單片機(jī)智能電子秤設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、單片機(jī)電子秤說(shuō)明書(shū)秤是一種在實(shí)際工作和生活中經(jīng)常用到的測(cè)量器具。隨著計(jì)量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺(tái)秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、 顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。和傳統(tǒng)秤相比較，電子秤利用新型傳感器、高精度AD轉(zhuǎn)換器件、單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有精度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。本課題設(shè)計(jì)的電子秤具有基本稱重、鍵盤輸入、計(jì)算價(jià)格、顯示、超重報(bào)警功能。該電子秤的 測(cè)量范圍為0-10Kg,測(cè)量精度達(dá)到5g,有高精度，低成本，易攜帶的特點(diǎn)。電子秤采用液晶顯示漢字和測(cè) 量記過(guò)，比傳統(tǒng)秤具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性。另外，該電子秤電路簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)

2、，應(yīng)用范圍廣，可 以應(yīng)用于商場(chǎng)、超市、家庭等場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵贰Ｒ?、功能描?、采用高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，測(cè)量量程0-10kg ，測(cè)量精度可達(dá)5g。2、采用電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片hx711對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換，HX711采用了海24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。3、采用STC89C5彈片機(jī)作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)稱重、計(jì)算價(jià)格等主控功能。4、采用128*64 漢字液晶屏顯示稱重重量、單價(jià)、總價(jià)等信息。5、采用4*4 矩陣鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，鍵盤容量大，操作便捷。6、具有超量程報(bào)警功能，可以通過(guò)蜂鳴器和LED燈報(bào)警。7、系統(tǒng)通過(guò)USB電源供電，單片機(jī)程序也可通

3、過(guò)US瞰串行下載。二、硬件設(shè)計(jì)1、硬件方案單片機(jī)電子秤硬件方案如圖 1 所示：圖1單片機(jī)電子秤硬件方案稱重傳感器感應(yīng)被測(cè)重力，輸出微弱的毫伏級(jí)電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電子秤專用模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器芯片hx711對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換。HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，內(nèi)置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定。HX711芯片通過(guò)2線用行方式與單片機(jī)通信。單片機(jī)讀取被測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換，再液晶屏上顯示出來(lái)。矩陣鍵盤主要用于計(jì)算金額。當(dāng)被測(cè)物體重量得到后，用戶可以通過(guò)矩陣鍵盤輸入單價(jià)，電子秤自動(dòng)計(jì)算總金額并在液晶屏顯示。電源系統(tǒng)給單片機(jī)

4、、HX711電路及傳感器供電。2、稱重傳感器傳感器是測(cè)量機(jī)構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器本身具有單調(diào)性，其主要參數(shù)指標(biāo)是靈敏度、總誤差和 溫度漂移。(1)靈敏度稱重傳感器的電靈敏度為滿負(fù)荷輸出電壓與激勵(lì)電壓的比值，典型值是2mV/V當(dāng)使用2 mV/V靈敏度和5 V激勵(lì)電壓的傳感器時(shí)，其滿度輸出電壓為10 mV通常，為了使用稱重傳感器線性度最好的一段稱重范圍，應(yīng)當(dāng)僅使用滿度范圍的三分之二。因此滿度輸出電壓應(yīng)當(dāng)大約為6mV當(dāng)電子秤應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時(shí)，在6mV滿度范圍內(nèi)測(cè)量微小的信號(hào)變化并非易事。(2)總誤差總誤差是指輸出誤差和額定誤差的比值。典型電子秤的總誤差指標(biāo)大約是%這一技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)重要，它限制了使

5、用理想信號(hào)調(diào)節(jié)電路所能達(dá)到的精確度，決定了ADC分辨率的選擇以及放大電路和濾波器的設(shè)計(jì)。(3)漂移稱重傳感器也產(chǎn)生與時(shí)間相關(guān)的漂移。目前常用的稱重傳感器有電阻應(yīng)變式壓力傳感器、電容壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用時(shí)應(yīng)按 穩(wěn)定行、精度登記、壽命和安裝環(huán)境要求考慮，其主要特點(diǎn)如下：(1)電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度較高，壽命較短，對(duì)環(huán)境要求苛刻，不易長(zhǎng)距離傳輸。（2） 壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長(zhǎng)，但大量程的壓力傳感器尚待進(jìn)一步研究。（3） 電阻應(yīng)變式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長(zhǎng)，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求不太嚴(yán)格。綜上所述，選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電

6、子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，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)，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測(cè)量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量原理如圖2 所示。圖 2 電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量原理當(dāng)垂直正壓力P作用于梁上時(shí)，梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片R1、R3受壓彎拉伸，阻值增加；R2、R4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏 P 成正比，從而將 非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出。R1、R2、R3和R4組成惠更

7、斯電橋，將2對(duì)電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖3所示。圖 3 測(cè)量電橋原理3、電子不?專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711及其電路HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)， 是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。 與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩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(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)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(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器 編程。輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道A或通道B,與其內(nèi)部的低噪聲

8、可編程放大器相連。通道 A的可編程增益為128或64,對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為土20mV1£± 40mV通道B則為固定的32增益,用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng) 板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的初 始化過(guò)程。 HX711 內(nèi)部方框圖如圖 4 所示。其外部管腳如圖 5所示。圖 4 HX711 內(nèi)部方框圖圖 5 HX711 外部管腳圖圖5為HX711芯片應(yīng)用于計(jì)價(jià)秤的一個(gè)參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器（XI=0） , 10Hz的輸出數(shù)據(jù)速

9、率（RATE=0）。電源（）直接取用與 MCU芯片相同的供電電源。通道 A與傳感器相連，通道 B通過(guò) 片外分壓電阻與電池相連，用于檢測(cè)電池電壓。6 HX711 計(jì)價(jià)秤應(yīng)用參考電路圖本課題設(shè)計(jì)的HX711電路如圖7所示:圖7 HX711電路4、單片機(jī)STC89C5及其電路STC89C52單片機(jī)概述STC89C52K列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新 一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX81用復(fù)位電路。(2) STC89C52單片機(jī)特點(diǎn)增強(qiáng)型8051 CPU, 1T,單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完

10、全兼容傳統(tǒng) 8051;工作電壓：-(5V單片機(jī))；工作頻率范圍：040MHz相當(dāng)于普通8051的080MHz用戶應(yīng)用程序空間4K遵循先難后易、先大后小的原則。B.布局可以參考硬件工程師提供的原理圖和大致的布局，根據(jù)信號(hào)流向規(guī)律放置主要原器件。C.總的連線盡可能的短，關(guān)鍵信號(hào)線最短。D.強(qiáng)信號(hào)、弱信號(hào)、高電壓信號(hào)和弱電壓信號(hào)要完全分開(kāi)。E.高頻元件間隔要充分。F.模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)分開(kāi)。 相同結(jié)構(gòu)電路部分應(yīng)盡可能采取對(duì)稱布局。按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化布局。(5) PCB設(shè)計(jì)遵循的規(guī)則地線回路規(guī)則：圖17地線回路規(guī)則環(huán)路最小規(guī)則，即信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積要

11、盡可能小，環(huán)面積越小， 對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對(duì)這一規(guī)則，在地平面分割時(shí)，要考慮到地平面與重要 信號(hào)走線的分布，防止由于地平面開(kāi)槽等帶來(lái)的問(wèn)題；在雙層板設(shè)計(jì)中，在為電源留下足夠空間的情 況下，應(yīng)該將留下的部分用參考地填充，且增加一些必要的過(guò)孔，將雙面信號(hào)有效連接起來(lái)，對(duì)一些 關(guān)鍵信號(hào)盡量采用地線隔離，對(duì)一些頻率較高的設(shè)計(jì)，需特別考慮其地平面信號(hào)回路問(wèn)題，建議采用 多層板為宜。竄擾控制竄擾(CrossTalk )是指PCB上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長(zhǎng)的平行布線引起的相互干擾，主要是由于平行 線間的分布電容和分布電感的作用。克服竄擾的主要措施是：A.加大平行布線的間距，遵循3W規(guī)則。B.

12、在平行線間插入接地的隔離線。C.減少布線層與地平面的距離屏蔽保護(hù)圖18 屏蔽保護(hù)對(duì)應(yīng)地線回路規(guī)則，實(shí)際上也是為了盡量減小信號(hào)的回路面積，多用于一些比較重要的信號(hào)，如 時(shí)鐘信號(hào)，同步信號(hào)；對(duì)一些特別重要，頻率特別高的信號(hào)，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 即將所布的線上下左右用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合。 走線方向控制規(guī)則相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)，避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層 某竄擾；當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制（如某些背板）難以避免出現(xiàn)該情況，特別是信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用 地平面隔離各布線層，用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線。電源與地線層的完整性

13、規(guī)則對(duì)于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對(duì)平面層的分割,從而破壞平面層的完整性，并進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)線在地層的回路面積增大。四、軟件設(shè)計(jì)1、軟件流程圖本設(shè)計(jì)主程序使用了定時(shí)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)每秒稱重一次的功能，流程圖如圖19所示。鍵盤掃描程序如圖20所示。圖19時(shí)鐘中斷程序流程圖圖20鍵盤掃描程序流程圖主程序軟件流程如圖21所示圖21主程序流程圖3、主程序下面介紹主程序編寫(xiě)，其他程序略(1)頭文件和一些宏定義#include <>#include <>#include <>#include "" "&quo

14、t;|#include"" |#include ""，；int2str(j,str1); | if (j<10)display_GB2312_string(3,84,"00");display_GB2312_string(3,100,stU);else if (j<100)display_GB2312_string(3,84,"0");display_GB2312_string(3,92,str1); elsedisplay_GB2312_string(3,84,str1);13( 確定價(jià)格)void KeyPress(uchar keycode)switch (keycode)display_GB2312_string（1,1,"電子秤初始化成功"）；display_GB2312_string（3,1,"重量：kg"）;display_GB2312_string（5,1,"單價(jià)：元）display_GB2312_string（7,1,"金額：元）Display_Price（）;while（1） 13（確定價(jià)格）其中：鍵09為數(shù)字鍵，用于單價(jià)設(shè)定。鍵15為小數(shù)點(diǎn)，也用于單價(jià)設(shè)定。鍵10為