单片机电子秤设计报告Word格式文档下载.docx

1、当电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。（2） 总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。（3） 漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：（1） 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。（2） 压电式压力传感器稳定性

2、好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究。（3） 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。图2 电阻应变式传感器测量原理当垂直正压力P作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片R1

3、、R3受压弯拉伸，阻值增加；R2、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比，从而将非电量转化成电量输出。R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥，将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图3所示。图3 测量电桥原理3、电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的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

4、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。 HX711内部方框图如图4所示。其外部管脚如图5所示。图4 HX711内部方框图图5 H

5、X711外部管脚图图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器（XI=0），10Hz的输出数据速率（RATE=0）。电源（2.75.5V）直接取用与MCU 芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连，通道B通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压。图6 HX711计价秤应用参考电路图 本课题设计的HX711电路如图7所示：图7 HX711电路4、单片机STC89C52及其电路（1） STC89C52 单片机概述STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,

6、但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。（2） STC89C52 单片机特点l 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051； 工作电压： 5.5V - 3.5V（5V单片机）； 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的 080MHz； 用户应用程序空间 4K/8K/16k/32K/64K字节； 片上集成1280字节 RAM； 通用I/O口（32/36个），复位后为准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）； ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器。 每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不

7、要超过120mA； 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片； 有EEPROM功能； 看门狗； 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）； 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器； 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟； 常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为： 11MHz 17MHz； 共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时

8、器； 外部中断I/O口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒； 通用全双工异步串行口（UART） ； 工作温度范围：-40 +85（工业级） / 0 75（商业级） ； 封装：PDIP-40, PLCC-44。 （3） STC89C52 单片机管脚及封装STC89C52单片机有多种封装形式，本设计中选用40DIP封装，其管脚定义如图8所示。图8 STC89C52 管脚图本课题设计的电子秤的单片机应用电路如图9所示：图9 STC89C52单片机电路图中DOUT和PDSCK为单片机与HX711的AD转换电路交换数据的通信线

9、。beep为蜂鸣器报警信号线，alert为报警灯信号线，RXD和TXD为串口通信线，也可以用于单片机程序的串行ISP下载。5、液晶屏电路图10 LCD显示电路液晶屏电路如图10所示。LCD_CS、LCD_RES、LCD_RS、LCD_SDA、LCD_SCK为液晶模块与单片机接口的控制线。CS_ZK、SCK_ZK、SO_ZK和SI_ZK为字库和单片机接口的控制线。该液晶为晶讯联公司的128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示信息。该显示模块既可以当成普通的图像型液晶显示模块使用（即显示普通图像型的单色图片功能），又含有JLX-GB2312 字库IC，可以从字库IC 中读出内置的字库的

10、点阵数据写入到LCD 驱动IC 中，以达到显示汉字的目的。其接口引脚功能介绍：表一 液晶模块接口引脚功能6、矩阵键盘电路矩阵键盘电路如图11所示：图11 矩阵键盘电路图中4*4矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和五个功能键。键盘行扫描信号为ROW1ROW4，列扫描信号为COL1COL4。行信号为输入信号，低电平有效；列信号为输出信号。当没有键按下时，即使行扫描输入低电平信号，列信号仍为高电平；当行扫描为低电平并且有键按下时，相应的列输出低电平。该低电平信号可以定位至按下键的位置。7、声光报警电路声光报警电路如图12所示。图12 声光报警电路 当测量重量超过量程时，beep和alert给出低电平

11、信号，驱动蜂鸣器鸣响，报警灯亮。8电源电路本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图所示。图16 供电及程序下载电路三、Protel硬件开发软件Protel是目前国内最流行的通用EDA软件，它是将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。它集成了软件界面、仿真功能和PLD设计和信号完整性分析，在此基础上Protel 99SE又增加了一些新的功能，用户使用更加方便灵活。Protel的功能十分强大，在电

12、子电路设计领域占有极其重要的地位。它以其强大功能和实用性，逐渐获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多EDA设计软件中用户最多的产品之一。1Protel软件组成Protel软件主要由电路原理图设计模块、印制电路板设计模块（PCB设计模块）、电路信号仿真模块和PLD逻辑器件设计模块等组成，各模块具有强大的功能，可以很好的实现电路设计与分析。（1） 原理图设计模块（Schematic模块）电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件，电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线路和结点组成。图4.1所示为一张电路原理图。该原理图是由Schematic模块设计完成的。Schematic模块具

13、有如下功能：丰富而灵活的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。（2） 印制电路板设计模块（PCB设计模块）印制电路板（PCB）制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。设计了电路原理图后，需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图，然后在根据制板图制作具体的电路板。印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点：可完成复杂印制电路板（PCB）的设计；方便而又灵活的编辑功能；强大的设计自动化功能；在线式库编辑及完善的库管理；完备的输出系统等。（3） 电路信号仿真模块电路信号仿真模块是一个功能强大的数字/模拟混合信号电路仿真器，能提供连续的模拟信号和离散的数字信

14、号仿真。它运行在Protel的EDA/Client集成环境下，与Protel Advanced Schematic原理图输入程序协同工作，作为Advanced Schematic的扩展，为用户提供了一个完整的从设计到验证仿真设计环境。在Protel中进行仿真，只需从仿真用元器件库中放置所需的元器件，连接好原理图，加上激励源，然后单击防真按钮即可自动开始。2PCB板设计 定元件的封装 打开网络表（可以利用一些编辑器辅助编辑），将所有封装浏览一遍，确保所有元件的封装都正确无误并且元件库中包含所有元件的封装，网络表中所有信息全部大写，一面载入出问题，或PCB BOM不连续。 标准元件全部采用公司统一

15、元件库中的封装。 元件库中不存在的封装，应自己建立元器件库。（2） 建立PCB板框 根据PCB结构图，或相应的模板建立PCB文件，包括安装孔、禁布区等相关信息。 尺寸标注。在钻孔层中应标明PCB的精确结构，且不可以形成封闭尺寸标注。（3） 载入网络表 载入网表并排除所有载入问题，具体请看PROTEL技术大全。其他软件载入问题有很多相似之处，可以借鉴。 如果使用PROTEL，网表须载入两次以上（没有任何提示信息）才可以确认载入无误。（4） 布局 首先要确定参考点。一般参考点都设置在左边和底边的边框线的交点（或延长线的交点）上或印制板的插件的第一个焊盘。 一但参考点确定以后，元件布局、布线均以此参

16、考点为准。布局推荐使用25MIL网格。 根据要求先将所有有定位要求的元件固定并锁定。 布局的基本原则A. 遵循先难后易、先大后小的原则。B. 布局可以参考硬件工程师提供的原理图和大致的布局，根据信号流向规律放置主要原器件。C. 总的连线尽可能的短，关键信号线最短。D. 强信号、弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开。E. 高频元件间隔要充分。F. 模拟信号、数字信号分开。 相同结构电路部分应尽可能采取对称布局。 按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准来优化布局。（5） PCB设计遵循的规则 地线回路规则：图17 地线回路规则环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积要尽可能

17、小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的过孔，将双面信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需特别考虑其地平面信号回路问题，建议采用多层板为宜。 窜扰控制窜扰（CrossTalk）是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服窜扰的主要措施是：A.加大平行布线的间距，遵循3W规则。B.在平行线间插入接地

18、的隔离线。C.减少布线层与地平面的距离 屏蔽保护图18 屏蔽保护对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多用于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。 走线方向控制规则相邻层的走线方向成正交结构，避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。 电源与地线层的完整性规则对于导通孔密集的区

19、域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层 的回路面积增大。四、 软件设计1、软件流程图本设计主程序使用了定时器，用来实现每0.5秒称重一次的功能，流程图如图19所示。键盘扫描程序如图20所示。 图19 时钟中断程序流程图 图20 键盘扫描程序流程图主程序软件流程如图21所示。图21 主程序流程图 3、主程序 下面介绍main.c主程序编写，其他程序略。 头文件和一些宏定义#include intrins.hstring.h#include lcd.hhx711.hkeyboard.h/定义量程系数#define RATI

20、O 2114/1623（2） 管脚、常量、变量定义/定义标识volatile bit FlagTest = 0; /定时测试标志，每0.5秒置位，测完清0volatile bit FlagKeyPress = 0; /有键按下标志，处理完毕清0volatile bit FlagSetPrice = 0; /价格设置状态标志，设置好为1。/管脚定义sbit LedA = P22;sbit beep = P10;sbit alert = P11;/显示用变量int Counter;uchar idata str16 = 000000;int i, iTemp;/称重用变量unsigned long

21、 idata FullScale; /满量程AD值/1000unsigned long AdVal; /AD采样值unsigned long weight; /重量值，单位gunsigned long idata price; /单价，长整型值，单位为分unsigned long idata money; /总价，长整型值，单位为分/键盘处理变量uchar keycode;uchar DotPos; /小数点标志及位置（3） 函数声明void int2str（int, char *）;void Data_Init（）;void Port_Init（）;void Timer0_Init（）;vo

22、id Timer0_ISR （） ;void INT1_Init（）;void KeyPress（uchar）;void To_Zero（）;void Display_Price（）;void Display_Weight（）;void Display_Money（）;（4） 各子程序/整型转字符串的函数，转换范围0-65536void int2str（int x, char* str） int i=1; int tmp=10; while（x/tmp!=0） i+; tmp*=10; tmp=x; stri=0 while（i1） str-i=0+（tmp%10）; tmp/=10; str

23、0=tmp+/重新找回零点，每次测量前调用void To_Zero（） FullScale=ReadCount（）/1000; price=0;/显示单价，单位为元，四位整数，两位小数void Display_Price（） unsigned int i,j; display_string（5,44, ）; i = price/100; /得到整数部分 j = price - i*100;/得到小数部分 int2str（i,str1）; /显示整数部分 if （i=1000） display_string（5,44,str1）; else if （i=100） display_string（5

24、,52,str1）;=10） display_string（5,60,str1）; else display_string（5,68,str1）; /显示小数点 display_string（5,76,. /显示小数部分 int2str（j,str1）; if （j10） display_string（5,84,0 display_string（5,92,str1）; display_string（5,84,str1）;/显示重量，单位kg，两位整数，三位小数void Display_Weight（） display_string（3,60, /weight单位是g i = weight/1000; j = weight - i*1000; display_string（3,60,str1）; display_string（3,68,str1）; display_string（3,76, display_string（3,84,00