編號： 畢業設計說明書題 目： 電子秤的研制制作 學 院： 機電工程學院 專 業： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題目類型：理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發2016 年 6 月 03 日桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第II頁摘 要微電子技術的應用的不斷發展，傳統稱重工具已經滿足不了人們的需求。為了更好的實現稱重這一功能，在這次設計中智能化、自動化、人性化將會被用在了電子秤重的控制系統中。電子秤是將檢測與轉換技術、計算機技術、信息處理、數字技術等技術綜合一體的現代新型稱重儀器。它與我們日常生活緊密結合成為一種方便、快捷、稱量精確的工具，廣泛應用于商業、工廠生廠、集貿市場、超市、大型商場、及零售業等公共場所的信息顯示和重量計算。本論文主要以AT89S52單片機作為中心控制單元，通過稱重傳感器進行模數轉換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強大軟件來組成。電子稱不但計量準確、快速方便，更重要的自動稱重、數字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。本設計主要以單片機為中心模塊,針對電子秤的自動稱重、自動處理數據、自動顯示來進行設計。本系統中的數據采集模塊主要負責將壓力這個非電量轉化為電量；信號處理模塊主要負責對信號的放大和模/數轉換；單片機控制模塊主要負責數據的進一步處理、控制端口的輸出等；顯示模塊主要負責顯示重量、單價、總價；程序設計方面采用的模塊化的設計思想。通過對這些模塊的方案選擇以及硬件設計，詳細的介紹了本系統是如何進行數據采集、數據處理以及顯示的。關鍵詞：電子秤；A/D轉換器；單片機；電阻式壓力傳感器；LCD1602全套設計加扣3012250582AbstractWith the development of microelectronic technology, the traditional weighing tools can not meet the needs of people. In order to better achieve the weight of this function, in the design of intelligent, automated, human nature will be used in the electronic scale control system.Electronic scale is a modern new type weighing instrument, which will detect and transform technology, computer technology, information processing, digital technology, and so on.It is closely integrated with our daily lives into a convenient, fast and accurate weighing instrument, widely used in commercial, factory production, markets, supermarkets, shopping malls, and retail and other public places, information display and weight. This thesis uses the AT89S52 microcontroller as the central control unit, analog digital conversion unit by the weighing sensor, combined with the keyboard, display circuit and powerful software to form electronic. Not only accurate measurement, fast and convenient, automatic weighing, the more important influence on the digital display peoples life is more and more big, popular.The system uses the single-chip as central module, being designed for automatically scales for weighing, automatic data processing, and automatic display. Data acquisition module is mainly responsible for the pressure of the non-power into electricity; The signal processing module is mainly responsible for signal amplification and A / D converter; SCM control module is mainly responsible for the further processing of data, the control output port, etc.; The display module is mainly responsible for displaying the weight, unit price, total price; modular design concept adopted in the design process. Through selecting the scheme of these modules and designing hardware, describes in detail how the system for data acquisition, data processing and display.Key Words: Electronic scale；A/D converter；sensor；single chip；LCD1602桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 引言11.2 電子秤的國內外現狀11.3 研究的目的和意義11.4 總體設計思路21.5 論文的結構22 系統方案的設計32.1 系統整體設計方案的選擇32.2 系統各模塊的選擇42.2.1單片機模塊的選擇42.2.2傳感器的選擇52.2.3信號處理模塊的選擇62.2.4顯示模塊的選擇72.2.5按鍵模塊82.3 具體實施方案的簡介82.4 本章小結83 系統硬件系統設計93.1 單片機系統93.1.1AT89S52單片機93.1.2AT89S52單片機最小系統電路的設計103.2 數據采集模塊123.3 信號處理模塊133.3.1HX711介紹133.3.2HX711的芯片引腳圖133.4 顯示模塊153.4.1LCD1602介紹153.4.2LCD1602液晶顯示引腳圖153.4.31602LCD主要技術參數153.5 按鍵模塊163.5.14*4矩陣薄膜鍵盤163.5.2 4*4矩陣薄膜鍵盤電路連接163.6 硬件設計總結164 系統軟件設計174.1 軟件的開發環境174.2 軟件設計流程圖174.2.1主程序設計流程圖174.2.2系統子程序設計184.5本章小結215 設計總結22致 謝23參考文獻24附錄一 基于AT89S51單片機電子秤原理圖25附錄二 基于AT89S51單片機電子秤PCB圖26附錄三 基于AT89S51單片機電子秤C語言原程序27 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第35頁 共38頁1 緒論1.1 引言質量是一個非常重要的參數在測量領域中，而質量一般是通過衡器的測量得來的，稱重技術一直以來都被人們所重視。以前人們稱重是通過簡單的桿杠原理來實現的，這是一種較為簡單的衡器。稱是一種最普通、使用量非常多的計量設備。隨著時代的變遷和科學技術的發展一般杠桿原理的稱已經無法滿足市場的需求，電子秤取代機械稱是必然發展趨勢。低成本、精度高可用性大的電子秤無疑具有非常大的市場前景。現在市場上最常見的一種稱重裝置非電子稱莫屬，電子秤和以前的機械稱相比有著質的飛躍，使用起來不僅非常方便，而且精確度非常的高、體積小，操作也十分的簡單方便。因為這些優點的存在，電子秤的使用遍布了各個用到稱量的地方。1.2 電子秤的國內外現狀電子秤的發展但現在已經經歷了很多的環節，由簡單到復雜、由粗糙到精密、由機械到機械和電子結合體再到現在的全電子化。一句話了概括就是由單一功能到多功能的過程。當今社會，不管是何地大到世界貿易小到家庭只要使用到稱量的地方，必然會有電子稱的存在。可以說電子秤是隨處可見的。電子稱是自動化稱重和貿易計量的重要手段，對市場買賣交易、科學研究、生產管理計量等都起到了重要作用8。隨著市場需求的不斷變化以及測重技術的飛躍發展，電子秤的技術趨向于可靠性高、效率高、精確度高的性能。現在的電子秤也越來越向著小型化的方向去發展，先分成各個模塊在集合成具有高智能化電子秤。它擁有非常高的運算速率和準確度，此外它還具有穩定性和可靠信高的特點。綜合性和組合性是電子秤的應用性能主要趨向方向。國際社會上，很多西方發達國家研制出的電子秤已經達到了準確度高，可靠性高的標準，可以說已經達到了很高的水平。他們已經研制了具有較高水平的電子秤不但準確度、防水、耐腐蝕還能在高氣壓下正常工作。總的來說，我國電子衡器產品不管是在數量還是在質量上，對比西方的發達的工業國家都有著較大差距，東西方國家差距會存在的主要原因是整體的技術水平沒有西方發達國家的高、產品的創新開發能力不足、國內設備也沒有西方發達國家的精準。但是經過各方面專家們的不斷鉆研和開發，取得了不少理論成果。我們國家已經成功研制出了省電、功耗小以及能夠利用光能等性能很好的電子秤，精度高的同時也能節能環保。1.3 研究的目的和意義電子秤的適用范圍廣，使用率高。研究電子秤，并努力的去提升他具有非常重要的意義。不管是農業、工業還是內外貿易電子秤與人們的生活都緊密相聯。衡器水平的高低直接影響到了各行業的現代水平和社會的經濟效益的提高。電子秤屬于電子衡器中的一種，電子秤在原理和結構上取代了以杠桿平衡為原理的傳統機械稱。與傳統的機械稱相比，電子秤的優點在于精確度且裝機體積小、應用范圍廣、易于操作使用等，同時與傳統的機械稱相比不管是在外形布局和工作原理還是在結構和材料上都是全新的計量衡器。為了能順利的完成電子秤的設計，就必須去了解傳感器的原理、A/D轉換器的原理及應用、單片機的應用以及完成程序算法的設計，這些方面需要我們運用所學的各種軟件以及硬件方面的知識，可以鞏固我們對于專業知識，以及其他相關知識的了解。1.4 總體設計思路根據本次設計的背景和設計的要求，稱重功能的實現，首先需要做的就是將物體重量這個非電量轉化為電量，這樣才能進行下一步，因此需要傳感器模塊來解決這一問題，傳感器輸出的電量與物體的重量具有一定的對應關系；但是單單的依靠這一關系來得出的重量并不精確，同時也不直觀，因此必須對傳感器輸出的數據做進一步的處理；而信號的處理一般選用單片機來進行的，但是單片機并不能接收傳感器輸出的模擬信號，所以需要使用到A/D模塊來進行模數信號的轉換，然后再輸入到單片機中做進一步的處理；單片機輸出的信號可以采用數碼管顯示，或者是LCD顯示，這樣得到的結果不僅準確性得到提高，而且可以將數據直接的表現出來，能給用戶更好、更方便的體驗。1.5 論文的結構本次編寫的論文包含了中外文摘要部分、目錄部分、正文部分、參考文獻部分、致謝部分、附錄部分共七個部分，其中正文有五章。正文的描述內容如下：第一章描寫了電子秤的發展和選著這個課題的背景和意義；第二章詳細的描述了各種方案和模塊器件的選擇；第三章寫的是系統硬件的設計；第四章描寫的是系統軟件的編寫方式各個過程；第五章是設計總結。2 系統方案的設計電子秤的應用系統由兩大重要部分組成：硬件設計和軟件編寫。硬件主要是指單片機、A/D轉換模塊等；軟件一般是指系統里面的各種程序。硬件和軟件之間的相互配合、協調，才能將系統的性能得到更高價格比。硬件設計的同時，也要考慮到相應軟件的設計方法，軟件設計一般是根據硬件原理和系統所需的功能要求來進行的。2.1 系統整體設計方案的選擇針對各個模塊實現的功能來設計電子秤的方案有以下兩種：數據采集鍵盤輸入數碼管顯示單片機方案一在這個方案中使用數碼管顯示外接一個鍵盤輸入，可以實現電子秤的現實計價的功能。結構如圖2-1示：圖2-1結構方案流程圖這個方案的電子秤可以實現物價功能，但是由于數碼管的功能的有限，在顯示時只能顯示單價、購物總額等。同時數碼管的耗電量也較多，不符合當今社會節能減排的政策。除此之外數碼管如果沒有足夠的位數，那么稱量物體重量的精度也會受到很大的限制，所以此方案在電路中需要較多的數碼管。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴展足夠多的I/O接口供數碼管使用，比較麻煩。盡管這個方案能基本滿足設計的要求，但是缺點也較多，所以也不適合使用。方案2在這個方案中與前面一個相比完善了很多，這此方案分別由5個部分組成：信號采集模塊、A/D信號轉換模塊、LCD數據顯示模塊、外接鍵盤模塊和的單片機控制模塊，系統設計總體方案框圖如圖2-2所示。電源A/D轉換模塊信號采集模塊AT89S52單片機模塊按鍵模塊LCD顯示模塊圖2-2結構流程圖此方案的過程先是由信號采集模塊利用傳感器檢測壓力信號，然后再將信號送到A/D轉換模塊中進行模數轉換將模擬量轉化為數字量輸出。然后再將來自A/D轉換模塊輸出的數字信號傳輸到單片機中，經過復雜的運算，將數字信號以轉換為最終的物體的實際重量信號，并將信號存儲在存儲單元中，并在顯示屏中顯示出來。單片機模塊可以通過對擴展I/O的控制，來對鍵盤進行掃描接收鍵盤的輸入信號。單片機可以對整個系統進行控制。LCD顯示模塊的功能是顯示所需測量物品的重量、單價總價。在這2種方案中第2個方案較為全面，所以選擇第二種方案為本次設計的最終的電子秤研制制作的方案。2.2 系統各模塊的選擇2.2.1單片機模塊的選擇單片機的選擇要根據系統的功能需求來選擇，選擇比較容易實現設計要求的單片機型號，在選擇的同時也要考慮到單片機的價格，所以要選擇能達到較高性價比的單片機。除了上面的之外還要考慮到自己對單片機的熟悉程度，是不是拿起來就能熟練的使用，不然還要去熟悉單片機的使用，這樣可能導致由于時間的不夠而無法設計出完成硬件。單片機是電子秤的中心控制模塊，相當于人的大腦一樣，它需要對電子秤整個系統的信號進行接收處理和分析。本次設計中，不管是鍵盤輸入模塊的信號、還是信號處理模塊的輸入信號，都必須輸入到單片機中心控制單元中進行數據的進一步處理。除此之外，單片機模塊還要能夠輸出顯示控制信號、信號處理控制信號等等。單片機作為整個系統的中心控制芯片，扮演著一個中心樞紐的角色，不僅有信號的輸入，也有信號的輸出，所以單片機在這次設計中起到至關重要的作用。所以在選用單片機芯片的時候，最好能夠選用內存大，可靠性高，速度快而且價格便宜的芯片。在選擇能實現功能的單片機的同時考慮到價格的不同，選擇性價比較高的單片機。單片機的性價比主要由單片機價格和他的各種性能決定的。單片機的各個方面都會影響到它的性能強度，包括它的運行速度和片內硬件資源甚至是他的體積和封裝的形式。這些都能影響到單片機好還與否，所以必須全方面考慮在去選擇單片機型號。根據自身的對單片機的使用熟練度和本次設計的要求，在這里我有4種型號的單片機可以選擇，在選擇單片機前我們要先分析各個單片機的有缺點。AT89C系列的單片機和AT89S系列的單片機相比功能較差，AT89S系列的單片機的運算速度要比AT89C系列的單片機要快很多，同時AT89S系列單片機的靜態工作頻率為033MHz，它還含有雙數據指針DPTR和定時監視器；除了這些之外這一系列的單片機還具有低功耗休閑狀態關電方式及關電方式下的中斷恢復等重要的功，可以滿足設計的各種不同的應用要求。所以在這次設計中選擇AT89S系列的單片機。在這次的設計中程序的存儲量也比較大，這里AT89S52型號單片機的片內存儲容量比AT89S51型號單片機要大整整一倍。除了這個優點之外，AT89S52型號的單片機在編入程序方面也是非常的簡單，它不需要程序燒寫器，只需要簡單的下載電路并借用PC機就可以將程序寫入到單片機中。在這里的下載電路還可以包含在整個系統中設計的里面，可以隨時的修改程序而不需要去修改系統的硬件。綜合上述的優點在這里我選擇了AT89S52型號的單片機。2.2.2傳感器的選擇數據采集模塊的作用是將所稱物體的重量這個非電量，轉換為電流或者電壓這些電量形式，以便后續的處理、輸出，因此需要用到壓力傳感器。方案一采用電容式壓力傳感器。電容式傳感器是一種利用電容明感元件可以將壓力這個的變化轉換為電容量的變化的傳感器裝置。壓力和電量存在著一定的關系。它的優點是簡單、靈敏度高。同時也具有低的輸入力和侏儒能量，高動態響應，小的自然效應，環境適應性好等特點。電容式傳感器的工作原理，可以借助平行電容器來解釋說明。兩塊平行的金屬板上面的電容量（不考慮邊緣效應）如公式2-1所示C=r0Ad(2-1)符號代表的意思為：r為介質的相對介電常數；0用來表示真空中的介電常數；A表示的是平行板覆蓋的有效面積；d表示的是兩塊平行板之間的距離。隨著被測物體重量的改變，等式中的0、r為、A、d的大小的值也會改變，電容量也會改變，進而將變化量轉化為電量的輸出。但是電容式壓力傳感器初始時的電容比較小，因此會在雜散電路中產生較大的寄生電容。而且電容式壓力傳感器的功率小、阻抗高。因為平行板的尺寸較小，電容式傳感器的電容量都比較小，所以它的容抗Xc=1c很大，屬于高阻抗的元件，因此負載能力不行；同時，由于P=u02c，則當電容C很小時，功率P也就很小。因此，電容式傳感器外界干擾的抵抗能力較弱，需要采取必要的抗干擾措施。較為麻煩。方案二采用壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器的原理主要是壓電效應。它是利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成電量。當改變外力的大小時，電荷會在它的表面形成，且通過電荷放大器和測量電路的放大以及變換阻抗之后，會被轉換電量，以電量的形式輸出，受到的外力與電量形成正比關系。壓電式壓力傳感器除了有體積小、結構簡單這兩個優點外，它還具有動態好壽命長等優點。但是它的缺點也非常的明顯，那就是它很容易受到溫度、濕度因素的影響。而且內阻較大、功率偏小,防噪聲性能不是很好,輸出特性受到影響,因此由它輸出的能量比較薄弱,需要設計復雜的外接電路進行矯正。因此由它輸出的能量比較薄弱，需要設計復雜的外接電路進行矯正。方案三采用電阻式壓力傳感器電阻式壓力傳感器主要是由4個電阻組成，一般來說這4個電阻在同一個平面上不同的方向以對稱的方式形成惠斯通電橋。它可以把壓力這個非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器；利用壓力傳感器受到壓力時不同方向上電阻的阻值的變化不同,輸出的電壓與壓力成線性變化的原理來實現的。電阻應變式壓力傳感器里面含有彈性和電阻式應變片，當物體被測量時，由于物體壓力的作用電阻應變片會發生機械形變，根據所測量物體重量的不同形變量也會不同，產生的電阻值也不同。因為形變的產生是電阻值發生了改變讓電橋失去了平衡，形變量的不同會對應產生不同的差動信號，然后再讓后續電路進行測量和處理。如圖2-3示。圖2-3變壓器實物圖電阻應變片具有金屬的應變效應，正因為這一原理使得電阻式傳感器能將力學物理量轉換成電信號。這個原理可以簡單的理解為電阻應變片在外力作用下產生機械形變來改變電阻的大小。如圖2-3示在壓力P的作用下時，4塊電阻之間的梁會發生形變，電阻應變片R1、R3因為受到壓迫而拉伸，阻值增加。如果是R2、R4受到外力而壓縮時，阻值會減小。由于電阻阻值的變化電橋也失去了平衡，產生一個不平衡的電壓U，電壓U與作用在傳感器上的正壓力P存在一種正比的關系，從而可以將非電量轉化為電量輸出。電阻應變式傳感器是一種非常常用的傳感器，因為它不僅具有精確度高、結構簡單得優點，還具有使用范圍廣響應頻率好等特點。除了上面所描述的優點之外，這種壓力傳感器還可以在惡劣條件下工作，除了能實現小型化之外，還能實現整體化和品種多樣化等，有著很好的作用。綜合對比分析以上三種傳感器的優缺點，再考慮到本次設計的要求為稱重范圍0.0110Kg，誤差1%。因此，為了提高設計準確性、精確度以及可靠性，本次設計選用的是第三種方案，即采用電阻式壓力傳感器。2.2.3信號處理模塊的選擇信號放大與信號轉換是信號處理模塊中的兩個重要功能，所以信號處理這個大模塊含有兩個小模塊分別是：信號放大模塊和A/D轉換模塊。方案一 分別用兩個模塊來單獨完成各自工作信號放大器采用AD620，A/D轉換器芯片采用ADC0832。AD620是一種常用的信號放大芯片，他通過外接電阻來達到放大的效果，增益范圍可調，且精度高，成本低。ADC0832是一種分辨率為8，含有兩條通道的A/D轉換芯片，采用的是逐次逼近式的轉換方法。體積小、兼容性是ADC0832的兩大優點，因為它的高性價比很多的單片機設計都會用到它，使用率、普及率都較高。兩個模塊一起使用可以達到設計的指標，但是兩者之間需要電路的連接，會產生一些不可避免的誤差和干擾，因此不是特別完美。并且ADC0832的精度也不是太高，對于需要高精度的電子秤來說，不是很好的選擇。方案二 采用稱重專用集成模塊HX711HX711是一款包含了信號放大和24位A/D轉換的高精度集成模塊。HX711是專門為了電子稱重而設計的一個A/D轉換模塊，它不僅集成了轉換芯片所需要的外圍電路同時還包含了穩壓電源和片內時鐘振蕩器等。HX711具有非常高額集成度；響應速度非常的快、抗干擾性也比其他同類型的芯片要強。使用這一集成模塊不僅可以降低了電子秤的整機成本，最主要的是可以減少不必要的電路簡化整個系統線路，從使整個系統更高的可靠和準確。除上面所述之外，單片機與HX711之間主要是通過管腳來驅動的,接口電路簡單,不需要對芯片內的寄存器進行單獨的編程。比較兩種方案得出發現第二種方案更有優勢，所以選擇使用HX711作為信號處理模塊的主要芯片。這樣不僅能夠節省成本，而且可以在很大程度上提高了設計的準確性和可靠性。2.2.4顯示模塊的選擇顯示模塊主要是用來顯示物品所測出來的重量、設置的單價和得出來的總價，在此有兩個可以選擇的顯示的方法。方案一使用LED數碼管顯示LED數碼管看上去很像一個“8”字型的器件，他是有8個發光而二極管一起組成的。他們的內部連接已經完成。8個發光二極管中有7個組成“8”字型器件，其中有1個二極管表示小數點。但是數碼管的顯示信息有限，不能顯示較多的信息。此外數碼管對大部分字符不能很好的顯示，容易出現閃爍現象。除此之外數碼管的耗電也比其他的顯示模塊多。方案二采用LCD1602顯示LCD液晶顯示模塊可以顯示出字符，所以應常用于字符的顯示模塊，在單片機中的使用也較多。它擁有很多數碼管不具備的優點。LCD1602它擁有8 位數據總線和三個控制端口，工作電壓為5V，LCD1602液晶顯示屏還可以通過調節特殊的按鈕來調節顯示屏的亮度。它不但可以在屏幕上同時顯示16x2即32個字符（16列2行）。同時也具備液晶顯示模塊的所有優點，不僅功耗低、驅動電壓小、顯示信息量大，而且使用周期長，不會產生輻射與污染。對比兩種方案的優缺點可以看出LCD1602液晶顯示更加合適做電子秤的顯示模塊。2.2.5按鍵模塊按鍵有兩種選擇一是專用鍵盤接口芯片式，二是使用4*4矩陣薄膜鍵盤。專用鍵盤芯片內部集成了接收鍵盤輸入數據的模塊，帶有顯示的接口，可以獨立的處理對鍵盤的掃描、消除抖動以及編碼的問題。因此，對于提高可靠性和準確性很有幫助，而且接口電路簡單，使用起來非常的方便，但是成本比較高。4*4矩陣薄膜鍵盤由4個下小部分組成：上電路、面板、下電路、隔離層。它屬于眾多薄膜開關中的一種，內部集成了4*4（16）個小的按鍵開關，并且按照矩陣式的排列著。它包含了薄膜開關所應具有的各個特點，美觀的外形、小巧的構造、集成性能高，而且密封性強，具有防塵、防潮等優點。考慮到成本的因素，同時4*4矩陣薄膜鍵盤的可靠信也很好，并且還有很多其他優點，所以按鍵模塊選擇了4*4矩陣薄膜鍵盤。2.3 具體實施方案的簡介綜合上面所描述的各個模塊的分析和本設計的要求，硬件采用了51系列型號為AT89S52的單片機作為系統的控制核心部分，實現電子秤的基本控制功能。考慮到電子秤要設計的功能不是很多，所需要編寫的程序量也就不大，不需要太大的程序存儲空間。AT89S52的內帶8K的程序存儲器已經夠用。因此在對AT89S52實際設計師不必要在片外在擴展程序存儲器，這樣不僅可以避免硬件的浪費，也優化了電路的設計。數據采集的信號采集部分選擇了電阻式壓力傳感器，信號處理部分采用了HX711集成模塊。選擇的傳感器必須要滿足測得重量的誤差在一定的范圍之內，只有這樣高精度的要求才能得到滿足。由傳感器輸出的信號一般都是比較微弱的，集成模塊HX711不僅可以將輸出的信號進行放大，還能對數據進行模/數轉換。兩者的結合可以提高設計的精確度以及可靠性，減少不必要的誤差。在人機交互部分的鍵盤系統中，采用了44矩陣薄膜鍵盤，可以手動輸入數字和已經設置好的控制命令等，來實現一些特定的功能。顯示部分使用了LCD1602液晶顯示器，這樣的選擇即可以一次滿屏幕顯示2行每行16個字符，看上去又美觀。在擴展上，這次設計添加了去皮的功能。2.4 本章小結本此章節在各個方案和模塊上進行選擇，選取最適合這個最適合課題要求的模塊和方案，這樣設計出來的東西才能更加的完美。3 系統硬件系統設計系統的基礎好壞有硬件電路決定的，能否合理的設計硬件電路，設計的性能是否優秀，將直接影響整個系統的穩定性和可實現性，如果硬件電路沒有設計好，那么軟件程序做得再好也是無用的。根據設計的要求，在設計系統時可以分成以下幾個部分：單片機控制模塊、信號采集模塊、A/D轉換模塊、LCD1602顯示模塊、按鍵模塊。3.1 單片機系統3.1.1AT89S52單片機AT89S52單片機除了具有51系列單片機的典型特征外，還具有以下幾個更加出色的性能特點：（1）、AT89S52單片機具有3個定時/計數器，比51單片機多出定時/計數器；（2）、含有8Kbytes的程序存儲器（ROM）；（3）、AT89S52單片機內部的數據存儲器（RAM）具有256Bytes。AT89S52單片機的封裝類型有3種管腳分布如圖3-1示，這三種的區別主要是引腳的數量不同，在這里擇了第一個封裝的單片機。外部晶振輸入頻率支持最大24MHz。AT89S52除了正常工作狀態外，還有空閑工作方式和掉電保護方式。空閑方式運行時的AT89S52單片機會停止工作，但是它的RAM和中斷系統（定時/計數器、串行中斷、外部中斷）會繼續工作；在掉電方式時，單片機CPU會自動保存RAM中的內容，停止振蕩器振動同時禁止單片機其他的所有功能直到下一次硬件復位的到來。圖3-1 AT89S52單片機3種引腳圖3.1.2AT89S52單片機最小系統電路的設計單片機AT89S52作為整個電路中心控制器，它包含了晶振電路、復位電路、程序下載ISP接口、端口連接。1、晶振電路每個單片機系統里都會有一個晶振電路，因為單片機執行程序是需要有一個工作頻率。AT89S52執行程序也需要有一個工作頻率，這個工作頻率由外部的晶振電路和單片機內部時鐘電路組成。單片機工作頻率的大小是由晶振電路中的晶振的大小決定的，單片機執行程序也就越快就說明晶振電路提供的時鐘頻率越大。在這里因為是外接晶振，所以AT89S52單片機的XTAL1和XTAL2引腳需要對地接一個30pF左右的電容。如圖3-2所示.圖3-2 AT89S52的外部晶振電路圖雖然AT89S52單片機支持最大24MHz的外部晶振，但是在這次設計中12MHZ的就可以滿足系統的要求。在這里電容的選擇因該是相同的，不然對造成諧振的不平衡。這里我選擇了22pF的電容。實際應用時，需要將晶振和電容盡可能安裝在單片機XTAL1和XTAL2引腳附近，這樣就可避免產生大量的寄生電容，從而讓振蕩器可以保持穩定可靠的工作。2、復位電路單片機復位原理，只要在RST引腳上加一個持續時間為24個振蕩周期（即兩個機器周期）的高電平就可以了。12個振蕩周期就是一個機器周期，大小為1us。所以需要2us高電平。AT89S52單片機外部復位電路的基本功能：電路系統上電時由RC串聯電路提供復位信號，等到系統電源穩定后，程序開始在AT89S52單片機內運行單片機內。要讓AT89S52單片機復位，必須在復位引腳RST上有兩個機器周期以上的高電平持續作用。這次設計的復位電路如圖3-3所示。圖3-3 復位電路如圖3-3所示，復位電容為10uF，電阻的大小是10K。根據RC串聯電路原理，可算出其時間常數為10uF*10 K=0.1s。系統上電時，電容C3充電到VCC電壓的0.7倍需要的時間為時間常數0.1s。在系統上電的0.1s內，電容C3兩端的電壓時從0V增加到3.5V，同時電阻R3兩端的電壓從5V減少到1.5V。所以在0.1s內，RST處的電壓從5V下降到1.5V。AT89S52單片機在檢測輸入電壓時，將02.4V的電壓視為低電平，3.65V的電壓視為高電平。在系統上電時，RST處電壓在3.6V以上的時間約為0.01s，而AT89S52的機器周期為1us，系統上電時能提供足夠時間的高電平使單片機進行復位。在系統上電后，電容C3會持續充電到5V（即VCC），此時RST處電壓為0V，AT89S52能正常的進行工作按下手動復位按鍵S1，開關接通后電容C3被短路。在按鍵S1按下過程中，電容C3會釋放之前存儲的電量，從5V釋放到變為了1.5V，甚至更小。根據串聯電路中電壓總和為5V可知，這個時候電阻R2兩端的電壓為3.5V，甚至更大，達到了AT89S52單片機的復位條件，執行復位。斷開按鍵S1后，RC電路執行系統上電時的工作，充電完成后AT89S52重新執行程序。在不需要手動復位的系統中，按鍵S1是可以不用的，但是電容C1和電阻R2是必須。3、AT89S52程序下載接口程序下載接口組要是用于下載程序和方便程序的調試。AT89S52單片機具有兩種程序下載方式，一種是傳統高壓編程，需要大型的編程器也就是并行編程，但是要使用大型的編輯器，實際使用時并不方便；另一種是基于AT89S52下載協議SPI總線格式的四根線下載方式，這里只需要用到一個USBASP下載器就可以實現程序下載，這是普遍被采用的一種程序下載方式。在本次設計中我們采用的是第二種較為方便的程序下載方式，USBASP下載器實物圖如圖3-4所示。下載器與AT89S52的連接如圖3-4中的ISP1所示，只需對應的連接MOSI、MISO、SCK和RST四個引腳和共地即可實現程序下載。圖3-4 USBASP下載器實物圖和程序下載接口4、AT89S52單片機端口連接端口的連接主要是與其他模塊進行數據交換。P00-P07接上拉電阻增加I/O的驅動能力。同時也連接LCD1602液晶顯示。P1端口為按鍵的控制端口，根據按鍵的信息做出相應的工作。P3連接HX711信號處理模塊。單片機的模塊端口連接圖如下圖3-5示。圖3-5 AT89S52單片機端口連接圖5、P0口10K上拉電阻AT89S52單片機由4組8位并行的I/O口組成，其中出除了P0外其他的端口都是內部自帶上拉電阻的準雙向I/O口，P0口內部是不帶上拉電阻的漏極開路輸出，需要外接上拉電阻才能提供驅動電流。P0口外接上拉電阻的阻值為10K，選用9引腳的排阻，排阻實物圖如圖3-6所示。它與單片機連接電路圖如圖3-5中的P2所示與P0口相聯。圖3-6 10K排阻3.2 數據采集模塊數據的采集用到了電阻式壓力傳感器。當電阻式壓力傳感器受到物品重量而受到擠壓時，受到物體壓力的電阻應變片發生形變從而改變電阻的阻值。4個電阻應變片是按照惠更斯電橋的方式連接的，如圖3-7所示。電阻值得增加或者減少與輸出的共模電壓有著一種近似于線性的關系。假設圖3-7為一個直流供電的電阻電橋。由電路的分壓原理可以得到（不計電源內阻）。 U0=UBC=UBD-UCD（3-1） Ui =(R2R1+R2-R3R3+R4) =R2R4-R1R3R1+R2(R3+R4)（3-2）U0為輸出電壓，Ui為輸入電壓；當滿足條件R1R3=R2R4時，即R1R2=R4R3（3-3）U0 =0，即電橋平衡。式（3-3）平衡條件。在測量之前要保持電橋的平衡，這樣才能保證電橋的輸出電壓只跟電阻的變化有關。U0為變化的電壓值，輸出到信號處理模塊中做進一步的處理。圖3-7 傳感器原理圖3.3 信號處理模塊3.3.1HX711介紹HX711的芯片含有兩個通道，這兩個通道有一個是可增益128或64的通道A，另一個是只能增益32的通道B。兩個通道都可以輸入選擇開關來用，與HX711內部的低噪聲可編程放大器相連。HX711采用的一種復位的方法是上電自動復位，這樣可以簡化開機的初始化過程。HX711內部電路圖如圖3-8示：圖3-8HX711內部電路圖3.3.2HX711的芯片引腳圖HX711的芯片引腳功能說明，如圖3-9。圖3-9 SOP-16L封裝供電電源：數字電源(DVDD)應使用與MCU 芯片相同的數字供電電源。HX711 芯片內的穩壓電路可同時向A/D 轉換器和外部傳感器提供模擬電源。穩壓電源的供電電壓(VSUP)可與數字電源(DVDD)相同。因此不需要其他的模擬電源。模擬輸入：通道A模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。考慮到橋式傳感器輸出的信號較小，為了充分利用A/D轉換器的輸入動態范圍，兩通道的增益分別為通道A的128或64。通道B為32。時鐘的選擇：若將管腳XI接地，HX711就會自動選擇使用內部時鐘振蕩器，并且將自動關閉外部時鐘輸入和晶振的相關電路。這種條件下，正常的輸出數據速率為80Hz或10Hz。若要準確的輸出數據速率，可以將外部輸入時鐘通過一個20pF的隔直流電容連接到XI管腳上，或將XI口和XO口連接到晶振上。這種情況下，會自動關閉芯片內的時鐘振蕩器電路。外部輸入時鐘電路或晶振時鐘被采用。串口通訊：HX711的管腳PD_SCK是斷電串口時鐘輸入，管腳DOUT是用來串口數據輸出的；兩個一起組成了串口通訊線。當A/D轉換器不工作時管腳DOUT為保持高電平，PD_SCK保持低電平。當A/D轉換器工作時管腳DOUT會變成低電平，在這個時候管腳PD_SCK會輸入25或26或27個時鐘脈沖。這時24位數據的最高位（MSB）將由第一個時鐘脈沖的上升沿來讀出輸出，從開始一直到全部時鐘脈沖完成，下一次的A/D轉換的輸入通道和增益是由第25至27個時鐘脈沖來選擇的7。通道選擇參見表3-3。表3-3 表示通道和增益的選擇：管腳PD_SCK脈沖數通道選擇增益選擇25A12826B3227A64一般情況下，如果管腳PD_SCK的輸入時鐘脈沖數在25以內或27以外，這就表明串口通訊出現了錯誤。如果模/數轉換器的輸入通道改變或這是增益改變時，要想穩定A/D轉換器就必須經過4個數據輸出周期才能達成。這是因為管腳DOUT要經過4個數據輸出周期的時間才會從高電平變回低電平，才能輸出有效數據。3.4 顯示模塊3.4.1LCD1602介紹LCD1602液晶顯示可以顯示顯示字母、數字、符號等字符是一款字符型顯示的模塊。它是一種點陣式LCD顯示屏。它能夠同時顯示兩列一共32的字符（實際上有40個字符）。3.4.2LCD1602液晶顯示引腳圖圖3-10 LCD1602引腳圖3.4.31602LCD主要技術參數顯示容量:162個字符，芯片工作電壓:4.55.5V，工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V，各引腳說明如表3-4所示。表3-4引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1GSS接地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓信號11D4數據4RS數據/命令選擇端12D5數據5R/W讀/寫選擇端13D6數據6E使能信號端14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極3.5 按鍵模塊3.5.14*4矩陣薄膜鍵盤矩陣是鍵盤又叫行列式鍵盤，作為人機交互的方式存在在系統中。鍵盤越簡單與單片機相連所需要的占用的I/O口線的的樹木也就越少，而矩陣式鍵盤是用帶有I/O口線組成的矩陣結構，按鍵設置在行列式的交點上，這樣可以節省I/O口線的數目12。4*4矩陣薄膜鍵盤可以構成16個鍵的鍵盤而且只需要8個I/O線，所以使用4*4矩陣薄膜鍵盤是非常合理且好用的。這次設計使用的4*4薄膜矩陣鍵盤，其實物圖如圖3-11所示，鍵盤內部電路圖簡單的表示為如圖3-12所示：圖3-11 實物圖 圖3-12 內部電路圖在鍵盤中，1-9數字鍵用來輸入單價；按下A鍵為去皮處理；按下鍵盤的D，則單價清零，需重新設置單價。*、#鍵是預留功能鍵。計算過程：放入所需稱量的物品，然后在正確輸入物品的單價之后，單片機將會自動計算出總金額，并在LCD1602液晶顯示器上顯示出重量、單價、總價。3.5.24*4矩陣薄膜鍵盤電路連接4*4矩陣薄膜鍵盤有8個端口，分別接入單片機的P1.0-P1.7口通過按下鍵盤中不同的鍵來輸入不同的指令，來實現輸入單價、去皮、清零等功能。實現人機交互的功能。3.6 硬件設計總結這次硬件的電路涉及到了電路的很多原理，必須充分了解各模塊電路的主要設計原理和用途，選擇合適于電路設計的元件，還要考慮模塊與模塊之間的連接，選擇最好的布線方式。只有考慮的全面，設計出來的電子秤的精度和可靠性才能更好的到保證。4 系統軟件設計系統的軟件的設計是一件很復雜的工作，為了更好的設計程序，必須選擇好開發軟件和一個有序的流程。這樣在設計的過程中才能事半功倍。4.1 軟件的開發環境這次的軟件設計是用C語言來編程的，上手比較簡單，在功能和可讀性上都有明顯的優勢，并且編譯容易實現。在這里采用Keil uv4的編譯環境，Keil uv4是一個8051內核單片機的集成開發環境，可以編輯、編譯、仿真以C語言或匯編語言編制的51單片機源程序。Keil C51是一款具有功能非常強大的編程軟件，它含有非常豐富的庫函數和強大的集成開發調試工具。51系列的單片機C語言軟件程序開發一般都會用到Keil C51這一功能強大的軟件。C語言比匯編會好用很多，不單單是在功能上、結構性表現的更加優越，而且在可讀性、可維護性上也有明顯的優勢。使用起來非常的簡單容易。使用keil編碼非常的方便，Keil C51生成的目標代碼效率不僅高而且容易理解，多數語句生成的匯編代碼也保持的緊湊，非常的方便。在用來做大型的編程時更能體現高級語言的優勢所在。我們使用Keil編輯出程序，然后再使用Keil來生成單片機可以執行的.HEX文件，用燒錄軟件將.HEX文件燒進單片機中，這樣單片機就可以執行相對應功能了。要從四個方面入手了編寫程序：1、系統初始化；2、按鍵的檢查；3、采集數據；4、處理并顯示出來。采用模塊化的結構來編寫程序，不僅可以使編寫的程序結構清楚，還具有非常高的可讀性，而且可非常的方便調試和修改。4.2 軟件設計流程圖系統軟件設計分為四部分：主程序、LCD1602液晶顯示電路程序、HX711信號處理程序、鍵盤程序設計。4.2.1主程序設計流程圖在設計中，主程序模塊主要功能是完成編程芯片的初始化及處理各個模塊所給的信號。系統上電后，初始化程序將RAM的內存單元清零。設計流程如圖4-1所示。圖4-1 系統主程序流程圖系統上電后AT89S52單片機開始工作，首先是對各個功能位置還有LCD1602進行初始化，并且在LCD1602中顯示出來。接下來再到主程序的執行，主程序中包括對讀取AD值，經過單片機處理顯示重量LCD顯示屏上，然后對鍵盤進行檢測掃描，獲取物品單價并通過LCD1602顯示出來，然后單片機在自動算出物品的總額并在LCD1602顯示屏中顯示出來，這樣稱重就表示結束了。再按下置零按鍵后可以進行下一次的測量。4.2.2系統子程序設計1、HX711模塊程序設計系統里面的子程序最重要的是HX711轉換模塊與單片機串口連接通訊的程序，只有這里功能的實現才能讓整個系統的作用體現出來，如果這里出現了錯誤那么整個系