电子秤设计报告.doc

信息与电子工程学院《单片机技术应用实训》报告 题目： STC89C52电子秤电路设计 班级： 12应用电子技术（3）班 姓名： 灯 学号： 1205220134 姓名： 平 学号： 1205220135 姓名： 秀 学号： 1205220133 指导老师： 森 　　　　　 时间： 2014年6月23日 　目录一、设计内容 1二、硬件设计 11、工作原理 12、硬件方案 23、称重传感器 2(1) 灵敏度 2(2) 总误差 3(3) 漂移 34、电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路 45、单片机STC89C52及其电路 6(1) STC89C52 单片机概述 6(2) STC89C52 单片机特点 6(3) STC89C52 单片机管脚及封装 76、系统显示部分电路设计 87、矩阵键盘电路 98、超量程报警电路 10三、制作过程 101、设计电路图 102、绘制电路原理图 103、绘制电路PCB图 114、印制电路板 135、焊接成型 13四、软件设计 14五、运行与使用 161、上电运行 162、键盘操作说明 163、常用使用步骤 17六、总结 17七、参考文献 18附录Ⅰ：电路原理图 19附录Ⅱ：电路PCB图 20附录Ⅲ：电路实物图 21附录Ⅳ：器件清单 22附录Ⅴ：仪器仪表清单 23附录Ⅵ：端口功能表 24[摘 要] 电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。

它与我们日常生活紧密结合息息相关电子秤主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成电子秤不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎本系统的设计主要从硬件电路设计，软件编程调试，实物焊接调试三部分进行详细阐述硬件电路主要是基于单片机STC89C52为核心的控制单元实现数据的处理，采用压力传感器对数据进行采集，电子秤专用24位AD转换芯片HX711对传感器采集到的模拟量进行AD转换，转换后的数据送到单片机进行处理显示，数据显示由LCD1602液晶实现，液晶显示效果稳定无闪烁 关键词 ：STC89C52单片机、电子秤、压力传感器、HX711 一、设计内容1) 采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-5kg，测量精度可达1g2) 采用电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换，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3) 采用STC89C52单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功能4) 采用1602LCD液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。

5) 采用4*4矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷6) 具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器报警二、硬件设计1、工作原理 当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模／数( A/D)器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示2、硬件方案单片机电子秤硬件方案如图1所示图1 单片机电子秤硬件方案 称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换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，内置增益控制，精度高，性能稳定HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。

矩阵键盘主要用于计算金额当被测物体重量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤计算总金额并在液晶屏显示电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电3、称重传感器传感器是测量机构最重要的部件称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移1) 灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二因此满度输出电压应当大约为6mV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容压力传感器、压电式压力传感器、电阻应变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、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 惠更斯电桥4、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外部管脚图 图6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（2.7～5.5V）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 本课题设计的HX711电路如图7所示图7 HX711电路5、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,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；l 工作电压： 5.5V - 3.5V（5V单片机）；l 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz；l 用户应用程序空间 4K//8K/16k/32K/64K字节；l 片上集成1280字节 RAM；l 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）；l ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器l 每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；l 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；l 有EEPROM功能；l 看门狗；l 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）；l 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；l 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；l 常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为： 11MHz ～ 17MHz；l 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位定时器；l 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；l 通用全双工异步串行口(UART) ；l 工作温度范围：-40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级) ；l 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P20和P21为单片机与HX711的AD转换电路交换数据的通信线P10为蜂鸣器报警信号线，RXD和TX。