1、 I 摘 要 本文主要介绍了数字电子秤的硬件电路结构及其中的原理 ， 所设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。电子秤的测量范围为 0-10Kg，测量精度达到 1g，有高精度，低成本的特征。首先用传感器把重量转换成电压信号，再将电压信号放大输入 A/D 转换，利用 A/D 转换工具将模拟信号转化为数字信号，得到的数字信号传送至单片机，通过程序对信号进行处理，实现称重功能，然后将重量与键盘输入单价相乘计算出总价，并将重量和价格用 LED 显示出来。 关键词 电子秤；称重传感器；单片机 II ELECTRON IC SCALE DESIGN ABSTRACT This p
2、aper mainly introduces the structure of a digital electronic scales the hardware circuit and its principle. The functions of a digital electronic scale are weighing, keyboard input, price calculation, display, overweight alarm. Electronic Scale is of the 0-10 Kg measurement range, 1 g measurement ac
3、curacy ,a high-precision, low-cost, portable features. Firstly, it uses weighing sensors to convert the weight signal to voltage signal, then amplifys voltage signal, input it to A / D converter; secondly A / D converter converts analog signals to digital signals, the digital signal will be sent to
4、the microcontroller, through the process of Signal processing, the weight and price will be displayed on LED. KEY WORDS digital ； electronic scale; weighing sensor; MCU目 录 中文摘 要 . I 英文摘要 . II 前 言 . 1 1. 绪论 . 2 1.1 研究本文的意义 . 2 1.2 数字电子秤的工作原理 . 2 1.3 数字电子秤性能及技术要求 . 3 2. 硬件设计 . 3 2.1 传感器模块 . 3 2.2 A/D
5、转换模块 . 4 2.2.1 AD7705 的结构 . 4 2.2.3 AD7705 各引脚功能 . 5 2.3 单片机模块 . 6 2.4 键盘显示模块 . 7 2.4.1 键盘键的功能 . 7 2.4.2 键盘和显 示电路 . 8 2.5 过量程报警模块 . 9 3. 数字电子秤软件设计 . 10 3.1 系统软件设计 . 10 3.2 键盘软件设计 . 10 3.2.1 键盘扫描 . 11 3.2.2 数字显示 . 11 3.3 A/D 转换程序 . 12 3.4 数据处理程序 . 13 3.4.1 重量转化 . 13 3.4.2 价格计算 . 13 4. 结论 . 14 参考文献 .
6、15 附录一： . 16 附录二： . 19 致 谢 . 20 1 前 言 电子称重技术是现代称重计量和控制系统工程的重要基础之一，电子衡器经过 40年的不断改进和完善，从 60年代的机电结合型发展到现在的全电子型和数字化智能型。由于它具有称量准确、快速，读取方 便，环境适应性强，便于与电子计算机结合而实现称重计量与过程控制自动化等特点，在工商贸易、能源交通、轻工食品、医药卫生、航空航天等部门得到了广泛的应用。 本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究 ,讲述了用单片机控制 A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、 A/D采样进行研究。 设计特别适用于测量精度要求较高的场合 , 具
7、有较高的实用价值和推广价值。 本文中第一章讲述了电子秤的发展情况及其工作原理，第二章讲述了电子秤的硬件电路组成部分 ,第三章介绍了电子秤各部分功能实现的软件设计。 2 1. 绪论 1.1 研究本文 的意义 物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡器的需求也日益增多，过去沿用的机械杠杆秤己不能适应生产自动化和管理现代化的要求。自六十年代以来，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、准确、操作方便、消除人为误差、
8、功能多样化等方面已成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业 管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。同时对称重仪表的要求也越来越高，要求仪表有更高抗干扰能力、更高的精度。 基于电子秤的现状，本文拟研究一种用单片机控制的高精度数字电子秤设计方案。这种高精度数字电子秤计量准确、携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使
9、用需求。 1.2 数字电 子秤的工作原理 电子秤以单片机为主要部件， 当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入 A/D 转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入 89C52 单片机经过数据处理， 89C52 单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入 89C52 单片机，经过数据处理，送至显示电路显示 ,物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。 图 1-2 基本工作原理框图 称重传感器 前置放大器 模数转换器 单片机 接
10、口 键 盘 盘 显示器 3 1.3 数字电子秤性能及技术要求 （ 1） 电子秤必须具有清零、去皮重、净毛转换、最大称量设定、自动累计、过量程报警等功能； （ 2） 最大秤重 10Kg，精度为 2g； （ 3） 采用 4 位半共阴红色 LED 显示，价格、金额精确到小数点后 2 位数，质量精确到小数点后三位； 2. 硬件设计 2.1 传感器模块 要达到设计的性能要求，传感器的精度起着决定性作用 ,本设计选用应用于称重系统90以上的高精度电阻应变式传感器。电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的 金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。题目要求称重范围 10Kg ，重量误差不大于+0.005Kg
11、，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即 10KG。我们选择的是 L-PSIII 型传感器，量程 20Kg ，精度为0.01%，满量程时误差 0.002Kg ,可以满足本系统的精度要求。 本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路（见图 2-1），用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变 化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由下式表示 2 2 4 1 2 3 42 4 1 2 3 4R R R R R RU
12、o u t U inR R R R R R U inU out+_+_ 输入负极输入正极R 1 - R1 R 2 + R2R 4 + R4 R 3 - R3B R I D G ER1图 2-1 全桥测量电桥图 4 2.2 A/D转换模块 2.2.1 AD7705的结构 AD7705 是一个完整的 16 位 A/D 转换器，其内部由多路模拟开关（ MUX）、缓冲器、可编程增益放大器（ PGA）、 -调制器、数字滤波器、基准电压输入、时钟电路及串行接口组成。其中串行接口包括寄存器组，它由通讯寄存器、设置寄存器、时钟寄存器、数据输出寄存器、零点校正寄存器和满程校正寄存器等组成。该芯片包括 2 通道差
13、分输入。 图 2-2 AD7705 的内部结构图 2.2.2 器件功能 AD7705 可编程增益放大器 （ PGA）可通过指令设定，对不同幅度的输入信号实现 1、2、 4、 8、 16、 32、 64、 128 倍的放大，因此 AD7705 即可接受从传感器送来的低电平输入信号 ，然后产生串行的数字输出。利用 - 转换技术实现了 16 位无丢失代码性能。选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端。片内数字滤波器处理调制器的输出信号。通过片内控制寄存器可调节滤波器的截止点和输出更新速率，从而对数字波器的第一个陷波进行编程。 AD7705 串行接口可配置为三线 SPI 接口。增益值
14、、信号极性以及更新速率的选择可缓冲器 电荷平衡型A/D 转换器 数字滤波器 -调制器 PGA MUX 时钟发生器 Vcc REF IN(-) REF IN(+) AIN1(+) AIN1(-) AIN2(+) AIN2(-) MCLK IN MCLK OUT GND DRDY RESET SCLK CS DIN DOUT A=1-128 串行接口 寄存器组 5 用串行输入口由软件来 配置。该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。 CMOS 结构确保器件具有极低功耗，掉电模式减少等待时的功耗至 20W （典型值）。 其主要特点如下： (1) 可将输入信号范围从 0
15、 20mV 到 0 2.5V 和 20mV 2.5V 的信号进行处理； (2) 2 个全差分输入通道的 ADC（ 16 位无丢失代码、 0.003%非线性）； (3) 可编程增益前端 增益： 1 128； (4) 有对模拟输入缓冲的能力； (5) 2.7 3.3V 或 4.75 5.25V 工作电压； (6) 3V 电 压时，最大功耗为 1mW； (7) 等待电流的最大值为 8A ； 2.2.3 AD7705 各引脚功能 SCLK:串行接口时钟输入端。 MCLK IN：芯片工作时输入端。可以是晶振或外部时钟，其频率范围为 500KHz 到 5MHz。 MCLK OUT：时钟信号输出端。当用晶振
16、作为芯片的工作始终时，晶振必须接在 MCLK IN 和MCLK OUT: 之间。如果采用外部时钟，则 MCLK OUT 可用于输出反相时钟信号，以作为 其 他芯片的时钟源。该时钟输出可以通过编程来关闭。 CS :片选端，低电平有效。 RESET :片选复位端。当该端为低电平时， AD7705 芯片内的接口逻辑、自校准、数据滤波器等均为上电状态。 AIN1(+),AIN1(-)：分别为第 1 个差分模拟输入通道的正端与负端。 AIN2(+),AIN2(-)：分别为第 2 个差分模拟输入通道的正端与负端。 REF IN(+),REF IN(-)：分别为参考输入通道的正端与负端。 DIN： 串行数据
17、输入端。 向片内的输入移位寄存器写入的 串行数据由此输入。根据通讯寄存器中的寄存器选择位，输入移位寄存器中的数据被传送到设置寄存器、时钟寄存器或通讯寄存器 。 DOUT: 串行数据输出端。从片内的输出移位寄存器读出的串行数据由此端输出。根据通 讯寄存器中的寄存器选择位，移位寄存器可容纳来自通讯寄存器、时钟寄存器或数据寄存器的信息 转换结果输出端。 DRDY :A/D 转换结束 标志。 AD7705 输出移位寄存器读数时序如图 2-3 所示 AD7705 向输入移位寄存器写入数据时序写如图 2-4所示 6 AD7705 电路如图 如 2-5 所示 图 2-3 AD7705 输出移位寄存器读数时序 图 图 2-4 AD7705 向输入移位寄存器写入数据时序 图 图 2-5 AD7705 模块 2.3 单片机模块 该智能电子秤采用 ATM公司的 AT89C52作为 CPU，它是一种低功耗高性能的八位 CMOS微控制器，与 MCS-51微控制器件兼容 本设计的控制电路。 以单片机 89C52 为控制中心，负责接收数据和外接设备的信号，再处理数据，发出控制信号，以达到所需的要求。 （ 1） AT89C52 输入输出端口 定义如下：
