基于单片机的电子秤的设计

《传感器与检测技术》

课题设计

题目： 基于单片机的电子秤的设计

系 别： 电子信息工程系 专 业： 电子信息工程专业 班 别： 09 电本1班 学 号： 200900604162 姓 名： 何梓云 指导教师： 唐智权

2011年 12 月 20 日

摘 要

本系统采用单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和 A/D 转换部分组成。人机界面部分为键盘输入 ， 128 64 点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。

软件部分应用单片机 C 语言实现了本设计的全部控制功能，包括基本的称重功能，和发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和重新设定 10 种商品的单价，具有超重报警功能，由于系统资源丰富，还可以方便扩展其应用。由于单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。

引言

随着社会进步与人们生活水平的日益改善，人们的消费能力亦不断提高，对于智能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成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。物品称量作为人们的消费活动之一，对电子称量系统的自动化程度、智能化程度有了更高的要求，因此设计一种能够满足人们需求的多功能电子秤显得尤为必要。为了满足需求，研制了基于AT89S52单片机的多功能电子秤，该电子秤可以预存10种以上商品的单价，称重后能同时显示重量、单价和总额，可以设置日期，具有超重报警功能，购物清单可以打印输出，收银员可以查看购物清单明细表，顾客可以查看商品基本信息。

关键词

压力传感器 单片机 A/D转换器 LED显示器

第一部分： 方案论证与比较

一、控制器部分

本系统基于 51系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件：CPLD、FPGA来实现。另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了AT89S52通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有8KB的程序存储器，在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。 二、数据采集部分 （ 1 ）、传感器

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题目没有要求具体的称重范围，我们选择最大量值为20千克。我们选择的是 L-PSIII 型传感器，量程 20Kg ，精度为 ，满量程时误差 0.002Kg 。可以满足系统的

精度要求。其原理如下图所示。

称重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，输出信号电压可由下式给出：

（ 2 ）、前级放大器部分

压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。 具体方案：高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。

差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如 OP07) 做成一个差动放大器。

电阻 R1 、 R2 电容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于滤除前级的噪声， C1 、 C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰， C3 、 C4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。

优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器 R6 可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。

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缺点：此电路要求 R3 、 R4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。 （ 3 ）、 A/D 转换器

由上面对传感器量程和精度的分析可知： A/D 转换器误差应在 以下 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g

考虑到其他部分所带来的干扰 ,12 位 A/D 无法满足系统精度要求。 所以我们需要选择 14位或者精度更高的A/D。 具体方案双积分型 A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109 。 双积分型 A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于 ），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。

双积分型 A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。

作为电子秤，系统对 AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135

具体方案、双积分型 A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109。

双积分型 A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于 ），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。 双积分型 A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好

的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。

作为电子秤，系统对 AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135 三、人机交互界面

显示输出：

虽然 ZLG7289 具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式 128 × 64 型 LCD — OCM4X8C 。

第二部分：具体实现方案

一、硬件组成：

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（一）、硬件结构框图如下：

（ 二）、各部分硬件电路实现 (1)、基于AT89S52的主控电路图

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主控电路以 89C52为核心扩展32K RAM；单片机使用6M晶振，P0口外接上拉电阻，

增大了带负载能力；A12～A15接74LS138译码器，输出作外部片选信号。 扩展了几个接口用于其它部分于单片机的通信 （ 2）前端信号处理

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INA126构成的放大器及滤波电路：

通过调节 的阻值来改变放大倍数。微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从INA126的第6脚输出。A/D转换器ICL7135的输入电压变化范围是-2V～+2V，传感器的输出电压信号在0～20mv左右，因此放大器的放大倍数在200～300左右，可将 接成

的滑动变阻器。

由于 ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。 （ 3）A/D转换器

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基准源选用芯片 MC1403 2.5V分压得到：

由于 ICL7135内部没有振荡器，所以需要外接。但A/D转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间T1和反向积分时间T2按相同比例增加并不影响测量的结果。ICL7135的时钟频率典型值为200kHz最高允许为1200kHz，时钟频率越高，转换速度越快。每输出一位BCD码的时间为200个时钟周期，选通脉冲位于数据脉冲的中部，如果时钟频率太高，则数据的接受程序还没有接受完毕，数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高，且单片机的工作频率也不是很高，因此我们取时钟频率的

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典型值：200kHz。由于频率比较低，对时钟漂移要求不高，我们采用阻容方式实现了基本的振荡电路。如下：

振荡频率约为 160kHz。

此外 ICL7135外部还需要外接积分电阻、积分电容，但A/D转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关，故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到A/D转换器的精度，所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容

ICL7135还需要外接基准电源，这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时，应采用外接基准源。一般接其典型值1V。 (4) 、人机交互界面

LCD 显示接口电路 .

LCD 复位信号通过反相器接到单片机的 RESET 上，上电或手动复位时将随单片机同时复位。由于复位后并行口输出高电平， LCD 处于选中状态，此时 LCD 将输出内部状态字，将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器。 二、软件组成：

（一）、流程图 主程序流程如图所示： 中断服务程序流程图如下：

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（ 2）、软件说明

由于涉及到大量数据的运算，程序不宜采用汇编语言， C语言大大缩短了开发时间，且程序可读性非常好。

程序中对 AD采入的数据进行了数字滤波，进一步减小AD读入数据的误差。 7289键盘控制采用中断方式，加快了程序的执行效率。

设计体会

传感器课程设计结束了，在设计之初并没象想象的那么简单，因为平时总是学的理论，而这次是亲手的动手操作，虽然说很累，但感觉收获却特别大。感谢唐老师的精心指导，我所学的知识得到了很好的应用，非常感谢老师。

我学会了很多芯片的原理，虽然我们只用上几个芯片，可我是从很多很多芯片中筛选出来了，因此对很多芯片都有了初步的了解。像89C51等芯片在平常学习时并不清楚它的具体功能，也没想到他们会与我们的生活联系那么密切，通过我这几天的课程设计，我查资料，仔细研究它们的逻辑功能，用途，要求等，终于基本完成了我的秒表设计。这激发了我学习专业知识的兴趣。但同时，由于掌握的知识有限，在设计过程中我遇到一些问题我们暂时还没有能力去解决。我的数字秒便与理想中比较实际的数字秒表还有很大的差距。。因此，我会在以后的学习中，尽可能地扩大自己的知识面，不能仅仅只局限课本，要更加刻苦地努力地去学习专业知识，充分利用图书馆和网络资源，多查多学多练，打好扎实功底，为以后的更好的发展奠定一个坚实的基

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