电子秤.docx
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电子秤
电子信息工程师实践
设计报告
开课学院：
计算机与信息学院
专业班级：
学生姓名及学号：
指导教师：
课题名称：
3kg电子秤
2017年1月6日
1、课题概述
作为一名电子信息工程专业的学生，掌握基本的电路知识，并运用到项目实践中非常重要，能够提高自身的科学文化素养，对知识更加全面的掌握。
本课程设计为制作一个电子秤，比较具有实用价值，同时通过制作PCB电路板和AD采样芯片的使用提高自己的能力，掌握基本的专业技能。
2、课题任务
本课程设计主要任务是设计一个电子秤，电子秤称重范围是：
0-3kg，精度是：
5g。
具有超过称重上限报警功能和复位功能。
3、技术方案及关键问题
本课程设计从硬件和软件两个方面开始。
硬件方面主要分为两个部分，第一部分是基本主电路板的设计，利用51单片机为主电路板。
第二部分是AD采样电路板的设计。
AD芯片用的是HX711芯片。
软件部分主要是驱动HX711芯片以及实现电子秤的功能。
关键问题:
1、AD采样芯片的使用。
在制作电子秤的过程中要将传感器输出的模拟量转换为数字量，因此要用到AD采样芯片。
采样芯片的位数直接影响了最终的测量结果，也就是所谓的分辨率。
本课程设计使用的是24位的HX711采样芯片，采样精度较高，测量结果较为准确。
2、由于普通电脑USB输出电流为500mA会出现电子秤因电流过小而不工作问题并且利用电脑USB作为单片机供电电源携带不方便，因此利用利用了一个电源220V转9V的电源适配器，再利用LM7805稳压芯片将9v电源稳压到5v为单片机供电。
3、由于未使用电脑USB作为电源，因此没有USB下载电路，本单片机程序下载器使用的是USB转TTL转RS232下载器。
4、称重传感器用的是桥式传感器。
4、设计实现及测试
课程设计的第一步便是电路板的制作，本课程设计使用51单片机作为基本电路。
电路原理图附后。
1、AD转换电路
本次课程设计AD转换电路使用的是24位的HX711芯片。
HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。
与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。
输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。
通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。
通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。
芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。
上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
（1）、HX711芯片特点如下：
两路可选择差分输入。
片内低噪声可编程放大器，可选增益为64和128。
片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源。
片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟。
上电自动复位电路。
简单的数字控制和串口通讯：
所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程。
可选择10Hz或80Hz的输出数据速率。
同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰。
耗电量（含稳压电源电路）：
典型工作电流：
<1.7mA,断电电流：
<1μA。
工作电压范围：
2.6~5.5V。
工作温度范围：
-20~+85℃。
16管脚的SOP-16封装。
（2）、管脚说明
SOP-16L封装
表一管脚描述
（3）、模拟输入
通道A模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。
由于桥式传感器输出的信号较小，为了充分利用A/D转换器的输入动态范围，该通道的可编程增益较大，为128或64。
这些增益所对应的满量程差分输入电压分别±20mV或±40mV。
通道B为固定的32增益，所对应的满量程差分输入电压为±80mV。
通道B应用于包括电池在内的系统参数检测。
因此本课程设计使用通道A作为模拟差分输入，选择增益是128。
（4）、串口通信
串口通信线由管脚PD_SCK和DOUT组成，用来输出数据，选择输入通道和增益。
当数据输出管脚DOUT为高电平时，表明A/D转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入信号PD_SCK应为低电平。
当DOUT从高电平变低电平后，PD_SCK应输入25至27个不等的时钟脉冲（图一）。
其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24位数据的最高位（MSB），直至第24个时钟脉冲完成，24位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。
第25至27个时钟脉冲用来选择下一次A/D转换的输入通道和增益，参见表二。
表二输入通道和增益选择
PD_SCK的输入时钟脉冲数不应少于25或多于27，否则会造成串口通讯错误。
当A/D转换器的输入通道或增益改变时，A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。
DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。
图一数据输出，输入通道和增益选择时序图
（5）、AD采样电路原理图如下
（6）AD采样电路获取输出数据代码如下：
//读取HX711
unsignedlongHX711_Read（void）//增益128
{
unsignedlongcount;
unsignedchari;
HX711_DOUT=1;//DOUT为高电平时，表明A/D转换器没有准备好数据
Delay__hx711_us（）;
HX711_SCK=0;
count=0;
while（HX711_DOUT）;//直到DOUt为低电平，表明已经准备好数据
for（i=0;i<24;i++）
{
HX711_SCK=1;
count=count<<1;
HX711_SCK=0;
if（HX711_DOUT）
count++;
}
HX711_SCK=1;//第25个脉冲下降沿来时，转换数据，选择的是A通道增益为128
count=count^0x800000;//异或操作
Delay__hx711_us（）;
HX711_SCK=0;
return（count）;
}
2、LCD1602显示
本课程设计使用的1602液晶为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，只有并行接口无串行接口。
（1）、信号接口说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
Vss
电源地
9
D2
数据口
2
VDD
电院正极
10
D3
数据口
3
VO
液晶显示对比度调节端
11
D4
数据口
4
RS
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
数据口
5
R/W
读写选择端（H/L）
13
D6
数据口
6
E
使能信号
14
D7
数据口
7
D0
数据口
15
BLA
背光电源正极
8
D1
数据口
16
BLK
背光电源负极
（2）、主要技术参数
显示容量
16*2字符
芯片工作电压
4.5~5.5V
工作电流
2.0mA
模块最佳工作电压
5.0V
字符尺寸
2.95*4.35（W*H）mm
（3）、基本操作时序
读状态输入：
RS=L，R/W=H，E=H输出：
D0~D7=状态字
读数据输入：
RS=H，R/W=H，E=H输出：
无
写指令输入：
RS=L，R/W=L，D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：
D0~D7=数据
写数据输入：
RS=H，R/W=L，D0~D7=数据，E=高脉冲输出：
无
（4）电路原理图如下
（5）液晶显示代码详见附后代码。
3、9V转5V稳压电路
由于电子秤要携带方便，便于使用，因此本课程设计用电压为220v转9v，交流电转直流电的电源适配器。
然后需要一个9V转5V的稳压电路为电子秤供电。
稳压电路使用的是三端稳压集成电路芯片LM7805。
LM7805芯片引脚①为最高电位，③脚为最低电位，②脚居中为接地端。
芯片引脚图片如下：
从左到右依次为1，2，3脚
稳压电路原理图如下：
4、桥式称重传感器
（1）、HL-8型称重传感器主要技术参数
HL-8型称重传感器主要技术参数表
（2）、HL-8型传感器受力方式图
开始
5、程序流程图
否
是
5、电路原理图和PCB
六、结果分析
课设电子秤所称书的重量为：
617g
在书本的基础上加上50g砝码之后实际测得的总质量：
667g
在实际使用的电子秤上重量：
615g
课设电秤所称得书的重量：
723g
在书本的基础上加上50g砝码基础之上测得的重量：
773g
在实际使用的电子秤上重量：
720g
由上图的比较可知，第一本书在实际使用的电子秤上的重量为615g，在课设的电子秤上称得的重量为617g，误差为2g。
第一本书上加上50g砝码之后在课设的电子秤上称得的总重量为667g（理论值为：
615+50=665g）。
第二本书在实际使用的电子秤上称得的重量为720g，在课设的电子秤上称得的重量为723g，误差为3g。
第二本书上加上50g砝码之后在课设的电子秤上称得的重量为773g
（理论应为：
720+50=770g）。
在多次比较下，课设的电子秤误差在正负5g左右，较为准确度。
七、课程设计总结
本次课程设计是做一个最大量程为三千克的电子秤，功能是超重报警，复位等。
电子秤的准确度还是不错的，误差也就几克。
制作电子秤主要分为两方面，一个是硬件电路板的设计和程序的编写。
在制作过程中，关键点是AD采样芯片的选择，AD采样的位数，以及AD采样电路的设计。
通过多次查找资料，最终决定用24位的HX711芯片。
HX711芯片采样位数高，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
是一款为实现高精度称重而设计的芯片，并且其编程较简单，方便。
制作电路板用的是AltiumDesigner软件。
在这期间，我学习了AltiumDesigner软件的使用。
同时学习了HE711芯片的使用方法，查找了关于HX711芯片的AD采样外围电路的设计，由于以前没有做过创新项目，没有做过电路板，在制作电路板的过程中出现了较多问题，比如封装的设计，原理图到PCB的转化，PCB的布线最后的铺铜等，尤其是原理图的电器规则检查，出了好多问题。
请教了班级同学，在他们的指导下完成了电路板的制作。
在软件编程方面由于以前学习过51单片机的使用，再加上HX711芯片的编程使用，最后完成了软件的设计。
本次课程设计中锻炼了自己的编程能力，真正完成了一次电路板的制作，熟练了PCB电路板的制作流程，积累了元器件的封装，还是有点成就感的，同时学会了如何学习一款新的芯片。
在这次课程设计中，收获了很多，提高了自己作为一面电子信息工程专业学生的科学文化素养，将平时的知识运用到项目开发中。
八、程序
主函数main.c
#include"main.h"
#include"LCD1602.h"
#include"HX711.h"
//定义变量
unsignedlongWeight_Maopi=0;//用来存放毛皮数
longWeight_Shiwu=0;//用来存放实物重量
longMax_Value=0;//用来存放设置最大值
charmaxValueTable[4]={3,0,0,0};
unsignedcharstate=0;//用来存放设置状态
//校准参数
//因为不同的传感器特性曲线不是很一致，因此，每一个传感器需要矫正这里这个参数才能使测量值很准确。
#defineGapValue820
//称重函数
voidGet_Weight（）
{
Weight_Shiwu=HX711_Read（）;
Weight_Shiwu=Weight_Shiwu-Weight_Maopi;//获取净重
if（Weight_Shiwu>=0）
{
Weight_Shiwu=（unsignedlong）（（float）Weight_Shiwu/GapValue）;//计算实物的实际重量
}
else
{
Weight_Shiwu=0;
}
}
//MS延时函数（12M晶振下测试）
voidDelay_ms（unsignedintn）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<123;j++）;
}
//蜂鸣器程序
voidBuzzer_Di（）
{
Buzzer=0;
Delay_ms（10）;
Buzzer=1;
Delay_ms（10）;
}
voidGet_Maopi（）
{
Weight_Maopi=HX711_Read（）;
}
//主函数
voidmain（）
{
Init_LCD1602（）;//初始化LCD1602
LCD1602_write_com（0x80）;//设置LCD1602指针
LCD1602_write_word（"Welcometouse!
"）;
Get_Maopi（）;
Delay_ms（1000）;//延时2s
LCD1602_write_com（0x01）;//清屏
Max_Value=maxValueTable[0]*1000+maxValueTable[1]*100+maxValueTable[2]*10+maxValueTable[3];//计算超限报警界限值
while
（1）
{
Get_Weight（）;
//显示当前重量
LCD1602_write_com（0x80）;
LCD1602_write_word（"Weight="）;
LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%10000/1000+0x30）;
LCD1602_write_data（'.'）;
LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%1000/100+0x30）;
LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%100/10+0x30）;
LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%10+0x30）;
Ui
LCD1602_write_com（0x80+0x40）;
LCD1602_write_word（"MAX="）;
Uiiii
LCD1602_write_data（'.'）;
LCD1602_write_data（maxValueTable[1]+0x30）;
LCD1602_write_data（maxValueTable[2]+0x30）;
LCD1602_write_data（maxValueTable[3]+0x30）;
LCD1602_write_word（"Kg"）;
//超限报警
if（Weight_Shiwu>=Max_Value）//超过设置最大值或者传感器本身量程最大值报警
{
Buzzer=0;
}
else
{
Buzzer=1;
}
}
}
HX711.c
#include"HX711.h"
//延时函数
voidDelay__hx711_us（void）
{
_nop_（）;
_nop_（）;
}
//读取HX711
unsignedlongHX711_Read（void）//增益128
{
unsignedlongcount;
unsignedchari;
HX711_DOUT=1;//DOUT为高电平时，表明A/D转换器没有准备好数据
Delay__hx711_us（）;
HX711_SCK=0;
count=0;
while（HX711_DOUT）;//直到DOUt为低电平，表明已经准备好数据
for（i=0;i<24;i++）
{
HX711_SCK=1;
count=count<<1;
HX711_SCK=0;
if（HX711_DOUT）
count++;
}
HX711_SCK=1;//第25个脉冲下降沿来时，转换数据，选择的是A通道增益为128
count=count^0x800000;//异或操作
Delay__hx711_us（）;
HX711_SCK=0;
return（count）;
}
LCD1602.c
#include"LCD1602.h"
//MS延时函数（12M晶振下测试）
voidLCD1602_delay_ms（unsignedintn）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<123;j++）;
}
//写指令
voidLCD1602_write_com（unsignedcharcom）
{
LCD1602_RS=0;
LCD1602_delay_ms
（1）;
LCD1602_EN=1;
LCD1602_PORT=com;
LCD1602_delay_ms
（1）;
LCD1602_EN=0;
}
//写数据
voidLCD1602_write_data（unsignedchardat）
{
LCD1602_RS=1;
LCD1602_delay_ms
（1）;
LCD1602_PORT=dat;
LCD1602_EN=1;
LCD1602_delay_ms
（1）;
LCD1602_EN=0;
}
//修改指针
voidLCD1602_write_word（unsignedchar*s）
{
while（*s>0）
{
LCD1602_write_data（*s）;
s++;
}
}
VoidInit_LCD1602（）
{
LCD1602_EN=0;
LCD1602_RW=0;//设置为写状态
LCD1602_write_com（0x38）;//显示模式设定
LCD1602_write_com（0x0c）;//开关显示、光标有无设置、光标闪烁设置
LCD1602_write_com（0x06）;//写一个字符后指针加一
LCD1602_write_com（0x01）;//清屏指令
}
LCD1602.h
#ifndef__LCD1602_H__
#define__LCD1602_H__
#include
//LCD1602IO设置
#defineLCD1602_PORTP0
sbitLCD1602_RS=P2^5;
sbitLCD1602_RW=P2^6;
sbitLCD1602_EN=P2^7;
//函数或者变量声明
externvoidLCD1602_delay_ms（unsignedintn）;
externvoidLCD1602_write_com（unsignedcharcom）;
externvoidLCD1602_write_data（unsignedchardat）;
externvoidLCD1602_write_word（unsignedchar*s）;
externvoidInit_LCD1602（）;
#endif
HX711.h
#ifndef__HX711_H__
#define__HX711_H__
#include
#include
//IO设置
sbitHX711_DOUT=P3^3;
sbitHX711_SCK=P3^2;
//函数或者变量声明
externvoidDelay__hx711_us（void）;
externunsignedlongHX711_Read（void）;
#endif
main.h
#ifndef__MAIN_H__
#define__MAIN_H__
#include
sbitBuzzer=P2^4;
//函数或者变量声明
externvoidDelay_ms（unsignedintn）;
externvoidBuzzer_Di（）;
externvoidGet_Maopi（）;
externvoidGet_Weight（）;
#endif
九、指导教师评语及成绩
评语（学生工作评价）:
建议成绩：
指导教师（签字）：
年月日
评语（学生工作评价）:
答辩成绩：
答辩小组组长（签字）：
年月日
学生持设计报告并参加集中答辩，答辩小组合议给出最终成绩。
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