基于STC12C5A32S2单片机的电子计价秤 毕业论文.doc
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1、 毕 业 设 计(论文)2010 届 题 目 基于STC12C5A32S2的电子计价秤 专 业 电子信息工程 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 12921 完成日期 2010年 5月5日 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制基于STC12C5A32S2单片机的电子计价秤摘要:秤是一种古老的重量计量衡器,在千百年的社会发展中,秤也随之不断发展,而在当代社会,随着社会要求的提高,传统的杆秤,天平称已不能很好地满足人们日常生活的需求。近几十年来,伴随着科学技术的巨大发展,电子衡器应运而生,凭借其装置简单,体积小,重量轻,称量范围大,保养简单,称量速度快,准确度高,自动化控制,功能强,操作简
2、单等诸多优点,广泛地应用于市场交易、工业生产、日常生活当中。本电子计价秤设计基于STC12C5A32S2单片机,量程为03千克。将桥式电阻应变式传感器输出的电压,经前置信号放大电路放大,利用单片机内置的10位高速A/D转换器,转换为相应的数字信号,通过系统软件处理,在1602液晶显示屏上显示所称得的重量,单片机读取重量并显示后,用户可以通过按键输入所称量物品的单价,确定输入之后即可算得本次称量所得物品的金额。通过单价设置按键,可存储3种常用物品的单价,方便以后称重的时候使用快捷键进行快速操作。关键词:电子计价秤,STC12C5A32S2单片机,差分放大 Electronic Cashier S
3、cale Based on STC12C5A32S2Abstract: The scale is a ancient tool for weighing, it was developed continuously with the societys developing in the past thousand years. In nowadays, the traditional scale cant satisfied with people because peoples high request. The electronic scale developed because of t
4、he technical develop in the past decades and applied widly such as saling, industry, daily life and so on. As scale is simple and small instrument,it was used widly for weighing. This electronic price computing scale is based on STC12C5A32S2, change the voltage signal which come from the sensor ampl
5、ified by the Pre-signal amplification circuit to the digital signal using its inner 10-bit high speed A/D counter . The digital signal will be dealt by the program in the MCU, then displayed the weight of the object on the 1602LCD. The range of weighing between 0 to 3 Kg. After 1602LCD display the o
6、bjects weight, user can input the price of the object through keyboard, then the value of the object will be calculated and displayed. And in the keyboard, there are 3 keys which can operate to memory 3 price used frequently, if user want to input these prices, they can press the shortcuts, it can s
7、ave much time instead of input the price one key by one key.Key word: electronic price computing scale, STC12C5A32S2, differential amplifier目 录 第一章 绪论1第二章 系统概述32.1 设计内容与要求32.2 系统硬件分析3第三章 系统硬件设计53.1 系统总体设计53.2 单片机应用53.2.1 单片机选型53.2.2 STC12C5A32S2单片机简介63.2.3 单片机电路设计73.3 HL-8型称重传感器简介73.4 前置信号放大电路83.4.1
8、 放大电路方案选择83.4.2 LM358芯片简介93.5 显示部分103.5.1 显示方案选择103.5.2 1602液晶简介103.6 键盘输入113.6.1 键盘方案选择113.6.2 矩阵按键工作原理123.6.3 矩阵按键电路设计123.7 电源电路123.7.1 电源方案选择133.7.2 7805稳压芯片简介133.7.3 电源电路设计13第四章 系统软件设计144.1系统软件总体设计144.2 A/D转换部分144.3 按键处理154.4 1602液晶显示174.5 E2PROM操作17第五章 系统调试195.1 硬件调试195.2 软件调试19第六章 结束语20参考文献21致
9、 谢22湖州师范学院本科毕业论文第一章 绪论在各类以未来为题材的小说与电影当中,很多作者为我们展现了种种高度智能化的未来科技,而在我们当代生活中,已经出现了许多自动化或者智能化的生活用品,给我们的生活带来了巨大的便利,他们有一个共同点:都是基于各类微处理器开发出来的产品。单片机是运用最为广泛的一种微处理器。自20世纪70年代末诞生以来,已经历了SCM(Single Chip Microcomputer 单片微型计算机)、MCU(Micro Controller Unit 微控制器)、SoC(System on Chip 片上系统)三个阶段。自从单片机出现之后,原本需要用74系列或者CD4000
10、系列搭建的庞大硬件逻辑电路才能实现的功能,现在只需编写相应的程序,烧写入单片机内部,就可以以一块芯片来实现,无论是从体积、质量,或者开发成本上来说,都是一个很大的进步。而且,单片机使用汇编语言或者高级的程序语言编写,使用者无需精通复杂的数字电路,即可编写出自己意向当中的程序,控制单片机的运行,且单片机可以反复擦写,对使用者来说,具有极大的灵活性。由于单片机的诸多优点,其在现代社会的很多领域都有运用,比如:智能仪表、工业控制、家用电器、医疗器械、通信、汽车电子以及军事上也有很大运用。现代社会的高速发展,让高效工作的观念深入人心,人们追求各种各样的提高工作效率的方式,在这其中,各种高科技的生产生活
11、工具应运而生,以其高效可靠,为人们的生产生活提供了极大的便利1。在电子衡器产生以前,人们普遍用天平、杆秤等称重工具来衡量一个物体的质量。这样的称量,每次只能称量一件物品的质量,且在达到平衡的时候,需花费较多的时间等待或者调整平衡,以求称量的精准,这样的操作过程,无疑耗费了很多时间,对于生活节奏很快的现代人来说,显然是无法接受的。除此之外,传统衡器由于制造工艺差别,使用耗损等原因,存在着精度不准的问题,这有悖于公平交易的经济准则。电子科技的发展,使得衡器的发展发生了里程碑式的变化,电子衡器一般是指装有电子装置的衡器。因其种类繁多,且涉及到贸易结算和保护广大消费者的利益,所以为世界各国政府普遍关注
12、和重视,并被确定为国家强制管理的法制计量器具2。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段,对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应速度快,测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点。被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域3,现今,传统衡器已慢慢淡出人们的日常生活。本设计是基于STC单片机的电子计价秤。以单片机为主控核心,承担电子计价秤工作过程当中的信息处理工作:将传感器应变而来的电压信号,前级放大后,通过单片机自带的模拟数字信号转换器,将
13、模拟的电压信号,转换成相应的数字信号,方便单片机的处理。单片机接收到称重信号后,即可将称量的结果显示在液晶屏上面。此过程快捷、精准,免去了以往杆秤等传统衡器需要慢慢调整的过程,在社会节奏明显加快的当代社会,显得尤为重要。当代的社会又是一个正在加紧建设和谐社会的社会,因此市场经济当中的诚信也显得十分重要,一些奸商在电子秤上做手脚,以达到坑害消费者,以不正当手段获取利益的目的。由此可见,电子秤的准确性关系到整个社会的安定因素。本设计采用STC12C5A32S2单片机,具有对程序的高度加密性防止程序被窜改而引起缺斤短两的问题。本设计严格地控制了成本,采取了诸如在精度允许地范围内合理地选择了称重传感器
14、,选择带模数转换器的低功耗低价格单片机等措施,使电子秤的成本大大降低,而精度上的指标却未受影响。市场上的电子秤,大都有输入单价,进而进行总价计算的功能。本设计也有总价计算的功能,具有输入直观的特性,对于一些经常需要输入的单价,本系统设计有常用单价存储与快捷调用功能,更加方便了用户的使用。第二章 系统概述本系统是以STC12C5A32S2单片机作为信息处理核心的智能电子称重及计价装置,适用于商场商店等称量交易场所。本系统的核心部件STC12C5A32S2单片机,接收和处理来自传感器与前级运放电路的电压信号,利用单片机内部自带的模拟数字信号转换器,将模拟电压信号转换成数字信号,通过程序的执行,在液
15、晶显示屏上显示称量结果。系统具有总价计算功能,输入物品的单价,按下“确认”按键之后,能计算出被称量物品的价格,在液晶屏上显示。再者,系统具有超限报警,当被称量物品超过称量范围最大值时,发出报警。系统还具有单价预设功能,将常用物品的单价存入电子计价秤,需要输入该物品单价时,只需按下相应的快捷按键,即可计算得被称量物品的价格。电子计价秤的电源,采用干电池,或220V 50Hz交流电供电。系统原理框图如图2-1所示。图2-1 系统原理框图2.1 设计内容与要求以STC12C5A32S2单片机作为信息处理核心的智能电子称重及计价装置。本系统的设计要求有:将被称量物品放在一个能将质量信号转换为电信号的称
16、重传感器上,传感器输出的信号经单片机处理后,能在1602液晶屏上直观地显示。本系统采用以5V直流电压驱动的桥式应变电阻称重传感器,最大量程为3Kg,精度为最大量程的1%。系统设有键盘,通过按键可以输入物品单价、结算、存储常用单价、快捷调用等功能。系统设计力求使用方便,以人为本的人性化设计4。2.2 系统硬件分析模拟部分电路分析:当被称量物体放在电子秤称量台上时,称重传感器因物体向下的重力而产生形变,贴合在称重传感器上下两侧的电阻应变片同时产生形变。由于电阻应变片的应变效应,电阻的阻值发生变化,此时分配在电阻上的电压也发生变化,就此将质量信号被转换为与之相应的电压信号。由于称重时传感器的形变是微
17、弱的,电阻应变片的阻值变化也相对微弱,电阻两端的电压变化同样微弱,不容易被分辨。为了解决这个问题,在选择称重传感器的时候,选择由四个电阻应变片的桥式应变称重传感器,可以加大称量时传感器的输出电压。尽管桥式应变传感器可放大称量是传感器的输出电压,但此电压仍是十分微弱,不容易被分辨,此时就需要系统当中加入一个前置放大电路。前置放大电路由LM358与一些外围分立元件构成,承担将电压小信号放大的任务。LM358芯片内部集成了两路运放电路,配合外围的电阻,可将电压小信号放大到预期的倍数。由于传感器输出的电压信号过小,单级的放大电路不能满足模数转换器需要的电压。LM358内部集成了两路运放,设计差分放大与
18、同相放大两级放大电路,将来自传感器的微弱电压信号放大到满足模数转换器所需的电压范围。本系统采用集成在STC12C5A32S2单片机中的模数转换器,选择单片机自带的模数转换器,可以使电路的复杂度大大降低,同时也在一定程度上降低了成本。STC12C5A32S2单片机自带的10位模数转换器,理论上最高可实现1024的分辨率,而实际当中,2%的精度已足够使用。STC12C5A32S2单片机自带的10位模数转换器只需将模拟信号的电压连接到单片机的A/D引脚,单片机工作时执行相关程序,即可将电压由模拟信号转换为数字信号。数字部分电路分析:单片机为宏晶公司STC12C5A32S2单片机,与传统8051单片机
19、指令兼容,但与传统8051单片机相比,具有诸多优势,其中本系统需要的资源有转换速度为250K/S的模数转换器、32K字节的片内程序存储器、1280字节的RAM、28K容量的E2PROM、32个I/O口。单片机采用5V电源供电,同时此电源也是模数转换器的参考电压。电子秤的作用,是将被称量物体的质量以人们可读的方式将信息显示出来,可读性也是衡量一个电子秤使用方便与否的标准之一。本系统采用1602液晶屏显示。1602液晶屏是一块能显示2行共16个数字与字母字符的液晶显示屏,能将称量信息以数字、字母、符号等方式显示,使可读性大大增强,很好地满足电子秤的显示要求。按键是电子秤计价秤的输入设备。本设计采用
20、4行4列的矩阵按键,可通过按键输入被称量物品的单价,确认之后计算总价的操作,也可通过按键,将一些常用物品的单价存入单片机E2PROM,需要使用时通过快捷按键快速调用,此功能可大大提高电子计价秤的使用效率。第三章 系统硬件设计3.1 系统总体设计电子计价秤的设计通常由称重传感器、放大电路、A/D转换、显示、按键以及控制器组成,本设计大致与上述组成部分相同,在A/D转换模块,本设计采用了集成在单片机内部的A/D转换器。系统的总体电路图如图3-1。图3-1 系统总体电路图下面将系统的各个组成部分逐节介绍。3.2 单片机应用3.2.1 单片机选型单片机模块是整个系统的核心部分,承担了信号处理、键盘扫描
21、、按键处理、显示控制、显示输出等至多重要的工作。最大限度地利用好单片机的资源,是一个系统性价比的关键所在5。在选用单片机方面,有如下几个方案:方案一、选用STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机是宏晶公司推出的一款完全兼容MCS51的单片机,片内集成了8K的FLASH程序存储器、512字节的RAM数据存储器、1K存储容量的E2PROM、2个数据指针、1个UART、8个中断源、4个中断优先级、3个定时器。单片机可通过32个I/O口与外部电路连接。方案二、选用STC12C5A32S2单片机。STC12C5A32S2单片机同样是宏晶公司出产的一款高性能51单片机。此款单片机运行速度较高
22、,1个机器周期即为1个时钟周期,相对于传统的51单片机,同样晶振条件下,运行速度提高了12倍。另外具有P4口、双串口、A/D转换、大容量程序存储器、数据存储器、E2PROM等资源。方案三、选用STM32F101单片机。STM32F101单片机是ARM公司推出的一款以“Cortex-M3”为内核的高性能16位单片机。此款单片机具有2路12位的A/D、4MB/s的UART、18MB/s的SPI总线。内部集成了复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡电路等,且此款单片机的功耗极低,在72MHz时钟频率下消耗36mA,待机状态是仅为2A,是一款性价比极高的ARM内核的单片机。方案三的单片机性能十分
23、强大,但是由于从未接触过,短时间内无法上手,故此次设计不选用方案三。方案一和方案二都是出自宏晶公司的单片机,对于方案一的单片机比较熟悉,但是若选用方案一的单片机,则在模拟信号与单片机之间增加A/D转换电路,这样不仅电路复杂,而且成本增加,而方案二的单片机所具有的10位A/D资源基本已能满足使用,综合以上几点,本设计采用方案二的STC12C5A32S2单片机。3.2.2 STC12C5A32S2单片机简介STC12C5A32S2单片机是宏晶公司生产的一款隶属于STC12系列的单片机,是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码与传统的51单片机兼容,但指令执行速度是传统51单片机的
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