毕业设计（论文）-电子秤电路的设计

丽水学院2011届学生毕业设计（论文）1电子秤电路的设计专业自动化班级自动化071本姓名孙杰指导教师徐淑明摘要现代社会的发展，对称重技术提出了更高的要求。目前，电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍。它具有测量准确、携带方便、价格低廉等优点。本电子秤设计是基于STC89C52单片机，量程为010千克。其电路构成主要有称重电路，放大电路，A/D转换，单片机控制电路，显示电路。称重电路利用电阻式应变传感器将物体重量信号转换相应大小的电信号，通过HX711芯片里的放大电路和AD转换从而将电信号转换成对应的数字信号送给单片机处理，最终在数码管上显示物体重量。关键词称重传感器HX711单片机数码管丽水学院2011届学生毕业设计（论文）2THECIRCUITDESIGNOFELECTRONICSCALEABSTRACTTHEREAREHIGHERREQUIREMENTSFORTHEWEIGHINGTECHNOLOGYWITHTHEDEVELOPMENTOFMODERNSOCIETYATPRESENT,THEELECTRONICSCALEHASBEENQUITECOMMONINTHECOMMERCIALTRADEITHASMEASURINGACCURACY,EASYTOCARRY,CHEAPPRICEANDSOONTHEELECTRONICSCALESRANGEIS010KILOGRAMSITISBASEDONMCUSTC89C52THECIRCUITCOMPOSEDBYWEIGHINGCIRCUIT,AMPLIFIERCIRCUIT,A/DCONVERSION,MCUCONTROLCIRCUITANDDISPLAYCIRCUITWEIGHINGCIRCUITUSINGRESISTANCESTRAINSENSORSWILLOBJECTWEIGHTSIGNALCONVERTEDINTOELECTRICALSIGNALTHEELECTRICALSIGNALISAMPLIFIEDANDCONVERTEDINTODIGITALSIGNALBYTHEHX711ANDTHEDIGITALSIGNALBESENDTOTHEMCUMCUPROCESSESTHEDIGITALSIGNALANDSENDSTOLEDTODISPLAY,KEYWORDSWEIGHINGTRANSDUCERHX711MCULEDDISPLAY丽水学院2011届学生毕业设计（论文）3目录摘要1ABSTRACT2第一章绪论511引言512系统设计与方案论证6第二章主要器件介绍721STC89C52单片机简介722称重传感器简介823HX711芯片的简介824数码管的简介10第三章硬件部分1131设计概述1132单片机最小系统1133称重传感器电路1334信号放大与AD转换电路1435显示电路1536电源电路15第四章软件部分1741程序主框图1742A/D数据采集框图1843重量显示框图1844按键处理框图1845数码管显示框图19结束语20参考文献21致谢22附录1原理图23丽水学院2011届学生毕业设计（论文）4附录2PCB图24附录3实物图25附录4元器件清单26附录5源程序27丽水学院2011届学生毕业设计（论文）5第一章绪论11引言称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用各个领域，包括农业、科研、交通、内外贸易等等领域，与人民的生活，工作紧密相关。据考证,世界上最古老的计量器出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤在历史的发展中永远是最普通，最方便，最普及的计量工具。进入新时代，微电子领域也发生巨大的发展，单片机便是其中最显著的。基于单片机设计的电子秤也代替了传统的称量工具。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM，只读存储器ROM，多种I/O口和中断系统，定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。随着单片机的长足发展，电子产品越来越丰富，给人们带来了很多方便，其中电子秤也成为了人们生活中不可缺少的一部分。电子秤也和其他产品一样，经历了一个发展的过程，同样也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。电子秤的发展在朝着个性化以及多元化的同时，也越来越符合人们对于称重技术的要求。现代社会的高速发展，生活的节奏日益加快，让高效工作的观念深入人心，人们开始追求的不仅仅是能够完成目的，而是如何高效的完成，如何提高工作效率的方式，在这其中，各种高科技的生产生活工具应运而生，以其高效可靠，为人们的生产生活提供了极大的便利。目前电子秤已经广泛运用于超市，各大中型商场，物流中心。人们也正从电子秤的便利中获得方便。电子秤设计核心流程基本是称重传感器产生的电压信号通过放大电路传送到A/D转换电路后传入单片机，经过处理在液晶屏幕上显示。虽然电子秤相对于传统的称量工具已经具备不可替代的功能与优势，但是目前的电子秤还是存在不足。目前的电子秤市场整体水平不高，一方面由于技术团队的研发能力不足，产品更新缓慢。一方面是电子秤的质量不高，其中包括精度稳定性不好，维修困难。因此，改善电子秤系统在实践应用中的不足具有现实的意义。当前的电子秤不仅要向高精度，小巧化，高稳定性的方向发展，而且需要向多功能方向发展。电子秤可以具有皮重，净重显示等功能，电子秤可以通过算术平均，积分处理等方法，尽丽水学院2011届学生毕业设计（论文）6量消除误差。12系统设计与方案论证本电子秤主要功能就是能准确地测出物体的重量。系统主要可分为单片机控制电路、A/D转换电路、传感器电路、显示电路等几部分。方案一通过秤重电桥产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片TCL2543进行A/D转换，由于此芯片可直接用于数字显示，故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。此方案的优点是外部电路非常简单，能实现较高的精度。缺点是无法对A/D转换进行控制。图11方案一框图方案二通过称重电桥产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片进行数据转换，再将得到的数字信号送至单片机进行处理并送入数码管显示。此方案的优点是可控制性好，电路简单，原理思路清晰，而且单片机的价钱也不算昂贵，在设计组所能承受的范围之内。所以综合各方面条件我们选择方案二作为最终设计方案。图12方案二框图放大电路显示电路A/D转换数据采集桥式电路AD转换显示电路单片机电路信号放大电路丽水学院2011届学生毕业设计（论文）7第二章主要器件介绍21STC89C52单片机简介STC89C52RC单片机是宏晶公司推出的一款完全兼容MCS51的单片机，单片机片内集成了8K的FLASH程序存储器，512字节的RAM数据存储器，至少1K的E2PROM，2个数据指针，1个UART，8个中断源，4个中断优先级，3个定时器。单片机可通过32个IO口与外部电路连接。单片机采用5V电源供电。STC89C52RC单片机引脚如图21VCC供电电压。GND接地。P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入，并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。/EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE21MAY2011SHEETOFFILECUSERSSUNJIEDESKTOP传传传071传传SJ传传传SCHDDBDRAWNBYEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U389C52图21STC89C52单片机引脚图21STC89C52RC单片机引脚丽水学院2011届学生毕业设计（论文）8XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。22称重传感器简介称重传感器是由一块应变片，上面黏合4块应变电阻构成桥式应变电阻传感器，其内部示意如图22所示图22称重传感器内部示意技术参数表如图23图23称重传感器参数电阻应变片K值很小，约为1736，机械应变度约为00000010001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为0000501欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压UO。其特点是当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。23HX711芯片的简介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/D1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE21MAY2011SHEETOFFILECUSERSSUNJIEDESKTOP传传传071传传SJ传传传SCHDDBDRAWNBYVSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8DVDD16RATE15XI14XO13DOUT12PD_SCK11INNB10INPB9U1HX711EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U389C52图24HX711管脚丽水学院2011届学生毕业设计（论文）9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64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管脚如图24所示。HX711特点如下1两路可选择差分输入。2上电自动复位电路。3可选择10HZ或80HZ的输出数据速率。4同步抑制50HZ和60HZ的电源干扰。5工作电压范围2655V。6工作温度范围2085。7片内低噪声可编程放大器，可选增益为64和128。8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。9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。10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。11耗电量（含稳压电源电路）典型工作电流INCLUDEINCLUDEUCHARKUCHARJJUINTASBITP10P10EXTERNUNSIGNEDCHARDISCODE4UCHARCODEDIS_7100XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9UCHARCODESCAN_CON40XF7,0XFB,0XFD,0XFE/延时