电子秤仿真设计

阿坝师范高等专科学校电子信息工程系课程设计模拟电子秤仿真设计学生姓名樊益明专业名称计算机控制技术班级计控班学号20113079阿坝师范高等专科学校电子信息工程系二○一三年四月模拟电子秤设计报告一、设计原理及要求设计原理：电子秤系统设计框图大致如图1所示：图1 系统整体设计框图设计要求：1、要求单价由键盘输入；2、重量的精度能够达到十分之一千克；四个定值电阻加一个电位器，模拟应变式传感器，采集微小的电压信号利用差分放大电路，对采集到的微小电压放大到0~~5VADC0832：8位2进制模数转换器；将放大的电压信号转化为数值信号，方便单片机的处理51单片机：处理和控制单元，整个模拟仿真的灵魂原件。

1、将ADC0832转化来的数据处理后存放在重量（Wight ）并用LCD 显示；2、将键盘输入的数据赋给单价（Price ）；3、将总价（Total_price ）计算出来，并显示MM74C922：键盘解码器，方便了对4x4键盘的扫描。

键盘的作用主要在单价的输入上。

3、按键有提示音；4、有去皮的功能；二、主要硬件及仿真软件硬件：（一）、ADC0832ADC0832 是一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。

由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎。

图2.1为ADC0832在Proteus中的逻辑符号图2.1 ADC0832逻辑符号芯片接口说明：CS片选使能，低电平芯片使能；CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND 芯片参考0 电位（地）。

DI 数据信号输入，选择通道控制。

DO 数据信号输出，转换数据输出。

CLK 芯片时钟输入。

Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

单片机对 ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。

数字电子秤的设计与仿真【摘要】本次设计是基于AT89C51单片机为核心的数字电子秤，它的硬件电路还包括称重传感器、ADC0832的A/D转换电路、报警电路、LM016L液晶显示、电源电路。

该设计的软件程序包括主控程序、LM016L显示驱动程序、ADC0832采样程序和4*4键盘程序。

打开电源时，单片各部分接口电路初始化，200ms后ADC0832对外部数据进行采样，一旦有物品放入载物台，ADC0832立即发送中断请求，并将本次采集数据交给单片机处理，显示相应数据量。

【关键词】电子秤；AT89C51单片机；采样一、总体设计方案基于单片机开发的数字电子秤，其硬件电路包括单片机、称重传感器、A/D 转换芯片、报警电路、LCD显示电路、电源电路等几部分设计内容。

其单片机采用Atmel公司生产的51系列AT89C51；称重传感器可采用电桥电路，在仿真实现中本文采用可调电阻做替代；A/D转换器采用ADC0832。

数字电子秤最终要满足以下功能：自动计算价格；储存常用物品价格；超重提醒，一旦重量超出了自身重量的测量的范围，发出警报；电子秤的测量范围在0—5KG，测量精度要求0.001KG。

整个数字电子秤电路构成如图1所示。

二、硬件电路的设计数字电子秤以AT89C51单片机作为核心，完成ADC0832转换电路、LM016L 显示电路、键盘电路、报警电路等功能。

1.A/D转换电路采用ADC0832芯片，通过采样、保持、量化和编码等过程将称重传感器所采集的模拟信号转换成数字信号供单片机读取。

2.显示电路采用LM016L液晶显示器，通过HD44780控制器，具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能。

3.键盘电路采用4*4矩阵按键，完成外部数据的输入。

4.报警电路采用蜂鸣器报警器，一旦物体自身的重量超出电子秤的称量范围，蜂鸣器立即会发出警报声，提醒所称量物品超重。

原理图如图2所示。

5.称重系统的仿真原理图（如图3所示）三、软件设计控制器系统软件的工作过程如下：打开电源时，单片机及各个部分电路开始工作，单片机调用内部存储数据对各部分接口电路初始化。

阿坝师范高等专科学校电子信息工程系课程设计模拟电子秤仿真设计学生姓名樊益明专业名称计算机控制技术班级计控班学号20113079阿坝师范高等专科学校电子信息工程系二○一三年四月模拟电子秤设计报告一、设计原理及要求设计原理：电子秤系统设计框图大致如图1所示：图1 系统整体设计框图设计要求：1、要求单价由键盘输入；2、重量的精度能够达到十分之一千克；3、按键有提示音；4、有去皮的功能；二、主要硬件及仿真软件硬件：（一）、ADC0832ADC0832 是一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。

由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎。

图2.1为ADC0832在Proteus中的逻辑符号图2.1 ADC0832逻辑符号芯片接口说明：CS片选使能，低电平芯片使能；CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND 芯片参考0 电位（地）。

DI 数据信号输入，选择通道控制。

DO 数据信号输出，转换数据输出。

CLK 芯片时钟输入。

Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

单片机对 ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。

（见图 3.6）当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。

当要进行 A/D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。

此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。

在第 1 个时钟脉冲的下沉之前DI 端必须是高电平，表示启始信号。

在第 2、3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据用于选择通道功能，其功能项见表 1。

基于FPGA的电子秤设计与实现摘要随着科学技术水平的不断发展，市面上出现了很多有价值的电子产品，这些设备有些倾向于自然简单，而有些却追求超乎平常的复杂功能。

当这些电子设备在对社会起到深远影响的同时，电子秤作为一个越来越简单的电子设备，在我们生活的许多方面扮演着重要的角色。

不论是工业还是销售行业，不论是大量程还是微小的计量称重，电子秤的出现使得数据得出更精确。

本设计的核心技术是基于FPGA（现场可编程门阵列）的。

共包含三大模块，分别为数据采集模块、控制器模块和人机交互模块。

数据采集模块用到称重传感器，直接与信号的前级处理和A/D转换部分共同构成。

人机交互模块包含简易键盘和点阵式液晶显示器。

最为主要的是本设计采用FPGA作为控制核心，软件部分使用Verilog（Verilog Hardware Description Language）语言，这样的设计使得编程灵活，调试更加方便，而且精度较高，稳定性较好，可以实现全部的控制功能。

最终本项目成功完成，论文由绪论、关键技术介绍、系统分析、系统设计、系统实现、和系统测试以及最终结论组成。

关键词：FPGA，电子秤，VerilogDesign and Implementation of Electronic ScaleBased on FPGAAbstractWith the continuous development of science and technology, a lot of valuable electronic products have appeared on the market. These devices tend to be naturally simple. But some complex beyond the usual functions. When these electronic devices have a profound effect on society, at the same time, more and simpler electronic scales electronic devices play an important role in many aspects of our lives, whether industrial or sales small or large range of measuring and weighing, the emergence of electronic scales makes the data more accurate. The design of the core technology is based on FPGA (field programmable gate array), including three modules, namely, data acquisition modules. Controller module and interactive modules.Weighing sensor is used in data acquisition module. Which is connected with the pre-processing and A/D conversion section of the signal.HCI module contains a simple keyboard and dot-matrix liquid crystal displays. The most important is the design using FPGA as the core, the use of the software part of Verilog (verilog Hardware Description Language) language. This design allows flexible programming, more convenient debugging, and high accuracy, good stability. The design can also achieve fully-controlled function. The ultimate success of the project is completed. The paper is made up of the introduction, key technologies, system analysis, system design, system implementation, and system testing as well as the composition of the final conclusions.Key words: FPGA, Electronic Weighing Scale, Verilog目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1论文研究主要内容 (1)1.1.1项目市场调查 (1)1.1.2项目涉及的技术 (1)1.2国内外现状 (1)第2章关键技术介绍 (3)2.1EDA技术简介 (3)2.2关键性开发技术的介绍 (4)2.2.1 控制器 (4)2.2.2 称重传感器 (5)2.2.3 前级放大器 (5)2.2.4 A/D转换器 (6)2.2.5 显示输出电路 (6)2.3使用Q UARTUS II实现仿真 (6)第3章系统分析 (8)3.1构架概述 (8)3.1.1 功能构架 (8)3.1.2 模块需求描述 (8)3.2系统开发环境 (9)3.3系统任务的可行性分析 (9)3.3.1 控制器可行性 (9)3.3.2 前级放大电路可行性 (9)3.3.3 A/D转换电路可行性 (10)3.3.4 显示电路可行性 (10)第4章系统设计 (12)4.1构架概述 (12)4.2系统的功能结构设计 (12)4.2.1数据采集模块 (12)4.2.2人机交互 (15)4.3控制模块 (16)第5章系统实现 (18)5.1系统控制流程 (18)5.2系统模块间结构 (18)5.3主模块部分代码 (19)5.4仿真结果 (19)第6章系统测试 (22)6.1测试方法 (22)6.2测试结果 (22)第7章结论 (24)参考文献 (25)致谢..................................................................................................... 错误!未定义书签。

便携式手提电子秤设计设计者：设计时间：便携式手提电子秤设计一、引言手提电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。

是家庭购物使用的首选。

其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A／D转换，显示电路。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种,广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大,以满足A／Ｄ转换器对输入信号电平的要求。

A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号,进行模数转换,然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

二、设计内容及总体方案内容是设计一个手提电子秤要求：1、电阻应变式传感器2、秤重范围为２kｇ3、电路由测量电桥，差动放大电路,A/D转换电路,显示电路组成4、工作原理,附系统原理图首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到Ａ/D转换器。

其次,由Ａ/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大,然后送A/D转换电路中。

再由A/Ｄ转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路,最后由显示电路显示数据。

具体方案如下:三、单元电路的具体设计1．测量电路:电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。

在这里,我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。

并应根据测量对象的要求,恰当地选择精度和范围度。

(1）电阻应变式传感器的组成以及原理:电阻应变式传感器简称电阻应变计。

当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。

1681 虚拟仪器硬件设计当开始采集信号时,放下重物,放在布置好装有压力传感器的托盘上时,压力传感器就会受力发生变化,使得它的电阻值也跟着发生了变化。

这时通过设计的电桥,可以得到一个微弱的电压变化。

这时就需要放大电路来发挥功能,放大电路将微弱的电信号进行放大。

放大之后会在CH2端输出一个信号,这个信号与原始信号相比仅仅在大小上发生了变化,保留了信号的原始信息。

这个信号与原始信号的大小有一个线性的比例关系。

这时候信号将要进入抗干扰电路,通过调节电位器RX4的调节,U8D输出端会得到经过放大后的信号。

我们再通过调节电位器RX5,可以用来调节整个电路系统的对称性。

通过这种方法,初步完成了抗干扰的设计。

设计出主电路如图1所示。

1.1 传感器电路电阻式应变传感器的应用是非常广泛的,它在受到压力时会产生形变,这会带动它自身安装的压力应变计也跟着变化。

这样一来,传感器的电阻就随压力发生了变化,达到测量的要求。

但是这种传感器也有其局限性,当形变太大时,电阻的变化值就不再是线性的了,那么就无法完整实现传感器的功能。

在小的形变时,也会出现不稳定的信号,所以一般这种传感器都是在控制技术中应用的。

综合考虑之后,本次应用的传感器是电阻应变式传感器。

当电阻应变式传感器感受到外力,即本次实验的外加重物时,就会因为受到压力,使得电阻值的大小发生变化。

1.2 放大电路信号放大电路有几个方面的作用。

首先太小的信号难以被采集,只有将其放大到一定程度之后才好被采集系统所采集。

其次,放大不会破坏信号的原始数据,再放大后,甚至可以将一些原本可能被采集系统忽略掉但是却非常重要的数据采集到。

放大电路提高了数据采集的灵敏度。

同理当产生的输入信号幅值太大时,同样会给采集系统带来困扰,这时候就要对信号进行衰减处理。

同样的,衰减只对信号的倍率大小产生影响,不会破坏其自身的数据。

使用的LM324是四运放集成电路,它是采用14脚双列直插塑料封装,它的内部含有四组运算放大器。

基于单片机的数字电子秤设计一、设计任务与要求1、通过单片机控制设计一个具有显示单价、质量和计算总价等智能数字电子秤。

并通过电阻式应变片进行称重测量。

2、通过按键可以调整单价、最大称量值，并且能实现去皮处理。

3、具有超重自动报警功能。

4、附加显示功能。

二、方案设计与论证数字电子秤通过秤量，需要将相关数据以及结果显示出来，所以需要有显示电路。

方案一：采用LED数码管显示。

LED数码管经过合理的设置可以完成显示被测物质量、单价、总价，以及显示最大称量值的任务，并且经济耐用。

同时LED 具有高亮度、高刷新率的优点，能提供宽达160度的视角，可以在较远的距离上看清楚。

但是它的显示存在信息量少，显示不直观，不易理解，连线复杂等缺点。

方案二：采用LCD液晶屏显示。

LCD液晶屏具有字符显示的功能，不但可以同时显示被测物质量、单价、总价以及最大称量值，还可以同时显示相应的控制命令、指示符号及单位等，信息量丰富且直观易懂。

另外，液晶显示具有功耗低，体积小，质量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。

综合比较两者的优缺点，本设计最终采用LCD1602作为显示模块。

总体方案设计：综合考虑本次设计要求、现有元器件资源、元器件价格和对元器件的熟悉掌握程度，本次设计选用STC89C52作为CPU控制器，ADC0809作为模数转换器件，LCD1602作为显示器件，再配以其他相关元器件来实现硬件电路的设计。

三、硬件电路设计1．传感器的设计：（1）应变式电阻传感器的工作原理：单导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。

导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关，当导体受外力作用时，电阻率几几何尺寸的变化会引起电阻的变化。

因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。

（后因种种原因，未能用传感器应变片来作为压力重量的改变而达到电子秤的最基本功能，所以用电位器来代替。

但其工作原理是一样的。

）(2)电阻应变式传感器测量电路设计：由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻值的变化测量出来，就需要设计专用的测量电路。

电子秤的设计与实现一.研究的目的和意义随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。

传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。

随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。

电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观，由于内部集成了单片机以及软件系统，电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。

他可以完成过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。

目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。

因此，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。

二.设计原理1.电子秤的原理就是利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过A\D模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。

单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。

此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。

2. 原理仿真设计电路图图13.程序框图（1）主程序设计开始LCD 初始化重量数据显示总价计算LCD 清屏报警AD 转换重量数据处理是否超过上限按键判断Y N Y N图2 主程序设计（2）子程序A/D 0832的转化图3 A/D 0832的转化（3）显示子程序的设计图4 显示子程的设计（4）按键子程的设计在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。

多功能称重系统设计与仿真设计摘要本文介绍了基于单片机89C52的电子秤的硬件电路及软件流程。

系统包括称重传感器、信号放大、单片机、键盘、LCD显示等部分。

电子秤设计得小巧，结构简单，具有去皮、单价设置、累加等多种功能。

随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。

为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。

本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成，加上显示单元，此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。

本系统以AT89S52单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。

可以说,此设计所完成的电子秤很大程度上满足了应用需求。

关键词：单片机；称重传感器；A/D转换器；LCD显示AbstractWith the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatus's control system with intelligence and automation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energy, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on.The system is mainly controlled by the microcontroller AT89S52, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus.KEYWORDS:SP20C-G501，AT89S52，ponderation –sensor，A / D converter，LCDDisplay目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 绪论 (1)1.1 本设计在国内外的研究现状 (1)1.2 本设计的选题及意义 (2)2 总体的方案设计 (2)2.1显示器的选择方案 (2)2.2AD芯片的选择方案 (2)2.3CPU的选择方案 (3)2.4总体方案的设计 (3)3硬件设计 (4)3.1传感器的设计 (4)3.11 电阻应变式的组成及原理 (4)3.12 电阻应变式传感器测量电路的设计 (5)3.2 A/D转换系统的电路设计 (6)3.21ADC0809芯片的内部逻辑结构 (7)3.22 ADC0809芯片的外部结构 (7)3.23 ADC0809芯片的使用说明 (8)3.24 数模转换电路的设计 (8)3.3 CPU控制系统电路的设计 (9)3.31 AT89C52芯片简介 (9)3.32 AT89C52芯片的引脚说明 (10)3.33 单片机控制电路的设计 (14)3.4 显示系统电路的设计 (14)3.41液晶显示简介 (14)3.42 LCD1602结构及引脚功能 (15)3.43 显示电路的硬件设计 (16)3.5 报警电路的设计 (17)4 软件设计 (18)4.1 主程序设计 (18)4.2 AD数据采集及处理的设计 (18)4.3 键盘处理的设计 (20)5 仿真及实验调试 (22)6 设计总结 (24)参考文献 (25)附录A主程序设计 (26)引言随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

实验1 电子秤设计1. 设计目的1.1掌握金属箔应变片的工作原理及应用；了解应变测量仪的工作原理及其应用。

1.2通过设计、安装、调试等实践环节，提高学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力。

2. 实验任务2.1设计制作一个电子秤，量程为0 ～0.5 Kg，传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁需自行粘贴应变片）。

2.2 安装、调试电子秤系统。

首先应进行调零、标定，然后再对系统进行稳定性、漂移、重复性、线性等参数的测试和分析。

3. 实验原理当用粘帖剂将应变测量转换元件——应变片牢固粘帖在试件表面，被测试件受到外力作用长度发生变化，粘帖在试件上的应变片其电量值也随着发生△R的变化，这样就把机械量——变形转换成电量（电阻值的变化）。

这个变化量经过放大，通过A/D转换，最终变成数字读数。

图1 应变测量仪组成框图4. 实验基本器材4.1 应变片（型号：3×5 电阻值：120 ± 0.2Ω基底：纸基）4.2 数字万用表4.3 YJ–31型静态电阻应变仪4.4 悬臂梁4.5 100g砝码5. 实验要求5.1 设计方案以小组形式提出，每小组人数不应多于4人。

5.2 方案应包括系统框图、检测电路原理图、系统安装示意图，实验流程详细说明，必要的实验数据记录表格，方案应充分论证，列出选择该方案的理由。

5.3 实验最多可分为两次完成。

在设计方案时应自行合理地设定工作节点，每次实验至少完成1个工作节点。

实验前每组应有一份设计方案以备检查，检查通过方可进行实验。

5.4 小组成员实验数据可以共享，但总结报告必须独立完成。

总结报告应包括设计方案、实验数据、数据分析（如线性度、灵敏度、回差等）、实验总结。

6. 实验附件6.1 贴片工艺说明书6.1.1试件受力分析6.1.2 试件表面处理：试件表面的待测点应先用刮刀弄平整，仔细地除去漆、电镀层、锈斑、氧化皮、污垢等覆盖层。

然后用0#或1#砂布与应变片粘贴方向成45︒交叉打磨，打出一些条纹，这样可以加强胶的附着。