【《基于单片机的简易数字电子称设计与实现（论文）》8700字】.docx

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1、基于单片机的简易数字电子称设计与实现目录第一章引言II1.1 课题研究目的以及意义II1.2 国内外研究现状II第二章系统结构以及功能介绍III2.1 功能介绍III2.2 系统方案设计以及工作原理的概述III2.3 芯片方案的选择与论证IV231主控制器的选择IV232提示装置的选择IV2.4 最终的方案确定V第三章系统硬件设计VI3.1 系统硬件的基本组成VI3.2 各模块的电路设计VI3.2.1 电源供电电路VI3.2.2 晶体时钟电路VII323按键复位电路VII3.2.4 蜂鸣器驱动电路VIII325按键控制输A电路IX3.2.6 1CD1602显示电路IX第四章系统软件设计XI4.

2、1 软件设计概述XI4.2 主程序的设计XI4.3 按键输入控制程序的设计XI4.4 1CD显示程序的设计XII第五章系统实物的制作与调试XIV5.1 系统硬件调试XIV5.1.1 静态测试XIV5.1.2 动态测试XIV5.2 系统软件调试XV5.3 实物测试XVI5.3.1 1CD1602实物测试XVI5.3.2 矩阵键盘实物测试XVII5.3.3 称重托盘以及祛码实物测试XVII结论XVIII参考文献XIX第一章引言1.1课题研究目的以及意义从古至今,秤一直都是公平的代名词，时人类在生活的环境中所不可或缺的工具。在以前人们所用的称是由机械杆,秤佗以及秤盘所组成的秤来进行对物体重量的度量,

3、但是随着社会的发展以及技术的进步,现在对于物体重量的度量主要是智能化的电子称。而以前的机械式杆秤已经逐渐的被淘汰了。随着电子称的兴起,因此在各大超市、商场、菜市场以及个体户都是采用电子称来对所卖的物品进行重量的度量，电子秤有很多的方面都比传统的机械称更有优势，比如其具备可视化的数字式显示，让人们一目了然的知道自己所购买物品的重量；可以设置单价，让电子称直接帮忙计算出物品的总价格，这样就不需要售卖者以及消费者再去用计算器计算价格。这样的一个重量称重设备既简单又能更好的的满足人们的需求，因此设计一款电子秤是具体一定的意义的。12国内外研究现状在我国，电子秤行业经过了一个漫长的发展历程，主要体现在传

4、统产业和基础行业。数百年来，我国都是以机械秤为主，直到二十世纪90年代，我国的电子秤技术发生了天翻地覆的变化，电子秤界进行了一项“手动改自动、机械改电子的伟大技术革命1。自从电子秤技术改革后，我国的电子秤从传统的机电结合型逐步地发展成现代的全电子秤，而技术装备和巡查试验手段都已达到水平，电子秤制造技术及其应用达到了质的飞跃。比如，电子称重技术也得到了相应的发展，传统的静态称重向动态称重过渡发展，传统的模拟测量向数字测量发展，传统的单参数测量特点向多参数测量发展,尤其是在快速称重和动态称重的研究与发展领域上,出现了在称重仪表、称重元件和动态称重的先进企业2,这些企业为我国的电子秤制造业的发展做出

5、了突出的贡献，更在舞台上展现它们的身影，为国家争了光。可是，若从世界工业发达国家角度来看的话，我们与世界电子秤产品的数量和质量都有较大的差距，这些差距往往体现在技术与工艺不够先进、工艺装备落后，开发潜力不足，产品品种单稳定性与可靠性都难以得到保证。从电子秤产品市场发展角度来看的话，主要是受到技术水平的限制，不管是国内市场还是市场，现在的电子秤产品技术含量低，发展市场也是低端市场,这样在一定程度上就制约着我国电子秤产品市场的拓宽。所以，我国的电子秤产业要想在国内市场占有一席之地和在市场具有竞争力3,必须要电子秤制造企业以技术为先导，以新产品研发和制造工艺水平为突破口,让我国电子秤技术含量达到水）

6、隹，继而扩大国内市场和增强在国际市场上的地位4。第二章系统结构以及功能介绍2.1 功能介绍本章主要介绍电子称的主要组成部分和工作原理,对于硬件设计和软件设计进行简单说明，对电子称的原理进行剖析。其中在硬件设计上面包括文献的查找和对比,结合本课题的设计需求选择性价比最高的硬件部分电路。其中硬件选型对比包括了主控芯片的选取以及声音提示装置的综合对比，最终确定方案。本设计的主要功能就是实现对生活中各种各样的物品进行精确的度量。让人们体会到更加快捷和方便的生活体验。2.2 系统方案设计以及工作原理的概述本次设计是以STC89C52为主控制芯片的最小系统，再由电源电路、蜂鸣器驱动电路、1CD显示模块电路

7、、传感器信号检测电路、传感器设备电路以及按键控制电路组成的电子称。当整个系统上电的时候，最小系统初始化完成之后，首先蜂鸣器会响一次提示用户可以开始对物品进行称重操作，同时显示器上也会显示为0。接着根据不同的物品用按键控制输入不同的单价然后再进行称重操作,最终实现对各种各样物品进行称重的功能。其系统整体框图如图2-1所示。图2-1系统整体框图2.3 芯片方案的选择与论证本节主要介绍此设计的硬件模块以及芯片的选择与定型。主控芯片的选择是用市面上运用比较广泛的STC89C52单片机。传感器信号处理运放是采用称重专门处理的运放芯片HX7H-BF。提示输出选择的是外围电路简单，器件成本低廉，报警效果明显

8、的蜂鸣器。231主控制器的选择(1)、采用STC89C52芯片的单片机来实现本功能。采用MCS-51单片机来完成本设计要求。这一系列的产品有8051,8031以及8751o其中8051中程序存储器在进行芯片处理时，会增强程序的软件，使之具有其他方面的功能。在系统工作方面，STC89C52芯片有很好的抗干扰能力，低功耗，并且具有范围更加宽广的适合系统工作的温度环境。其I/O引脚紧凑,功能简单,成本低廉，可以实现各种丰富的应用。(2)、选用STM8单片机。STM8单片机是一种8位的单片机，他不仅有着强大的内部结构而且此单片机的封装也非常丰富，对于STM8来说20个引脚使它功能强大，而且高达16MH

9、Z的时钟频率使其可以胜任绝大多数场景8。不仅仅有着多个外部中断控制，多个定时器进行输出，而且使用起来还很方便。价格方面也比较低廉。是一款应用非常广泛的的单片机，而且在程序编写方面其可以直接对相关寄存器进行操作。方案3:CP1D单片机MCU选用复杂可编程逻辑器件(CP1D)o由于单器件稳定性高，周边可配置I/O资源丰富CP1D大量应用月电路设计中，CPID有着强大的可扩展功能，数据的输入与输出采用并行的方式来实现，这样可以提高很大的数据吞吐量。高带宽的数据处理同时提高了操作系统的处理速度9。因此CP1D在需要大规模数据控制的系统电路设计中应用十分广泛。但是CP1D芯片价位相对比较昂贵，从使用以及

10、经济方面的角度去考虑，不合成本最终无奈放弃了此方案。通过上述单片机芯片的数据对比，并且以结合时代发展，要求创新性，可靠性以及功能的完全实现为出发点。故本设计打算采用STC89C52作为设计的核心芯片是无可厚非的。232提示装置的选择(1)、采用PAM8403功放芯片。是一种属于D类的功放，其输出功率小，广受大家喜欢。它具有低谐波失真特性和低噪声转换特性，从而使噪声回放具有更好的噪声质量，使用了一种新的结构是通过亿通滤波器与未连接的输出电路进行组合。使其直接使用喇叭，从而减少整个成本不占用空间口0。(2)、通过蜂鸣器实现报警电路，蜂鸣器频率高，波长比较长，因此能发出刺耳的报警声音H。而且电路设计

11、简单，只需要控制蜂鸣器的电源输入即可。性能可靠、稳定性高，而且成本低廉(一元左右)，在报警领域有其独到的优势但缺点就是无法播放出音符的效果来。(3)、采用音乐芯片来实现报警输出。音乐芯片是一种语音电路芯片，相对比较简单，其内部由振荡电路和少量分立元件组成，上电后就能产生各种比较简单的音乐信号，配合功放输出，可以用于电子闹钟、音乐贺卡、儿童玩具、电子门铃等场合。其具有电路非常简单，成本比较低廉等优点口2。但是音乐芯片所发出的声音无法起到报警的作用。综上所述，PAM8403功放模块虽然具备低噪声转换特性能将报警声音的质量提高但是在成本方面会高出很多的预算，而音乐芯片在成本上会比功放要低廉得多但是音

12、乐芯片发出的声音无法起到报警的效果。而蜂鸣器不仅成本低廉同时报警效果也非常明显，因此本设计采用蜂鸣器驱动输出来实现提示的功能。2.4 最终的方案确定本次设计采用主控芯片方案中的方案一其在顺应时代的发展以及创新的要求上都能非常可靠的完成并实现设计所需的功能而且具有非常高的性价比;在提示输出模块方案中的方案二蜂鸣器的外围驱动电路简单只要一个MOS管即可而且其成本非常低廉。因此将这些方案相结合构成了以STC89C52单片机为主，其他模块为辅的电子称。第三章系统硬件设计3.1 系统硬件的基本组成本硬件系统在考察了市场上现有的电子称以及学习相关理论知识之后，设计并改良出了一套高效节能、稳定可靠的硬件。在

13、硬件的选择上面，首先做了需求的分析然后从各类器件中选择符合设计要求以及性价比高的电子元器件口引。本课题研究的硬件设计中主要由以下几个部分组成：单片机控制系统、电源供电电路、蜂鸣器驱动电路、按键控制输入电路、传感器信号处理电路以及1CD1602显示电路组成。这种分模块设计的硬件电路可以极大的方便后期维修和更换，如果出现了硬件问题则可以对故障点的快速定位并及时的解决问题。3.2 在后期的PCB设计中充分考虑到各个部分之间的干扰，我们在选器件类型时，考虑到稳定性和器件的安装测试，大部分采用插件形式的封装。其系统的原理图如图3-1所示。3.3 各模块的电路设计3.3.1 电源供电电路电源供电电路主要是

14、用Mrico-USB供电，DC电压输入范围是5V,经过1DO稳压之后输出3.3V作为单片机电压输入源。1DO输出的电压特点是稳定纹波小抗干扰能力强。因此为了确保单片机能稳定的工作所以在电源供电设计就采用1DO输出供电方式。稳压电源供电电路如图3-2所示。图3-2电源供电电路图3.3.2 晶体时钟电路外部的晶体时钟电路主要是由晶体震荡器以及相匹配的起振电容所组成的。石英晶振振荡器是Y1,在系统上电信号十秒之后开始让振荡器起振，这时单片机的时钟XTA1定时器会产生一个5V左右的正弦波信号波形为单片机提供一个工作时钟。当然石英晶振的频率控制了晶振时钟的频率，两者之间进行相互的控制。在实际设备设计和应

15、用中，晶振和起振电容也应尽可能的靠近主MeU控制器的振荡器环路，以避免输出失真和不稳定在启动过程中。其中时钟电路如图3-3所示。图3-3晶体时钟电路图323按键复位电路按键复位电路的设计是由几个部分所组成，其中包括有机械轻触按键、电阻以及电容。由于选用的单片机的复位引脚是高电平有效的，所以当复位键按下的时候，单片机的RST管脚电平与VCC直接连通，此时引脚会处于高电平状态，该电平持续两个时钟周期后单片机就会进入复位状态。此电路还包含了上电复位的操作，当系统上电的时候，电容会处于缓慢充电的状态，单片机的RST引脚的电平由低向高逐步的进行转化，经过相应的充电时间后（取决于电容的容值），电容完成充电，此时单片机的RST引脚就会处于稳定的高电平状态（“1”）,此时单片机完成了上电复位的动作。单片机内部系统的子程序是从第OOOOH行开始运行。如图3-4复位电路所示。图3-4按键复位电路图3.2.4 蜂鸣器驱动电路该电路部分的设计主要是以声音的方式和用户端进行信息交互,其主要是用于提示称重的开始或者称重出现异常的现象等。该电路的控制输入为单片机的P1.2接口，利用NMOS管的开关特性实现对蜂鸣器负极的导通与断开进行控制，从而实现对声音提示的控制。当P1.2为高电平的输入时，蜂鸣器报警提示，反之则蜂鸣器不响。同时当P1.2以固定频率进行高低电平切