1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)優(yōu)秀論文審核通過(guò)未經(jīng)允許切勿外傳南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院（系）：機(jī)電工程系專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1電子體重秤測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Design and Implementation of Electronic Weighing Scale System總計(jì)： 24 頁(yè)表格：3個(gè)插圖： 17 幅南陽(yáng)理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電子體重秤測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Design and Implementation of Electronic Weighing Scale TestSystem學(xué) 院（系）：機(jī)

2、電工程系專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名：馬凡迪指導(dǎo) 教 師（職稱）：任立民（講師）評(píng)閱教師：何 一 文完成日期：2011年 5月 15 日南陽(yáng)理工學(xué)院Nanyang Institute of Technology2電子體重秤測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)馬凡迪摘 要 分析了電子體重秤的現(xiàn)狀，提出了一種簡(jiǎn)單電子體重秤的設(shè)計(jì)方案。本課題設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的智能人體電子秤，詳述了該系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)集稱重和顯示體重指數(shù)于一體，以 STC12 單片機(jī)為主控芯片，選用應(yīng)變式傳感器，外圍附以稱重電路、顯示電路、按鍵電路。制作了實(shí)物體重秤，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱重系統(tǒng)的功能。關(guān)鍵詞 應(yīng)變式傳感器；

3、 STC12 單片機(jī)；體重指數(shù)計(jì)算Design and Implementation of Electronic Weighing Scale SystemMeasurement and Control Technology and Instruments Major MA Fan-diAbstract: The current situation of electronic weighing scale is analyzed in this paper,while one simple electronic weighing scale design plan is put forward

4、. The intelligentelectronic scale is designed with the core of SCM, gauge sensor with weighing circuit,display circuit, buttons circuit. The object weighing scale is made and the function ofauto weighing system is achieved.Key words: strain gauge sensor; stc12 single chip; body mass index目錄1緒論.11.1課

5、題背景及意義 .11.2單片機(jī)在體重秤上的應(yīng)用 .12電子體重秤的設(shè)計(jì)思路 .22.1電子體重秤的原理 .22.2電子體重秤的基本結(jié)構(gòu) .22.2.1承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) .22.2.2稱重傳感器 .22.2.3測(cè)量顯示、數(shù)據(jù)顯示裝置 .32.3電子秤的計(jì)量性能 .33系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證與選型 .33.1控制器 .43.2數(shù)據(jù)采集部分 .43.2.1傳感器的選擇 .43.2.2傳感器技術(shù)指標(biāo) .63.2.3放大電路模塊 .63.2.4 AD 轉(zhuǎn)換器的選擇 .73.3顯示電路部分 .73.4 STC12C5A60S2 的最小系統(tǒng)電路 .83.4.1單片機(jī)芯片 STC12 管腳圖 .93.4.2單片機(jī)

6、的基本連接電路 .93.5鍵盤電路 .104 電子體重秤實(shí)物的設(shè)計(jì)與制作 .104.1 實(shí)物的設(shè)計(jì) .104.2實(shí)物加工圖紙 .114.2.1體重秤墊塊 .114.2.2體重秤踏板 .114.2.3體重秤底座 .125 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .125.1初始化及主程序模塊 .125.2按鍵模塊 .135.3顯示模塊 .135.4 AD 轉(zhuǎn)換模塊 .146 軟硬件的調(diào)試 .146.1軟件部分 .146.2硬件部分 .15結(jié)束語(yǔ).16參考文獻(xiàn) .17附錄 .18致謝 .221 緒論1.1 課題背景及意義質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢?duì)貨物交換量進(jìn)行估計(jì)，起

7、初采用木材或陶土制作的容器對(duì)交換貨物進(jìn)行計(jì)量。以后，又采用簡(jiǎn)單的秤來(lái)測(cè)定質(zhì)量。秤是最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。 低成本、高智能化的電子秤無(wú)疑具有極其廣闊的市場(chǎng)前景 1。稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視， 作為一種計(jì)量手段， 廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、 科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展：計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展； 測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。 通過(guò)分析近年來(lái)電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智慧化；

8、其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的 “智能化 ”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用， 市場(chǎng)上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。 為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問(wèn)題，在本設(shè)計(jì)中將智能化、自動(dòng)化、人性化用在了電子秤重的控制系統(tǒng)中 2。1.2 單片機(jī)在體重秤上的應(yīng)用目前，隨著社會(huì)的發(fā)展、生活水平不斷提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自己的身體健康。許多人由于工作的壓力和不良的飲食習(xí)慣，使得身體健康每況愈下，疾病也隨之而來(lái)，而在這些人群中， 患有肥胖和營(yíng)養(yǎng)不良的病人居多。 為方便人們及時(shí)了解自己的體重是否超出或低

9、于標(biāo)準(zhǔn)的體重，在許多公共場(chǎng)合都擺放了人體秤，商場(chǎng)、藥店、馬路旁等隨處可見，給那些由于工作緊張沒(méi)有時(shí)間到醫(yī)院做定期體驗(yàn)的人們帶來(lái)了方便。 人體秤已不再是醫(yī)院的專用醫(yī)療器械， 已成為人們生活中不可缺少的一部分。 體重健康標(biāo)準(zhǔn)的具體計(jì)算方法如下 (僅適合中國(guó)人群 )男性：標(biāo)準(zhǔn)體重 =(身高 -100)*0.9。女性：標(biāo)準(zhǔn)體重 =(身高 -105)*0.9。當(dāng)實(shí)際體重大于標(biāo)準(zhǔn)體重的 10為過(guò)重，小于標(biāo)準(zhǔn)體重 10為瘦 3 。普通人體秤測(cè)量身高和體重的結(jié)果都是直接用眼睛觀看指標(biāo)讀取的， 由于讀數(shù)的方法各不相同、讀數(shù)時(shí)光線有明有暗等多種原因，使得讀取數(shù)據(jù)的誤差過(guò)大。由于人體秤的使用非常普遍，解決這一問(wèn)題顯

10、得尤為重要。近年來(lái)，隨著科技不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)已逐漸成為科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要工具， 正在不斷地走向深入。單片機(jī)的應(yīng)用已深入到人類的生活、 生產(chǎn)等各種領(lǐng)域。 在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的由單片機(jī)控制的人體稱，比普通人體稱在耐用性、適用環(huán)境、讀數(shù)的準(zhǔn)確度等方面有了很大的提高。智慧人體秤經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，適合在廣大工薪階層推廣。因此，以單片機(jī)為控制核心的人體秤，不但提高了讀數(shù)的精確度，給人們以直觀的效果，將身材標(biāo)準(zhǔn)與否一并顯示，與普通人體秤的價(jià)格相差無(wú)幾，逐漸取代傳統(tǒng)的人體秤。2 電子體重秤的設(shè)計(jì)思路2.1 電子體重秤的原理當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)秤體傳遞到稱重傳感器，傳

11、感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系 (一般成正比關(guān)系 )的電信號(hào) (電壓或電流等 )。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、 經(jīng)濾波后再由模數(shù)（ AD）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的 CPU 處理，CPU 不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、濾波、 AD 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。本設(shè)計(jì)由以下幾部分組成：電阻應(yīng)變傳感器、信號(hào)放大器、單片機(jī)、按鍵、燈、顯示器。LE

12、D圖 2-1 設(shè)計(jì)原理圖2.2 電子體重秤的基本結(jié)構(gòu)承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)它是被稱物體與轉(zhuǎn)換組件之間的機(jī)械、 傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。稱重傳感器即由非電量（質(zhì)量或重量） 轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換組件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器 4。對(duì)稱重傳感器的基本要求是： 輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)， 并

13、有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。本次設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變式傳感器。測(cè)量顯示、數(shù)據(jù)顯示裝置即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗組件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等） 。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。 在數(shù)字式的測(cè)量電路中， 通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。2.3 電子秤的計(jì)量性能電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指針有： 量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。（1）量程：電子衡器的最大稱量 Max ，

14、即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。（2）分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e 或 d來(lái)表示。（3）分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n 表示。電子衡器的最大稱量Max 可以用總分度數(shù)n 與分度值 d 的乘積表示即Max= n ?d（4）準(zhǔn)確度等級(jí)：國(guó)際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成、四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如下表所示：表2-1電子秤等級(jí)分類標(biāo)志及等級(jí)電子秤種類分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度基準(zhǔn)衡器n > 100000高準(zhǔn)確度精密衡器10000 < n100000中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器1000 <

15、; n10000普通準(zhǔn)確度粗衡器100 < n1000本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍0100kg；顯示精度 0.1kg；精度等級(jí)級(jí)。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證與選型測(cè)量部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路， ）處理后，送 AD 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。 控制器部分接受來(lái)自 AD 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)， 經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為人體的實(shí)際重量信號(hào)， 并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。控制器還可以通過(guò)對(duì)擴(kuò)展 IO 的控制，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過(guò)鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能5。3.1

16、 控制器本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器 ,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起， 組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng) ”。這種新型的智能儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。再則由于系統(tǒng)沒(méi)有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的的系統(tǒng)，可以選用帶EPROM的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大， 應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi)， 不用在外部擴(kuò)展內(nèi)存， 這樣電路也可簡(jiǎn)化。在這里選用 STC12 系列單片機(jī)。 STC12 系列與 89C

17、52 相比由是高速低功耗超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 8-12 倍。最后我們最終選擇了STC12C5A60S2 這個(gè)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求STC12C5A60S2 內(nèi)部帶有定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR 及程序計(jì)數(shù)器 PC、堆棧指針 SP、RAM 地址寄存器、 16 位地址緩沖器、內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 AD 轉(zhuǎn)換 (250KS),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合，能滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求 6。3.2 數(shù)據(jù)采集部分電子秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、 處理電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路，因此對(duì)

18、于這部分的論證主要分三方面。傳感器的選擇在設(shè)計(jì)中 ,傳感器是一個(gè)十分重要的組件 ,因此對(duì)傳感器的選擇也顯的特別的重要 , 不僅要注意其量程和參數(shù) ,還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影

19、響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。其公式如下：C K 0 K 1 K 2 K 3 (W max W ) / N（ 3-1）C單個(gè)傳感器的額定量程； W 秤體自重；W max被稱物體凈重的最大值； N秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K 0保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2 1.3 之間； K 1沖擊系數(shù)；K 2秤體的重心偏移系數(shù)； K3 風(fēng)壓系數(shù)。本設(shè)計(jì)要求稱重范圍 0100kg，重量誤差不大于 0.1kg，根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式（ 3-1）可知：C1.2511.0 3 1 （10015）/1148.0625（3-2）為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)

20、皮帶秤的最大流量來(lái)選擇。在實(shí)際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在 20% 80% 之間，線性好，精度高。重量誤差應(yīng)控制在±0.1Kg，又考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，根據(jù)公式3-1 的計(jì)算結(jié)果，所以我們確定傳感器的額定載荷為 150Kg，允許超載為 150% ，精度為 0.05%，最大量程時(shí)誤差0.1kg，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。本系統(tǒng)采用梁式稱重型稱重傳感器 ,額定載荷為 150kg。傳感器電路所采用的是全橋電路 ,有四個(gè)電阻應(yīng)變片。理想情況下 ,傳感器輸出信號(hào)、放大器輸出信號(hào)、 AD 轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)、人體體重之間的關(guān)系基本成線性。在電橋測(cè)量電路中， 將一

21、對(duì)變化相反的應(yīng)變片接入電橋一臂， 另一臂接兩個(gè)相同的阻值作為基準(zhǔn)值；當(dāng)橋臂電阻初始值時(shí)平衡，其變化值為時(shí)，其橋路輸出電壓與成正比7。圖 3-1 稱重傳感器原理圖傳感器技術(shù)指標(biāo)表 3-1 傳感器參數(shù)表準(zhǔn)確度等級(jí) Accuracy class0.1額定載荷 Rated loadkg150靈敏度 SensitivitymVV2.0 ±0.1非線性Nonlinearity滯后Hysteresis重復(fù)性Repeatability零點(diǎn)輸出Zero balance蠕變Creep零 點(diǎn) 溫 度 系 數(shù)Zerotemperature0.02%F.S. 0.02 0.02%F.S.±10.02

22、coefficient%F.S.10 ±0.02額 定 輸 出 溫 度 系 數(shù) Rated outputtemperature coefficient輸入電阻Input resistance402±6輸出電阻Output resistance350±3絕緣電阻Insulation resistanceM5000供橋電壓Supply voltageV12（ DCAC ）溫 度 補(bǔ)償 范 圍Temperature-10 +55compensation range允許溫度范圍 Safe temperature range-30 +70允許過(guò)負(fù)荷Safe overload

23、%F.S.150極限過(guò)負(fù)荷Ultimate overload%F.S.200接線方式 Method of connecting wire輸入 Input （ +） : White輸入 Input （ -） :Black輸出 Output （ +） :Green輸出 Output （ -） : Red3.2.3 放大電路模塊通常傳感器輸出的電信號(hào)是微弱的,不能夠滿足后續(xù)的轉(zhuǎn)換要求 ,必須對(duì)它進(jìn)行放大。稱重傳感器輸出電壓振幅范圍020mV ，而單片機(jī)輸入電壓要求在 05V,為了是單片機(jī)能更好的采集信號(hào)處理， 根據(jù)本設(shè)計(jì)傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況增益設(shè)為200 倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極

24、小。+0.05v+15vR3+0.05v200kU3P1.071R13P1.01k26R21k48OP07R4200k-15v圖 3-2 放大電路本設(shè)計(jì)選用的運(yùn)放器是OP07，OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07 在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07 特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。圖 3-3 OP07 管腳圖OP07 芯片引腳功能說(shuō)明： 1 和 8 為偏置平衡 ( 調(diào)零端 )， 2 為反向輸入端，

25、 3 為正向輸入端， 4 接地， 5 空腳 6 為輸出， 7 接電源 +轉(zhuǎn)換器的選擇由于本次設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)自帶 10 位 AD 轉(zhuǎn)換模塊，能達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求，故電路中不再添加 AD 轉(zhuǎn)換器。3.3 顯示電路部分顯示的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到CRT 顯示器等，都可以與微機(jī)連接。其中單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示是發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器（簡(jiǎn)稱 LED 顯示器）。液晶顯示器簡(jiǎn) LCD 。LED 顯示器價(jià)廉，配置靈活，與單片接口方便， LCD 可顯示圖形，但接口較復(fù)雜成本也較高6。LED數(shù)碼根據(jù)LED的接法的不同分為共陰極和共陽(yáng)極兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程很是重要，因?yàn)椴煌愋偷?/p>

26、數(shù)碼管，除了他們的硬件電路有差異以外，編程的方法也是不同的。 在本設(shè)計(jì)中我們采用的是共陰極數(shù)碼管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管教配置如圖所示：圖 3-4 共陰極數(shù)碼管及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用 LED 顯示器時(shí)，要注意區(qū)分兩種不同的接法，為了顯示數(shù)字或字符，必須對(duì)數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上小數(shù)點(diǎn)共計(jì)八段。因此為 LED 提供編碼正好是一個(gè)字節(jié)。實(shí)際上要顯示各種數(shù)字和字符，只需在各段二極管的陰極上加不同的電平，就可以得到不同的代碼。這些用來(lái)控制 LED 顯示的不同電平代碼稱為字段碼（也稱段選碼）。 根據(jù)電路連接圖顯示16 進(jìn)制數(shù)的編碼列表如下圖所示：表 3-2 共陰極數(shù)碼管表0x3f0x060x5b0x4f0x6

27、60x6d0123450x7d0x070x7f0x6f0x770x7c6789AB0x390x5c0x790x710x00CDEF無(wú)顯示3.4 STC12C5A60S2 的最小系統(tǒng)電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，此電路由一塊STC12C5A60S2、按鍵輸入電路、 4 位LED 顯示器電路、 LED 燈顯示電路組成。圖 3-4 硬件電路設(shè)計(jì)框圖在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換組件） ，稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 020mV ，對(duì) AD 轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參

28、數(shù)來(lái)說(shuō)不能使 AD 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要對(duì)其進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出人體的重量。在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： STC12C5A60S2 的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人 -機(jī)交換電路等。單片機(jī)芯片 STC12 管腳圖圖 3-5 單片機(jī)管腳圖單片機(jī)的基本連接電路單片機(jī)正常工作時(shí)，都需要一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路來(lái)構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所需的時(shí)鐘信號(hào)，其有兩種時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)鐘。外部始終是使

29、用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。本設(shè)計(jì)只有一片單片機(jī)，采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。 這個(gè)放大器與回饋組件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求， 但是電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、蕩器的穩(wěn)定性、 震的快速性和溫度穩(wěn)定性。 外接晶體時(shí)，兩個(gè)電容通常選擇 30PF 左右，外接陶瓷諧振器時(shí)， 典型值約為 47PF.出于對(duì)測(cè)距精度的考慮， 本設(shè)計(jì)采用 11.0592MHZ 的晶體振蕩器， c1 和 c

30、2 的電容值約為 30PF。3.5 鍵盤電路圖 3-6 鍵盤控制電路在不同的系統(tǒng)中，鍵盤的數(shù)量有很大的差別。 但是根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，采用獨(dú)立式鍵盤既能滿足系統(tǒng)需要，又節(jié)省IO 和鍵盤的數(shù)量。獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵之間彼此是獨(dú)立的，每一個(gè)按鍵均連接單片機(jī)的一根IO 口。獨(dú)立式鍵盤的硬件接口電路簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較方便， 但由于每個(gè)按鍵均需要單片機(jī)的一根 IO 口，因此，獨(dú)立式鍵盤值適合于按鍵較少的場(chǎng)合。獨(dú)立式按鍵是直接用IO口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根IO 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它 IO 口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根此，在

31、按鍵較多時(shí)， IO 口線浪費(fèi)較大，不宜采用。IO口線，因4 電子體重秤實(shí)物的設(shè)計(jì)與制作4.1 實(shí)物的設(shè)計(jì)（1）選取厚度合適的材料按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割，由于踏板底座設(shè)計(jì)需要尺寸過(guò)大無(wú)法再銑床上裝夾，在尺寸切割后手工去除毛刺和銳邊。（2）為了保證孔的方便加工和減少誤差，孔的設(shè)計(jì)位置在一條直線上。（3）粗糙度確定：墊塊的加工精度位 3.2 m，電子稱踏板與底座由于設(shè)計(jì)尺寸過(guò)大原材料在銑床上無(wú)法進(jìn)行裝夾， 在切割機(jī)上進(jìn)行需要的尺寸切割后只做消除毛刺、 去銳邊的的粗加工處理 8。（4）各部位尺寸：根據(jù)各定位裝置、固定裝置、調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)，其具體尺寸見圖 4-1、4-2、4-34.2 實(shí)物加工圖紙?bào)w重秤墊

32、塊圖 4-1 體重秤墊塊體重秤踏板圖 4-2 體重秤踏板體重秤底座圖 4-3 體重秤底座5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 初始化及主程序模塊主程序主要是完成對(duì)各個(gè)子程序的調(diào)用以及體重的顯示，流程圖如下：圖 5-1 主程序流程圖5.2 按鍵模塊身體指數(shù)計(jì)算的過(guò)程中用到按鍵程序，流程圖如下：圖 5-2 按鍵程序流程圖5.3 顯示模塊本次設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示，使用 P0 口作位選， P2 口作段選，并在 P2 口接 1K 的上拉電阻以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。顯示時(shí)個(gè)、十、百、千四位依次顯示，每一位顯示時(shí)維持 2毫秒。圖 5-3 顯示程序流程圖5.4 AD 轉(zhuǎn)換模塊STC12 系列單片自帶 AD 轉(zhuǎn)換模塊，放大器輸出的

33、電壓信號(hào)要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，流程圖如下：圖 5-3 AD 轉(zhuǎn)換流程圖6 軟硬件的調(diào)試6.1 軟件部分圖 6-1 PROTUS 仿真圖由于PROTUS中沒(méi)有STC12系列單片機(jī)，仿真時(shí)由89 系列外加8 位AD轉(zhuǎn)換模塊代替。6.2 硬件部分程序仿真運(yùn)行后把電路和傳感器進(jìn)行連接并開始進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)人站到體重秤踏板時(shí)， LED會(huì)自動(dòng)顯示人的體重。上電開始工作時(shí)，電源指示燈燈亮，LED顯示示數(shù)為零。當(dāng)被測(cè)人站上踏板，被測(cè)人體重會(huì)直接顯示在LED顯示上，其讀數(shù)為65.5kg，體重精確到 0.1kg。圖 6-2 實(shí)物調(diào)試圖結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次實(shí)習(xí)， 我們學(xué)到了很多東西。在這段時(shí)間里我進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)、 軟件的編

34、程實(shí)設(shè)計(jì)、 軟硬件的綜合調(diào)試以及實(shí)物的制作與裝配。 最終一個(gè)完整的課程設(shè)計(jì)成果出來(lái)了。當(dāng)然，這其中也有很多問(wèn)題，比如胖瘦顯示燈不能完全嚴(yán)格按編制的程序執(zhí)行，但就實(shí)現(xiàn)功能來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次實(shí)習(xí)要求，我們不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的是這個(gè)過(guò)程。在做本次設(shè)計(jì)過(guò)程中， 為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善， 查閱這方面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是十分必要的。我們要對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解， 知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好， 反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為數(shù)據(jù)的保存和交流提供了方便。 從本次設(shè)計(jì)中學(xué)到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。 發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問(wèn)題和實(shí)踐能力提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。參考文獻(xiàn)1 施漢謙，宋文敏 . 電子秤技術(shù) M. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 19912 趙廣平，孫雯萍，孫建軍 . 電子稱重技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) J.儀表技術(shù)與傳感器， 2007.73孫富康，戚鵬. 基于 W77E58 微處理器的多功能智能人體秤的設(shè)計(jì)J. 福建電腦，