電子秤設計報告

1、精選文檔信息與電子工程學院單片機技術應用實訓報告 題目： STC89C52電子秤電路設計 班級： 12應用電子技術（3）班 姓名： 燈 學號： 1205220134 姓名： 平 學號： 1205220135 姓名： 秀 學號： 1205220133 指導老師： 森 時間： 2014年6月23日 精選文檔目錄一、設計內容1二、硬件設計11、工作原理12、硬件方案23、稱重傳感器2(1) 靈敏度2(2) 總誤差3(3) 漂移34、電子秤專用24位AD轉換芯片HX711及其電路45、單片機STC89C52及其電路6(1) STC89C52 單片機概述6(2) STC89C52 單片機特點6(3) S

2、TC89C52 單片機管腳及封裝76、系統(tǒng)顯示部分電路設計87、矩陣鍵盤電路98、超量程報警電路10三、制作過程101、設計電路圖102、繪制電路原理圖103、繪制電路PCB圖114、印制電路板135、焊接成型13四、軟件設計14五、運行與使用161、上電運行162、鍵盤操作說明163、常用使用步驟17六、總結17七、參考文獻18附錄：電路原理圖19附錄：電路PCB圖20附錄：電路實物圖21附錄：器件清單22附錄：儀器儀表清單23附錄：端口功能表24精選文檔摘 要 電子秤是將檢測與轉換技術、計算機技術、信息處理、數(shù)字技術等技術綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器。它與我們日常生活緊密結合息息相關。電子秤

3、主要以單片機作為中心控制單元，通過稱重傳感器進行模數(shù)轉換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強大軟件來組成。電子秤不但計量準確、快速方便，更重要的自動稱重、數(shù)字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。本系統(tǒng)的設計主要從硬件電路設計，軟件編程調試，實物焊接調試三部分進行詳細闡述。硬件電路主要是基于單片機STC89C52為核心的控制單元實現(xiàn)數(shù)據的處理，采用壓力傳感器對數(shù)據進行采集，電子秤專用24位AD轉換芯片HX711對傳感器采集到的模擬量進行AD轉換，轉換后的數(shù)據送到單片機進行處理顯示，數(shù)據顯示由LCD1602液晶實現(xiàn)，液晶顯示效果穩(wěn)定無閃爍。 關鍵詞 ：STC89C52單片機、電子秤、壓力傳感器、H

4、X711 一、設計內容1) 采用高精度電阻應變式壓力傳感器，測量量程0-5kg，測量精度可達1g。2) 采用電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉換器芯片hx711對傳感器信號進行調理轉換，HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術，是一款專為高精度電子秤而設計的24 位A/D 轉換器芯片。3) 采用STC89C52單片機作為主控芯片，實現(xiàn)稱重、計算價格等主控功能。4) 采用1602LCD液晶屏顯示稱重重量、單價、總價等信息。5) 采用4*4矩陣鍵盤進行人機交互，鍵盤容量大，操作便捷。6) 具有超量程報警功能，可以通過蜂鳴器報警。二、硬件設計1、工作原理 當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其

5、重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產生力一電效應，將物體的重量轉換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系（一般成正比關系）的電信號（電壓或電流等）。此信號由放大電路進行放大、經濾波后再由模數(shù)( A/D)器進行轉換，數(shù)字信號再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各功能開關，根據鍵盤輸入內容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結果送到內存貯器，需要顯示時，CPU發(fā)出指令，從內存貯器中讀出送到顯示器顯示。2、硬件方案單片機電子秤硬件方案如圖1所示圖1 單片機電子秤硬件方案 稱重傳感器感應被測重力，輸出微弱的毫伏級電壓信號。該電壓信號經過電子秤專

6、用模擬/數(shù)字（A/D）轉換器芯片hx711對傳感器信號進行調理轉換。HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術，是一款專為高精度電子秤而設計的24 位A/D 轉換器芯片，內置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定。HX711芯片通過2線串行方式與單片機通信。單片機讀取被測數(shù)據，進行計算轉換，再液晶屏上顯示出來。矩陣鍵盤主要用于計算金額。當被測物體重量得到后，用戶可以通過矩陣鍵盤輸入單價，電子秤計算總金額并在液晶屏顯示。電源系統(tǒng)給單片機、HX711電路及傳感器供電。3、稱重傳感器傳感器是測量機構最重要的部件。稱重傳感器本身具有單調性，其主要參數(shù)指標是靈敏度、總誤差和溫度漂移。(1) 靈敏度稱重傳感器的電靈敏

7、度為滿負荷輸出電壓與激勵電壓的比值，典型值是2mV/V。當使用2 mV/V靈敏度和5 V激勵電壓的傳感器時，其滿度輸出電壓為10 mV。通常，為了使用稱重傳感器線性度最好的一段稱重范圍，應當僅使用滿度范圍的三分之二。因此滿度輸出電壓應當大約為6mV。當電子秤應用于工業(yè)環(huán)境時，在6mV滿度范圍內測量微小的信號變化并非易事。(2) 總誤差總誤差是指輸出誤差和額定誤差的比值。典型電子秤的總誤差指標大約是0.02%，這一技術指標相當重要，它限制了使用理想信號調節(jié)電路所能達到的精確度，決定了ADC分辨率的選擇以及放大電路和濾波器的設計。(3) 漂移稱重傳感器也產生與時間相關的漂移。目前常用的稱重傳感器有

8、電容壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、電阻應變式壓力傳感器。選用時應按穩(wěn)定行、精度登記、壽命和安裝環(huán)境要求考慮，其主要特點如下：(1) 電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度較高，壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳輸。(2) 壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器尚待進一步研究。(3) 電阻應變式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴格。綜上所述，選用電阻應變式壓力傳感器作為電子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，電阻應變片（轉換

9、元件）受到拉伸或壓縮應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，從而使電橋失去平衡，產生相應的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應變式傳感器測量原理如圖2所示。圖2 電阻應變式傳感器測量原理當垂直正壓力P作用于梁上時，梁產生形變，電阻應變片R1、R3受壓彎拉伸，阻值增加；R2、R4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏P成正比，從而將非電量轉化成電量輸出。R1、R2、R3和R4組成惠更斯電橋，將2對電阻應變片的阻值變化轉變成輸出電壓，其工作原理如圖3所示。圖3 惠更斯電橋4、電子秤專用24位AD轉換芯片HX711及其電路HX711采用了海芯科技集

10、成電路專利技術，是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D 轉換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。該芯片與后端MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅動，無需對芯片內部的寄存器編程。輸入選擇開關可任意選取通道A 或通道B，與其內部的低噪聲可編程放大器相連。通道A 的可編程增益為128 或64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為±20mV或±40mV。通道B 則為固定的32 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯

11、片內提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內的A/D 轉換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。 HX711內部方框圖如圖4所示。其外部管腳如圖5所示。圖4 HX711內部方框圖圖5外部管腳圖 圖6為HX711芯片應用于計價秤的一個參考電路圖。該方案使用內部時鐘振蕩器(XI=0)，10Hz的輸出數(shù)據速率(RATE=0)。電源（2.75.5V）直接取用與MCU 芯片相同的供電電源。通道A與傳感器相連，通道B通過片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。圖6 本課題設計的HX711電路如圖7所示圖7 HX711電路5

12、、單片機STC89C52及其電路(1) STC89C52 單片機概述STC89C52系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍，內部集成MAX810專用復位電路。(2) STC89C52 單片機特點l 增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；l 工作電壓： 5.5V - 3.5V（5V單片機）；l 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的 080MHz；l 用戶應用程序空間 4K/8K/16k/32K/64K字節(jié)；l 片上集成128

13、0字節(jié) RAM；l 通用I/O口（32/36個），復位后為準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）；l ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器/仿真器。l 每個I/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過120mA；l 可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；l 有EEPROM功能；l 看門狗；l 內部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）；l 時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器；l 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘；l 常溫下內部R/

14、C 振蕩器頻率為：5.0V 單片機為： 11MHz 17MHz；l 共4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器；l 外部中斷I/O口4路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒；l 通用全雙工異步串行口(UART) ；l 工作溫度范圍：-40 +85(工業(yè)級) / 0 75(商業(yè)級) ；l 封裝：PDIP-40, PLCC-44；(3) STC89C52 單片機管腳及封裝STC89

15、C52單片機有多種封裝形式，本設計中選用40DIP封裝，其管腳定義如圖8所示。圖8 STC89C52 管腳圖 本課題設計的電子秤的單片機應用電路如圖9所示圖9 STC89C52單片機電路圖中P20和P21為單片機與HX711的AD轉換電路交換數(shù)據的通信線。P10為蜂鳴器報警信號線，RXD和TXD為串口通信線，也可以用于單片機程序的串行ISP下載。6、系統(tǒng)顯示部分電路設計 顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊，液晶板上排列著若干 5×7或 5×10點陣的字符顯示位,每個顯示位可顯示1個字符，從規(guī)格上分為每行 8、16、20、24、32、40位，有一行、兩行及四行三類。其與單

16、片機的連接電路如圖10所示 圖10 液晶顯示接口電路1腳和2腳為液晶1602地和電源引腳，3腳為背光調節(jié)引腳，通過10K電位器接地，背光可通過電位器來調節(jié)亮度；4腳、5腳、6腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機的P2.0、P2.1、P2.2端口，7-14腳為數(shù)據接口，與單片機的P0口相連實現(xiàn)數(shù)據的傳輸，15、16腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地。7、矩陣鍵盤電路矩陣鍵盤電路如圖11所示圖11 矩陣鍵盤電路圖中4*4矩陣鍵盤可以顯示0-9數(shù)字和4個功能鍵。鍵盤行掃描信號為P30P33，列掃描信號為P34P37。行信號為輸入信號，低電平有效；列信號為輸出信號。當沒有鍵按下時，即使行掃描輸入

17、低電平信號，列信號仍為高電平；當行掃描為低電平并且有鍵按下時，相應的列輸出低電平。該低電平信號可以定位至按下鍵的位置。8、超量程報警電路超量程報警電路如圖12所示圖12 超量程報警電路 當測量重量超過量程時P10給出低電平信號，驅動蜂鳴器鳴響。三、制作過程1、設計電路圖 先通過小組討論確立設計主題，然后根據主題選擇所需芯片等主要器件，通過查閱芯片資料設計外圍電路，本設計使用的主要器件有：STC89C52單片機，HX711A/D轉換芯片，1602LCD液晶屏，5KG高精度電阻應變式壓力傳感器。2、繪制電路原理圖本次課題設計本小組使用protel軟件來繪制電路原理圖，Protel是目前國內最流行的

18、通用EDA軟件，它是將電路原理圖設計、PCB板圖設計、電路仿真和PLD設計等多個實用工具軟件組合后構成的EDA工作平臺，是第一個將EDA軟件設計成基于Windows的普及型產品。它集成了軟件界面、仿真功能和PLD設計和信號完整性分析，在此基礎上Protel 99SE又增加了一些新的功能，用戶使用更加方便靈活。Protel的功能十分強大，在電子電路設計領域占有極其重要的地位。它以其強大功能和實用性，逐漸獲得廣大硬件設計人員的青睞，是目前眾多EDA設計軟件中用戶最多的產品之一。Protel軟件主要由電路原理圖設計模塊、印制電路板設計模塊（PCB設計模塊）、電路信號仿真模塊和PLD邏輯器件設計模塊等

19、組成，各模塊具有強大的功能，可以很好的實現(xiàn)電路設計與分析。繪制完成原理圖見“附錄電路原理圖”。3、繪制電路PCB圖 PCB設計遵循的規(guī)則 地線回路規(guī)則圖13 地線回路規(guī)則環(huán)路最小規(guī)則，即信號線與其回路構成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對這一規(guī)則，在地平面分割時，要考慮到地平面與重要信號走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來的問題；在雙層板設計中，在為電源留下足夠空間的情況下，應該將留下的部分用參考地填充，且增加一些必要的過孔，將雙面信號有效連接起來，對一些關鍵信號盡量采用地線隔離，對一些頻率較高的設計，需特別考慮其地平面信號回路問題，建

20、議采用多層板為宜。 竄擾控制竄擾（CrossTalk）是指PCB上不同網絡之間因較長的平行布線引起的相互干擾，主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的作用?？朔Z擾的主要措施是：A.加大平行布線的間距，遵循3W規(guī)則。B.在平行線間插入接地的隔離線。C.減少布線層與地平面的距離。 屏蔽保護圖14 屏蔽保護對應地線回路規(guī)則，實際上也是為了盡量減小信號的回路面積，多用于一些比較重要的信號，如時鐘信號，同步信號；對一些特別重要，頻率特別高的信號，應該考慮采用銅軸電纜屏蔽結構設計，即將所布的線上下左右用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實際地平面有效結合。 走線方向控制規(guī)則相鄰層的走線方向成正

21、交結構，避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾；當由于板結構限制（如某些背板）難以避免出現(xiàn)該情況，特別是信號速率較高時，應考慮用地平面隔離各布線層，用地信號線隔離各信號線。 電源與地線層的完整性規(guī)則對于導通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進而導致信號線在地層 的回路面積增大。本設計的電路PCB如下圖15所示圖15 電路PCB圖4、印制電路板首先將我們用protel繪制好的電路PCB圖通過熱轉印紙激光打印機打印到油紙上，然后根據電路圖的大小裁剪出大小合適的覆銅板，用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以

22、保證在轉印電路板時，熱轉印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上將印有電路PCB圖的油紙緊貼在覆銅板上。把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對齊好后把覆銅板放入熱轉印機，經過2-3次轉印后電路板熱轉印機將油紙上的PCB圖翻印的覆銅板上，翻印完成后通過電路板蝕刻機將未被電路覆蓋的多余的銅腐蝕掉。蝕刻完成后根據焊盤大小選擇不同的鉆針用電路板打孔機對線路板鉆孔。鉆孔完后，用細砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。5、焊接成型電路板制作完成后，根據先小后大的原則通過電烙鐵將各個元器件準確無誤的焊接到電路板上，焊接速度要適中，使各個焊點光滑飽滿，焊接完成后將過長的引腳剪掉。焊接過程如下圖16所示圖

23、 16 焊接電路四、軟件設計1、軟件流程圖主程序軟件流程如圖17所示 圖17 主程序流程圖 數(shù)據、端口、顯示的初始化程序如圖所示圖18 初始化程序 重量顯示程序如圖所示圖19 重量顯示程序總計計算程序如圖所示圖20 總價計算程序為重量讀取程序如圖所示圖21為重量讀取程序五、運行與使用1、上電運行下載完成后程序自動運行，或重上電后程序正常運行。如圖19圖19 上電運行圖2、鍵盤操作說明4*4矩陣鍵盤定義如下表表一：4*4矩陣鍵盤 123未定義4560789未定義去皮清零刪除總價 其中：l 鍵09為數(shù)字鍵，用于單價設定。l 鍵10為去皮鍵，用于去除裝物品容器的重量。l 鍵11為清零鍵，每次測量之前

24、，請先按清鍵，以使重量和價格回零。l 鍵12為刪除鍵，逐位刪除敲錯的單價。l 鍵13為總價確定鍵，按下該鍵則設定的單價有效，開始計算總價。3、常用使用步驟l 打開電源，屏幕顯示電子秤初始化成功，此時重量和單價為0，金額為空。l 通過數(shù)字鍵和小數(shù)點鍵鍵入單價。l 在支架上放上待稱重物體，液晶屏顯示重量（單位為kg），單價（單位為元）和總金額（單位為元）。l 稱重量程為05kg，單價設定范圍為0.199.9元，總金額顯示范圍為099.9元。超過量程就報警。六、總結 本設計采用STC89C52單片機計的電子計重秤, 無論是計量精度, 還是穩(wěn)定性都滿足國家對A級電子秤的要求, 它具有較好的標定校準方法

25、, 性能穩(wěn)定, 操作簡單, 價格低廉。該電子秤集傳感器技術、微計算機技術、數(shù)字顯示技術于一體、其反應靈敏、準確度高、顯示直觀，便于使用。通過硬件的少量擴展和軟件的修改, 能設計出性能優(yōu)越的計價秤、電子臺秤等, 滿足各行各業(yè)對現(xiàn)代電子衡器的需求。另外稍加擴展，該電子秤還可與其它生產質量管理系統(tǒng)項連接，具有推廣應用價值。下面就電子秤軟件組成部分展望一下它的發(fā)展：在整個設計過程中，我們對所學的知識有了一個系統(tǒng)的認識和理解，尤其是對本課題所用到的單片機及其相關知識有了進一步的掌握，對利用單片機進行控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)又及對系統(tǒng)的分析和問題的解決有了切身的認識和體會，正所謂學以致用，在此實踐過程中增長了

26、知識、豐富了經驗，提高了解決問題的能力。系統(tǒng)的分析與設計過程是對學習的總結過程，更是進一步學習和探索的過程?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調試的過程來進行。系統(tǒng)的分析和設計是項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程，在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到新問題就不斷探索和努力即可使問題得到解決。理論和實際必須緊密結合，在設計中要針對不同的系統(tǒng)根據理論給與不同的方案，綜合考慮各方面的因素和需要，選擇出最佳的方案與結論。本設計軟件和硬件相結合，有相當大的難度，同時也有很大的實用性。在做課程設計的過程中，我們的理論和實踐水平都有了較大的提

27、高。我們熟練掌握了單片機硬件設計，同時對稱重傳感器的原理及應用有了一定的了解，掌握了各種控制電路及其相關元器件的使用。七、參考文獻 1 林立、張俊亮 單片機原理及應用 北京電子工業(yè)出版社 .20122 中國機械工業(yè)教育協(xié)會 組編.單片機原理與應用 機械工業(yè)出版社 .2001 3 黃繼昌 傳感器工作原理及應用實例A 人民郵電出版社 .1998 4 郭永貞 數(shù)字電子技術M 西安電子科技大學出版社 .2000 5 楊金巖 8051單片機數(shù)據傳輸接口擴展技術與應用實例M 人民郵電出版社 .20056 張齊、杜群貴 單片機應用系統(tǒng)設計技術M 電子工業(yè)出版社 .20077 李廣弟 單片機基礎M 北京航空航

28、天大學出版社 .2001 8 于京51系列單片機C程序設計與應用方案M 中國電力出版社 .2002.9 張齊、杜群貴 單片機應用系統(tǒng)設計技術M 電子工業(yè)出版社 .2004 10 張洪潤 電子線路與電子技術M 清華大學出版社 .2005 11 童詩白華成英.模擬電子技術基礎M 高等教育出版社 .2006 12 胡海學單片機原理及應用系統(tǒng)設計M 電子工業(yè)出版社 .2005. 13 及力Protel99SE原理圖與PCB設計教程M 電子工業(yè)出版社 .2004. 14 戴佳51單片機C語言設計實例精講M 電子工業(yè)出版社 .2006 附錄：電路原理圖附錄：電路PCB圖附錄：電路實物圖附錄：器件清單序號名稱參數(shù)封裝位置數(shù)量單位單價總價：元備注1STC89