數字電子秤設計

一、設計目的..........................................2

二、設計要求..........................................2

三、總體設計..........................................2

四、各部分硬件電路的設計..............................3

4.1傳感器的選擇...........................................3

4.2三運放大電路的設計.....................................6

4.3ADC0809A/D轉換器....................................6

4.4LED顯示電路的設計..................................8

4.5操縱器單片機的選擇.....................................9

五、整體電路圖.......................................13

5.1總體電路圖.............................................13

5.2程序流程圖.............................................14

5.3軟件設廿...............................................14

六、設計總結............................................16

參考書籍17

一、設計目的

稱重技術自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應用于工農業、科研、

交通、內外貿易等各個領域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器

是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內外貿易不可缺少的計量設備,

衡器產品技術水平的高低，將直接影響各行各業的現代化水平與社會經濟效益的提高。通

過多年的進展，電子衡器總的進展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能

趨向是速率高、準確度高、穩固性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的操縱信息與非

操縱信息并重的“智能化”功能：其應用性能趨向于綜合性與組合性.

本課程設計的電子秤以單片機為要緊部件，利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓與

標準重量的線性關系，建立具體的數學模型，將電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一

臺原始電子秤。其中測量電路中最要緊的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感

器是傳感器中應用最多的一種，本設計使用全橋測量電路，使系統產生的誤差更小，輸出

的數據更精確。而三運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數

的放大，以滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求。ADC0809A/D轉換的作用是把模擬信

號轉變成數字信號，進行模數轉換，經單片機AT89s52進行數據處理最后把數字信號輸送

到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。

二、設計要求

設計的要緊要求如下：

1）運用電阻應變式傳感器并使用全橋測量電路進行數據采集

2）將采集的數據井三運放大器放大并經模數轉換器轉換為數字信號

3）數字信號送入AT89S52單片機進行數據處理最后通過LED顯示，最小顯示單位為

1g

4）寫出全面的實驗報告

三、總體設計

基本工作原理框圖如圖3-1所示：

圖3-1基本工作原理框圖

電路方框圖如圖3-2所示

圖3-2電路方框圖

四、各部分硬件電路的設計

4.1傳感器的選擇

4.1.1電阻應變式傳感器的構成與原理

電阻應變式傳感器是將被測量的力，通過它產生的金屬彈性變形轉換成電阻變化的元

件。由電阻應變片與測量線路兩部分構成。常用的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片與半

導體應變片，本設計中使用的是電阻絲應變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網狀，并貼

在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面模有覆蓋層，起保護作用。

電阻應變片也會有誤差，產生的因素很多，因此測量時我們一定要注意，其中溫度的

影響最重要，環境溫度影響電阻值變化的原因要緊是：

A.電阻絲溫度系數引起的。

B.電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數的不一致引起的。

關于因溫度變化對橋接零點與輸出，靈敏度的影響，即使使用同一批應變片，也會因

應變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，因此對要求精度較高的傳感器，務必進行溫度

補償。由于惠斯登電橋具諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補償方便等優點，因此使

用惠更斯測量電路精度高、溫度特性好、工作穩固等優點，廣泛用于各類結構的動、靜態

測量及各類電子秤的一次儀表。該稱重傳感器要緊由彈性體、電阻應變片電纜線等構成，

其工作原理如圖4.1-1所示：

R1-AR1R2+AR2

Eout

R4+△R4YR3-AR3

Ein

圖4.1-1稱重傳感器原理圖

全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值:

RI=R2=R3=RV其變化值&R產AR2=AR3=△&時,其橋路輸出電壓lU=KEe。其輸出

靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差與溫度誤差均得到改善。

應變式傳感器安裝示意圖4.1-2所示:

圖4,1-2

4.1.2電阻應變式傳感器的測量電路

電阻應變片構成的傳感器是把機械應變轉換成AR/R,而應變電阻的變化逍常都很微

小，比如傳感器的應變片電阻值120。，靈敏系數"2,彈性體在額定載荷作用下產生的

應變為1000￡,應變電阻相對變化量為：

AR/R=KXe=2X1000X10-6=0.002

由上式能夠看出電阻變化只有0.24。，其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既

難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，務必使用轉換電路，把應變計的AR/R變化

轉換成電壓或者電流變化，但是這個電壓或者電流信號很小，需要增加增益放大電路來把

這個電壓或者電流信號轉換成能夠被A/D轉換芯片接收的信號。

橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個都能夠是電阻應變片電阻，電橋的一個對角

線接入工作電壓U,另一個對角線為輸出電壓Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的

關系時，電橋輸出為零，或者則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，因比電橋能夠

精確地測量微小的電阻變化。

測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環節，我們在制作的過程中應盡量選擇好

元件，調整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數據的誤差。

圖4.1-3全橋測量電橋圖

圖4.1-4三運放大電路結構圖

它由電阻應變片電阻RI、R2、R3、R4構成測量電橋，兄=1%=1%=1匕=350Q,加熱絲

阻值為50。左右，測量電橋的電源由穩壓電源供給。將差動放大器調零，合上電源開

美,調節電橋平衡電位RW1,使數顯表顯示0.00V。將10只標準祛碼全部置于傳感器的托

盤匕調節電位器RW3（增益即滿量程調節）使數顯表顯示為2V（2V檔測量）或者一2V。拿

去托盤上的所有破碼，調節電位器RW4（零位調節）使數顯表顯示為0.0000V。重復2、3

步驟的標定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g,就能夠稱重。成為一臺

原始的電子秤。

4.2三運放大電路的設計

本次課程設計中，需要一個放大電路，我們將使用三運放大電路，要緊的元件就是三

運放大器。在許多需要用A/D轉換與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，務必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，就務必選擇一種符合要求的放大器。

圖4.2-1三運放大電路結構圖

4.3ADC0809A/D轉換器

ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關與微處理機兼容的操縱邏輯的CMOS

組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，其轉換速度快、精度高。同時能夠與單片機直接接口。

4.3.1ADC0809的內部邏輯結構：

ST

圖4.3T內部邏輯結構

由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換

器與一個三態輸出鎖存器構成。多路開關可選通8個模擬通道，同意8路模擬量分時輸入,

共用A/D轉換器進行轉換，三態輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當0E端為高電

平常，才能夠從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。

4.3.2引腳結構：

128

IN3IN2

227

EST4IN1

326

TN5TNO

425

IN6A

524

IN7B

623

STC

722

BOCABE

821

D3D7

920

OED6

1O19

CLKD5

1118

VCCD4

1217

VREFH-DO

13ONDVREF-16

1415

DID2

圖4.3-2引腳結構

IN0-IN7：8條模擬量輸入通道

ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0—5V,若信號太小，務必進行放

大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加

采樣保持電路。

地址輸入與操縱線：4條

ALE為地址鎖存同意輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平常，地址鎖存與諳碼器將A,

B,C三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。

A,B與C為地址輸入線，用于選通IN0—IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所

/J\o

CBA選擇的通道

000IN0

0()1IN1

010IN2

011IN3

100IN4

101IN5

110IN6

111IN7

數字量輸出及操縱線：11條

ST為轉換啟動信號：當S?上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉

換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOC為轉換結束信號。當EOC為高電平常，說明轉換

結束；否則，說明正在進行A/D轉換。0E為輸出同意信號，用于操縱三條輸出鎖存器向單

片機輸出轉換得到的數據.OE=1,輸出轉換得到的數據；0E=0,輸出數據線呈高阻狀態。

D7-D0為數字量輸出線。

CLK為時鐘輸入信號線：因ADC0809的內部沒有的時候鐘電路，所需時鐘信號務必由外界

提供，通常使用頻率為50DKHZ,

VREF(+),VREF(-)為參考電壓輸入。

4.3.3ADC0809應用說明：

1)ADC0809內部帶有輸出鎖存潛，能夠與8031直接相連。

2)初始化時，使ST與0E信號全為低電平。

3)送要轉換的哪一通道的地址到A,B,C端口上。

4)在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。

5)是否轉換完畢，我們根據E0C信號來推斷。

6)當E0C變為高電平常，這時給0E為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。

4.4LED顯示電路設計

4.4.1LED顯示器結構與原理

LED顯示塊是由發光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統中通常使用的是

七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極LED顯示塊的發光二極管陰極共地。

當某個發光二極管的陽極為高電平常，發光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發光二極管

陽極并接。

4.4.2LED顯示器與顯示方式

在單片機應用系統中使用LED顯示塊構成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位

選線與8*N根段選線。根據顯示方式不一致，位選線與段選線的連接方法不一致。段選線

操縱字符選擇，位選線操縱顯示位的亮，暗。

LED顯示器有靜態顯示與動態顯示兩種方式。我們使用的為動態顯示LED動態顯示

方式。

在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯在一起，由一個

8位I/O□操縱，而共陰極點或者共陽極點分別由響應的I/O□線操縱。

U1

P0.0//MXIXT/M.1<

的

P0.1/AD1

一

P0.2//M12’18

普P0.3/AD3XTN2

五P0.4/AD4

然P0.5WD5

一

34P0.6//M36

-<-P0.7/^07RST

21一1

P2W的

f-

kP2.V聞ABCDEFGDP

EP2.2/A10

wP2.3/A11PSEN

P2.4/A12ALE

izJzP2.5/A13EA

SP2.6/A14

P2.7/A15

loH'

iEP3.0/RXDP1.0H2

P3.1/TXD此11/T2EX

-H一-3

P3.2/IWP1.2

心4

P3.3/INTIP1.3

5

16團P3.47TOP1.4

P3.5/T1P1.5

P3.6AIWP1.6

8

P3.7/ROP1.7

<TPCT>

8155

圖4.4TLED顯示電路圖

4.5操縱器單片機的單片機的選擇

4.5.1單片機的比較:

本設計由于要求務必使用單片機作為系統的主操縱器，而且以單片機為主操縱器的設

計，能夠容易地將計算機技術與測量操縱技術結合在一起，構成新型的只需要改變軟件程

序就能夠更新換代的“智能化測量操縱系統”。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、

測量結果的數據處理與功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。

再則由于系統沒有其它高標準的要求，又考慮到本設計中程序部分比較大，根據總體方

案設計的分析，設計這樣一個簡單的的系統，能夠選用帶EPROM的單片機，

由于應用程序不大，應用程序直接存儲在片內，不用在外部擴展存儲器，這

樣電路也可簡化。INTEL公司的8051與8751都可使用，在這里選生ATMENL

生產的AT89SXX系列單片機。AT89SXX系列與MCS-51相比有兩大優勢：第一，

片內存儲器使用閃速存儲器，使程序寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸

的芯片，使整個硬件電路體積更小。此外價格低廉、性能比較穩固的MCPU,

具有8KX8R0M、256X8RAM、2個16位定時計數器、4個8位I/O接口。這些

配置能夠很好地實現本儀器的測量與操縱要求

最后我們最終選擇了AT89s52這個比較常用的單片機來實現系統的功能要求。AT89s52

內部帶有8KB的程序存儲器，基本上已經能夠滿足我們的需要。

4.5.2AT89s52單片機的介紹：

單片機使用MCS-51系列單片機。由ATMEL公司生產的AT89s52是一種低功耗、高性能

CM0S8位微操縱器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性

存儲器技術制造，與工業80c51產品指令與引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8位

CPU與在線系統可編程Flash,使得AT89s52為眾多嵌入式操縱應用系統提供高靈活、有效

的解決方案。AT89s52具有下列標準功能：8k字節Flash,256字節RAM,32位I/O口線，

看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙

工串行口，片內晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，同意RAM、定時器/計數器、

串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被儲存，振蕩器被凍結，單片機一切工

作停止，直到下一個中斷或者硬件復位為止。而且，它還具有一個看門狗(MH)定時/計

數器，假如程序沒有正常工作，就會強制整個系統復位，還能夠在程序陷入死循環的時候,

讓單片機復位而不用整個系統斷電，從而保護你的硬件電路。

AT89s52有40個引腳,32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內含2個外中斷口，

2個16位可編程定時“數器，2個全雙工串行通信口，片上Flash同意程序存儲器在系統可編

程，亦適于常規編程器。其將通用的微處理器與Flash存儲器結合在一起，特別是可反復

擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。其芯片引腳圖如圖4.57所示。

12

INTO

1

2PIO

3Pll21

P12P20

A22

P13P21

523

P14P22

624

7P15P23

825

P17P2426

P2527

P2628

AT89S52'

3229

P07PSEN

3314

34P06TO15

P05T1

3531

P04EVP

36H/11

37P03TXD9

P02RESET

38

P01

3910

POORXD

19

乂1

17X218

16

13INTI

30

ALE

40

P3.0

圖4.5TAT89s52引腳圖

4.5.3.單片機管腳說明

VCC：供電電壓。

GND：接地。

POU：POU為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可汲取8TTL門流。當P1U的管腳第一

次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它能夠被定義為數據/地

址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼,

如今P0外部務必被拉高。

Pin：Pin是一個內部提供上拉電阻的8位雙向1/0口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門

電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平常，

將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程與校驗時，P1口作為第八位地址接

收。

P2□:P2□為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2□緩沖器可接收，輸出4個TTL門

電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入

時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2□當用于外部程

序存儲器或者16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址

“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2n輸出其

特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程與校驗時接收高八位地址信號與操縱信號。

P3□:P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTIJJ電流。當P3

口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低

電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故°

P3□也可作為AT89s52的一些特殊功能口，如下表所示：

表4.1表.0口引腳功能表

P3口引腳第二功能

P3.0RXD（串行口輸入）

P3.1TXD（串行口輸出）

P3.2INTO（外部中斷0輸入）

P3.3INT1（外部中斷1輸入）

P3.4TD（定時器0外部脈沖輸入）

P3.5T1（定時科1外部脈沖輸入）

P3.6WR（外部數據存儲器寫脈沖輸出）

P3.7RD（外部數據存儲器讀脈沖輸出）

P3□同時為閃爍編程與編程校驗接收一些操縱信號。

RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平常問。

ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存同意的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。

在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平常，ALE端以小變的頻率周期輸出正脈

沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或者用于定時目的。

然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出

可在SFR8EH地址上置0。如今，ALE只有在執行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，該

引腳被略微拉高。假如微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。

/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期

兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。

/EA/VPP：當/EA保持低電平常，則在此期間外部程序存儲器(OOOOH-FFFFH),不管

是否有內部程序存儲潛。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平

常，此間內部程序存儲器.在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

五、整體電路圖

5?1總體電路圖

總體工作電路圖如圖5.1-1所示：

備

2

需B具如

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：

圖5.1-1總體工作電路圖

5.2程序流程圖

程序流程圖如圖5.2-1所示：

圖b.27程序流程圖

5.3軟件設計

;ADC0809通道INO地址7FF8H

;8155PA口地址7F01H

;PB口地址7F02H

FLAGBIT7FH；位地址賦值偽指令

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0013H

AJMPINTI

MAIN：

SETBIT1

SETBEA

SETBEXI；開外部中斷1

LCALLAD_SORT；開始執行模數轉換

LCALLBCD_SORT；進行數據處理

LCALLDISLED；LED顯示

AJMPMAIN

AD_SORT:

MOVRO,#60H

SETBFLAG

MOVXDPTR,S7FF8H；指向模擬通道INO

MOVX@DPTR,A；開始進行數模轉換

WAIT:

JBFLAG,WAIT；等待中斷

RET

INTI:

MOVXA,@DPTR；將轉換后的數字量給累加器A

MOV@RO,A;將轉換后的數據儲存

CLRFLAG

RETI

DLSLED:

MOVR3,#0111；送位控信號選中最