ转换技术实现了16位无丢失代码性能。选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端。片内数字滤波器处理调制器的输出信号。通过片内控制寄存器可调节滤波器的截止点和输出更新速率，从而对数字波器的第一个陷波进行编程。AD7705串行接口可配置为三线SPI接口。增益值、信号极性以及更新速率的选择可缓冲器电荷平衡型A/D转换器数字滤波器∑-△调制器PGAMUX时钟发生器VccREFIN(-)REFIN(+)AIN1(+)AIN1(-)AIN2(+)AIN2(-)MCLKINMCLKOUTGNDDRDYRESETSCLKCSDINDOUTA=1-128串行接口寄存器组5用串行输入口由软件来配置。该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。CMOS结构确保器件具有极低功耗，掉电模式减少等待时的功耗至20μW（典型值）。其主要特点如下：(1)可将输入信号范围从0～＋20mV到0～＋2.5V和±20mV～±2.5V的信号进行处理；(2)2个全差分输入通道的ADC（16位无丢失代码、0.003%非线性）；(3)可编程增益前端增益：1～128；(4)有对模拟输入缓冲的能力；(5)2.7～3.3V或4.75～5.25V工作电压；(6)3V电压时，最大功耗为1mW；(7)等待电流的最大值为8μA；2.2.3AD7705各引脚功能SCLK:串行接口时钟输入端。MCLKIN