基于单片机的电子称设计方案

1、电子称设计方案智能电子称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。它与我们日常生活紧密结合，成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。智能电子称主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，再配以键盘、显示电路及强大软件来组成。该电子称不但计量准确、快速方便，更重要的除自动称重、计价功能外，还可实现去皮、自动计算、数字显示等功能，受到广大用户欢迎。智能电子称由于携带方便，使用简单，对人们生活的影响越来越大。电子称性能及技术要求(1) 能用简易键盘设置单

2、价，加重后能同时显示重量、金额和单价；（2）输入：压力传感器量程：0-10Kg；按键：在电子计价秤中，带有16个按键矩阵组设置，其中09数字键用于输入单价及商品代码，DEL用于单价清空，累计键用于费用累计，去皮键用于重量去皮，还设置了开关键。(3) 输出：LED显示器（显示质量单价总金额）重量显示：单位为公斤，最大称重为10公斤，本设计采用ADC0809八位AD转换器，其精度为10Kg/256=39g重量误差不大于±0.04公斤；单价金额及总价金额显示：单价金额和总价金额的单位为元；(4) 具有清零功能去皮功能和总额累加计算功能方案一1.信号采集电路（1）要达到设计的性能要求，传感器

3、的精度起着决定性作用。本设计选用应用于称重系统90以上的高精度电阻应变式传感器。电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。题目要求称重范围 10Kg ，重量误差不大于±0.04Kg ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。 本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由下式表示

4、：上式说明电桥的输出电压V和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。图2 电桥电路（2） 由上面对传感器量程和精度的分析可知： A/D 转换器误差如下。8 位 A/D 精度： 10Kg/257=39.06g12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g1.逐次逼近型 A/D 转换器如： ADS7805 、 ADS7804 逐次逼近型 A/D 转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高，功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型 A/D 转换器件。高精度逐次逼近型 A/D 转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89C52 构

5、成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型 A/D 转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求，14 位AD足以满足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。2.双积分型 A/D 转换器如： ICL7135 、 ICL7109 等。双积分型 A/D 转换器精度高，但速度较慢 ( 如： ICL7135 ), 具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于）,可自动调零，超量程信号，全部输出于 TTL 电平兼容。双积分型 A/D 转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对

6、高于工频干扰（例如噪声电压）有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出不产生影响。积分型 A/D 转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤，系统对AD 的转换速度要求并不高，精度上14 位的 A/D 足以满足要求。另外双积分型A/D 转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。2单片机控制系统该智能电子称采用ATM公司的AT89C52作为CPU，它是一种低功耗高性能的八位CMOS微控制器，与MCS-51微控制器件兼容本设计的控制电路。以单片机89C52为控制中心，负责接收数据和外接设备的信号，再处理数据，发出控制信号，以达到所需的要求。2.1 AT89C52芯片的引脚说明

7、P0口：P0口是一组8 位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位以吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 口写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 图4 AT89C52芯片引脚图P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此

8、时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3口：P3口是一组

9、带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固

10、定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是

11、外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL

12、2：振荡器反相放大器的输出端。.2.2 显示输出由于设计需要中文显示 ，而数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式128×64型 LCD 。3. 软件设计 智能电子称软件系统设计的基本思想是充分利用微机丰富的软件功能，实现称重过程一系列要求，提高系统可靠性，使得系统性能价格比达到最优。智能电子秤作为一种实时性要求不是很高系统，用软件代替部分硬件功能很合算。首先，确定那些任务是由软件来完成的。在本系统中，从软件功能来看，其包括执行软件和监控软件两类。执行软件，完成各种实质性的功能，如采集数据，进行滤波处理，价格计算，中断处理，

13、重量、价格的显示都利用软件来完成，不仅使得电子秤的性能提高，以达最高性能价格比；监控软件，用来协调各模块和操作者之间的关系，如本系统中A/D转换、键盘与显示、数据处理各模块的工作。其次，智能电子称系统中有着大量的数据计算，我们必须数据类型和结构进行规划，对系统内程序存储器、RAM、定时器/计数器和中断源的分配。最后，完成以上工作后我们就可以进行编程了。在编程时，画出各功能模块的程序流程图，用合适的语言进行编写。主程序流程图17原理图方案二 1.系统工作原理 系统原理如图1所示，系统通过传感器将压力这种物理量转化为电信号，即传感器内部的电阻应变片感应到压力后，电阻发生微小变化，通过全桥测量电路将

14、电阻的微小变化转化成电压的微小变化，HX711将信号调整到A/D能采集的范围，然后由A/D进行采集转换，接着把采集到的24位高低电平通过DOUT送到单片机进行处理，单片机处理后，把数字信号输送到显示电路中，由显示电路输出测量结果。整个系统实现了用单片机来控制输出，在线性度的确定过程中，需要对程序进行反复的修改，最终实现设计的要求。系统的关键技术在于将物理量转化为可以传递处理的电信号。本设计笔者使用了HX711来解决这一技术难题。HX711直接将压力传感器送出的微弱电信号，经过内部放大和24位A/D转换器，转化为处理器可以识别和处理的数字量3。通过软件方法，将A/D所采集的数字量进行滤波和标定，

15、最终输出重量值。并由LCD显示屏进行显示。 单片机传感器滤波电路LCD显示电路复位电路时钟电路A/D转换电路2. AD转换： HX711是一款专为高精度秤重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点、降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性8。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差

16、分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接部件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。HX711接口电路图 HX711引脚功能管脚号名秤性能描述1VSUP电源稳压电路供电电源：2.6-5.5V（不用稳压电路时接AVDD）2BASE模拟输出稳压电路控制输出（不用稳压电路时为无连接）3AVDD电源模拟电源：2.6-5.5V4VFB模拟输入稳压电路控制输入（不用稳压电路时应接地）5AGND地模拟地6VB

17、G模拟输出参考电源输入7INA模拟输入通道A负输入端8INA+模拟输入通道A正输入端9INB模拟输入通道B负输入端10INB+模拟输入通道B正输入端11PD-SCK数字输入断电控制（高电平有效）和串口时钟输入12DOUT数字输出串口数据输出13X0数字输入输出晶振输入（不用晶振时为无连接）14X1数字输入外部时钟或晶振输入，0：使用片内振荡器15RATE数字输入输出数据速率控制，0：10Hz；1：80Hz16DVDD电源数字电源：2.6-5.5V压电传感器的电路应变片式电阻传感器.是以应变片为传感器元件的传感器。它具有以下优点：1.精度高，测量范围广；2.使用寿命长，性能稳定可靠。3.结构简单

18、、尺寸小、重量轻，因此在测量时，对工件工作状态及应力分布影响小；4.频率响应特性好。应变片响应时间约为100ns；5.可在低温、高速、高温、强烈振动、强磁场、核辐射和化学腐蚀等恶劣环境条件下工作；6.应变片种类繁多，价格便宜。电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械形变时，它的电阻值相应发生变化。应变片式电阻传感器应用很广。本设计采用的是梁式力传感器，该传感器结构简单、灵敏度高。适用于小压力测量。方案三系统设计方案结合所学知识，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实现的指标，各方案介绍如下所述。数据采集AD转换单片机处理LED显示按键处理此方案设计的电子秤，可以实现

19、称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。系统单片机选型：AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用

20、8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。系统称重传感器选型 RdRaRcRbRes Bridge EinEout 传感器内部连接图过对压力传感器与电阻应变式传感器比较分析，最终选择了第二种方案。题目要求称重范围010Kg,满量程量误差不大于0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重10Kg。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为5Kg，精度为0.03% ，满足本系统的精度要求。系统AD转换芯片选择：无线数据HX711是一款专为高精度电子秤而设计

21、的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B 则为固定的64 增益1 9，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和

22、芯片内的A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。芯片管脚图如图7所示。 HX711典型应用电路系统显示器选择方案一 数码管显示数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字