单片机课设 基于C51单片机的电子秤设计

单片机原理及系统课程设计专业：自动化班级：动1101*名：***学号：*******##指导教师：郑兰州交通大学自动化与电气工程学院2014年1月13日基于单片机的智能电子秤设计1设计任务1.1 设计目的(1) 综合运用所学单片机的知识实现单片机系统的设计；(2) 学会将单片机运用于实际生活或生产中；(3) 培养科学良好的设计方法和作风；(4) 掌握用Keil C51编写和调试程序；(5) 掌握用Proteus实现应用系统的仿真；(6) 学会单片机应用系统设计的各种步骤和技巧。

1.2 设计要求(1) 给出具体可行的设计方案；(2) 设计合理的电路原理及可靠的系统硬件；(3) 在合理硬件基础上用Keil C51编写和调试程序；(4) 给出所设计系统在Proteus软件中的仿真结果；(5) 给出最后的设计结果集分析。

1.3 设计方案和原理(1)设计原理基于单片机的智能电子秤，即用单片机制作一个智能电子秤，其工作原理是通过应变式传感器桥式电路采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号，再通过A/D转换成数字量送入到主控电路的单片机中，处理成物体重量值；通过单片机不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入的内容和各功能状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算，运算结果送入到存储器；需要显示时，CPU发出命令，从存储器中读数据并送到显示器显示。

(2)设计方案电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。

很显然用软、硬件相结合，实现电子秤对物体的自动称量、单价输入、自动计算总价并显示的功能，给人们生活带来很大的方便。

其中硬件部分由七个部件组成，分别为压力传感器、模数转换器、C51单片机、矩阵键盘、矩阵键盘译码器、蜂鸣器语音提示装置和LCD1602液晶显示器。

其中C51单片机起中控作用，用于控制各部件正常工作，存储处理数据并输出；应变式传感器产生电压信号，经过模数转换器得到数据送入单片机；矩阵键盘输入，经MM74C922译码器译码将数据送入单片机。

其组成部件方框图如图1.1所示。

图1.1 电子秤系统硬件部件组成图将应变式传感器输出连入模数转换器，将模数转换器与单片机连接，实现物体重量的自动测量；用矩阵键盘和矩阵键盘译码器连接单片机可实现单价的输入；蜂鸣器语音提示即可提醒用户输入，还可以对物体超重进行报警；再给单片机连接一个LCD 液晶显示器，对其重量、单价、总价数据输出显示。

电子秤的软件部分是连接各硬件工作和实现单片机智能化的灵魂。

软件即主要是对C51单片机进行编程实现各种功能，主要以单片机为控制中心，让各个模块分工实现其功能，单片机进行数据的采集、处理存储和输出显示。

程序主要包括主函数、通用显示函数、初始化LCD 函数、向LCD 发送数据函数和向LCD 发送命令函数、计算总额函数、按键处理函数等子程序。

程序必须用Keil C51对.C 文件或.ASM 文件进行编写和调试程序，编译无误且调试完成后生成.HEX 文件装入单片机即可实现智能电子秤硬件的正常工作。

2 系统硬件设计2.1 应变式传感器电路及原理传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

此压力传感器即应变式传感器，其工作原理为电阻应变片的应变效应，金属电阻丝受外力作用时，其金属丝电阻的相对变化与金属丝的应变成正比关系，放了重物后应变片后弯曲变形，导致里面的金属丝改变，即引起其电阻发生变化。

电阻应变式传感器的结构主要是由四部分组成：电阻丝、基片、覆盖层和引出线。

电阻应变式传感器的测量一般要用专门的转换电路将微小的电阻相对变化△R/R 转换为电压或电流的变化，通常采用直流全桥电桥电路实现输出，该电桥电路采用差动电桥，即四个应变片，两个受拉应变，两个受压应变。

如图2.1所示，其输出电压为：RRU U E ∆⨯=0。

图2.1 电阻应变片的转换电路2.2ADC0832模数转换器ADC0832是一个8引脚的A/D转换芯片，其中DO和DI分别是数据输出和输入端，可以和计算机进行数据传输，CH1和CH0模拟信号的两个输入通道，由单片机编程选择，CS是选通信号端，CLK脉冲信号输入端，VCC和GND即电源。

模数转换电路如图2.2所示，加了三个上拉电阻控制单片机输入输出信号。

2.3这里选用的是3×4的矩阵键盘和4×4的矩阵键盘译码器MM74C922。

其电路连接图如图2.3所示。

图2.3 矩阵键盘及矩阵键盘译码器电路水平线。

2.4图2.4 语音提示电路图2.5LCD液晶显示电路这里采用LCD1602液晶显示器来显示物体重量、单价和计算总价。

LCD1602液晶显示器共14个引脚，其中D0~D7为8为数据输入端，E为选通端，RW为写命令选通端，RS为读命令选通端。

其硬件电路连接图如图2.5所示。

图2.5 LCD1602液晶显示器硬件电路图3 软件设计软件程序是连接各硬件工作和实现单片机智能化的灵魂。

主要作用是实现以单片机为控制中心，让各个模块分工实现其功能，单片机进行数据的采集、处理存储和输出显示的功能。

模块化是C语言的一大特点，对单片机的编程而言，用C语言模块化编程也是必须，故可以用一个主函数和ADC0832转换函数、按键处理函数、计算总额函数和1602相关函数4个子程序即可实现相关功能，另外加按键音函数、延时函数2个子程序。

以下是各函数功能实现的流程图。

主程序功能的流程图如图3.1所示。

图3.1 程序主函数流程图按键子程序流程图如图3.2所示,A/D 转换子程序流程图如图3.3所示。

图3.2 按键程序流程图 图3.3 A/D 转换程序流程图4 系统仿真与调试用Proteus实现应用系统的仿真，用模拟的C51芯片和外围电路搭建电子秤仿真系统电路图，运用Keil C51软件下编写和调试程序，调试完成后生成的.HEX文件，装入仿真系统单片机中，让仿真系统工作。

经过调试，能显示正确的结果，即实现了基于单片机的智能电子秤设计。

仿真图见附录1中图4.1所示。

5 总结通过此次课程设计，我对单片机相关知识有了系统的认识和理解。

利用单片机进行控制系统的设计与开发有了初步了解和技巧，以及对控制系统的分析和问题的解决有了深刻的认识。

控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行，才能得到正确实用且可靠的系统。

在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新问题就要不断探索和努力，亲自理解和掌握知识和技巧，方可使问题得到解决。

在设计中理论和实际必须紧密结合，要针对不同的系统根据理论给与不同的方案，综合考虑各方面的因素和需要，选择出最佳的方案与结论。

要大量广泛的收集资料，然后认真地研究其思路，和指导老师保持联系，和同学共同研究遇到的问题，认真对待自己的不足和缺点，努力实现自我的超越。

附录附录1 电子秤系统仿真图Y1Y2Y3Y4Y 4Y 3Y 2Y 1X 3X 2X 1DC B AD AA B C D DADB0EDB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7RW RS ER W R S D B 7D B 6D B 5D B 4D B 3D B 2D B 1D B 0X 1X 2X 3XTAL218XTAL119ALE 30EA31PSEN 29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C510123456789.CO S C5K B M 6D A 12A 17B 16C 15D14X 111X 210X 38X 47Y 11Y 22Y 33Y 44O E13U3MM74C922C10.1uC20.68uCS1CH02CH13GND 4VCC 8CLK 7DI 5DO 6U2ADC0832X1CRYSTALC322pFC422pFC522uR110kR2220RR310kR410kR510kLS1SOUNDERR6510RD 714D 613D 512D 411D 310D 29D 18D 07E 6R W 5R S 4V S S 1V D D 2V E E3LCD1LM016LVolts+3.00RV11k图4.1 在Proteus 下的系统仿真图附录2 电子秤软件程序如下 #include<reg51.h> #include<intrins.h> #include <absacc.h> #include <math.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <ctype.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int//按键引脚定义sbit DA=P1^4;#define Key_Pressed (DA==1) //有键按下#define Key_no (P1&0x0f) //获取键值code char KEY_CHAR_TABLE[]="012 345 678 9.C"; //键盘字符表#define PLEN 7 //价格最大长度#define WLEN 4 //重量最大长度#define SUMLEN 10 //金额最大长度char disp_buffer_P[PLEN];uchar disp_buffer_Pz[PLEN];char disp_buffer_W[WLEN];char disp_buffer_SUM[SUMLEN];uchar NumberPtr=0;//蜂鸣器引脚定义sbit Beep=P1^5;//ADC0832引脚定义sbit ADCS =P0^2; //片选线sbit ADDI =P0^0; //数据线sbit ADDO =P0^0; //数据线sbit ADCLK =P0^1; //时钟线volatile int AD_Result,Pre_Result=0,Pressure_Value=0;//数模转换结果，上次转换结果，压力换算结果//LCD1602引脚、宏定义#define LCD_DB_PORT P2 //1602D0~D7sbit RS=P3^0; //数据/命令线选择sbit RW=P3^1; //读写控制线sbit EN=P3^2 ; //使能端void ShowString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str);void show_sum();/*********延时函数us***********/void delay_us(uchar x){while (--x)_nop_();}/***********按键音函数************/void Sounder(){uchar i;Beep=1;for (i=0;i<20;i++){delay_us(70);Beep=0;}Beep=1;}/***********按键处理函数*************/void keyB_dow(){uchar keychar;static uchar havdot=0; //按下小数点标志位，按下为1static uchar dtnum=PLEN; //未输入小数点时可以继续输入的字符个数P1|=0X0F;if(Key_Pressed){Sounder();keychar=KEY_CHAR_TABLE[Key_no];//获取键值if(isdigit(keychar)||(keychar=='.'&&!havdot)){if(strlen(disp_buffer_P)==3&&(keychar!='.'&&!havdot))return; //在当前未输入小数点，而已超过串长3时返回if(NumberPtr<dtnum){if(NumberPtr==0&&(keychar=='0'||keychar=='.')){disp_buffer_P[NumberPtr++]='0';keychar='.';disp_buffer_P[NumberPtr++]='.';}else{disp_buffer_P[NumberPtr++]=keychar;}disp_buffer_P[NumberPtr]='\0';ShowString(2,0,disp_buffer_P);}if(keychar=='.'&&!havdot){dtnum=NumberPtr+2;havdot=1;}}else if(keychar=='C'){NumberPtr=0;havdot=0;dtnum=PLEN-2;disp_buffer_P[0]='\0';disp_buffer_SUM[0]='\0';ShowString(2,0,(char*)" ");ShowString(5,1,(char*)" ");}if(Key_Pressed)show_sum();while(Key_Pressed) ;}}/*********计算总额函数***********/void show_sum(){float p,w;if(strlen(disp_buffer_P)==0)//价格未输入时将p置为0，否则转换为float型p=0;elsep=strtod(disp_buffer_P,'\0');w=strtod(disp_buffer_W,'\0'); //将重量字符串转换成float型sprintf(disp_buffer_SUM,"%.2f",p*w); //计算金额并转化成字符串ShowString(5,1,(char*)" "); //清除原金额ShowString(5,1,disp_buffer_SUM);//显示当前金额}/*********延时函数us***********/void delay_ms(uchar x){uchar t;while (--x)for(t=0;t<120;t++);}/***********ADC0832转换函数*************/uchar Adc0832(unsigned char channel) //AD转换，返回结果{uchar i=0;uchar j;uint dat=0;uchar ndat=0;if(channel==0)channel=2;if(channel==1)channel=3;ADDI=1;_nop_();_nop_();ADCS=0;//拉低CS端_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1 _nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端ADDI=channel&0x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端ADDI=(channel>>1)&0x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;//控制命令结束_nop_();_nop_();dat=0;for(i=0;i<8;i++){dat|=ADDO;//收数据ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲_nop_();_nop_();dat<<=1;if(i==7)dat|=ADDO;}for(i=0;i<8;i++){j=0;j=j|ADDO;//收数据ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲_nop_();_nop_();j=j<<7;ndat=ndat|j;if(i<7)ndat>>=1;}ADCS=1;//拉低CS端ADCLK=0;//拉低CLK端ADDO=1;//拉高数据端,回到初始状态dat<<=8;dat|=ndat;return(dat); //return ad k}/***********1602相关函数*************//***********忙检查函数*************/ unsigned char Busy_Check(){unsigned char LCD_Status;RS = 0;RW = 1;EN = 1;delay_us(1000);LCD_Status = LCD_DB_PORT;EN = 0;return LCD_Status;}/***********向LCD发送命令函数*************/ void Write_LCD_Command(unsigned char cmd){while((Busy_Check()&0x80)==0x80);RS = 0;RW = 0;EN = 0;LCD_DB_PORT = cmd;EN = 1;delay_us(1000);EN = 0;}/***********向LCD发送数据函数*************/ void Write_LCD_Data(unsigned char dat){while((Busy_Check()&0x80)==0x80);RS = 1;RW = 0;EN = 0;LCD_DB_PORT = dat;EN = 1;delay_us(1000);EN = 0;}/***********初始化LCD函数*************/void Initialize_LCD(){Write_LCD_Command(0x38);delay_us(1000);Write_LCD_Command(0x01);delay_us(1000);Write_LCD_Command(0x06);delay_us(1000);Write_LCD_Command(0x0c);delay_us(1000);}/***********通用显示函数*************/void ShowString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str) {unsigned char i = 0;if(y == 0)Write_LCD_Command(0x80 | x);if(y == 1)Write_LCD_Command(0xc0 | x);//for(i=0;i<16;i++)for(i=0;i<strlen(str);i++){Write_LCD_Data(str[i]);}}/***********主函数*************/void main(){Initialize_LCD();ShowString(0,0,(char*)"P: W:");ShowString(0,1,(char*)"SUM: ");while(1){AD_Result=Adc0832();// AD_Result=Get_ad_D();//获得AD转换结果Pressure_Value=AD_Result*10/255;//质量转换结果sprintf(disp_buffer_W,"%-3d",Pressure_Value);ShowString(13,0,disp_buffer_W);keyB_dow();if(Pre_Result!=AD_Result){show_sum();Pre_Result=AD_Result;Sounder();}delay_ms(50);}}参考文献[1]王思明,张金敏,苟军年等. 单片机原理及应用系统设计[M]. 北京：科学出版社,2012.[2] 杜树春. 基于Proteus和Keil C51的单片机设计与仿真[M]. 北京：电子工业出版社,2012.。