基于at89s52单片机的电子秤系统设计

基于at89s52单片机的电子秤系统设计内容摘要：

成 T、 II、 III、Ⅳ四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数 n的范围，如表 11所示： 表 11 不同准确度的电子秤和分度数 标志及等级 电子秤分类 分度数范围 特种准确度 基准衡器 n 100000 高准确度 精密衡器 10000 n≤ 100000 中准确度 商业衡器 1000 n≤ 10000 普通准确度 粗衡器 100n≤ 1000 宁波工程学院本科毕业设计论文 7 第 2 章 系统硬件设计 流 系统元器件选型及参数介绍 系统单片机选型 单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本课题选择 AT89S52 作为主控芯片。 AT89S52是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52 芯片具有以下特性 4： ①指令集和芯片引脚与 Intel 公司的 8051 兼容； ② 4KB片内在系统可编程 Flash 程序存储器； ③时钟频率为 0～ 33MHz； ④ 128字节片内随机读写存储器（ RAM）； ⑤ 32个可编程输入 /输出引脚； ⑥ 2个 16位定时 /计数器； ⑦ 6个中断源， 2 级优先级； ⑧全双工串行通信接口； ⑨监视定时器； ⑩ 2个数据指针。 AT89S52 单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源引脚， 2 个外接晶振的引脚， 4个控制或与其它电源复用的引脚，以及 32条输入输出 I/O 引脚 5。 AT89S52 单片机引脚图如图 21 所示： 宁波工程学院本科毕业设计论文 8 图 21 单片机引脚图 系统传感器选型 系统采用 压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式 传感器。 其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。 压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。 目前多用于加速度和动态力或压力的测量。 压电器件的弱点：高内阻、小功率。 功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。 电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片 即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。 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： 宁波工程学院本科毕业设计论文 9 )( 43 421 1 RR RRR RE ))(( 4321 4231 RRRR RRRRE  3421 RRRR  图 22 传感器内部连接图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。 当忽略电源的内阻时，由分压原理有： ADABBDo uuuu  = （ ） 当满足条件 R1R3=R2R4 时，即 （ ） ou =0，即电桥平衡。 式（ ）称平衡条件。 应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。 若差动工作，即 R1=R△R,R2=R+△R,R3=R △R ， R4=R+△R, 按式（ ），则电桥 宁波工程学院本科毕业设计论文 10    )()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo  ERR输出为 Ek () 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 11 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 宁波工程学院本科毕业设计论文 12 系统显示器选择 方案一 数码管显示 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“ 8”可分为 1 位、 2 位、 4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式 分为共阳极数码管和共阴极数码管。 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。 共阳数码管在应用时应将公共极 COM接到 +5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。 共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 数码管显示信息有限，当显示信息较 多时需要多个数码管级联方可，这样会造成硬件连接复杂，成本增加；数码管对大部分字符不能很好的显示，动态扫描时处理不好易出现闪烁现象。 方案二 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 21所示。 宁波工程学院本科毕业设计论文 13 表 21 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 实物和管脚图分别如图 2图 26所示。 宁波工程学院本科毕业设计论文 14 图 25 DS1302 实物图 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。