1、PAGE 20電子稱設計方案智能電子稱是將檢測與轉換(zhunhun)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。智能電子稱主要以單片機作為(zuwi)中心控制單元，通過稱重傳感器進行模數轉換單元，再配以鍵盤、顯示電路及強大軟件來組成。該電子稱不但計量準確、快速方便，更重要的除自動稱重、計價功能外，還可實現去皮、自動計算、數字顯示等功能，受到廣大用戶歡迎。智能電子稱由于攜帶方便，使用簡單，對人們生活的影響越來越大。電

2、子稱性能(xngnng)及技術要求(1) 能用簡易鍵盤設置單價，加重后能同時顯示重量、金額和單價；（2）輸入：壓力傳感器量程：0-10Kg；按鍵：在電子計價秤中，帶有16個按鍵矩陣組設置，其中09數字鍵用于輸入單價及商品代碼，DEL用于單價清空，累計鍵用于費用累計，去皮鍵用于重量去皮，還設置了開關鍵。(3) 輸出：LED顯示器（顯示質量單價總金額）重量顯示：單位為公斤，最大稱重為10公斤，本設計采用ADC0809八位AD轉換器，其精度為10Kg/256=39g重量誤差不大于0.04公斤；單價金額及總價金額顯示：單價金額和總價金額的單位為元；(4) 具有清零功能去皮功能和總額累加計算功能方案一1

3、.信號采集電路（1）要達到設計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。本設計選用應用于稱重系統90以上的高精度電阻應變式傳感器。電阻應變傳感器是將被測量的力通過它所產生的金屬彈性變形轉換成電阻變化的敏感元件。題目要求稱重范圍 10Kg ，重量誤差不大于0.04Kg ，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即10KG。 本設計的測量電路(dinl)采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產生的變化。電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發生變化。即輸出電壓的

4、變化反映出重力的變化。電橋的輸出電壓可由下式表示：上式說明(shumng)電橋的輸出電壓V和四個橋臂的應變片感受的應變量的代數和成正比。圖2 電橋(din qio)電路由上面對傳感器量程和精度的分析可知： A/D 轉換器誤差如下。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 轉換器如： ADS7805 、 ADS7804 逐次逼近型 A/D 轉換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型 A/D 轉換器件。高精度逐

5、次逼近型 A/D 轉換器一般都帶有內部基準源和內部時鐘，基于89C52 構成的系統設計時僅需要外接幾個電阻、電容。但考慮到所轉換的信號為一慢變信號，逐次逼近型 A/D 轉換器的快速的優點不能很好的發揮，且根據系統的要求，14 位AD足以滿足精度要求，太高的精度就反而浪費了系統資源。所以此方案并不是理想的選擇。2.雙積分(jfn)型 A/D 轉換器如： ICL7135 、 ICL7109 等。雙積分(jfn)型 A/D 轉換器精度高，但速度較慢 ( 如： ICL7135 ), 具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于 QUOTE ）,可自動調零，超量程(lingchng)信號，全部輸出于 TTL 電

6、平兼容。雙積分型 A/D 轉換器具有很強的抗干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出不產生影響。積分型 A/D 轉換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤，系統對AD 的轉換速度要求并不高，精度上14 位的 A/D 足以滿足要求。另外雙積分型A/D 轉換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。2單片機控制系統該智能電子稱采用ATM公司的AT89C52作為CPU，它是一種低功耗高性能的八位CMOS微控制器，與MCS-51微控制器件兼容本設計的控制電路。以單片機89

7、C52為控制中心，負責接收數據和外接設備的信號，再處理數據，發出控制信號，以達到所需的要求。2.1 AT89C52芯片的引腳說明P0口：P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位以吸收電流的方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 口寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。 圖4 HYPERLINK /view/2251929.htm t _b

8、lank AT89C52芯片(xn pin)引腳圖P1口：P1口是一個(y )帶內部(nib)上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。P2口：P2口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個

9、電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。 P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位(

10、f wi)輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出(shch)脈沖用于鎖存地址的低8位字節。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH 單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE 禁止位無效

11、。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數據(shj)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內部會

12、鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執行內部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。.2.2 顯示輸出由于設計需要中文顯示 ，而數碼管無法滿足，只能考慮用帶有中文字庫的液晶顯示器。由于可以分頁顯示，無需太大屏幕，我們選擇了點陣式12864型 LCD 。軟件設計 智能電子稱軟件系統(xtng)設計的基本思想是充分利用微機豐富的軟件功能，實現稱重過程一系列要求，提高系統可靠性，使得系統

13、性能價格比達到最優。智能電子秤作為一種實時性要求不是很高系統，用軟件代替部分硬件功能很合算。首先，確定那些任務是由軟件來完成的。在本系統中，從軟件功能來看，其包括執行軟件和監控軟件兩類。執行軟件，完成各種實質性的功能，如采集數據，進行(jnxng)濾波處理，價格計算，中斷處理，重量、價格的顯示都利用軟件來完成，不僅使得電子秤的性能提高，以達最高性能價格比；監控軟件，用來協調各模塊和操作者之間的關系，如本系統中A/D轉換、鍵盤與顯示、數據處理各模塊的工作。其次，智能電子稱系統中有著大量的數據計算，我們必須(bx)數據類型和結構進行規劃，對系統內程序存儲器、RAM、定時器/計數器和中斷源的分配。最

14、后，完成以上工作后我們就可以進行編程了。在編程時，畫出各功能模塊的程序流程圖，用合適的語言進行編寫。主程序流程圖原理圖方案(fng n)二 1.系統(xtng)工作原理 系統原理如圖1所示，系統通過傳感器將壓力這種物理量轉化為電信號，即傳感器內部(nib)的電阻應變片感應到壓力后，電阻發生微小變化，通過全橋測量電路將電阻的微小變化轉化成電壓的微小變化，HX711將信號調整到A/D能采集的范圍，然后由A/D進行采集轉換，接著把采集到的24位高低電平通過DOUT送到單片機進行處理，單片機處理后，把數字信號輸送到顯示電路中，由顯示電路輸出測量結果。整個系統實現了用單片機來控制輸出，在線性度的確定過程

15、中，需要對程序進行反復的修改，最終實現設計的要求。系統的關鍵技術在于(ziy)將物理量轉化為可以傳遞處理的電信號。本設計筆者使用了HX711來解決(jiju)這一技術難題。HX711直接(zhji)將壓力傳感器送出的微弱電信號，經過內部放大和24位A/D轉換器，轉化為處理器可以識別和處理的數字量3。通過軟件方法，將A/D所采集的數字量進行濾波和標定，最終輸出重量值。并由LCD顯示屏進行顯示。 單片機傳感器濾波電路LCD顯示電路復位電路時鐘電路A/D轉換電路AD轉換： HX711是一款專為高精度秤重傳感器而設計的24位A/D轉換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩

16、器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優點、降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性8。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅動，無需對芯片內部的寄存器編程。輸入選擇開關可任意選取通道A或通道B，與其內部的低噪聲可編程放大器相連通道A的可編程增益為128或64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為20mV或40mV。通道B則為固定的64增益，用于系統參數檢測。芯片內提供的穩壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內的A/D轉換器提供電源，系統板上無需另外的模擬電源。芯片內的時鐘振蕩器不需要任何外接部件。上電自動復位功能簡化了開機的初始

17、化過程。HX711接口(ji ku)電路圖 HX711引腳功能(gngnng)管腳號名秤性能描述1VSUP電源穩壓電路供電電源：2.6-5.5V（不用穩壓電路時接AVDD）2BASE模擬輸出穩壓電路控制輸出（不用穩壓電路時為無連接）3AVDD電源模擬電源：2.6-5.5V4VFB模擬輸入穩壓電路控制輸入（不用穩壓電路時應接地）5AGND地模擬地6VBG模擬輸出參考電源輸入7INA模擬輸入通道A負輸入端8INA+模擬輸入通道A正輸入端9INB模擬輸入通道B負輸入端10INB+模擬輸入通道B正輸入端11PD-SCK數字輸入斷電控制（高電平有效）和串口時鐘輸入12DOUT數字輸出串口數據輸出13X0

18、數字輸入輸出晶振輸入（不用晶振時為無連接）14X1數字輸入外部時鐘或晶振輸入，0：使用片內振蕩器15RATE數字輸入輸出數據速率控制，0：10Hz；1：80Hz16DVDD電源數字電源：2.6-5.5V壓電傳感器的電路(dinl)應變(yngbin)片式電阻傳感器.是以應變片為傳感器元件的傳感器。它具有以下優點：1.精度高，測量(cling)范圍廣；2.使用壽命長，性能穩定可靠。3.結構簡單、尺寸小、重量輕，因此在測量時，對工件工作狀態及應力分布影響小；4.頻率響應特性好。應變片響應時間約為100ns；5.可在低溫、高速、高溫、強烈振動、強磁場、核輻射和化學腐蝕等惡劣環境條件下工作；6.應變片

19、種類繁多，價格便宜。電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械形變時，它的電阻值相應發生變化。應變片式電阻傳感器應用很廣。本設計采用的是梁式力傳感器，該傳感器結構簡單、靈敏度高。適用于小壓力測量。方案三系統設計方案結合所學知識，通過查找資料和論證，可通過以下方案來實現課題要求實現的指標，各方案介紹如下所述。數據采集AD轉換單片機處理LED顯示按鍵處理此方案設計的電子秤，可以實現稱物計價功能，但是局限于數碼管的功能，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時，如果數碼管沒有足夠的位數，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數碼管接入電路中。這樣

20、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。系統單片機選型：AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含(ni hn)4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用(yngyng)系統提供高性價比的解決方案。系統(xtng)稱重傳感器選型 RdRaRcR

21、bRes Bridge EinEout 傳感器內部連接圖過對壓力傳感器與電阻應變式傳感器比較分析，最終選擇了第二種方案。題目要求稱重范圍010Kg,滿量程量誤差不大于0.005Kg，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10Kg。我們選擇的是電阻應變片壓力傳感器，量程為5Kg，精度為0.03% ，滿足本系統的精度要求。系統AD轉換芯片選擇：無線數據(shj)HX711是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要(xyo)的外圍電路，具有集成度高、響應速度

22、快、抗干擾性強等優點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。該芯片與后端MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅動，無需對芯片內部的寄存器編程。輸入選擇開關可任意選取通道A 或通道B，與其內部的低噪聲可編程放大器相連。通道A 的可編程增益為128 或64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為20mV或40mV。通道B 則為固定的64 增益 9，用于系統參數檢測。芯片內提供的穩壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內的A/D 轉換器提供電源，系統板上無需另外的模擬電源。芯片內的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能(gngnng)簡化了開機的初始化過程。芯片管腳圖如圖7

23、所示。 HX711典型(dinxng)應用電路系統(xtng)顯示器選擇方案(fng n)一 數碼管顯示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。數碼管顯示信息有限，當顯示信息較多時需要多個數碼管級聯方可，這樣會造成硬件連接復雜，成本增加；數碼管對大部分字符不能很