课程设计说明书基于单片机的电子秤设计摘要本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。
为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究，讨论了单片机控制系统中关键的计算问题。
本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。
单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。
关键词：电子称，AT89S52单片机，称重传感器目录1绪论 (4)1.1选题背景与意义 (4)1.2基本工作原理及框图 (4)2系统方案论证与选型 (4)2.1控制器部分 (5)2.2数据采集部分 (5)2.2.1传感器的选择 (5)2.2.2放大电路的选择方案 (6)2.2.3 A/D转换器的选择 (6)2.3键盘处理部分方案论证 (8)2.4显示器部分的选择 (8)2.5超量程报警部分选择 (8)3硬件电路设计 (8)3.1AT89S52介绍 (9)3.1.1 单片机管脚说明 (10)3.1.2 AT89S52的最小系统电路构成 (12)3.2A/D转换器与AT89S52单片机接口电路设计 (13)3.3显示电路与AT89S52单片机的接口电路设计 (15)3.4键盘电路与AT89S52单片机接口电路设计 (17)3.5报警电路的设计 (18)4系统软件设计 (19)4.1主程序设计 (19)4.2子程序设计 (20)4.2.1 A/D转换启动及数据读取程序设计 (20)4.2.2显示子程序设计 (20)4.2.3 键盘输入控制程序的设计 (21)4.2.4报警子程序设计 (21)总结 (23)致谢 (23)参考文献 (24)附录1 程序清单 (25)附录2 系统总图 (31)1绪论1.1选题背景与意义电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。
电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。
相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。
电子秤的设计首先是通过称重传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。
输出电压信号通常很小，需要通过高精度高增益AD芯片HX711的信号放大与AD转换，转换成数字量被送入到主控电路的单片机中处理，再经过单片机控制显示器，从而显示出被测物体的重量。
1.2 基本工作原理及框图电子秤的工作原理如下：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。
主要技术指标为：称量范围0～5kg;分度值0.01kg;精度等级Ⅲ级;电源DC1.5V（一节5号电池供电）。
图1 系统工作原理框图2系统方案论证与选型2.1控制器部分本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器，在这里选用ATMENL生产的AT89SXX系列单片机。
AT89SXX系列与MCS-51相比有两大优势：第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。
此外价格低廉、性能比较稳定的MCPU，具有8K×8ROM、256×8RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O 接口。
这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。
最后我们最终选择了AT89S52这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。
AT89S52内部带有8KB的程序存储器，基本上已经能够满足我们的需要。
2.2数据采集部分电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、信号放大电路和A/D转换电路，因此对于这部分的论证主要分三方面。
2.2.1传感器的选择在本设计中，传感器是个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显得十分重要。
不仅要注意其量程和参数，还要考虑与其相配置的各种电路的设计的难易程度和设计性价比等等。
综合考虑,本设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器,其最大量程为7.5 Kg.称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。
其工作原理如图2所示。
图2传感器工作原理图其工作原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。
当弹性体受力变形时，应变片的的敏感栅也随之变形，其阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。
由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式2-2给出。
E i n R4R4R3R3R2R2R1R1)42(42E ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⨯+⨯=△△△△R R R R out 2.2.2放大电路的选择方案称重传感器输出电压振幅范围0～2mV 。
而A/D 转换的输入电压要求为0～2V ，因此放大环节要有1000倍左右的增益。
对放大环节的要求是增益可调的（700～1500倍），根据本设计的实际情况增益设为1000倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。
按照输入电压2mV ，分辨率20000码的情况，漂移要小于1µV 。
由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（±1µV ），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。
残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。
稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。
主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放做成一个差动放大器。
其设计电路如图3所示。
图3 利用普通运放设计的差动放大器电路图2.2.3 A/D 转换器的选择A/D 转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。
目前，世界上有多种类型的ADC ，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。
目前，ADC集成电路主要有以下几种类型。
1、并行比较A/D转换器：如ADC0808、ADC0809等。
并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。
它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。
这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。
缺点是：并行比较式A/D转换的抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比较式A/D只适合于数字示波器等转换速度较快的仪器中，不适合本系统。
2、逐次逼近型A/D转换器：如：ADS7805、ADS7804等。
逐次逼近型ADC 是应用非常广泛的模/数转换方法，这一类型ADC的优点：高速，采样速率可达1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低；在分辨率低于12位时，价格较低。
缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。
3、积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433等。
积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，是应用比较广泛的一类转换器。
它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。
与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D 转换。
积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。
此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。
若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。
这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。
其优点是：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。
缺点是：转换速率低，转换速率在12位时为100～300SPS。
4、压频变换型ADC：其优点是：精度高、价格较低、功耗较低。
缺点是：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100～300SPS。
考虑到本系统中对物体重量的测量和使用的场合，精度要求不是很苛刻，转换速率要求也不高，根据系统的精度要求以及综合的分析，本设计采用了12位逐次逼近型A/D转换器AD574。
2.3键盘处理部分方案论证由于电子秤需要设置单价（十个数字键），还具有确认、删除等功能，总共需设置17个键（包括一个复位键）。
键盘的扩展有使用以下方案：采用矩阵式键盘：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。
图2-4给出了一个4×4的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。
4×4矩阵式键盘共可以安装16个键，但只需要8条测试线。
当键盘的数量大于8时，一般都采用矩阵式键盘。
结合本设计的实际要求，16个按键使用4×4矩阵式键盘，另外一个复位键使用独立式按键实现。
2.4显示器部分的选择显示器是人机交换的主要部分，他可以将测量电路测得的数据经过cpu处理后直观的显示出来。
数据显示有两种方案：LED数码显示和LCD液晶显示。
LCD 液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都用到了液晶显示器。
考虑到液晶显示器的直观方便，这次设计选择了LCD液晶显示器。
2.5超量程报警部分选择智能仪器一般都具有报警和通讯功能，报警主要用于系统运行出错、当测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。
在本系统中，设置报警的目的就是在超出电子秤测量范围时，发出声光报警信号，提示用户，防止损坏仪器。
超限报警电路是由单片机的I/O口来控制的，当称重物体重量超过系统设计所允许的重量时，通过程序使单片机的I/O值为高电平，从而三极管导通，使蜂鸣器SPEAKER发出报警声，同时使报警灯D1发光。
3硬件电路设计根据设计要求与设计思路，此电路由一块AT89S52单片机、复位电路、时钟电路、12864LCD显示器、蜂鸣器及LED灯报警电路、CZAF-602压力传感电路。
在本系统中，硬件电路的构成主要有以下几部分：AT89S52的最小系统构成、数据采集、人-机交换电路等。
硬件设计框图如下。
图4 硬件电路设计框图在本系统中用于称量的主要器件是称重传感器（一次变换元件），称重传感器在受到压力或拉力时会产生电信号，受到不同压力或拉力是产生的电信号也随着变化，而且力与电信号的关系一般为线性关系。
