1、電子秤設計畢業論文智能電子秤設計摘 要目前，電子計價秤的使用非常普及，逐漸會取代傳統的桿秤。由壓力傳感器制作的電子秤已廣泛地應用到各行各業, 特別是微處理機的出現，工業生產過程自動化程度的不斷提高，壓力傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置。本文介紹了一種以msp430單片機微處理器最小系統，并配以幾個主要的集成電路器件設計成的智能電子秤。本系統是利用壓力傳感器采集當前壓力，根據輸入單價，準確計算出物品的金額，同時把重量、金額顯示到led數碼管上。關鍵詞：壓力傳感器 放大器 單片機abstract nowadays，electronic scale is very popular and it

2、 will replace the traditional steelyard gradually. the electronics steelyard made by the pressure transducer has been applied to all professions, especially the emergence of the microprocessor. and with the increasing of the automation of industry production, the pressure transducer becomes a kind o

3、f essential device in the process control.this paper introduces a msp430 smallest single-chip microprocessor system, and with several major integrated circuit devices designed as a smart electronic scales. the system is to use pressure sensors collect the current pressure, according to input price,

4、and accurately calculate the amount of goods， at the same time, the weight of the amount of shows on the led digital tube.keywords: pressure transducer amplifier single chip microcomputer目 錄第一章 緒 論11.1 電子秤設計背景11.2 稱重技術和衡器的發展11.3 電子秤的發展現狀11.4 電子秤的發展趨勢21.5 現有電子秤的不足4第二章 芯片介紹52.1 單片機的發展52.2 msp430f149芯片

5、62.2.1 msp430f149的引腳62.2.2 msp430f149的模數轉換器adc1292.3 壓力傳感器102.3.1 壓力傳感器的選擇102.3.2放大電路112.4 led數碼管122.4.1 數碼管的分類122.4.2 數碼管的驅動方式122.5 鍵盤132.6 相關軟件132.6.1 protel 99 se132.6.2 c語言152.7 小結16第三章 系統硬件設計173.1 電子秤系統的構成及工作原理173.2 電子秤系統壓力傳感器電路173.3 電子秤系統的鍵盤電路183.4 電子秤系統的顯示電路193.5 電子秤系統的電源電路203.6 小結20第四章 電子秤系統

6、的軟件設計214.1 電子秤系統的程序總流程圖214.2 初始化程序流程圖214.3 壓力傳感器程序流程圖224.4 預處理程序流程圖224.5 稱重計價程序流程圖234.6 鍵盤程序流程圖244.6.1 鍵盤分析程序254.7 數碼管顯示流程圖274.8 小結27結 論28致 謝29參考文獻30附 錄 一31附 錄 二33第一章 緒 論1.1 電子秤設計背景目前，臺式電子秤在商業貿易中的使用已相當普遍，但存在較大的局限性：體積大、成本高、需要工頻交流電源供應、攜帶不便、應用場所受到制約。現有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實現計量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高

7、，彈簧的疲勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，彈簧秤就會產生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準確性和可靠性，只是一種暫時的代用品，也被列入逐漸取消的行列。多年來，人們一直期待測量準確、價格低廉的電子秤投放市場。基于電子秤的現狀，本課題擬研究一種用msp430單片機控制的高精度智能電子秤設計方案。這種高精度智能電子秤體積小、計量準確、攜帶方便，集質量稱量功能與價格計算功能于一體，能夠滿足商業貿易和居民家庭的使用需求。1.2 稱重技術和衡器的發展電子衡器一般是指裝有電子裝置的衡器。因其種類繁多，且涉及到貿易結算和保護廣大消費者的利益，所以為世界各國政府普遍關注和重視，并被確定為國家強制管理的

8、法制計量器具。電子衡器是自動化稱重控制和貿易計量的重要手段，對加強企業管理、嚴格生產、貿易結算、交通運輸、港口計量和科學研究都起到了重要作用。電子衡器具有反應速度快，測量范圍廣、應用面廣、結構簡單、使用操作方便、信號遠傳、便于計算機控制等特點。被廣泛應用于我國煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運輸、港口、建筑、機械制造和國防等各個領域。1.3 電子秤的發展現狀50年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業的發展。60年代初期出現機電結合式電子衡器以來，經過40多年的不斷改進與完善，我國電子衡器從最初的機電結合型發展到現在的全電子型和數字智能型。我國電子衡器的技術裝備和檢測試驗手段基本達

9、到國際90年代中期的水平。電子衡器制造技術及應用得到了新發展。電子稱重技術從靜態稱重向動態稱重發展；計量方法從模擬測量向數字測量發展；測量特點從單參數測量向多參數測量發展。但就總體而言，我國電子衡器產品的數量和質量與工業發達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發能力不足、產品的品種規格較少、功能不全、穩定性和可靠性較差等。1.4 電子秤的發展趨勢通過分析近年來電子衡器產品的發展情況及國內外市場的需求，電子秤總的發展方向是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重

10、的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。1）集成化 對于某些品種和結構的電子衡器，例如小型電子平臺秤、專用秤、便攜式靜動態電子輪軸秤、靜動態電子軌道衡等，都可以實現秤體與稱重傳感器，鋼軌與稱重傳感器，軌道衡秤體與鐵路線路一體化。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動態電子輪軸秤，多用硬鋁合金厚板制成。其結構原理是經過固溶熱處理強化的鋁合金板，或通過在4個角上鉆孔和銑槽分別形成4個懸臂梁型稱重傳感器；或在鋁合金板的底面銑出多個對稱的盲孔和盲槽形成整體剪切梁型稱重傳感器。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一，即鋁合金板既是秤體臺面又是一個大板式稱重傳感器。以后者結構的10t便攜式動態電子輪軸秤

11、為例，其尺寸為720mm550mm32mm，重量約為23kg。2）智能化 電子衡器的稱重顯示控制器與電子計算機組合，利用電子計算機的智能來增加稱重顯示控制器的功能。使電子衡器在原有功能的基礎上，增加推理、判斷、自診斷、自適應、自組織等功能，這就是當今市場上采用微機化稱重顯示控制器的電子衡器與采用智能化稱重顯示控制器的電子衡器的根本區別。3）綜合性 電子稱重技術的發展規律就是不斷的加強基礎研究并擴大應用，擴展新技術領域，向相鄰學科和行業滲透，綜合各種技術去解決稱重計量、自動控制、信息處理等問題。例如在流量計量專業，如果按照傳統的理論和方法建造一套標準大流量測量系統，價格相當昂貴。如果采用稱重法即

12、質量流量法，只要將重量和時間測量準確，大流量的測量問題就迎刃而解了。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠遠不夠，現代商業系統還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結合，使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化，實現管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計算機聯網，把稱重系統與計算機系統組成一個完整的綜合控制系統。4）組合性 在工業稱重計量過程或工藝流程中，不少稱重計量系統還要求具有可組合性，即測量范圍等可以任意設定；硬件能夠依據一定的工作條件和環境作某些調整，硬件功能向軟件方向發展；軟件能按一定的程序進行修改和擴展；輸入輸出數據與指令可以使用不同的語言和條形碼，

13、并能與外部的控制和數據處理設備進行通信。 5）小型化 體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕。近幾年新研制的電子平臺秤結構充分體現了小薄輕的發展方向。對于低容量的電子平臺秤和電子輪軸秤，可采用將薄型或超薄型的圓形稱重傳感器，直接嵌入鋼板或鋁板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內，形成低外形的秤體結構，稱重傳感器的數量和位置由秤的額定載荷和力學要求計算決定。鋼板或鋁板就是秤體的臺面，稱重傳感器既是傳感元件，又是承力支點，極大地減化了秤體結構，減少了活動連接環節，不但降低了成本，而且提高了穩定性和可靠性。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地上衡，已經出現了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯排隊列焊

14、接成一個整體的竹排式結構的秤體，4個稱重傳感器分別安裝在最外邊兩根薄壁型鋼兩端的切口內，安裝在稱重傳感器承力點上的固定支承就是秤體的承力支點，既減化了承力傳力機構，又節省了秤體高度，這是一種很有發展前途的秤體結構。對于大型電子平臺秤，可利用有限單元法進行等強度和剛度計算，采用抗彎剛度大的型材和輕型波紋夾心鋼板等。6）模塊化 對于大型或超大型的承載器結構，如大型靜動態電子汽車衡等，已開始采用幾種長度的標準結構的模塊，經過分體組合，而產生新的品種和規格。以（5、6、7）m長的同寬度3種標準模塊為例，由單塊、二塊、三塊到四塊分體組合，可以組合成長度為（528）m的22種規格的分體式秤體結構。當然在實

15、際應用中，根據各行業用戶的需要，選擇其中10余種常用的標準規格即可。這種模塊化的分體式秤體結構，不僅提高了產品的通用性、互換性和可靠性，而且也大大地提高了生產效率和產品質量。同時還降低了成本，增強了企業的市場競爭能力。1.5 現有電子秤的不足我國電子衡器產品的數量和質量與工業發達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發能力不足、產品的品種規格較少、功能不全、穩定性和可靠性較差等。我國的電子衡器要打入國際市場。參與國際競爭。就必須執行國際法制計量組織制定的國際建議并要有國際水平的技術與裝備、有國際水平的質量。這就要求企業以技術為先導、以質量為中心、以管理

16、為基礎，努力提高制造技術與制造工藝水平，穩定產品質量。增強國際市場競爭能力。面對與國際先進水平的差距和我國國民經濟持續發展的大好形勢，我們衡器行業發展應該是明確的，就是要從觀念上、技術上和管理上迅速趕上，瞄準先進、與時俱進、迎接挑戰、開拓創新、以提高制造技術與制造工藝水平為突破口，主要解決電子衡器中的工程化產品的定型設計。生產工藝，質量保證，可靠性考核等規模生產中的關鍵技術與工藝，提高批量生產能力，使我國的民族衡器工業走上健康持續發展的軌道。第二章 芯片介紹2.1 單片機的發展單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了

17、一臺計算機，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。還有它的體積小、質量輕、價格便宜、而且它低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品，因此為學習、應用和開發提供了便利的條件。 單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如cpu，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力

18、，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用pc）的主要區別。單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發的74系列，或者60年代的cd4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大pcb板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性! 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表

19、的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更高級的還有自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械等等。綜合所述，單片機已成為計算機發展和應用的一個重要方面。另一方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了，因此單片機的學習、開發與應用是十分重要的。2.2 msp430f149芯片msp430系列單片機是美國德州

20、儀器( t i ) 推出的一款1 6 位超低功耗的混合信號處理器，其在我國推出的時間也已經很久了，它以低功耗著稱，并且將許多模擬電路、數字電路和微處理器集成在一個芯片上，因此一經推出便在我國得到迅速推廣。針對目前普遍使用的51 系列單片機局限性，為了很好地滿足控制器的準確性、精確性的要求，采取了一系列措施。首先，考慮系統所接的外部模塊比較多，需要的i/o 口比較多，一般的8 位單片機是不夠用的所以考慮選擇8 位以上的單片機，再者32 位的單片機功能又太過了，不僅i/o 口比較多，而且好多集成的資源用不上都會浪費，所以考慮使用16 位的單片機，而16 位單片機中的ti 公司msp430 系列的較

21、為成熟，適用于在儀表儀器中使用，而且用在本系統中也正好合適，其次該控制器本身部分集成了12 位的a/d 轉換器進行高精度轉換，并可采用軟件配置采樣通道，確定采樣序列，保存采樣結果。用于本系統中進行采樣也比較合適，再次考慮控制器對功能性接口要求較高，而且存在較大數量的計算任務。基于以上的考慮，選擇了性價比比較高的msp430f149 單片機。2.2.1 msp430f149的引腳msp430f149的引腳圖如圖2-1所示，引腳功能如表2-1所示。圖2-1 msp430f149的引腳圖表2-1 msp430f149的引腳功能引腳i/o說明名稱序號p1.0/taclk12i/o通用數字i/o引腳/t

22、imer-a， taclk時鐘信號輸入p1.1/ta013i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，捕獲：cci0a輸入，比較：out0輸出p1.2/ta114i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，捕獲：cci1a輸入，比較：out1輸出p1.3/ta215i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，捕獲：cci2a輸入，比較：out2輸出p1.4/smclk16i/o通用數字i/o引腳/smclk信號輸出p1.5/ta017i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，比較：out0輸出p1.6/ta118i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，比較：out1輸出p1.7/ta21

23、9i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，比較：out2輸出p2.0/aclk20i/o通用數字i/o引腳/aclk輸出端p2.1/tainclk21i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，inclk時鐘信號p2.2/caout/ta022i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，捕獲：cci0b輸入，比較：out0輸出p2.3/ca0/ta123i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，捕獲：cci1b輸入，比較：out1輸出p2.4/ca1/ta224i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，比較：out2輸出p2.5/rosc25i/o通用數字i/o引腳/外接一電阻用以決定

24、dco頻率p2.6/adc12clk26i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器的轉換時鐘p2.7/ta027i/o通用數字i/o引腳/ timer-a，比較：out0輸出p3.0/set028i/o通用數字i/o引腳/從機傳輸使能usart0/spi模式p3.1/simo029i/o通用數字i/o引腳/ usart0/spi模式的從輸入或主輸出p3.2/somi030i/o通用數字i/o引腳/ usart0/spi模式的從輸出或主輸入p3.3/uclk031i/o通用數字i/o引腳/外部時鐘輸入usart0/uart或spi模式，時鐘輸出usart0/spi模式p3.4/utxd032i

25、/o通用數字i/o引腳/發送數據輸出usart0/uart模式p3.5/urxd033i/o通用數字i/o引腳/接受數據輸入usart0/uart模式p3.6/utxd134i/o通用數字i/o引腳/發送數據輸出usart1/uart模式p3.7/urxd135i/o通用數字i/o引腳/接受數據輸入usart1/uart模式p4.0/tb036i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 ccr0p4.1/ tb137i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 ccr1p4.2/ tb238i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 c

26、cr2p4.3/ tb339i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 ccr3p4.4/ tb440i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 ccr4p4.5/ tb541i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 ccr5p4.6/ tb642i/o通用數字i/o引腳/捕獲i/p或pwm輸出口定時器b-7 ccr6p4.7/tbclk43i/o通用數字i/o引腳/定時器b-3的輸入時鐘tbclkp5.0/ste144i/o通用數字i/o引腳/從機發送使能usart1/spi模式p5.1/simo145i/o通用數字i/o引腳/

27、usart1的從輸入、主輸出或spi方式p5.2/somi146i/o通用數字i/o引腳/ usart1的從輸出、主輸入或spi方式p5.3/uclk47i/o通用數字i/o引腳/外部時鐘輸入usart1/uart或spi模式，時鐘輸出usart1/spi模式p5.4/mclk48i/o通用數字i/o引腳/主系統時鐘mclk輸出p5.5/smclk49通用數字i/o引腳/子系統時鐘smclk輸出p5.6/aclk50i/o通用數字i/o引腳/輔助時鐘aclk輸出p5.7/tbputth51i/o通用數字i/o引腳/切換所有的pwm數字輸出口為高阻抗定時器b-3 tb0tb2p6.0/a059i

28、/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道0p6.1/a160i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道1p6.2a261i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道2p6.3/a32i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道3p6.4/a43i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道4p6.5/a54i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道5p6.6/a65i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道6p6.7/a76i/o通用數字i/o引腳/12位a/d轉換器模擬輸入通道7rst/nmi58i復位

29、輸入、不可屏蔽中斷輸入口，或自動加載程序啟動（flash版本器件有此功能）tck57i測試時鐘，tck是用于器件測試與自動加載程序啟動的始終輸入接口（flash版本器件有此功能）tms56i測試方式選擇，器件編程與測試的輸入口tdi55i測試數據輸入口，期間的保護熔絲被連接到tditdo/tdi54i/o測試數據輸出口、編程數據輸出口veref+10i/p送到模數轉換器adc12的外部基準電壓vref+7o模數轉換器adc12內部基準電壓的正輸入端vref-/veref-11o模數轉換器adc12內部基準電壓或外部加的基準電壓負端xin8i晶體振蕩器xt1的輸入口xout/tclk9i/o晶體

30、振蕩器xt1的輸入口或測試時鐘的輸入口xt2in53i晶體振蕩器xt2的輸入口，只能接標準晶體xt2out52o晶體振蕩器xt2的輸出口avcc64模擬電源的正輸入端，送到模數轉換器adc12的模擬部分avss62模擬電源的負輸入端，送到模數轉換器adc12的模擬部分dvcc1數字電源的正輸入端dvss63數字電源的負輸入端2.2.2 msp430f149的模數轉換器adc12msp430f149內嵌模數轉換器模塊，其采樣頻率為每通道200kb/s，可以對生物、機械等傳感器給出的模擬量進行ad轉換。內置的模數轉換器又由帶有采樣和保持的adc內核、參考電壓發生器、轉換時鐘的選擇和控制電路、采樣與

31、轉換時序控制電路4部分組成。采樣系統中數模轉換速度與轉換時鐘有密切關系，msp430的adc12clk來源于aclk，mclc，smclk，adc12osc，然后被分頻器分頻，最終得到的信號作為adc12clk送往adc12內核。adcs12信號源自內部，同時會隨溫度、電壓以及器件的離散性而變化。對于要求精確的轉化，則需要穩定的轉換時鐘信號，因此使用由晶體產生的時鐘信號。為了得到正確可靠的轉換，模擬輸入信號必須在采樣期間保持穩定，在整個采樣與轉換期間，不允許有相鄰的其他通道引腳有數字信號活躍，這樣可減少對模擬信號轉換的干擾，以得到正確的結果。msp430f149內置模數轉換器有4種轉換模式：單

32、通道單次轉換、單通道多次轉換、多通道單次轉換、多通道多次轉換。2.3 壓力傳感器2.3.1 壓力傳感器的選擇壓力傳感器又稱荷重傳感器，考慮到使用地點的重力加速度（g）和空氣浮力（f）的影響后，通過把其中一種被測量（質量）轉換成另外一種被測量（輸出）來測量質量的力傳感器。壓力傳感器由敏感元件、轉換元件、后續處理部分組成，壓力傳感器一般應用應變片來實現壓力的測量，應變片的制造原理是依據橋式電路，當在橋臂上的電阻滿足這樣的條件：r1r3=r2r4時電橋平衡，則輸出的電壓為零，當電阻由變化的時候，電橋不平衡，有一定的電壓輸出。可分為單臂電橋、雙臂電橋、全臂電橋，其輸出的電壓與電阻的變化量成近似的線性變

33、化。應變片是很薄的薄片，上表面鑲嵌兩個有電阻絲制成的電阻，同時下表面也有兩個同樣的電阻，在連接上形成橋式電路，當應變片上沒有壓力是，輸出的電壓為零，當有壓力作用時，上邊的電阻變大，下面的電阻變小，電橋不平恒，而且是相同的電阻絲，其電阻的變化量相同，輸出的電壓與電阻的變化量成線性關系，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。這樣就可以測量出壓力的大小。本設計中稱重范圍定為9.999kg，重量誤差不大于kg，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重。我們選擇的是l-psiii型傳感器，量程20kg

34、，精度為，滿量程時誤差0.002kg。可以滿足本系統的精度要求。其原理如圖2-2所示：圖 2-2 全橋測量電橋圖稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由式2-1給出： （21）2.3.2放大電路在許多需要用a/d轉換和數字采集的單片機系統中，多數情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數的放大，才能滿足a/d轉換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器本設計中，我們將采用專用儀表放大器，如：ina126，ina121等。此類芯片內部采用差動輸入，共模抑制比高，

35、差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。以ina126為例,接口如圖2-3所示： 圖 2-3放大電路結構圖放大器增益，通過改變的大小來改變放大器的增益。基于以上分析，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器ina126。 2.4 led數碼管 2.4.1 數碼管的分類led數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管。 數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（多一個小數點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數碼管；按發光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極

36、接到一起形成公共陽極(com)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極com接到+5v，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極com接到地線gnd上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮2.4.2 數碼管的驅動方式 數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。 靜態顯示驅動：靜態驅

37、動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5840根i/o端口來驅動，要知道一個89s51單片機可用的i/o端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 動態顯示驅動：數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同 名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自

38、獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的com端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的i/o端口，而且功耗更低。2.5

39、 鍵盤 在單片機應用中，鍵盤是人機對話的輸入設備，借助鍵盤可以向系統設置參數，發出控制指令等。在數字電路中，可以利用編碼器實現按鍵鍵值的直接編碼。將每個按鍵的輸出信號對應連接到編碼器的每個輸人端，通過編碼邏輯就可以在編碼器的輸出端得到對應每個按鍵的碼值，早期稱這種鍵盤為編碼鍵盤。但是，當按鍵較多時數碼邏輯的成本較高，直接編碼的方法也不夠靈活，一旦編碼邏輯固定就難以更改。在通用鍵盤上或當按鍵數量較多時，普遍采用掃描方式產生鍵值。將按鍵連接成矩陣，每個按鍵位于某行、某列的交點上，先通過掃描方式確定按下鍵的行和列位，即位置碼或掃描碼。再查表將位置碼轉換為按鍵碼值或者直接使用掃描碼，稱為掃描式鍵盤。在

40、執行鍵盤掃描時應注意將鍵在閉合過程中往往會有一些難以避免的機械性抖動如圖4-3，使輸出信號也發生抖動，通常達10 ms-20 ms 寬。若不避開抖動區，則可能誤認為多次按鍵。還應注意當前一個鍵值還未送出又有按鍵按下時，后邊的鍵值將覆蓋前邊的鍵值，從而造成丟失。要解決這一問題即可以設置硬件延時電路，延遲數十毫秒后再讀取鍵值，這種電路稱為去抖電路。或者在軟件里面采用軟件延時的方式來讀取鍵值。2.6 相關軟件2.6.1 protel 99 se(1) protel的發展protel是protel（現更名為altium）公司在20世紀80年代末推出的cad工具。它較早在國內使用，普及率很高。早期的pr

41、otel主要作為印刷板自動布線工具使用，現在普遍使用的是protel99se。它是個完整的全方位電路設計系統，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計，可編程邏輯器件設計等功能，并具有client/server體系結構，同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式。protel軟件功能強大、界面友好、使用方便。它最具代表性的是電路設計和pcb設計。protel99se是應用于windows9x/2000/nt操作系統下的eda設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯網設計，具有很強的數據交換能力和開放性及3d模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電

42、路板計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。(2) protel 99 se的系統組成 按照系統功能來劃分，protel99se主要包含以下倆大部分和6個功能模塊。1）電路工程設計部分1、電路原理設計部分：電路原理圖設計部分包括電路圖編輯器、電路圖零件庫編輯器和各種文本編輯器。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。 2、印刷電路板設計系統：印刷電路板設計系統包括印刷電路板編輯器、零件封裝編輯器和電路板組件管理器。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；

43、管理電路板組件。 3、自動布線系統：本系統包含一個基于形狀的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現pcb設計的自動化。 2）電路仿真與pld部分1、電路模擬仿真系統：電路模擬仿真系統包含一個數字/模擬信號仿真器，可提供連續的數字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。2、可編程邏輯設計系統：可編程邏輯設計系統包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器。本系統的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。利用pld系統可以最大限度的精簡邏輯部件，使數字電路設計達到最簡化。3、高級信號完整性分析系統：信號完整性分析系統提供了一個精確的信

44、號完整性模擬器，可用來分析pcb設計、檢查電路設計參數、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。(3) protel 99 se的功能特性1、開放式集成化的設計管理體系。2、超強功能的、修改與編輯功能。3、強大的設計自動化功能。總的來說，protel99se是個完整的全方位電路設計系統，包含了電路圖的繪制、混合信號仿真、多層印刷電路板設計、可編程邏輯器件設計、圖表生成等功能。所有模塊都集合在一個窗口里，并具有client/server體系結構，同時可與orcad、pspice、excel等軟件相兼容。因此被廣泛使用于電子電路仿真與設計等方面。2.6.2 c語言c語言是一種計算機程序設計語言。它既有高

45、級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為系統設計語言，編寫工作系統應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。因此，它的應用范圍廣泛。c語言對操作系統和系統使用程序以及需要對硬件進行操作的場合，用c語言明顯優于其它解釋型高級語言，一些大型應用軟件也是用c語言編寫的。(1) 源程序的結構特點1、一個c語言源程序可以由一個或多個源文件組成。2、每個源文件可由一個或多個函數組成。3、一個源程序不論由多少個文件組成，都有一個且只能有一個main函數，即主函數。4、源程序中可以有預處理命令(include 命令僅為其中的一種)，預處理命令通常應放在源文件或源程序的最前面。

46、5、每一個說明，每一個語句都必須以分號結尾。但預處理命令，函數頭和花括號“”之后不能加分號。6、標識符，關鍵字之間必須至少加一個空格以示間隔。若已有明顯的間隔符，也可不再加空格來間隔。(2) c語言有很多優點1、簡潔緊湊、靈活方便。2、 運算符豐富。3、數據結構豐富。4、c是結構式語言。5、c語法限制不太嚴格，程序設計自由度大。6、c語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作。7、c語言程序生成代碼質量高。8、c語言適用范圍大，可移植性好。總的來說，c語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數據處理能力，因此適于編寫系統軟件，三維，二維圖形和動畫。因為它具有強大的功能加以它是數值計算的

47、高級語言。因而c語言發展迅速, 而且成為最受歡迎的語言之一。由于c語言程序具有完整的程序模塊結構，從而為軟件開發中采用模塊化程序設計和代碼的移植提供了有力的保障，縮短了單片機開發人員的開發周期。作為涉足較大規模的單片機系統來說，開發的開發人員首選的還是c語言編程。本系統就使用應用c語言來編寫系統軟件程序，通過單片機和外部硬件電路來實現電子秤的稱重功能。2.7 小結對芯片性能的了解和掌握是做好硬件、軟件設計的基礎。本章主要介紹了壓力傳感器、鍵盤設計、數碼管的基本知識，闡述了msp430f149單片機的特性和管腳定義，為下文的硬件設計作了鋪墊。第三章 系統硬件設計3.1 電子秤系統的構成及工作原理

48、電子秤電路主要由傳感器電路、調理電路、鍵盤電路、顯示電路、電源電路等組成。系統原理方框圖如圖3-1所示。顯示電路鍵盤電路調理電路msp430f149壓力傳感器電 源圖3-1 系統原理方框圖系統工作原理：當電子秤上放上重物時，壓力傳感器把模擬信號傳送到處理器的ad轉換器，由ad轉換器轉換成數字信號，然后由數碼管顯示出重物的重量，同時系統根據輸入的單價計算出金額，并顯示在數碼管上。3.2 電子秤系統壓力傳感器電路系統的壓力傳感器電路如圖3-2所示。在圖的電路中，傳感器的正端接模數轉換器adc12內部基準電壓的正輸入端vref+，負端接模數轉換器adc12內部基準電壓負端。在本系統中，通過單片機提供

49、激勵電壓。由于采用這樣的方法，在測量期間或在電子秤工作于待機狀態的情況下，就可以不用為電橋提供激勵電壓，從而降低功耗。傳感器的電橋電阻為1200歐，電源電壓為3 .v，激勵狀態下耗電2.5 ma。將橋接傳感器的輸出信號連接至放大器之后輸入ad轉換通道p6.0。圖3-2 壓力傳感器電路 3.3 電子秤系統的鍵盤電路本系統所需要的鍵盤有13個，經過分析覺得使用4*4 方式掃描比較合適。連接電路如圖3-3所示。圖3-3 電子秤系統的鍵盤電路現在具體分析鍵盤的工作原理。由于所有的列線都上拉到3.3v，所以在沒有任何鍵被按下的時候，所有列線上都是高電平。當在p1.7管腳上輸出低電平，并且行線的其他管腳上

50、輸出高電平時，如果“s01”鍵被按下，則p1.0為低電平；如果“s02”鍵被按下，則p1.1為低電平；如果“s03”鍵被按下，則p1.2為低電平；如果“s04”鍵被按下，則p1.3為低電平。通過設置一條行線的輸出就可以獲取列線上的相應狀態，從而獲得鍵盤輸入的值。同理，依次在其他列線上輸出低電平，就可以獲取其他鍵的輸入值。通過這樣的掃描方式，可以實現鍵盤的輸入。在本模塊中，考慮到硬件成本高以及軟件延時方便，所以采用了軟件延時然后讀取鍵值的方法。在圖中，按鍵s01到s09分別對應電子秤鍵盤上的數字輸入鍵19，s10對應數字鍵0。其作用是用于輸入被稱物品的單價。按鍵s11對應電子秤鍵盤上的清除按鍵，

51、其作用是用于清除之前輸入的價格，重量顯示也歸零。按鍵s12對應電子秤鍵盤上的去皮按鍵，其作用是當電子秤上有物體確認為皮重時，按下去皮鍵重量即顯示為零，相當于置零的功能。按鍵s13對應電子秤鍵盤上的累計按鍵，其作用是用于累加計算多次測量的總金額。3.4 電子秤系統的顯示電路led數碼管顯示電路如圖3-4所示。本電路的作用是用來顯示重量、單價及金額。為了保證數碼管的工作安全，電路中必須加上上拉電阻，上拉電阻電路如圖3-5所示，通過網絡標號與數碼管相連。圖3-4 電子秤系統的顯示電路在本系統中，sm201用來顯示物品的重量，sm202用來顯示物品的單價，sm203用來顯示物品的金額。圖3-5 上拉電

52、阻電路電路圖3.5 電子秤系統的電源電路在單片機應用中需要穩定的電壓信號，因此必須提供電源電路。如圖3-6所示為電源電路。它可以為整個系統提供3.3v和5v的電壓。圖3-6 電源電路3.6 小結本章在上一章的基礎上，結合電子秤系統的基本功能介紹了它的工作流程、硬件組成和工作原理，設計了壓力傳感器的稱重放大電路、led數碼管顯示電路、鍵盤掃描電路和電源電路。各電路根據需要連接到msp430f149單片機的接口上，就構成了一個功能強大的基于msp430的智能電子秤。第四章 電子秤系統的軟件設計電子秤系統的順利工作，需要合適的軟件來協調系統的各個硬件組成部分，根據電子秤系統的工作需要來工作，從而達到

53、特定的功能。本章主要設計電子秤系統的各個硬件組成部分的程序流程圖。4.1 電子秤系統的程序總流程圖系統總程序流程圖如圖4-1所示。系統初始化之后，要順次執行壓力傳感器程序、預處理程序、稱重計價程序、數碼管顯示程序、鍵盤程序。開 始初始化壓力傳感器程序數碼管顯示程序鍵 盤 程 序稱重計價程序預處理程序圖4-1 電子秤系統的程序總流程圖4.2 初始化程序流程圖初始化程序流程圖如圖4-2所示。進入初始化階段，電子秤系統的各個部分依次初始化，即依次執行壓力傳感器初始化、數碼管初始化、鍵盤初始化后返回。開 始壓力傳感器初始化數碼管初始化返 回圖4-2 初始化程序流程圖4.3 壓力傳感器程序流程圖壓力傳感

54、器程序流程圖如圖4-3所示。這個程序用來啟動adc轉換器，將轉換的二進制結果換算成bcd碼，以便顯示程序和計算程序可以隨時調用。開始ad轉換，保存轉換結果將轉換結果換算為bcd碼并存儲開始返回圖4-3 壓力傳感器程序流程圖4.4 預處理程序流程圖預處理程序流程圖如圖4-4所示。這個程序的作用是用于判斷清除、去皮、累計三個按鍵是否按下，如果有鍵按下，就執行相應的程序。開始返回累計標志位為1？清除標志位為1？去皮標志位為1？累計函數去皮函數清除函數yyynnn圖4-4 預處理程序流程圖4.5 稱重計價程序流程圖稱重計價程序流程圖如圖4-5所示。這個程序的作用是分別讀取物品的重量和單價，計算出物品的金額并存儲。開始返回讀取重量讀取單價計算金額并存儲圖4-5 稱重計價程序流程圖4.6 鍵盤程序流程圖鍵盤程序流程圖如圖4-6所示。本系統的鍵盤主要用來輸入單價以及一些系統的設定。 開始返回延時，有鍵按下？鍵盤分析程序有鍵按下？yynn圖4-6 鍵盤程序流程圖4.6.1 鍵盤分析程序鍵盤分析程序如