基于單片機設(shè)計的多功能電子秤

殷金元

摘 要：文章介紹了多功能電子秤的硬件設(shè)計和軟件編程、應(yīng)變片式稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和鍵盤接口電路。軟件方面詳細給出了主程序及程序，鍵掃描、動態(tài)顯示程序以及AD7705與微機的硬件接口及軟件設(shè)計等。模塊的合理設(shè)計確保了電子秤的精確計量。

關(guān)鍵詞：電子秤；稱重傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；單片機

1 電子秤

稱量設(shè)備的工作原理，常見的有3種：（1）杠桿原理的機械稱，也是使用最多的機械秤；（2）隔斷射線，減少射線計數(shù)器對射線反應(yīng)的原理而組成核子稱；（3）利用壓力傳感器中壓力應(yīng)變片微電流變化的電子秤，它是在機械秤的基礎(chǔ)上改裝而成，一般為分體式，也可是一體化模塊。本次設(shè)計的就是這種電子秤。

電子秤稱一般是將被稱重物將重力傳遞給稱重傳感器，再經(jīng)過一系列過程后由數(shù)碼管或液晶顯示將重量顯示出來。電子秤可以進行清零、置零、計重、毛重、累計凈重、數(shù)字輸出等操作，可直接進行打印。數(shù)據(jù)輸出采用RS-232C串行通信，可直接與微機連接。

2 電子秤的整體方案設(shè)計

被稱重物將重力傳遞給稱重傳感器。稱重傳感器通常采用應(yīng)變片式、壓阻式、電容式和機械式，電阻應(yīng)變式傳感器是用于力、壓力和重量測量等最廣泛的傳感器。本方案采用應(yīng)變式電阻傳感器，將作用在其上的重力改變成為模擬信號輸出，同時通過放大器將信號放大。經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的電壓值變換成相應(yīng)的數(shù)字信號，由單片機（中央處理器）進行算法處理，而周邊所需要的功能及各種接口電路也和單片機CPU連接應(yīng)用，最終重量能夠顯示在電子秤的顯示器上，使用者通過鍵盤來操作電子秤。設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，電子秤的工作原理如圖1所示。

3 電子秤的硬件設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要由稱重傳感器模塊、電壓放大模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機、LED顯示電路模塊、非編碼鍵盤等幾個模塊組成。

3.1 稱重傳感器電路

考慮傳感器的適用范圍主要從精度、密封狀態(tài)、量程、技術(shù)參數(shù)等幾方面選擇，在此方案中，我們主要選擇它的量程和技術(shù)參數(shù)。

首先，選擇傳感器的量程：傳感器的量程選擇決定于下列因素：（1）被稱量物料最大的重量；（2）秤臺或裝置的自重；（3）傳感器設(shè)置的數(shù)量；（4）正常操作下，最大可能產(chǎn)生的偏載。

其次，根據(jù)各種類型傳感器的適用范圍來選擇合適的傳感器。常規(guī)稱重傳感器有以下幾種：雙連孔式傳感器、柱式傳感器、橋式傳感器、柱環(huán)式傳感器、剪切梁式傳感器和單S梁式傳感器。它們有著各自的稱量范圍與性能。本次方案采用應(yīng)變式電阻稱重傳感器。該產(chǎn)品精度高、性能好。

3.2 放大電路

傳感器測量電路因受重力作用引起的輸出電壓U很小，必須放大輸出電壓，滿足A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器對數(shù)字輸入信號的要求，在此情況下，就要求選擇一種能夠放大數(shù)字信號電平的電路。3個普通的邏輯運算放大器和幾個電阻，就能夠組成性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)換放大電路。這就是典型的差動放大器。例如同相端和反相端的輸入電阻均為1 kπ，而同相端的分壓電阻和反饋電阻均為100 kπ，這樣，其電壓放大倍數(shù)100 k/1 k=100倍。使用者可根據(jù)量程大小調(diào)整這兩個電阻的大小，即可得到滿意的電壓放大取值。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的專用芯片。它把模擬信號變換成數(shù)字信號，同時進行邏輯處理、數(shù)字傳輸及信號輸出。目前A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用在儀器儀表、圖像成型以及通信行業(yè)中。對于此次設(shè)計而言，要求以較低的價格實現(xiàn)更高的性能，所以采用AD7705。壓力測量電路如圖2所示。

3.4 顯示電路

單片機的應(yīng)用最典型的是通過輸入/輸出口與LED數(shù)碼管構(gòu)成數(shù)碼顯示電路（見圖3），7段LED數(shù)碼管，是在專用的絕緣材料上，采用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電源極性，使相應(yīng)的正極或者負極發(fā)亮來顯示出0—9的數(shù)字。7段LED數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩種，發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。

3.5 鍵盤接口電路

采用非編碼鍵盤，各個按鍵獨立安排一根輸入/輸出線，每根輸入/輸出線上按鍵的顯示狀態(tài)不影響其他輸入/輸出線上的顯示狀態(tài)。同時采用查詢方式電路，按鍵為低電平有效。

4 電子秤的模塊設(shè)計

4.1 電子秤的程序

模塊由主程序和若干個相應(yīng)的子程序構(gòu)成，包括鍵盤掃描子程序、鍵值處理子程序、LED顯示子程序等，另外還有幾個必須的子程序：A/D轉(zhuǎn)換子程序、濾波子程序、非線形輸出子程序、中斷控制子程序、清零跟蹤子程序、標定轉(zhuǎn)換子程序等，系統(tǒng)開機后，首先執(zhí)行程序的初始化，包括中斷入口地址的設(shè)置，自檢RAM，ROM，設(shè)置各標志位等，然后才顯示程序開始。

4.2 編寫程序流程

根據(jù)硬件設(shè)計可知，單片機從AD7705中取出16位二進制數(shù)，先將它存于兩個地址中，再通過程序轉(zhuǎn)換為BCD碼存到供顯示的5個顯示緩存區(qū)，最后通過動態(tài)顯示程序輸出7段碼送到顯示器輸出顯示結(jié)果。

4.3 編寫程序

設(shè)計程序時，首先要對用到的各種參數(shù)進行設(shè)定，使用的參數(shù)必須易于掌握，可以使用英文、漢語拼音的縮寫形式。再對各特殊功能寄存器的狀態(tài)進行初始化，安排中斷地址的入口，定義數(shù)據(jù)存儲區(qū)，然后根據(jù)方案分別設(shè)計，測算中斷、各種子程序的具體情況，預(yù)留出堆棧區(qū)和需要的數(shù)據(jù)緩存區(qū)，緊接著就開始編寫各種模塊。

5 結(jié)語

采用AT89S52單片機設(shè)計的電子秤，無論功能使用、計量準確度，穩(wěn)定性能都滿足國家對電子秤的要求，它具有良好的校準方法，性能扎實，操作方便，價格低廉，同時通過電路或者模塊的擴充以及應(yīng)用程序的改變，能夠設(shè)計出性價比更加突出的計價稱、電子臺秤等，滿足各行各業(yè)對多功能電子秤的需求。

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