基于单片机的新型便携式电子秤的设计毕设论文

基于单片机的新型便携式电子秤的设计毕设论文内容摘要：

11121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40STC89C52RC 图 2单片机最小系统 6 LCD12864 液晶自带中文字库。 128*64 的分辨率， 16*16 点汉子 8192 个，以及16*8点 ASCII字符集 128个。 LCD12864的操作方法及操作指令简便，接口方式相对简单，能够形成人机交互、全中文图形界面。 既可以显示各类图形，也可以显示汉子，汉子结构是 8*4行 16*16点阵。 LCD12864显示程序和客观硬件相比同类型点阵液晶显示模块来说，比较简洁，方便。 LCD12864价格也比较便宜。 LCD12864引脚功能（如表 1） 表 1 12864引脚功能图 引脚号 引脚名称 引脚方向 引脚功能说明 1 VSS 模块电源地 2 VDD 模块电源正端 3 V0 LCD驱动电压输入端 4 RS(CS) H/L 并行指令 /数据选择信号；串行片选信号 5 R/W(SID) H/L 并行读写选择信号；串行口数据口 6 E(CLK) H/L 并行使能信号；串行口同步时钟 7 DB0 H/L 数据 0 8 DB1 H/L 数据 1 9 DB2 H/L 数据 2 10 DB3 H/L 数据 3 11 DB4 H/L 数据 4 12 DB5 H/L 数据 5 13 DB6 H/L 数据 6 14 DB7 H/L 数据 7 15 PSB H/L 并 /串行接口选择： H并行； L串行 16 NC 空脚 17 /RET H/L 复位 低电平有效 18 NC 空脚 19 LED_A 背光源正极 20 LED_D 背光源负极 LCD12864 一共有 20 个引脚，实际只用了 18 个。 1 引脚和 20 引脚直接接地。 2引脚是 LCD电源输入端， 19引脚 LCD背光正输入端，两个管脚都是接电源正极。 4引脚和 5 引脚是 LCD 指令或数据的读或写的控制脚，在系统中接到单片机引脚单独控制。 6引脚作为使能信号，控制 LCD执行指令或读写数据。 7~14引脚是 LCD的数据口。 15引脚是 LCD数据的串行 /并行工作方式的选择。 17引脚控制 LCD复位，系统中也是接单片机。 显示电路与单片机连接图如图 3所示。 7 图 a 单片机接口图 图 b 12864接口图 图 3 显示电路与单片机连接图 键盘是采用 4*4矩阵键盘， 矩阵键盘又称为行列式键盘， 它是用 4条 I/O 线作为行线， 4条 I/O 线作为列线组成的键盘。 采用行列扫描的方式来读取数据。 在列线和行线相互之间的每一个交叉点上面定义一个按键。 这样键盘中按键的个数是 44个。 按照这样的排列组合，键盘中定义出来的按键个数即为 16个。 这种排列方式的键盘构造会很明显地提升单片机系统中 I/O 口的利用率。 首先单片机发送行扫描代码，然后进行列扫描，当发现某一列出现了低电平时，即返回相应的键盘值。 若没有发现则说明当前行没有键按下，行扫描右移一位，继续执行列扫描。 根据相应的键值，即可确定被按下的键。 在键盘中，16个按键分别是数字 0到 9， *表示小数点 .表示返回， A表示累计计价， B为退格键，C 为总价清零， D为计算应付总价格，键盘与单片机的连接图如图 4所示。 图 a 键盘与单片机连接图 12345累计6退格7.89清零0返回总价 图 b 键盘样式 图 4键盘接口连接图 8 电子秤的关键部件是称重传感器，称重传感器决定了电子秤称重的准确性与稳定性。 电子秤采用电阻应变式传感器是通过电阻应变片效应，将力学参量变换成电信号。 电阻应变片式称重传感器将 4个电阻应变片粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成惠斯登电桥。 当称重传感器不承受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，应变片的电阻不变，电桥平衡，输出电压为零；反之，当被测载荷加载在电子秤秤体上时，称重传感器承受载荷，应变片 电阻改变，电桥失去平衡，传感器输出与被测载荷重量成比例的电压信号。 称重传感器的工作原理如图 5所示。 图 5 传感器电桥电路 图 5中，设 4个应变片的电阻分别为 1R 、 2R 、 3R 、 4R ，电桥电源电压为 Us ，则惠斯登电桥输出电压 0U 为： 420 3 4 1 2= ) U sRRU R R R R（ (22) 当称重传感器空载时， 4个应变片的零点阻值 (即空载时的电阻 )相等，即 1R = 2R = 3R = 4R (23) 当传感器承受载荷时，横向粘贴的应变片 1R 、 4R 被拉伸，阻值增大；纵向粘贴的应变片 2R 、 3R 被压缩，阻值减少，即 1423R R RR R R          (24) 式中，  为弹性元件的泊松比； △ R为应变片的电阻变化值。 将式 (24)代人式 (22)有 9  4 4 2 204 4 3 3 1 1 2 2++= ) U+ + + +1 + 1 = U2 1 2 1 1+ = U2 1 sssR R R RUR R R R R R R RRRRRRRRRRRRR      （（ ） （ ）（ ） (25) 由于 1RR  ，因此忽略式 (25)中分母含  的项，并考虑到式 (24)，则有  031 2 41 2 3 41+U21+ U8ssRRURR R RR R R R      （ 26） 式 (26)表明，称重传感器的输出与应变片电阻变化量的代数和成正比。 称重传感器的灵敏度与最大量程是称重传感器两个最重要的参数，必须根据电子秤的设计要求综合考虑，以选择合适的参数。 在本设计中，选用灵敏度为 2mV／ V、最大量程为 20kg的称重传感器传感器。 本文设计的电子秤内分度为 1g，最大秤量为 10kg，分度数为 1000，因此 A／ D转换电路的分辨率至少为 l／ 10000。 考虑到噪声的影响，实际应用中应设定裕量，一般为最小分辨率的 10倍，因此 A／ D转换电路的分辨率设计为 1／ 100000。 本设计的电子秤采用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 HX711来完成称重信号的 A／ D转换。 信号调理电路电压放大倍数的确定 10 +5V 10U AGND U2AOP7AGNDAIN+132567AINOPA272UC210KR21010R1R3C12UC3410KR5R4 10U2B8 图 6 调理电路原理图 图 6中， U 3R 、 4R 、 5R 、 1C 、 2C 等组成的调理电路电压放大倍数为： 3541RRA R （ 27） 设 S为称重传感器的灵敏度， maxF 为其最大量程， sU 为称重传感器的电源电压，minM 为称重传感器能够分辨的最小载荷量，则称重传感器在最小载荷量 minM 作用下的输出 minU 为 ： min minmaxsSUUMF （ 28） 当 2 /vS mv ， max 10F kg ， 5sUv ， min 1Mg 时， min 。 采用 24位的高精度 A／ D转换器，其能够分辨的最小输入电压 mininu 为； min 2421REFin Vu   （ 29） 式中， REFV 为参考电压，当 REFV =5V时， min 。 由以上分析可以看出，如果信号不放大， A／ D转换器将不能识别 mininu。 因此必须对称重传感器的输出电压放大，其最小放大倍数 minA 为： m i nm i n m i n 1 4 .9inuA U （ 210） 当称重传感器承载满负荷时 (即 maxMF ，此时 A/D满幅值输出 FFFFFFH)，传感器输出电压 maxU 为： 11 m a x m a x 10sSUU M m vF （ 211） 因 A/D 转换器的最大输入电压可达 max 5in REFu V v，则调理电路的最大放大倍数 maxA 为 : m a xm a x m a x 500inuA U （ 212） 因此，调理电路总的电压放大倍数 A。 应满足 500A。 综合各方面的因素，取调理电路总的电压放大倍数 A为 200。 将 A代入式 (27)，考虑到电阻的标称值，令4 100R ， 35RR ，则有 3510R R k  。 低通滤波器参数的确定 参见图 7， U 3R 、 4R 、 5R 、 1C 、 2C 等组成有源低通滤波器，用于滤除工频信号干扰。 由于称重信号为直流信号，考虑到滤波效果，取低通滤波器的截止频率均为10cfz，令 12CC ，则有 12 31 ( )2 cC C FRf    (213) 取标称值 122C C F。 调理电路的幅频响应仿真曲线如图 7所示。 从图可以看出，当调理电路的增益 Gain 下降 3dB 时，即 3315Gain dB ． 时，滤波器的截止频率 Hz ；当频率 50f Hz 时，调理电路增益 21 78Gain dB ． ，符合设计要求。 图 7 调理电路的幅频响应曲线 HX711 是一款专门为了一种精度极高的称重传感器而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。 12 HX711管脚说明如图 8所示。 图 8 HX711管脚图 HX711引脚功能如表 2所示。 表 2 HX711引脚功能 引脚号 引脚 名称 引脚性能 引脚功能说明 1 VSUP 电源 稳压电路的供电电源 2 BASE 模拟输出 稳压电路的控制输出 3 AVDD 电源。