基于單片機(jī)的超市電子秤設(shè)計(jì)概述

XX大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文頁(yè)緒論設(shè)計(jì)背景在科技迅速發(fā)展的21世紀(jì)，電子技術(shù)作為其中一個(gè)非常亮眼的部分在近年來(lái)發(fā)展迅速并廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電子元器件的不斷更新?lián)Q代以及許多轉(zhuǎn)換電路的推出，電子技術(shù)在世界發(fā)展中越來(lái)越突出，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)電子產(chǎn)品。電子產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景。從古至今，稱量技術(shù)的應(yīng)用和精度都受到了人們的高度重視，稱量技術(shù)的發(fā)展在很大程度上影響到了農(nóng)業(yè)，工業(yè)甚至是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于稱量工具，它不僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的提供重量數(shù)據(jù)的儀器，更是在科學(xué)研究領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以及日常生活中的一個(gè)重要部分，它的發(fā)展對(duì)于自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展有著不可忽視的作用。因?yàn)榉Q量?jī)x器起到了精確控制生產(chǎn)，減少能源消耗，降低作業(yè)時(shí)間和作業(yè)難度的作用，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，改善了企業(yè)管理和效益。稱重裝置在國(guó)民生產(chǎn)的許多領(lǐng)域均有應(yīng)用，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)和科技效益。電子秤作為稱量工具的一種，是一種新型的高端的儀器儀表，相比傳統(tǒng)的臺(tái)秤和桿秤，它的體積更小，精度更高，并且使用方便，正因?yàn)橛羞@些優(yōu)點(diǎn)，它現(xiàn)在在我們的日常生活中已經(jīng)應(yīng)用的非常普遍，它可以工作在各種環(huán)境下，可實(shí)現(xiàn)重量數(shù)字化顯示，并可遠(yuǎn)程傳輸重量信號(hào)，在與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，從而提高生產(chǎn)效率。電子秤整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)首先是通過(guò)壓力傳感器來(lái)檢測(cè)被測(cè)物體的壓力同時(shí)將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由于獲取的電信號(hào)的變化非常小，現(xiàn)在常見(jiàn)的處理方法是在稱重的前端加上一個(gè)放大的裝置，而在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711，在收集到傳感器的信號(hào)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，同時(shí)可以通過(guò)矩陣鍵盤(pán)手動(dòng)輸入物品單價(jià)。將算法寫(xiě)入單片機(jī)后進(jìn)行數(shù)字處理得出結(jié)果后驅(qū)動(dòng)顯示模塊顯示物品重量，單價(jià)和總價(jià)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，整個(gè)系統(tǒng)有三部分組成，即數(shù)據(jù)采集傳輸轉(zhuǎn)換部分，控制處理部分，顯示驅(qū)動(dòng)部分。在擴(kuò)展功能方面，本次設(shè)計(jì)加入了超重報(bào)警部分，由于是小型超市電子秤設(shè)計(jì)，此次的電子秤額定稱重為5kg，在被測(cè)物體超重時(shí)，電子秤會(huì)有蜂鳴器發(fā)出報(bào)警以示超重。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀單片機(jī)的產(chǎn)生是在20世紀(jì)的70年代，通過(guò)不斷發(fā)展現(xiàn)在幾乎應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域，可以說(shuō)現(xiàn)在它已經(jīng)成為了一種相當(dāng)成熟的技術(shù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及各種電子元件的推陳出新，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨向于小型化、智能化、多元化，在線仿真和各種開(kāi)發(fā)工具也推動(dòng)了單片機(jī)的發(fā)展，伴隨著信息產(chǎn)業(yè)的逐漸發(fā)展，在嵌入式領(lǐng)域單片機(jī)的應(yīng)用比較迎來(lái)越來(lái)越廣闊的發(fā)展空間。目前國(guó)內(nèi)以Intel公司推出的8位單片機(jī)8048/8051應(yīng)用較多，此外還有Motorola公司和Philipes等也有諸多應(yīng)用，高性能的機(jī)型成為時(shí)代的主流。在未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們的需求，單片機(jī)將會(huì)重點(diǎn)提高性能，采取更先進(jìn)的工藝，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，高速運(yùn)行，穩(wěn)定工作。稱量自古以來(lái)就飽受?chē)?guó)家和人民的重視，在過(guò)去，杠桿秤、盤(pán)秤等作為主要稱量工具，存在著諸如精度不夠準(zhǔn)確、誤差大、效率低等一系列問(wèn)題和弊端。隨著電子衡器的發(fā)展，稱量手段也越來(lái)越多樣化，電子秤作為一種高精度，使用方便的稱量工具在日常生活中的使用已經(jīng)十分普遍。目前國(guó)內(nèi)的電子秤大概類型有：機(jī)電一體化臺(tái)秤、基于單片機(jī)的電子秤、基于DSP的電子秤、以及國(guó)外有基于CCD(ChargeCoupledDevice,電荷耦合器件)的電子秤等。從國(guó)內(nèi)引入單片機(jī)開(kāi)始，以單片機(jī)作為核心控制器的電子秤逐漸發(fā)展起來(lái)，這種電子秤精度高、操作簡(jiǎn)單、使用方便、快捷，頗受人們的喜愛(ài)。目前，基于單片機(jī)的電子秤在市場(chǎng)上的使用逐漸成為主流，并且在不斷進(jìn)步和發(fā)展。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在綜合考慮實(shí)用性和發(fā)展情況后決定使用單片機(jī)作為核心控制器來(lái)設(shè)計(jì)電子秤。系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計(jì)本次任務(wù)為小型超市電子秤設(shè)計(jì)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能包括：重量顯示、單價(jià)顯示、總價(jià)顯示，擴(kuò)展功能為超重報(bào)警。在實(shí)現(xiàn)這些功能的同時(shí)應(yīng)兼顧準(zhǔn)確性、快速性、小型化、操作簡(jiǎn)單、方便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。以至于在實(shí)際生活中能多次使用，長(zhǎng)期使用，并且能夠準(zhǔn)確報(bào)警防止設(shè)備損壞。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)眾多，比較突出的有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等等，在使用中可以實(shí)現(xiàn)模塊化，利用其處理速度快和控制能力強(qiáng)以及可靠性高的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)多種多樣的控制，因此單片機(jī)在人們生活中的應(yīng)用以及越來(lái)越普遍。采用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)諸多功能而且簡(jiǎn)便實(shí)用，被測(cè)物體可以采用壓力傳感器獲取電信號(hào)后再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單價(jià)可通過(guò)矩陣鍵盤(pán)人工輸入，搭配驅(qū)動(dòng)顯示模塊可組成人機(jī)交互部分。整個(gè)系統(tǒng)在理論上可以實(shí)現(xiàn)所要求的基本和拓展功能，并且操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性高。根據(jù)需求分析，選取單片機(jī)作為硬件電路的核心控制器，用壓力傳感器采集被測(cè)物體的電壓力信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換部分將數(shù)字量輸入到單片機(jī)，同時(shí)配備矩陣鍵盤(pán)，用戶可手動(dòng)輸入價(jià)格。單片機(jī)作為系統(tǒng)的樞紐，在處理完兩部分信息后驅(qū)動(dòng)顯示模塊，顯示物品的單機(jī)、重量以及總價(jià)。同時(shí)本次設(shè)計(jì)電子秤量程為5KG，在超重后單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，使蜂鳴器報(bào)警。根據(jù)以上思路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示。報(bào)警電路LCD顯示矩陣鍵盤(pán)A/D轉(zhuǎn)換壓力傳感器報(bào)警電路LCD顯示矩陣鍵盤(pán)A/D轉(zhuǎn)換壓力傳感器單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)圖1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖所示本系統(tǒng)包括：壓力檢測(cè)與數(shù)模轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)最小系統(tǒng)、矩陣鍵盤(pán)模塊電路、顯示驅(qū)動(dòng)模塊電路、報(bào)警模塊電路。其中數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換部分用到壓力傳感器和HX711A/D轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：89C52單片機(jī)、晶振電路、上電復(fù)位電路，顯示電路模塊用的是LCD1602液晶顯示屏，報(bào)警電路采用蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)有聲報(bào)警。電子秤稱重的實(shí)現(xiàn)首先是壓力傳感器將采集到的模擬信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信號(hào)輸送到控制電路單片機(jī)中，單片機(jī)對(duì)得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析判斷，如果超過(guò)了量程則直接驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路產(chǎn)生蜂鳴器報(bào)警。如果沒(méi)有超過(guò)量程則單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)顯示電路顯示出物品的重量。由于壓力傳感器采集到的電信號(hào)變化非常微小，一般采用串聯(lián)放大裝置，本系統(tǒng)采用24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，減小了硬件設(shè)計(jì)的難度，節(jié)約了成本。本系統(tǒng)具有人機(jī)交互顯示模塊，可通過(guò)手動(dòng)輸入單價(jià)并自動(dòng)得出總價(jià)，此部分對(duì)軟件編程的要求比較高，大部分功能需通過(guò)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于是小型超市電子秤，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)量程為0-5KG，在超重后會(huì)產(chǎn)生蜂鳴器報(bào)警現(xiàn)象，使電子秤更加人性化和智能化。系統(tǒng)元器件選型本章內(nèi)容主要介紹單片機(jī)、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換芯片、顯示器的選型以及所選器件的主要特點(diǎn)。2.1單片機(jī)選型為了保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作，首要考慮的因素就是單片機(jī)的選型，因?yàn)槿绻x擇得不合適,就會(huì)嚴(yán)重影響單片機(jī)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至無(wú)法達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能。目前市場(chǎng)上常用到的單片機(jī)有以下幾類：1：51系列單片機(jī)，其中包括：Atmel公司生產(chǎn)的AT89CXX系列、AT89SXX系列以及AT89C20系列等，還有STC公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)。2:AVR系列的單片機(jī)。3:PIC系列的單片機(jī)包括8位、16位和32位。4:NEC單片機(jī)。在單片機(jī)選型上應(yīng)重點(diǎn)注意以下問(wèn)題：1、技術(shù)性，所選單片機(jī)應(yīng)該能滿足在所要求的技術(shù)指標(biāo)下穩(wěn)定運(yùn)行。2、實(shí)用性，單片機(jī)的運(yùn)行不是一時(shí)的，應(yīng)該能滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。3、可開(kāi)發(fā)性，選用的單片機(jī)應(yīng)滿足開(kāi)發(fā)手段，例如程序開(kāi)發(fā)，軟件仿真等。同時(shí)還能反復(fù)開(kāi)發(fā)使用。在滿足以上這些基本要求的同時(shí)還要兼顧考慮到體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。在以上的單片機(jī)型號(hào)中AT89C52系列的單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：寬電壓：5.5-3.8v；低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式；0～33MHz的時(shí)鐘頻率；可以反復(fù)擦洗的8KB內(nèi)存的程序存儲(chǔ)器；硬件看門(mén)狗（WDT）；高速SPI通信端口；全雙工異步串行口，兼容普通8051的串口；32個(gè)可編程輸入/輸出引腳；6個(gè)終端源，2級(jí)優(yōu)先級(jí)；2個(gè)數(shù)據(jù)指針參考以上功能，在理論上采用AT89C52單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)需求，且能穩(wěn)定可靠運(yùn)行。AT89C52單片機(jī)有40個(gè)引腳，其中兩個(gè)作為電源引腳，兩個(gè)作為時(shí)鐘引腳連接到外部的晶振電路，32個(gè)輸入輸出引腳，此外還有控制引腳和電源復(fù)用引腳。AT89C52單片機(jī)的引腳圖如圖2.1所示。圖2.1單片機(jī)引腳圖壓力傳感器選型壓力傳感器是有源傳感器中的一種，它的工作原理是選取的電阻材料在受到壓力的時(shí)候其阻值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，從而在特定的表面會(huì)產(chǎn)生電荷，在輸出端會(huì)產(chǎn)生微弱的電壓變化，即在接受到外部壓力后會(huì)產(chǎn)生適當(dāng)形變，然后產(chǎn)生微弱的電信號(hào)。電阻應(yīng)變片式壓力傳感器在近些年來(lái)被普遍采用，它是利用某些材料在機(jī)械力的作用下會(huì)發(fā)生一定的形變從而其阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。利用這個(gè)原理可以檢測(cè)到有電壓的變化，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換可以得出被測(cè)物體的壓力大小，但其電壓變化非常微小，常常難以精確的檢測(cè)出來(lái)。本系統(tǒng)采用四片電阻應(yīng)變片組成一個(gè)電橋電路，對(duì)檢測(cè)微弱電壓信號(hào)的能力有了很大的提升，系統(tǒng)的壓力傳感器輸出在0-20MV之間，通過(guò)電橋電路實(shí)施等效放大，從而提高了系統(tǒng)的稱重可實(shí)現(xiàn)性和稱重精度。根據(jù)以上介紹可以總結(jié)出應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：寬大的測(cè)量范圍，適用于多種傳感器；靈敏度高，分辨力好，精度高；使用方便，可以遠(yuǎn)距離傳輸；結(jié)構(gòu)小，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，頻率響應(yīng)好?，F(xiàn)在市場(chǎng)的主流應(yīng)變片式壓力傳感器的型號(hào)為：PE型、BSH型、MTB型、Z6FD型、HL型等。其中HL型壓力傳感器具有體積小、反應(yīng)靈敏、精度高的優(yōu)點(diǎn)，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的電子秤量程為0-5KG，滿量程誤差不超過(guò)0.005KG,所以選擇壓力傳感器的型號(hào)為HL-8，其量程為5KG，精度為0.1%，可以滿足本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精度要求。2.3顯示器選型現(xiàn)在市場(chǎng)上使用較多的顯示屏幕為數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示，對(duì)于這兩種顯示方式，系統(tǒng)在選擇前進(jìn)行了分析比較。數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管組成的半導(dǎo)體發(fā)光器件，按能顯示數(shù)字“8”的個(gè)數(shù)可以將其分為1位、2位、4位等數(shù)碼管。數(shù)碼管所顯示的信息非常優(yōu)秀而且顏色比較單一，若要顯示多段信息則使用多段數(shù)碼管進(jìn)行級(jí)聯(lián)，那樣會(huì)使硬件電路連接變得復(fù)雜并且增加成本，并且有可能導(dǎo)致顯示不清和閃爍的現(xiàn)象。對(duì)比數(shù)碼管顯示，液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，首先液晶顯示器工作穩(wěn)定，亮度可通過(guò)電阻調(diào)節(jié)。其采用的材料是平面玻璃，在較小的面積上可以實(shí)現(xiàn)高分辨率，字符顯示可以變得非常細(xì)膩。作為信息時(shí)代的產(chǎn)物，隨著工藝的不斷提高，液晶顯示器在電子技術(shù)的領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越廣泛。現(xiàn)在市場(chǎng)上使用較多的液晶顯示器為L(zhǎng)CD1602液晶顯示器，LCD1602液晶顯示器的顯示原理是采用點(diǎn)陣字符型顯示，可以顯示的內(nèi)容包括：阿拉伯?dāng)?shù)字，大小寫(xiě)字母等，顯示功能強(qiáng)大，顯示亮度具有調(diào)節(jié)功能。各個(gè)字符可以通過(guò)8位二進(jìn)制的數(shù)字來(lái)控制，通過(guò)改變高4位和低4位的數(shù)值來(lái)控制顯示的地址和內(nèi)容。LCD1602液晶顯示器有16個(gè)引腳，具體的引腳功能如下介紹：P1口和P2口為顯示器的電源引腳；VO口為模擬電源，RS口為寄存器選擇引腳，RW為讀寫(xiě)選擇口，E腳為使能端；P7~P14腳為8個(gè)雙向輸入通道；15腳和16腳為背光電源叫。根據(jù)以上特點(diǎn)，使用液晶顯示屏LCD1602功能更全，顯示效果更好。當(dāng)然，整個(gè)系統(tǒng)的成本也會(huì)略高。LCD1602液晶顯示器引腳圖如圖2.2所示。圖2.2LCD16022.4A/D轉(zhuǎn)換芯片選型在工程上，在選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)候往往會(huì)考慮以下要素：精度、速度、數(shù)字接口方式，模擬信號(hào)類型等。目前，市場(chǎng)上主要用到的A/D轉(zhuǎn)換芯片的類型有TLV0831芯片、ADS820芯片、ADC0809芯片、HX711芯片等。本系統(tǒng)在稱重時(shí)要求實(shí)時(shí)顯示物品重量，轉(zhuǎn)換頻率高，同時(shí)此次設(shè)計(jì)對(duì)稱重的精度要求非常高，而傳統(tǒng)的積分型和逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片不能達(dá)到這些要求。HX711A/D轉(zhuǎn)換模塊集成度高，整個(gè)模塊內(nèi)不僅含有HX711芯片還包括穩(wěn)壓電源，時(shí)鐘電路等，在硬件電路焊接時(shí)非常方便。整個(gè)模塊有4個(gè)輸出，分別為電源線和地線，以及數(shù)字信號(hào)輸出和時(shí)鐘信號(hào)輸出。HX711芯片16個(gè)引腳的定義為：P1口為穩(wěn)壓電路電源，P2口為穩(wěn)壓電路控制輸出，P3口為模擬電源，P4口為穩(wěn)壓電路控制輸入，P5口為模擬地，P6口為參考電源輸出端，P7口為通道A負(fù)輸入端，P8口為通道A正輸入端，P9口為通道B負(fù)輸入端，P10為通道B正輸入端，P11口斷電與串口時(shí)鐘輸入端，P12口為串口數(shù)據(jù)輸出端，P13口為晶振輸入端，P14為外部時(shí)鐘或晶振輸入端，P15口為輸出數(shù)據(jù)速率控制輸入端，P16口為數(shù)字電源端。HX711芯片引腳圖如圖2.3所示。圖2.3HX711引腳系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章內(nèi)容主要介紹系統(tǒng)主電路以及各部分子電路的設(shè)計(jì)，主要包括：系統(tǒng)電源電路模塊、單片機(jī)控制電路模塊、顯示電路模塊、鍵盤(pán)電路模塊以及報(bào)警電路模塊。3.1系統(tǒng)電源電路此次設(shè)計(jì)中，AT89C52單片機(jī)和HX711芯片以及液晶顯示屏均需要5V電壓，所以系統(tǒng)只有采用5V的電源供電，才能保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。為了方便調(diào)試，系統(tǒng)采用兩種電源接口供電方式，既有USB接口供電方式又有外置電源供電方式。直接向整個(gè)系統(tǒng)供給5V的直流穩(wěn)壓電源。同時(shí)，為方便使用，串聯(lián)自鎖開(kāi)關(guān)后再給整個(gè)系統(tǒng)供電。系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖3.1所示。圖3.1電源電路圖在上圖中，由電源開(kāi)關(guān)引出的VCC端接各個(gè)芯片的電源端給整個(gè)系統(tǒng)供電，開(kāi)關(guān)的輸入端直接接外部5V直流穩(wěn)壓電源。3.2單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)單片機(jī)控制電路所起到的作用為：系統(tǒng)上電開(kāi)機(jī)后，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位按鍵按下之后系統(tǒng)會(huì)有2微秒的復(fù)位過(guò)程。單片機(jī)復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn)是單片機(jī)的9腳RST腳得到一個(gè)高電平，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)的工作電壓是5V，在單片機(jī)中，如果電壓高于1.5V則單片機(jī)認(rèn)定其為高電平；如果電壓低于1.5V，則單片機(jī)自動(dòng)認(rèn)定其為低電平。本系統(tǒng)采用一個(gè)20UF的電容，當(dāng)電容完全充電時(shí)，其兩端電壓是單片機(jī)工作電壓的0.7倍即3.5V。此時(shí)串聯(lián)的10K電阻起到分壓作用，當(dāng)上電開(kāi)始時(shí)電容逐漸充電電壓逐漸從0V升到3.5V此時(shí)單片機(jī)的9腳RST腳電壓從5V衰減到1.5V，整個(gè)系統(tǒng)完成復(fù)位。在晶振電路方面，選取的晶體振蕩器為12M是為了方便計(jì)時(shí)，在單片機(jī)中時(shí)鐘周期是機(jī)器周期的12倍，選用12M的晶體振蕩器則計(jì)時(shí)器每計(jì)一次時(shí)的時(shí)間為1us。單片機(jī)控制電路的具體連接如圖3.2所示。圖3.2單片機(jī)控制電路3.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)顯示模塊所用到的主要器件為L(zhǎng)CD1602液晶顯示器。單片機(jī)與顯示屏之間的連接電路如圖3.3所示。在圖3.3中，1腳和2腳為液晶顯示屏1602的接地和電源引腳，3腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通過(guò)10K的電阻接地，背光可通過(guò)改變電阻值來(lái)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(jī)的P1.0、P1.1、P1,2端口，7腳至14腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的P0口相連來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，第15引腳和16引腳為液晶顯示器的背光控制腳，分別接到電源和地。圖3.3系統(tǒng)顯示電路圖3.4鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)小型超市電子秤在實(shí)際應(yīng)用中需要提供矩陣鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)輸入物品單價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本次設(shè)計(jì)采用4*4矩陣鍵盤(pán)，電子秤在開(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)托盤(pán)的重量并存于程序中，在稱量過(guò)程中，將獲取到的重量自動(dòng)減去托盤(pán)的重量，所以顯示的重量即為物體的實(shí)際重量，在沒(méi)有物體時(shí)，顯示重量為零。在電子秤獲取重量后，手動(dòng)輸入單價(jià)會(huì)自動(dòng)顯示物品的總價(jià)，可以實(shí)時(shí)顯示物品重量和總價(jià)。矩陣鍵盤(pán)與單片機(jī)連接電路如圖3.4所示，其中設(shè)置了十個(gè)數(shù)字鍵，兩個(gè)功能鍵，其余四個(gè)鍵留作擴(kuò)展。3.5系統(tǒng)報(bào)警電路設(shè)計(jì)本次電子秤量程為5KG，為了防止器件損壞延長(zhǎng)使用壽命，系統(tǒng)的擴(kuò)展功能為超重報(bào)警，選擇的報(bào)警器為蜂鳴器。報(bào)警電路的設(shè)計(jì)是利用三極管的關(guān)斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警，在圖3.5中采用PNP型三極管，利用單片機(jī)控制三極管的基極，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)單片機(jī)高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器斷電停止報(bào)警，所選用的三極管的信號(hào)為9012。報(bào)警指示電路如圖3.5所示。圖3.4鍵盤(pán)電路圖圖3.5報(bào)警電路3.6系統(tǒng)原理圖的繪制Protel99SE繪圖軟件是在90年代ProtelTechnology公司設(shè)計(jì)研發(fā)的，在當(dāng)時(shí)是被當(dāng)做一種印制板自動(dòng)的布線工具來(lái)使用，早期是運(yùn)行在DOS環(huán)境下，發(fā)展至今已經(jīng)可以應(yīng)用于多種操作系統(tǒng)，成為一個(gè)完整的全方位的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。軟件中包含了系統(tǒng)原理圖的繪制、電路混合信號(hào)仿真、印制電路板的設(shè)計(jì)等功能。在原理圖繪制方面，不僅包含了大量的元器件可供選擇還可以實(shí)現(xiàn)多器件整體操作，總線的布置走動(dòng)也十分方便，同時(shí)它具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和模擬功能，可以展現(xiàn)出很好的信號(hào)仿真效果。采用Protel99SE軟件繪制原理圖的主要步驟如下所述：①建立系統(tǒng)所需元件庫(kù)；②加載所建元件庫(kù)到工程項(xiàng)目中；③在原理圖頁(yè)面放置所需元器件；④按電氣性能和原理連接各元件；⑤建立元件封裝庫(kù)并加載到工程文件中；根據(jù)以上步驟，選取系統(tǒng)包含的元件并按照電氣原理和最初設(shè)計(jì)連接成系統(tǒng)原理圖，其中包括單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、系統(tǒng)電源電路、鍵盤(pán)電路以及報(bào)警電路。具體原理圖如圖3.6所示。圖3.6系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章內(nèi)容主要介紹系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，其中包括：主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、顯示程序、按鍵程序以及報(bào)警程序。各部分程序的源代碼如附錄D所示。4.1編程軟件介紹在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，除了要進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)外，軟件編程也是必不可少的環(huán)節(jié)。與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言是對(duì)匯編語(yǔ)言進(jìn)行了抽象，并在一定程度上更加符合人類的思維習(xí)慣，開(kāi)發(fā)效率更高，更加模塊化，可移植性更好，程序可讀性和可維護(hù)性更強(qiáng)，并且提供了數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點(diǎn)運(yùn)算。綜合這些優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編程，編譯環(huán)境為keilUV3。keilC51是美國(guó)keilsoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)的C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。KeilC51軟件提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，軟件呈全Windows界面，另外在代碼編譯生成后，可以看到keilc51生成目標(biāo)代碼的效率非常之高，語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Keilc51可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C語(yǔ)言或匯編源文件，然后分別有C51及A51編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件(.HEX)，然后通過(guò)單片機(jī)的燒寫(xiě)軟件將HEX文件燒入單片機(jī)內(nèi)。軟件主要有三個(gè)方面：一是初始化整個(gè)系統(tǒng)；二是按鍵掃描檢測(cè)；三是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三部分程序的源代碼體現(xiàn)在主程序中，整體程序結(jié)構(gòu)好，模塊化強(qiáng)，同時(shí)易于修改和調(diào)試。4.2主程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用模塊化的方法，由主程序調(diào)用各子程序，包括：初始化模塊、顯示模塊，矩陣鍵盤(pán)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的功能：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測(cè)；三是壓力數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換后處理并進(jìn)行顯示。這些操作在主程序中分別進(jìn)行。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，主程序是信息處理的關(guān)鍵，主程序的作用在于完成編程芯片的初始化以及調(diào)用各個(gè)子程序。在上電啟動(dòng)使系統(tǒng)初始化后，單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換芯片發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，首先檢測(cè)物體是否超重，然后調(diào)用掃描鍵盤(pán)子程序，同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示模塊顯示重量，最后再調(diào)用價(jià)格子程序顯示物品的總價(jià)。程序設(shè)計(jì)的步驟可大致分為三步：1.分析系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，找出合理的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；2.建立程序流程圖，將問(wèn)題分步解決；3.根據(jù)流程圖選用適當(dāng)?shù)某绦蛑噶罹帉?xiě)程序。根據(jù)以上步驟，在分析系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能后可以按步驟設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序流程圖，具體的流程圖如圖4.1所示。開(kāi)始蜂鳴器報(bào)警總價(jià)計(jì)算物品重量顯示按鍵判斷重量是否超過(guò)上限A/D轉(zhuǎn)換鍵盤(pán)掃描LCD清屏LCD初始化開(kāi)始蜂鳴器報(bào)警總價(jià)計(jì)算物品重量顯示按鍵判斷重量是否超過(guò)上限A/D轉(zhuǎn)換鍵盤(pán)掃描LCD清屏LCD初始化 YN N Y圖4.1系統(tǒng)程序流程圖系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行LCD初始化，然后掃描矩陣鍵盤(pán)，在傳感器檢測(cè)到被測(cè)物體的壓力后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)再A/D轉(zhuǎn)換裝置將數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行判斷，檢測(cè)物體如果超出稱重量程則直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。在沒(méi)有超重的前提下，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示模塊顯示被測(cè)物體的重量、單價(jià)以及總價(jià)。4.3子程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)子程序主要包括：初始化程序、顯示程序、鍵盤(pán)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)信息處理模塊。4.3.1A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)傳感器將被測(cè)物體的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)送給HX711芯片后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送到單片機(jī)，這部分程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖4.2所示。開(kāi)始開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)HX711初始化A/D轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)HX711初始化 N數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)Y數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)圖4.2A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換模塊，開(kāi)始執(zhí)行算法指令。先將HX711芯片初始化，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，自動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否完成，在完成后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并顯示，如果轉(zhuǎn)換沒(méi)有完成則返回繼續(xù)執(zhí)行轉(zhuǎn)換。4.3.2顯示子程序系統(tǒng)的顯示子程序主要是來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否需要顯示,以及如何去顯示,是十分重要的程序之一。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示器，在系統(tǒng)上電開(kāi)機(jī)時(shí)要先對(duì)顯示器進(jìn)行初始化，然后檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)有無(wú)輸入，從而確定是否顯示物品單價(jià)。顯示程序是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要程序，在設(shè)計(jì)是應(yīng)多次檢測(cè)調(diào)試，確保能正常運(yùn)行。系統(tǒng)顯示程序的流程圖如圖4.3所示。開(kāi)始開(kāi)始顯示器初始化顯示器初始化有無(wú)按鍵有無(wú)按鍵 NY顯示按鍵信息顯示按鍵信息檢測(cè)物體檢測(cè)物體 N Y顯示總價(jià)顯示總價(jià)返回返回圖4.3顯示程序流程圖單片機(jī)在處理完數(shù)字信息后會(huì)驅(qū)動(dòng)顯示模塊將要顯示的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，首先將LCD初始化，然后檢測(cè)是否有按鍵產(chǎn)生，如果有則顯示按鍵信息。同時(shí)如果檢測(cè)到單片機(jī)發(fā)來(lái)的被測(cè)物體重量信息則會(huì)顯示物品重量，單片機(jī)計(jì)算出總價(jià)后也會(huì)驅(qū)動(dòng)顯示器顯示物品的總價(jià)。4.3.3按鍵程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用4*4矩陣鍵盤(pán)，具體實(shí)現(xiàn)數(shù)字按鍵，刪除，單價(jià)清零的功能。在程序中先判斷按鍵的編碼，然后根據(jù)編碼讀取到按鍵代表的數(shù)值并將其送入單片機(jī)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、功能選擇，按鍵程序流程圖如圖4.4所示。開(kāi)始開(kāi)始LCD初始化LCD初始化顯示界面字符顯示界面字符 按鍵按下按鍵按下 NYLCDLCD顯示圖4.4按鍵程序流程圖在檢測(cè)按鍵信息之前先將顯示器初始化，顯示初始界面，然后開(kāi)始自動(dòng)檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，如果有則顯示按鍵信息，若沒(méi)有則繼續(xù)顯示為初始界面。4.3.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的電子秤量程為0-5KG，超重報(bào)警為擴(kuò)展功能，利用PNP三極管9012的開(kāi)關(guān)功能來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)有聲報(bào)警。報(bào)警程序的流程圖如圖4.5所示。A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送到單片機(jī)，單片機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為單位為千克的物品重量，在與設(shè)定初值5千克進(jìn)行比較。如果物品重量大于5千克，單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，如果物品沒(méi)有超重，則控制蜂鳴器的三極管處于關(guān)斷狀態(tài)。開(kāi)始開(kāi)始設(shè)置臨界報(bào)警值設(shè)置臨界報(bào)警值檢測(cè)物品的重量檢測(cè)物品的重量 判斷物體是否超重判斷物體是否超重 N Y驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警圖4.5報(bào)警程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件電路焊接與檢測(cè)根據(jù)系統(tǒng)的原理圖確定電路元件清單，并確定各元件在電路板上的位置，組織好線路后進(jìn)行焊接。在焊接過(guò)程中要注意檢查，檢查的目的是防止電路故障或元件損壞而導(dǎo)致系統(tǒng)原件燒毀，采用的方法為用萬(wàn)用表檢查單片機(jī)、電源、芯片以及各元件的引腳連線是否正確，焊接是否正常，同時(shí)也要重點(diǎn)避免電路的短路。在檢查無(wú)誤，排除電路故障之后才能將系統(tǒng)上電開(kāi)機(jī)。稱重傳感器作為整個(gè)電子秤的衡量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是數(shù)據(jù)來(lái)源，在系統(tǒng)上電前必須要檢測(cè)是否正常。檢測(cè)的內(nèi)容包括：1、外觀檢查。傳感器的外觀應(yīng)保存完好，不能出現(xiàn)裂痕。2、線路檢查。傳感器的電源線、信號(hào)線線應(yīng)用萬(wàn)用表檢測(cè)，不能出現(xiàn)短路、斷路、絕緣的現(xiàn)象。3、空載檢測(cè)。將傳感器接入測(cè)量電路，在沒(méi)有被測(cè)物體時(shí)，傳感器的實(shí)數(shù)應(yīng)為零并保持穩(wěn)定。5.2電子秤稱重調(diào)試在電路檢測(cè)無(wú)誤后，系統(tǒng)可進(jìn)行稱重調(diào)試，系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.1所示。系統(tǒng)調(diào)試需測(cè)量電子秤稱重精度和準(zhǔn)度，單價(jià)輸入是否正確，總價(jià)計(jì)算是否正確。具體測(cè)試可分以下四個(gè)部分進(jìn)行。1.將10g砝碼放在秤盤(pán)上，顯示器顯示重量為0.01kg；換上1000g砝碼顯示器顯示1kg。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)稱重準(zhǔn)確且精度符合要求。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.2所示。2.在實(shí)物矩陣鍵盤(pán)一次按下1、0、0三個(gè)按鍵后，顯示器單價(jià)區(qū)域顯示物品的單價(jià)為1元/kg，經(jīng)過(guò)測(cè)試表明矩陣鍵盤(pán)工作正常，按鍵輸入準(zhǔn)確。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.3所示。3.在第二步的基礎(chǔ)上，在托盤(pán)上放上100g的砝碼，同時(shí)輸入單價(jià)6.66元/kg后系統(tǒng)顯示總價(jià)為0.66元。測(cè)試證明系統(tǒng)可以正確計(jì)算并顯示物品的總價(jià)。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.4所示。4．用力按壓托盤(pán)，使得電子秤所測(cè)重量超過(guò)5kg時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲以示報(bào)警，測(cè)試表明系統(tǒng)報(bào)警功能可以正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)上述測(cè)試，系統(tǒng)預(yù)期的功能，包括：稱重、單價(jià)輸入、總價(jià)計(jì)算以及報(bào)警功能都能實(shí)現(xiàn)。其中稱重精度滿足要求，矩陣鍵盤(pán)靈敏度高，單價(jià)輸入準(zhǔn)確，總價(jià)計(jì)算迅速、正確，報(bào)警功能反應(yīng)靈敏。圖5.1系統(tǒng)實(shí)物圖圖5.2稱重測(cè)試圖圖5.3單價(jià)測(cè)試圖圖5.4總價(jià)測(cè)試圖結(jié)論本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的小型超市電子秤,由數(shù)據(jù)采集模塊、矩陣鍵盤(pán)模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊五部分構(gòu)成。軟件程序部分主要包括主程序、顯示程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、按鍵程序、報(bào)警程序。本次設(shè)計(jì)出的電子秤使用方便，精度高，可在市場(chǎng)上直接使用，在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中包括了數(shù)字電子技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)、顯示技術(shù)以及報(bào)警技術(shù)等，具有非常高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。在硬件電路上，各部分元件選型標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，綜合考慮元件各方面性能，使用AT89C52單片機(jī)作為核心控制器，將其高速高效的信息處理能力和充足的片內(nèi)外設(shè)充分利用，使系統(tǒng)整體更加小型化和智能化?？傮w而言，本次設(shè)計(jì)的電子秤具有操作簡(jiǎn)單、體積小、工作穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。軟件編程部分采用C語(yǔ)言編程，程序呈現(xiàn)模塊化，可讀性高，同時(shí)具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，在一定程度上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)的電子秤實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾個(gè)方面：1.上電開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)可以自動(dòng)復(fù)位初始化，在檢測(cè)被測(cè)物體重量時(shí)，誤差在允許范圍內(nèi)，測(cè)重精度高。2.系統(tǒng)顯示屏亮度適中、清晰度高，矩陣鍵盤(pán)輸入靈敏，總價(jià)計(jì)算迅速、準(zhǔn)確無(wú)誤，人機(jī)交互簡(jiǎn)單快捷。3.使用超量程的被測(cè)物體，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)經(jīng)多次檢測(cè)運(yùn)行正常，主要目標(biāo)均能實(shí)現(xiàn)，但因時(shí)間和技術(shù)水平上的欠缺，有些功能還需改進(jìn)，例如不能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)，希望能日后學(xué)習(xí)改進(jìn)，把系統(tǒng)做的更加完善。致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次檢驗(yàn)，同時(shí)也是給了我一個(gè)查缺補(bǔ)漏的機(jī)會(huì)，本次設(shè)計(jì)不僅鍛煉了我動(dòng)手焊接元器件的能力，也讓我重新認(rèn)識(shí)到C語(yǔ)言運(yùn)用的重要性，更鍛煉了我綜合運(yùn)用硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程等各方面知識(shí)的能力。在這里我要感謝我的導(dǎo)師，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，張老師都給我解答了許多困惑，我也從張老師那里學(xué)到了很多東西。同時(shí)，也感謝在我遇到困難能與我一起討論，共同進(jìn)步的同學(xué)們，從老師和同學(xué)們身上學(xué)到的東西必將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。最后還有感謝大學(xué)四年來(lái)我所有的授業(yè)恩師，正是你們的辛勤付出才使我打下了專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)。感謝我的大學(xué)給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，并對(duì)我提出了更高的要求，使我取得進(jìn)步，精益求精。參考文獻(xiàn)[1]李群芳，張士軍.單片微型計(jì)算機(jī).電子工業(yè)出版社，2008年：P20~P26.[2]周向紅，劉國(guó)凡.51系列單片機(jī)應(yīng)用于實(shí)踐程序.北京航空航天大學(xué)出版社，2008年：P1~P60.[3]趙家偉,張家棟.單片機(jī)原理與接口技術(shù).清華大學(xué)出版社，2010年：P34~P65.[4]張齊,杜群貴.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).電子工業(yè)出版社，2007年:P1~P36.[5]張洪,潤(rùn)張江語(yǔ).電子線路與電子技術(shù).清華大學(xué)出版社，2005年：P32~P110.[6]及力，Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程.電子工業(yè)出版社，2004年：P56~P123.[7]唐穎，單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì).北京大學(xué)出版社，2008年：P35~P80.[8]林立，張俊亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用—基于protues和keilc.電子工業(yè)出版社，2013年:P17~P123.[9]李光飛，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo).北京航空航天大學(xué)出版社，2004年：P23~P33.[10]邊春元，李文濤，江杰，杜平。C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2008年：P71~89.[11]郭建國(guó).圖解單片機(jī)功能與應(yīng)用.中國(guó)電力出版社，2008年：P109~P136.[12]VictorNelson.DigitalLogicalCircuitsAnalysis&Design.PrenticeHall，2003年:P28~P89.附錄A英文原文DevelopmentofsinglechipmicrocomputerSCMisalsoknownasmicro-controller(MicrocontrollerUnit),commonlyusedlettersoftheacronymMCUthatitwasfirstusedinindustrialcontrol.OnlyasinglechipbytheCPUchipdevelopedfromadedicatedprocessor.ThefirstdesignisbyalargenumberofperipheralsandCPUonachipinthecomputersystem,smaller,moreeasilyintegratedintoacomplexanddemandingonthevolumecontroldevicewhich.INTEL'sZ80isthefirstdesignedinaccordancewiththisideaprocessor,thenonthedevelopmentofmicrocontrolleranddedicatedprocessorshavepartedways.Are8-bitmicrocontrollerearlyor4bits.OneofthemostsuccessfulistheINTEL8031,forasimple,reliableandgoodperformancewasalotofpraise.Thendevelopedin8031outofMCS51MCUSystems.SCMsystemsbasedonthissystemuntilnowisstillwidelyused.Withtheincreasedrequirementsofindustrialcontrolfield,begana16-bitmicrocontroller,becausethecostisnotsatisfactorybuthavenotbeenverywidelyused.After90yearswiththegreatdevelopmentofconsumerelectronics,microcontrollertechnologyhasbeenahugeincrease.WithINTELi960series,especiallythelaterseriesofwidelyusedARM,32-bitmicrocontrollerquicklyreplacehigh-end16-bitMCUstatusandenterthemainstreammarket.Thetraditional8-bitmicrocontrollerperformancehavebeentherapidincreasecapacityincreasecomparedto80thenumberoftimes.Currently,high-end32-bitmicrocontrollerclockedover300MHz,theperformancecatchingthemid-90'sdedicatedprocessor,whiletheaveragemodelpricesfalltooneU.S.dollars,themosthigh-end[1]modelonly10dollars.ModernSCMsystemsarenolongeronlyinthedevelopmentanduseofbaremetalenvironment,alargenumberofproprietaryembeddedoperatingsystemiswidelyusedinthefullrangeofSCM.Thehandheldcomputersandcellphonesasthecoreprocessingofhigh-endmicrocontrollercanevenuseadedicatedWindowsandLinuxoperatingsystems.SCMismoresuitablethanthespecificprocessorusedinembeddedsystems,soitwasuptotheapplication.InfactthenumberofSCMistheworld'slargestcomputer.Modernhumanlifeusedinalmosteverypieceofelectronicandmechanicalproductswillbeintegratedsinglechip.Phone,telephone,calculator,homeappliances,electronictoys,handheldcomputersandcomputeraccessoriessuchasamousewitha1-2inboththeDepartmentofSCM.PersonalcomputerwillhavealargenumberofSCMinthework.Generalcarwithmorethan40SCM,complexindustrialcontrolsystemsmayevenhavehundredsofSCMinthesametimework!SCMisnotonlyfarexceedsthenumberofPCandothercomputingthesum,orevenmorethanthenumberofhumanbeings.Singlechip,alsoknownassingle-chipmicrocontroller,itisnotcompleteacertainlogicchips,buttoacomputersystemintegratedintoachip.Equivalenttoamicro-computer,andcomputerthanjustthelackofamicrocontrollerI/Odevices.Generaltalk:achipbecomesacomputer.Itssmallsize,lightweight,cheap,forthestudy,applicationanddevelopmentoffacilitiesprovided.Atthesametime,learningtousetheMCUistounderstandtheprincipleandstructureofthecomputerthebestchoice.SCMandthecomputerfunctionsinternallywithsimilarmodules,suchasCPU,memory,parallelbus,thesameeffectaswell,andharddiskmemorydevices,anddifferentisitsperformanceofthesecomponentswererelativelyweakmanyofourhomecomputer,butthepriceislow,usuallynotmorethan10yuanyoucandowithit,somecontrolforaclassisnotverycomplicatedelectricalworkisenoughof.Weareusingautomaticdrumwashingmachine,smokehood,VCDandsoonapplianceswhichcouldseeitsshadow!Itisprimarilyasacontrolsectionofthecorecomponents.Itisanonlinereal-timecontrolcomputer,control-lineisthatthesceneisneededisastrongeranti-jammingability,lowcost,andthisis,andoff-linecomputer(suchashomePC),themaindifference.MCUisthroughrunning,andcanbemodified.Throughdifferentprocedurestoachievedifferentfunctions,inparticularspecialuniquefeatures,thisisanotherdevicemucheffortneedstobedone,somegreateffortsareverydifficulttodo.Anotverycomplexfunctionsifthe50'swiththeUnitedStatesdeveloped74series,orthe60'sCD4000seriesofthesepurehardwarebuttoned,thenthecircuitmustbealargePCBboard!ButiftheUnitedStatesifthe70'swithaseriesofsuccessfulSCMmarket,theresultwillbeadrasticchange!Justbecauseyouarepreparedbymicrocomputerprogramscanachievehighintelligence,highefficiencyandhighreliability!Asthemicrocontrolleronthecost-sensitive,sonowthedominantsoftwareorthelowestlevelassemblylanguage,whichisthelowestlevelinadditiontomorethanbinarymachinecodelanguage,andassolowwhyistheuse?Manyhigh-levellanguagehasreachedthelevelofvisualprogrammingWhyisnotit?ThereasonissimplythatthereisnohomecomputerasasinglechipCPU,notashardasamassstoragedevice.Avisualizationofsmallhigh-levellanguageprogramwhichevenifonlyonebutton,willreachtensofKofsize!ForthehomePC'sharddriveintermsofnothing,butintermsoftheMCUisnotacceptable.SCMintheutilizationofhardwareresourcestobeveryhighforthejobsoalthoughtheoriginalisstillinthecompilationofalotofuse.Thesametoken,ifthegiantcomputeroperatingsystemandapplicationsrunuptogethomePC,homePC,alsocannotaffordto.Canbesaidthatthetwentiethcenturyacrossthethree"power"era,thatis,theageofelectricity,theelectronicageandhasenteredintothecomputerage.However,thiscomputer,usuallyreferstothepersonalcomputer,referredtoasPC.Itconsistsofthehost,keyboard,monitorandothercomponents.Anothertypeofcomputer,mostpeopledonotknowhow.Thiscomputeristogiveallkindsofintelligentmachinessinglechip(alsoknownasmicro-controller).Asthenamesuggests,thiscomputersystemtookonlyaminimalintegratedcircuit,canbeasimpleoperationandcontrol.Becauseitissmall,usuallyhiddeninthechargedmechanical"stomach"in.Itisinthedevice,likethehumanbrainplaysarole,itgoeswrong,thewholeplantwasparalyzed.Now,thismicrocontrollerhasaverybroadfieldofuse,suchassmartmeters,real-timeindustrialcontrol,communicationsequipment,navigationsystems,andhouseholdappliances.OnceallkindsofproductswereusingSCM,canservetoupgradetheeffectivenessofproducts,oftenintheproductnameprecededbytheadjective-"intelligent,"suchasintelligentwashingmachines.Nowsometechnicalpersonneloffactoriesorotheramateurelectronicsdeveloperstoengageinoutofcertainproducts,notthecircuitistoocomplicated,thatfunctionistoosimpleandcaneasilybecopied.Thereasonmaybestuckintheproductdidnotuseamicrocontrollerorotherprogrammablelogicdevice.SCMnowpermeateallareasofourlives,whichisalmostdifficulttofindtracesofthefieldwithoutSCM.Missilenavigationequipment,aircraft,alltypesofinstrumentcontrol,computernetworkcommunicationsanddatatransmission,industrialautomation,real-timeprocesscontrolanddataprocessing,extensiveuseofvarioussmartICcard,civilianluxurycarsecuritysystem,videorecorder,camera,fullyautomaticwashingmachinecontrol,andprogram-controlledtoys,electronicpet,etc.,whichareinseparablefromthemicrocontroller.Nottomentiontheareaofrobotcontrol,intelligentinstruments,medicalequipmentwas.Therefore,theMCUlearning,developmentandapplicationofthelargenumberofcomputerapplicationsandintelligentcontrolofthescientists,engineers.

附錄B漢語(yǔ)翻譯單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)也被稱為微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端[1]的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可。用它來(lái)做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到以它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。附錄C系統(tǒng)原理圖附錄D程序源代碼/******調(diào)用文件定義變量**************/#include<reg52.h> #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint #defineulongunsignedlong#include<intrins.h>ucharcodetable_num[]="0123456789abcdefg";sbitrs=P1^0; sbitrw=P1^1; sbite=P1^2; sbithx711_dout=P2^1;sbithx711_sck=P2^0;sbitbeep=P1^3;longweight;uinttemp,qi_weight;bitchaozhong_flag;bitleiji_flag;bitflag_300ms;ulongprice,z_price;ucharflag_p;/******1ms延時(shí)函數(shù)程序**************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/**************小延時(shí)程序*************************/voiddelay_uint(uintq){ while(q--);}/****************LCD1602命令函數(shù)*******************************/voidwrite_com(ucharcom){ e=0; rs=0; rw=0; P0=com; delay_uint(3); e=1; delay_uint(25); e=0;}/*********************LCD1602寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)*************************/voidwrite_data(uchardat){ e=0; rs=1; rw=0; P0=dat; delay_uint(3); e=1; delay_uint(25); e=0; }/*************LCD1602上顯示字符函數(shù)************************/voidwrite_string(ucharhang,ucharadd,uchar*p){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); while(1) { if(*p=='\0')break; write_data(*p); p++; } }/***********************LCD1602初始化設(shè)置************************/voidinit_1602() { write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); delay_uint(1000);}voidwrite_zifu(ucharhang,ucharadd,uchardat){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); write_data(dat);}/***********************顯示價(jià)格函數(shù)*******************************/voidwrite_sfm4_price(ucharhang,ucharadd,uintdate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); write_data(0x30+date/1000%10); write_data(0x30+date/100%10); write_data('.'); write_data(0x30+date/10%10); write_data(0x30+date%10); }/****************開(kāi)機(jī)液晶顯示器初始化*******************/voidinit_1602_dis_csf(){ write_string(1,0,"W:0.000kg"); write_string(2,0,"P:00.00Z:00.00"); write_zifu(2,7,0x5c); // write_zifu(2,15,0x5c); }/*******************壓力顯示程序***********************/voidwrite_1602_yl(ucharhang,ucharadd,uintdate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); write_data(0x30+date/1000%10); write_data('.'); write_data(0x30+date/100%10); write_data(0x30+date/10%10); write_data(0x30+date%10); }voidDelay__hx711_us(void){ _nop_(); _nop_();}ulongReadCount(void) { ulongcount,value=0; uchari; hx711_dout=1; Delay__hx711_us(); hx711_sck=0; count=0; while(hx711_dout) ; for(i=0;i<24;i++) { hx711_sck=1; count=count<<1; hx711_sck=0; if(hx711_dout) count++; } hx711_sck=0; Delay__hx711_us(); hx711_sck=1; return(count);}voidget_pizhong() { ulonghx711_dat; hx711_dat=ReadCount(); //HX711AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理 temp=(uint)(hx711_dat/100); }voidget_weight() //獲取被測(cè)物體重量{ ulonghx711_data,a; uintget,aa; hx711_data=ReadCount(); //HX711AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理 get=(uint)(hx711_data/100); if(get>temp) { a=ReadCount(); aa=(uint)(a/100)-temp; weight=(uint)((float)aa/4.9+0.05);//重量轉(zhuǎn)換函數(shù) }}/*************定時(shí)器0初始化程序***************/voidtime_init() { EA=1; TMOD=0X01; //定時(shí)器0、定時(shí)器1工作方式1 ET0=1; //定時(shí)器0中斷 TR0=1; //允許定時(shí)器0定時(shí)}/********************獨(dú)立按鍵程序*****************/ucharkey_can; voidkey() { staticucharkey_new=0,key_l; key_can=20;//按鍵值還原 P3=0x0f; if((P3&0x0f)!=0x0f) //按鍵按下 { delay_1ms(1); //按鍵消抖動(dòng) if(((P3&0x0f)!=0x0f)&&(key_new==1)) { key_new=0; 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