數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)

數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)目錄摘要 31引言 41.1研究背景和意義 51.2研究現(xiàn)狀 51.3設(shè)計(jì)要求 62稱重儀的總體方案設(shè)計(jì) 62.1稱重儀的基本工作原理 62.2稱重儀的系統(tǒng)總體框圖 62.3稱重儀的主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 72.3.1稱重儀的控制系統(tǒng)工作原理 72.3.2稱重儀的主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 72.4稱重儀各模塊的方案選型 82.4.1電源模塊方案選型 82.4.2數(shù)據(jù)采集模塊方案選型 82.4.3主控制器模塊方案選型 102.4.4數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型 103稱重儀的各單元電路硬件設(shè)計(jì) 113.1數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) 113.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 133.2.1晶振電路 133.2.2復(fù)位電路 143.3顯示電路設(shè)計(jì) 143.4系統(tǒng)超重報(bào)警指示電路設(shè)計(jì) 154稱重儀程序設(shè)計(jì) 154.1主程序設(shè)計(jì) 164.2系統(tǒng)按鍵調(diào)整部分流程圖 165電路測(cè)試 175.1物體稱重標(biāo)定 175.2傳感器輸出電壓測(cè)試 185.3數(shù)據(jù)傳送信號(hào)測(cè)試 196體會(huì)與感受 19參考文獻(xiàn) 20附錄1系統(tǒng)電路原理圖及PCB圖 21附錄2作品展示圖 22附錄3電路程序 23

數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)摘要:數(shù)字電子秤具有計(jì)量精準(zhǔn)、既快速又方便，更為重要的是具有自動(dòng)稱重、直觀顯示數(shù)字等優(yōu)勢(shì)，隨著單片機(jī)的發(fā)展與越來越廣泛的應(yīng)用，以單片機(jī)為控制核心的數(shù)字電子秤越來越受到人們的歡迎。設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)的要求，從數(shù)字電子秤的組成框架分析開始入手，進(jìn)行了數(shù)字電子秤硬件方面的電路設(shè)計(jì)以及相關(guān)的程序設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了軟件與硬件的測(cè)試。數(shù)字電子秤主要是以單片機(jī)為中心控制，通過稱重傳感器，然后經(jīng)過信號(hào)的調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且結(jié)合鍵盤、顯示電路以及相關(guān)的軟件實(shí)現(xiàn)了稱重、去皮、重量顯示等功能。經(jīng)過對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字電子秤標(biāo)定和測(cè)試，結(jié)果顯示，該電子秤在0克—10千克內(nèi)，誤差不超過5克，當(dāng)輸入重物的重量超過量程時(shí)能夠通過蜂鳴器給予提示。關(guān)鍵字：電子秤；單片機(jī)；稱重傳感器；信號(hào)調(diào)理；模數(shù)轉(zhuǎn)換TheDesignOfDigitalElectronicScaleAbstrac：Digitalelectronicscalewithmeasurementaccuracy,fastandconvenient,moreimportantly,withautomaticweighing,digitalvisualdisplayandotheradvantages,Andsothedigitalelectronicscaleshavebeenpopular,whichdevelop

systems

with

amicro-controllerunit(MCU)

withitswideused.Thehardwareandprogramofthedigitalelectronicscalearedesigned,whichtheMCUisusedasthecentralcontrolunit.Thedigitalelectronicscalerealizesthefunctionsofweighing,netweighing,andweightdisplay,whichworkswithtimeseries,including

weighing

sensor,signal

adjust

circuit

,andADC.Thesystemis

fulfilled,aftertesting,andtheresultsshowthatthedigitalelectronicscaleisoflessthen5g,andlessthen5%precision

ofweightwithin0g~10KgKeywords：electronicscale;MCU;weighing

sensor;signal

adjust;ADC1引言質(zhì)量在測(cè)量領(lǐng)域中,是一個(gè)重要參數(shù)，稱重的技術(shù)從古至今都被人們所重視著。秤是一種最為普遍、最為普及的計(jì)量設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子秤已經(jīng)逐漸取代機(jī)械秤的地位。因此低成本、高智能的電子秤具有的市場(chǎng)前景是極其廣闊的。現(xiàn)今的電子產(chǎn)品越變?cè)截S富，給人們帶來了許多方便，而電子秤已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。不同?guī)模的市場(chǎng)電子秤完成許多工作，給人們節(jié)省了許多的時(shí)間，同時(shí)也提高了工作效率。電子秤不但可以精準(zhǔn)的稱出商品的質(zhì)量，還能夠去除皮重，累計(jì)所稱物品的重量，輸入物品的單價(jià)便可快速地計(jì)算出金額，非常的智能化而又非常的精確。由此顧客在購(gòu)物的時(shí)候也會(huì)更加的放心，商家的效益也提高了。因?yàn)殡娮映拥某霈F(xiàn)，顧客買的放心，商家也賣的開心。1.1研究背景和意義稱重技術(shù)自古以來就被人們重視，計(jì)量工具廣泛應(yīng)用于工交通、科研、農(nóng)業(yè)、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人們的生活息息相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子秤在人們的日常生活中的使用范圍越來越廣，成為日常生活中常用的電子衡量器材，被廣泛的用于小賣部，菜市場(chǎng)，超市，大中型商場(chǎng)以及物流配送中心。電子秤是在結(jié)構(gòu)和原理上對(duì)以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱量工具取而代之。與傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量工具比較起來，電子秤具有稱量精度高，體積小，應(yīng)用范圍廣泛，便于使用操作等優(yōu)點(diǎn)。在外觀布局，工作原理，整體結(jié)構(gòu)和使用材料上都是全新的計(jì)量衡器。電子秤的發(fā)展過程經(jīng)歷了由由粗糙到精密，簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到電子化的過程。隨著稱重傳感器的各項(xiàng)性能的不斷發(fā)展與進(jìn)步，為電子秤的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，如美國(guó)，西歐等一些國(guó)家在20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了0.1%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在70年代中期約對(duì)75%的機(jī)械秤進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式的電子化改造。電子秤首先是通過壓力傳感器將被測(cè)物體的重量采集起來并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。但是輸出電壓信號(hào)一般都很小，所以需要通過前段信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。再將放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳到主控電路的單片機(jī)中，然后經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，將被測(cè)物體的重量顯示出來。本次要求設(shè)計(jì)的電子秤有一定的稱重范圍，并且具有自動(dòng)換擋功能，精確度為1%。這樣的電子秤具備最簡(jiǎn)單的稱重功能，操作也非常簡(jiǎn)便。1.2研究現(xiàn)狀這些年來，我國(guó)的電子稱重系統(tǒng)從一開始的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到如今的全數(shù)字智能型和電子型。電子稱重技術(shù)慢慢的從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展，從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。電子稱重系統(tǒng)的制造技術(shù)及其相關(guān)的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的發(fā)展。國(guó)內(nèi)的電子稱重技術(shù)大致達(dá)到了國(guó)際上20實(shí)際90年代中期的水平，有少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已經(jīng)處在國(guó)際領(lǐng)先的水平。在國(guó)內(nèi)的電子秤市場(chǎng)中，100g左右量程的電子秤的精度一般為0．0lg,即10mg。在國(guó)際上，有些發(fā)達(dá)國(guó)家在電子稱重方面，從品種、規(guī)模和技術(shù)水平等方面都達(dá)到了比較高的水平。特別是在精準(zhǔn)度和可靠性等方面上都有了很大的提升。其中梅特勒·托利多公司生產(chǎn)的BBK4系列高精度電子秤精度達(dá)到了lmg,速度大約為1研究方法方面，電子稱重系統(tǒng)的工作原理主要是將作用在承載器上的質(zhì)量或力的大小，通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過控制電路來處理該電信號(hào)。其中壓力傳感器大多數(shù)采用電阻應(yīng)變片壓力傳感器，由于應(yīng)變片的體積較小，市場(chǎng)上有多種規(guī)格可以選擇，而且可以針對(duì)彈性敏感元件的形式可以靈活設(shè)計(jì)來適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)合的要求，所以應(yīng)變片式壓力傳感器得到廣泛的應(yīng)用。但是電阻應(yīng)變片壓力傳感器有一個(gè)嚴(yán)重的缺陷那便是應(yīng)變靈敏度，應(yīng)變片本身的電阻都隨溫度變化，而且靈敏度隨溫度的變化較大。所以在不同的環(huán)境中，應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，輸出零點(diǎn)漂移明顯。并且應(yīng)變片的輸出信號(hào)很小、線性范圍窄，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，有待進(jìn)一步開發(fā)。1.3設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)數(shù)字電子秤電路。(1)稱重范圍為：0.000(2)系統(tǒng)超出最大測(cè)量范圍10Kg時(shí)應(yīng)有報(bào)警指示功能（蜂鳴器報(bào)警提示）2稱重儀的總體方案設(shè)計(jì)2.1稱重儀的基本工作原理電子秤稱重系統(tǒng)由稱重傳感器，放大電路,AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，顯示電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等電路組成。當(dāng)物體放在秤盤上時(shí)，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時(shí)使用激勵(lì)電壓發(fā)生變化，輸出一個(gè)變化的模擬信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)輸出到CPU運(yùn)算控制。CPU根據(jù)程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器，直至顯示這種結(jié)果。2.2稱重儀的系統(tǒng)總體框圖按照設(shè)計(jì)功能與性能要求，系統(tǒng)由5個(gè)部分組成：控制器部分、稱重傳感部分、信號(hào)放大與調(diào)理部分、AD轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)顯示部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖2-1所示。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換單片機(jī)處理LCD顯示按鍵處理信號(hào)放大圖2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖稱重傳感器采用壓力傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?；趩纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的控制器接受來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。控制器還可以通過對(duì)擴(kuò)展I/O的控制，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，再通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。電路電源部分主要是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉(zhuǎn)換成所需的電壓。在超重時(shí)使用顯示輸出提示。2.3稱重儀的主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3.1稱重儀的控制系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)使用單片機(jī)為控制器，主要是先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集由信號(hào)放大調(diào)理電路把壓力傳感器獲取的電壓信號(hào)放大的模擬信號(hào)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)再送到單片機(jī)處理，不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示此外，當(dāng)單片機(jī)感知測(cè)量對(duì)象超出系統(tǒng)測(cè)量范圍時(shí)，單片機(jī)能啟動(dòng)相應(yīng)提示顯示，設(shè)計(jì)中為了安全起見，留有較大的過負(fù)載能力，因此，稱重時(shí)加載了一定量的超負(fù)載并不會(huì)對(duì)測(cè)量器件造成損壞。2.3.2稱重儀的主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。圖2-2單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)任務(wù)要求，單片機(jī)主要對(duì)放大器的放大倍數(shù)、AD轉(zhuǎn)換的時(shí)序控制、LCD顯示控制。2.4稱重儀各模塊的方案選型根據(jù)圖2-1硬件系統(tǒng)組成，下面以控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為依據(jù)，結(jié)合任務(wù)要求，對(duì)各模塊具體的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4.1電源模塊方案選型為了使稱重儀的供電方便，把電源設(shè)計(jì)成通過USB得到5V電壓供壓力傳感器和系統(tǒng)的其他芯片使用。2.4.2數(shù)據(jù)采集模塊方案選型數(shù)據(jù)采集模塊分為稱重傳感器、前級(jí)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器等三個(gè)部分。一、稱重傳感器稱重傳感器是設(shè)計(jì)中關(guān)鍵元件之一，對(duì)傳感器的選擇特別重要，不僅要注意其量程和參數(shù)，還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難易程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。本設(shè)計(jì)要求稱重范圍0.000Kg-10.000Kg為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。要求稱重傳感器的有效量程在20%～80%之間。線性好，精度高。重量誤差應(yīng)控制在±0.O05Kg,綜合考慮，設(shè)計(jì)采用YZC-1B電阻應(yīng)變式傳感器，其最大量程為10Kg圖2-3稱重傳感器原理圖設(shè)計(jì)的測(cè)量電路采用最常見的橋式測(cè)量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感器半橋式測(cè)量電路。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測(cè)量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化。其測(cè)量原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出：（2-1)式（2-1）說明電橋的輸出電壓與四個(gè)橋臂的應(yīng)變片感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。二、放大電路選擇稱重傳感器輸出電壓振幅范圍0～20mV.而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為0～2V,因此放大環(huán)節(jié)要有100倍左右的增益。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（70～150倍），根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為100倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。按照輸入電壓20mV，分辨率20000碼的情況，漂移要小于1μV。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時(shí)漂，從而保證了放大環(huán)節(jié)對(duì)零點(diǎn)漂移的要求。殘余的一點(diǎn)漂移依靠軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤加以解決。由稱重傳感器的稱量原理可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成△R/R，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值R，靈敏系數(shù)K，彈性體存額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椤?，則應(yīng)變電阻相對(duì)變化量為：△R/R=K×￡上式中，△R/R的值在毫的量級(jí)，可以看出電阻變化只有零點(diǎn)幾Ω，其電阻變化率很小。這個(gè)電阻變化難以直接精確測(cè)量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計(jì)的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，再經(jīng)過放大電路，把電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換器接收的信號(hào)。在前級(jí)處理電路部分，可以采用以下幾種方案：方案一：利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成前級(jí)處理電路。方案二：主要由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，而構(gòu)成的前級(jí)處理電路；差動(dòng)放人器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。方案三:采用專用儀表放大器或使用AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的放大器。此類電路內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單，且放大器的增益是可以改變的?；谝陨戏治?，決定采用制作方便而且精度很好的AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的放大器。三、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇按設(shè)計(jì)要求：電子秤最大稱重為20Kg，滿刻度時(shí)，重量誤差不大于1‰.即滿偏是誤差±20g的誤差，精度要求較高?？蛇x用以下幾種方案：方案一：采用V/F變換電路該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)，單片機(jī)通過計(jì)數(shù)獲得重物的重量，此方案，可不用A/D芯片，但需要比較復(fù)雜的小信號(hào)放大、調(diào)理電路，并且V/F變換外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對(duì)嚴(yán)格，故未采用。方案二：選用高精度并行ADC芯片此方案經(jīng)小信號(hào)放大、調(diào)理電路，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)直接連接單片機(jī)，但價(jià)格高，一般適用于高速測(cè)量中，故此方案未采用。方案三：選用高精度串行ADC芯片此方案經(jīng)小信號(hào)放大、調(diào)理電路，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)通過串行方式送到單片機(jī)，價(jià)格低，在低速測(cè)量中廣泛使用，故采用此方案。為了實(shí)現(xiàn)要求，采用24位串行A/D轉(zhuǎn)換器HX711，該轉(zhuǎn)換器內(nèi)部帶可編程增益放大電路，是數(shù)字電子秤專用芯片之一。2.4.3主控制器模塊方案選型根據(jù)設(shè)計(jì)與主控制系統(tǒng)的功能要求，以及性價(jià)比考慮，選用STC89C52單片機(jī)。而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。2.4.4數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型方案一數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管顯示信息有限，當(dāng)顯示信息較多時(shí)需要多個(gè)數(shù)碼管級(jí)聯(lián)方可，這樣會(huì)造成硬件連接復(fù)雜，成本增加；數(shù)碼管對(duì)大部分字符不能很好的顯示，動(dòng)態(tài)掃描時(shí)處理不好易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。方案二LCD字符液晶顯示采用點(diǎn)陣字符型LCD液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件，但采用LCD液晶顯示會(huì)造成設(shè)計(jì)成本增加。LCD1602可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。最后綜合了多方面因素的考慮采用了方案二，選擇LCD1602顯示器作為系統(tǒng)的顯示界面。3稱重儀的各單元電路硬件設(shè)計(jì)3.1數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集電路分為稱重傳感電路、前級(jí)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)模塊設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)結(jié)果如圖3-1所示。根據(jù)任務(wù)要求最大稱重量為10Kg,所以選擇的傳感器最大稱重范圍必須不小于10kg。本設(shè)計(jì)選擇的傳感器最大承重為10Kg通過傳感器內(nèi)部的橋式電路，把應(yīng)力的變化變成電阻的變化，再把電阻的變化變成電壓的變化，電壓的變化范圍為0-20mV。由于給的電壓量太小，AD的精度會(huì)受影響，所以要經(jīng)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。根據(jù)系統(tǒng)誤差和任務(wù)要求，當(dāng)AD精度遠(yuǎn)小于顯示分辨率時(shí)，可以認(rèn)為系統(tǒng)誤差主要就是由于顯示分辨率引起的，由于顯示最低分辨率為1g,所以，當(dāng)AD分辨率低于0.1g時(shí),可以忽略AD誤差。所以，AD分辨率應(yīng)大于20kg/0.1g=。根據(jù)方案論證，選擇集成調(diào)理和AD為一體的芯片。參考數(shù)字電子秤芯片資料，HX711內(nèi)部集成可控放大器與24位ADC電路，所以ADC的精度能滿足設(shè)計(jì)要求。HX711的基準(zhǔn)電壓為該芯片模擬電路部分的電源電壓，由于芯片內(nèi)部提供一個(gè)精準(zhǔn)的1.25V的基準(zhǔn)電壓，用1.25V作基準(zhǔn)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓，提高抗干擾能力和精度。由R1、R2組成的取樣電路、Q1組成的調(diào)整電路，芯片內(nèi)部的比較放大電路和基準(zhǔn)電路構(gòu)成了串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。由于輸出電壓要適度的高點(diǎn)，要保證調(diào)整管工作在放大區(qū)，所以Vbe>0.7v,所以輸出電壓最大4.3v。根據(jù)得R1=20k,R2=8.2k。允許最大放大倍數(shù)為4.3v/20mv=210.由于放大倍數(shù)越大精度越高，所以選著芯片最高的放大倍數(shù)為128。圖3-1HX711電路圖圖3-2HX711外部元件連接電路圖圖3-3HX711內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)即保證單片機(jī)能正常工作的最小電路，所以其外部電路由晶振電路和復(fù)位電路組成。如圖3-4所示。圖3-4單片機(jī)控制模塊電路3.2.1晶振電路晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。外接一個(gè)12M的晶振。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。3.2.2復(fù)位電路復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位加上電復(fù)位來實(shí)現(xiàn)，S1為復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過1K的小電阻與電源接通,迅速放電,使RST引腳為高電平,復(fù)位按鍵彈起后,電源通過10KΩ的電阻對(duì)10μF的電容C1重新充電,RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。AT89S52內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,用于構(gòu)成振蕩器,但要形成時(shí)鐘脈沖,外部還需附加電路,本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器,就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路,C2和C3的值通常選擇為30pF左右,晶振Y1選擇12MHz.為了減小寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。單片機(jī)的31腳（EA）接+5V電源，表示允許使用片內(nèi)ROM。3.3顯示電路設(shè)計(jì)顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊，液晶板上排列著若干5×7或5×10點(diǎn)陣的字符顯示位,每個(gè)顯示位可顯示1個(gè)字符，從規(guī)格上分為每行8、16、20、24、32、40位，有一行、兩行及四行三類。其與單片機(jī)的連接電路如圖3-5所示。圖3-5顯示電路1腳和2腳為液晶1602地和電源引腳，3腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通過10K電位器接地，背光可通過電位器來調(diào)節(jié)亮度；4腳、5腳、6腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2,2端口，7~14腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，15、16、腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地。3.4系統(tǒng)超重報(bào)警指示電路設(shè)計(jì)超重報(bào)警指示電路用來在稱重測(cè)量超出最高值時(shí)報(bào)警提示，以免重量太高的情況下?lián)p壞傳感器。報(bào)警指示電路由PNP三極管9012驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)IO口控制三極管的基極，當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)單片機(jī)IO口輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警。報(bào)警指示電路如圖3-6所示。圖3-6報(bào)警指示電路4稱重儀程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語言編程，編譯環(huán)境為keilUV3。keilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比，C在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。KeilC51可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件，然后分別有C51及A51編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（.HEX），然后通過單片機(jī)的燒寫軟件將HEX文件燒入單片機(jī)內(nèi)。軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測(cè)；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個(gè)方面的操作分別在主程序中來進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。4.1主程序設(shè)計(jì)主程序的流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2系統(tǒng)按鍵調(diào)整部分流程圖鍵盤電路設(shè)計(jì)成4X4矩陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。其流程圖如圖4-2所示。圖4-2按鍵調(diào)整程序流程圖5電路測(cè)試5.1物體稱重標(biāo)定測(cè)試方法：500g以內(nèi)重量標(biāo)定與500g等重量物件制作。以砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)稱重物體，進(jìn)行小量程標(biāo)定；由于提供的砝碼最大重量為500g,所以先采用小量程標(biāo)定，用小量程測(cè)定的誤差標(biāo)定出多個(gè)500g標(biāo)準(zhǔn)物件。實(shí)驗(yàn)中以500ml礦泉水瓶裝水制作。500g以上重量標(biāo)定。用等效重量物件與砝碼混合使用，逐步由輕到重進(jìn)行標(biāo)定。分辨率測(cè)定。加載量程范圍內(nèi)的重量，其次在原有重量上分別添加或減小不同重量的小砝碼，直到顯示部分能分辨顯示，以此方法來測(cè)試本電子秤的分辨率。從表5-1數(shù)據(jù)可以得到：設(shè)計(jì)的稱重設(shè)備的誤差不超過5g。各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果如表5-1所示。表5-1物體稱重標(biāo)定物體重量（kg）顯示重量(kg)添加重量(g)顯示重量(kg)分辨率(g)0.1000.0951、2、3\50.095\0.10550.1500.1451、2、3\50.145\0.15050.2500.2501、2、3\50.250\0.25550.4500.4501、2\40.450\0.45040.4700.4751、2、3\50.475\0.47550.5000.5001、2、3\50.500\0.50550.6900.6901、2、3\50.690\0.69050.7900.7901、2、3\50.790\0.79551.0901.0901、2\41.090\1.09541.1101.1101、2、3\51.110\1.11552.4302.4301、2、3\52.430\2.43552.5802.5801、2\42.580\2.58544.4704.4701、2、3\54.470\4.47557.4307.4351、2、3、4\57.435\7.44057.7307.7301、2、3、4\57.730\7.73555.2傳感器輸出電壓測(cè)試測(cè)試方法：用運(yùn)算放大器構(gòu)成放大倍數(shù)為10的儀用放大電路，用信號(hào)源、示波器或萬用表對(duì)放大電路進(jìn)行標(biāo)定。傳感器采用平衡電阻電橋輸出，其兩輸出端分別輸入到儀用放大電路，給電子秤加載量程內(nèi)不同的重量，用萬用表測(cè)出放大10倍的電壓值，如表5-2所示。最后將測(cè)得的電壓值除以10,則為傳感器的輸出電壓。從而可以得到信號(hào)調(diào)理電路輸入電壓范圍。表5-2傳感器輸出電壓測(cè)試重量（Kg）放大十倍測(cè)試電壓（mV）傳感器輸出電壓（mV）90.20410.31.030.40400000412.81.280.90413.61.361.27215.31.531.37715.71.571.57716.61.661.87217.91.791.97218.31.832.17019.21.922.5720.92.092.87322.92.293.2323.72.373.5425.12.513.6425.52.553.9426.82.684.7330.43.044.8430.83.085.04033.33.335.7034.63.466.5638.43.846.8639.73.977.9044.34.438.0044.74.478.2045.64.568.9248.74.879.2250.05.00由此可知：在量程范圍內(nèi)，傳感器輸出電壓與加載重量之間呈線性關(guān)系，具有良好的線性度。5.3數(shù)據(jù)傳送信號(hào)測(cè)試測(cè)試方法：數(shù)據(jù)傳送時(shí)序測(cè)試。把ADC（hx711）的PD—SCK和DOUT信號(hào)分別輸入示波器的兩個(gè)通道，示波器上的波形如圖5-1所示。圖5-1中通道1為DOUT信號(hào)，通道2為PD—SCK信號(hào)。每一脈沖代表了完成一次數(shù)據(jù)傳送。把時(shí)間軸拉伸，脈沖放大后，得到圖5-2所示波形。圖5-2為圖5-1中一脈沖的完整波形。圖5-1ADC與單片機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖圖5-2拉伸后的ADC與單片機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖圖5-1的波形內(nèi)容為每隔一固定時(shí)間取一次AD數(shù)據(jù)。圖5-2從時(shí)鐘脈沖的上升沿開始讀取數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為二進(jìn)制讀數(shù)，該二進(jìn)制數(shù)為AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果。從示波器的顯示上看PD—SCK輸入25個(gè)時(shí)鐘脈沖A/D轉(zhuǎn)換器選擇的是hx711芯片的A通道，可編程增益為128。6體會(huì)與感受在此畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，鞏固了我在大學(xué)4年內(nèi)學(xué)過的知識(shí)，尤其是單片機(jī)和C語言編程方面的知識(shí)，同時(shí)通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)提高了單片機(jī)編程的能力，尤其是獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)了解到了其它相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，對(duì)今后的工作學(xué)習(xí)有著極大的幫助。在本次設(shè)計(jì)中我要特別感謝我的指導(dǎo)老師，在我遇到困難時(shí)他能夠及時(shí)給予我?guī)椭屛业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行。參考文獻(xiàn)[1]王君,凌振寶,傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)[M],吉林大學(xué)出版社,2001[2]黃繼昌,徐巧魚,傳感器原理及應(yīng)用實(shí)例[M],人民郵電出版社,2002[3]呂俊芳,傳感器接口與檢測(cè)儀器電路[M],北京航空航天大學(xué)出版社,1998[4]萬隆,巴奉麗,單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M],清華大學(xué)出版社,2003[5]趙曉安,MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M],天津大學(xué)出版社,2001[6]徐惠民,安德寧,單片微型計(jì)算機(jī)原理接口與應(yīng)用[M],北京郵電大學(xué)出版社,1996[7]陳志強(qiáng),胡輝,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐指南[J],2003[8]陽鴻鈞,電子秤與電子天平技術(shù)問答[J],中國(guó)電力出版社,2009[9]孟立凡,藍(lán)金輝,傳感器原理與應(yīng)用[M],電子工業(yè)出版社,2007[10]王保保,傳感器簡(jiǎn)明手冊(cè)及應(yīng)用電路[M],西安電子科技大學(xué)出版社,2007[11]楊欣,51單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解[M],清華大學(xué)出版社,2010[12]肖洪兵,跟我學(xué)用單片機(jī)[M],北京航空航天大學(xué)出版社,2002[13]Abraham.IP.SwitchingPowerSupplyDesign[J].2ndEdn.McGraw-Hill.NewYork,1998[14]AmitPatel,Btech.Acapacitancepressuresensorusingaphase-lockedloop[D].JournalofRchabilitationResearchandDevelopmentVol.26

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