基于单片机的电子秤系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的电子秤系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

器。 导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。 电阻应变片把机械应变信号 转换为 △R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。 因此，要采用转换电路把应变片的 △R/R 变化转换成电压或电流变化。 其转换电路常用测量电桥。 直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。 图 22 为一直流供电的平衡电阻电桥， inE 接直流电源 E： 湖南电气职业技术学院毕业设计 12 图 22 传感器内部连接图 应变 片式传感器有如下特点： （ 1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。 （ 2）分辨力和灵敏度高，精度较高。 （ 3）结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。 （ 4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量 [5]。 通过对压力传感器与 电阻应变式传感器 比较分析 ，最终选择了第 二 种方案。 题目要求称重范围 0～ 5Kg,满量程量误差不大于  ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损 坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重5Kg。 我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为 5Kg，精度为 % ，满足本系统的精度要求。 系统 AD 转换芯片选择 HX711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 湖南电气职业技术学院毕业设计 13 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 177。 20mV 或 177。 40mV。 通道 B 则为固定的 64 增益 9，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。 芯片管脚图如图 23 所示。 图 23 HX711 管脚定义 HX711 典型应用电路如图 24 所示。 图 24 HX711 典型应用电路 湖南电气职业技术学院毕业设计 14 LCD 字符液晶显示 采用点阵字符型 LCD 液晶显示，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用 的信息显示器件 ，但采用 LCD 液晶显示会造成设计成本增加。 LCD1602可以显 示 2 行 16 个字符，有 8 位数据总线 D0D7，和 RS、 R/W、 EN 三个控制端口，工作电压为 5V，并且带有字符对比度调节和背光 [10]。 具体引脚说明如 表 25所示。 表 25 LCD1602液晶显示器引脚说明 LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同 的点阵字符图形，如表 1 所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、 常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，它的读写操作、 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 最后综合了多方面因素的考虑采用了方案二，选择 LCD1602 显示器 作为系统的显示界面。 系统时钟芯片选择 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加 31 字节静态 RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。 实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。 工作电压 湖南电气职业技术学院毕业设计 15 宽达 ～。 采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 DS1302 用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。 DS1302 管脚图 图 26所示。 图 26 DS1302管脚定义 DS1302 各引脚的功能为： VCC1：备用电源； VCC2：主电源。 当 VCC2VCC1+ 时，由 VCC2 向 DS1302供电，当 VCC2 VCC1 时，由 VCC1 向 DS1302 供电。 SCLK：串行时钟，输入； I/O：三线接口时的双向数据线； CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。 该引脚有两个功能：第一，CE 开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次， CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 DS1302 有关日历、时 间的寄存器共有 12 个，其中有 7 个寄存器（读时 81h～8Dh，写时 80h～ 8Ch），存放的数据格式为 BCD 码形式。 系统硬件电路设计 系统电源电路设计 由于该系统中 51 单片机及 AD 转换芯片及液晶显示器所需供电电压均为 5V 电压，所以要保证系统稳定可靠的工作，需要设计一个可以稳定提供 5V 电压的供电系统。 本设计采用双电源接口供电方式， USB 接口供电方便程序调试，也可采用外置电源作为系统的供电电源，但是需另加三端稳压器件 LM7805 作为系统电源的稳压器件以保证系统电压为稳定的 直流 5V 电压，同时外置电源的输出电压要高于 5V 输出，系统电源输入接口要加滤波电容以确保工作电压稳定。 电源 湖南电气职业技术学院毕业设计 16 输出接口加上 LED 电源指示灯，用来判定电源是否正常工作。 该系统电源电路设计如图 27所示。 图 27电源接口电路 C1， C2 实现对电源滤波，以滤除可能存在的高频杂波对电源的影响， C4实现对电源电压的平滑稳定作用 [10]，当 USB接口输出电压高时 C4 用来储能，当后续电路负载过高 USB供电不足时电解电容 C4通过释放储存的电能来保证电源电压不跌落。 LED0 用作电源指示，其亮灭代表电源工作与否， R0 用来限流，以保证 LED不被烧坏 [13]。 系统单片机主控电路设计 晶振全称为晶体振荡 器 ，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频 率 经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。 晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。 这种晶体有一个很重要的特性，如果给它通电，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应。 他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。 由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常 稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。 根据石英晶体 湖南电气职业技术学院毕业设计 17 的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。 他们的机电效应是机 电 机 电 ..的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场 磁场的不断转换。 在电路中的应用实际上是把它当作一个高 Q 值的电磁谐振回路。 由于石英晶体的损耗非常小，即 Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线 [10]。 复位电路采用按键复位加上电复位来实现， S1 为复位按键，复位按键按下后，复位端通过 1K的小电阻与电源接通 ,迅速放电 ,使 RST 引脚为高电平 ,复位按键弹起后 ,电源通过 10KΩ的电阻对 10μ F的电容 C1重新充电 ,RST 引脚端出现复位正脉冲。 AT89S52 内部有一个高增益反相放大器 ,用于构成振荡器 ,但要形成时钟脉冲 ,外部还需附加电路 ,本设计采用内部时钟方式 ,利用芯片内部的振荡器 ,然后在引脚 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体振荡器 ,就构成了稳定的自激振荡器 ,发出的脉冲直接送入内部时钟电路 ,C2和 C3的值通常选择为 30pF左右 ,晶振 Y1选择 12MHz.为了减小寄生电容 ,更好地保证振荡器稳定、可靠地工作， 振荡器电容应尽可能安装得与单片机引脚 XTAL1 和 XTAL2 靠近 7。