【正文】 data processing by the controling unit which based on STC89S52， and gathers data by weighting transducer,then makes AD transform by HX711 to the data gathered, and the transformed data then transferred to STC for display prosessing, at last LCD1602 would show it out steadily without twinkling Key words： STC89S52 SCMC； Electrnoic Scale； Load sensor。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(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。稱重裝置的應用已遍及到國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。電子秤與機械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低、實用價值強、維護方便等特點，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠傳，易于實現(xiàn) 重量顯示數(shù)字化，易于與計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率。我國電子衡器從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。 常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并 相應的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。按照設計的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機交互 液晶顯示 界面模塊。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給控制器處理，由控制器完成對該數(shù)字量的基于單片機的電子秤系統(tǒng)設計 6 處理，驅(qū)動顯示模塊完成人機間的信息交換。在擴展功能上，本設計增加了一個過載報警提示 功能和電子日歷功能使本電子稱的設計更人性化智能化。 由此 設計出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。由于數(shù)碼管只能實現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復雜字符，不能達到顯示購物清單的要求。 方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進行擴展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)設定，使電子 稱 實現(xiàn)稱重計價的功能。在顯示重量時，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，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(shù)碼管接入電路中。 方案三 前端信號處理時，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施 來增加信號采集強度但會增加相應的設計成本； 顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。 結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 3 所示： 圖 3 帶有鍵盤輸入 及液晶顯示的 結(jié)構(gòu)簡圖 鑒于 上述三種方案的優(yōu)缺點 ， 本系統(tǒng)在設計時充分考慮到系統(tǒng)的實用性及成本的可行性的前提下，設計完成了最終的電子稱方案，最終的硬件設計方案圖如圖 4 所示，該方案增加了電子日歷功能，從而使本系統(tǒng)的設計功能得到了很好的擴展與應用。 AT89S52 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 10000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(shù)制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu) [1]，芯片內(nèi)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系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S52 單片機的 40 個引腳中有 2 個專用于主電源引腳， 2 個外接晶振的引腳， 4 個控制或與其它電源復用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應。目前多用于加速度和動態(tài)力或壓力的測量。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對外接電路要求很高。電阻應變片式電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學量傳感器。電阻應變片把機械應變信號轉(zhuǎn)換為 △ R/R 后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。 圖 5 為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 基于單片機的電子秤設計 12 )( 43 421 1 RR RRR RE ????))(( 4321 4231 RRRR RRRRE ?? ??3421 RRRR ? 圖 5 傳感器內(nèi)部連接圖 當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。式（ ）稱平衡條件。 若差動工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式（ ），則電橋輸出為 Rd Ra Rc Rb Res Bridge Ein Eout 基于單片機的電子秤設計 13 ? ?? ?? ?)()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo ?????????? ??????ERR??? Ek?? () 應變片式傳感器有如下特點： （ 1）應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器。 （ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小， 對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好。 通過對壓力傳感器與 電阻應變式傳感器 比較分析 ，最終選擇了第 二 種方案。我們選擇的是電阻應變片壓力傳感器，量程為 5Kg，精度為 % ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“ 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)碼管在應用時應將公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。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。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就 不亮。 方案二 LCD 字符液晶顯示 采用點陣字符型 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，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用 的信息顯示器件 ，但采用 LCD 液晶顯示會造成設計成本增加 。 具體引腳說明如 表圖 6所示。 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 。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、響應速度快、抗干擾性強基于單片機的電子秤設計 15 等優(yōu)點。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(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。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 177。40mV。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)板上無需另外的模擬電源。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。 圖 7 HX711 管腳定義 HX711 典型應用電路如圖 8 所示。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31 天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302 實物和管腳圖分別如圖 9圖 10 所示。當 VCC2VCC1+ 時，由 VCC2 向 DS1302供電，當 VCC2 VCC1 時，由 VCC1 向 DS1302 供電。該引腳有兩個功能：第一，CE 開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次， CE 提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā? 基于單片機的電子秤設計 18 3 系統(tǒng)硬件電路設計 系統(tǒng)電源電路設計 由于該系統(tǒng)中 51 單片機及 AD 轉(zhuǎn)換芯片 及液晶顯示器 所需供電電壓均為 5V 電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要設計一個可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)。電源輸出接口加上 LED 電源指示燈，用來判定電源是否正常工作。 圖 11 電源接口電路 C1， C2 實現(xiàn)對電源濾波，以濾除可能存在的高頻雜波對電源的影響， C4 實現(xiàn)對電源電壓的平滑穩(wěn)定作用 [10]，當 USB 接口輸出電壓高時 C4 用來儲能，當后續(xù)電路負載過高 USB 供電不足時 電解電容 C4 通過釋放儲存的電能來保證電源電壓不跌落。 基于單片機的電子秤設計 19 系統(tǒng) 串口程序下載 電路設計 由于 RS232C 的接口電平與 TTL 兼容接口電平標準不同，所以該接口與 TTL兼容電平連接時需要電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v單電源供電，該芯片引腳圖如圖 12 所示。 圖 13 RS232 串口通信電路 基于單片機的電子秤設計 20 該電路第一部分為電荷泵電路。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道，8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道， TTL/CMOS數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭，DB9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT輸出；第三部分是供電。 單片機控制電路設計 系統(tǒng)主控電路由 AT89S52 單片機及晶振電路和復位電路組成，該電路作為整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心單元，其 連接方式如圖 14 所示。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。他基于單片機的電子秤設計 21 們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。根據(jù)石英晶體的機電效應，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧振回路。在電路中的應用實際上是把它當作一個高 Q 值的電磁諧振回路。 復位電路是用來讓單片機返回到初始狀態(tài)的輔助電路 ， 其作用是當單片機程序跑飛或系統(tǒng)出現(xiàn)死機狀態(tài)時可以讓系統(tǒng)從新恢復工作。 系統(tǒng)顯示電路設計 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點陣的字符顯示位 ,每個顯示位可顯示 1 個字符，從規(guī)格上分為每行 1 2 3 40 位，有一行、兩行及四行三類。 超重報警提示電路設計 報警指示電路用來在 稱重測量超出最高值時報警提示，以免重量太高的情況下?lián)p壞傳感器 。報警指示電路如圖 16 所示。 基于單片機的電子秤設計 23 圖 17 按鍵輸入電路 電子稱 按鍵功能分配如下表所示： 7 8 9 去皮 4 5 6 清零 1 2 3 累計 0 ? 計算 此電子秤是開機檢測托盤重量，并將托盤重量清零（即電子秤每次開機后檢測托盤重量，并程序中自動將托盤重量保存在一個變量中，稱量過程中 每次都將獲得的重量減去托盤重量，而得到所要稱量物體的真正的重量）， 計算功能：在正確輸入了單價之后，按下計算按鍵，將會計算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價、總價。 系統(tǒng)硬件電路的繪制與 PCB 制作 Protel99SE 軟件介紹 本文在硬件電路的設計過程中，原理圖和 PCB 的繪制采用 Protel99SE 軟件，Protel99SE 是應用于 Windows9X/2022/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設計軟件 ，該軟件以其簡單易操作的優(yōu)勢一直以來備受電子工程師的喜愛，因而也成了很多高校電子相關(guān)專業(yè) EDA 工具的必選課程。 S1 S2 S3 基于單片機的電子秤設計 25 按照如上步驟最終完成繪制的電路原理圖如圖 18 所示， PCB 線路板圖如圖 19所示 。 keil c51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 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、