基于STC89C52RC單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì)

王國(guó)維

摘要：電子秤是一種與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)的衡器，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。電子秤行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在小型化、模塊化、集成化和智能化等方面。與傳統(tǒng)電子秤相比，電子秤具有精度高、響應(yīng)速度快、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。基于此，本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52RC單片機(jī)的電子稱，詳細(xì)介紹了其硬件電路、軟件實(shí)現(xiàn)、調(diào)試過(guò)程。測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有可靠性高、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能在日常生活、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室等各種場(chǎng)合推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC;單片機(jī);電子稱設(shè)計(jì)

目前，電子稱是電子設(shè)計(jì)中的一個(gè)熱點(diǎn)課題，廣泛應(yīng)用于日常生活、環(huán)保、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研等領(lǐng)域。隨著集成電路及微處理器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多基于數(shù)?；旌想娐返碾娮臃Q設(shè)計(jì)。

一、STC89C52RC單片機(jī)介紹

STC89C52RC是由宏晶公司推出的一種小型單片機(jī)，是電子工程師常用器件。其主要特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，且采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，能很快被用戶接受。其程序的電可擦寫(xiě)特性，使開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)較容易，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

STC89C52RC單片機(jī)主要特性為：1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051;2）工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）;3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz;4）用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié);5）片上集成512字節(jié)RAM;6）通用I/O口（32個(gè)）復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻;7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片;8）具有EEPROM功能;9）具有看門(mén)狗功能;10）共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2;11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒;12）通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART;13）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）;14）PDIP封裝。

STC89C52RC單片機(jī)工作模式包括：①掉電模式：典型功耗<0.1μA，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序;②空閑模式：典型功耗2mA典型功耗;③正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA典型功耗。

二、理論基礎(chǔ)

1、稱重傳感器原理。電阻應(yīng)變傳感器是通過(guò)金屬?gòu)椥孕巫儗y(cè)得的力轉(zhuǎn)化為電阻變化器件，由電阻應(yīng)變片及測(cè)量電路組成。本文采用電阻應(yīng)變片，電阻線排列成網(wǎng)狀以獲得高阻值，導(dǎo)線在電阻絲兩端引出，線珊上有覆蓋層，起保護(hù)作用。電阻應(yīng)變片原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即當(dāng)導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值也隨之變化。

2、全橋測(cè)量電路。一般測(cè)量時(shí)采用四片應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋，本文采用的傳感器是全橋測(cè)量電路。測(cè)量原理是當(dāng)使用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將其粘貼在彈性體上，當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片靈敏柵也發(fā)生變形，其電阻值隨之變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化。

三、電子秤設(shè)計(jì)原理

首先是將被測(cè)物放在稱重的托盤(pán)上，通過(guò)傳感器所感受的壓力對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集，然后將其轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，但由于收集到的輸出電壓信號(hào)通常較小，所以需處理前端信號(hào)。通過(guò)放大器對(duì)所測(cè)量的電壓信號(hào)進(jìn)行線性放大，然后放大后的模擬信號(hào)再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理。另外，由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行程序處理，通過(guò)在顯示器上顯示物品質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)。最后通過(guò)人機(jī)交互部分及矩陣鍵盤(pán)設(shè)置，從而改變總價(jià)。

目前技術(shù)相對(duì)而言較復(fù)雜，主要以模塊化為主，先簡(jiǎn)單化完成各部分主要設(shè)計(jì)，再連接各部分模塊組合成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)。電子秤硬件部分主要分為幾個(gè)模塊，包括數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、液晶顯示模塊和人機(jī)交互模塊。

另外，在原有電子秤基礎(chǔ)上，加上一個(gè)超重模塊，當(dāng)被測(cè)物品重量超過(guò)它所能達(dá)到的最大量程，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)LED燈會(huì)隨著蜂鳴器的警報(bào)聲閃爍。

四、硬件設(shè)計(jì)

當(dāng)物體重量使傳感器形變時(shí)，阻抗將發(fā)生變化并產(chǎn)生變化的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)需由放大電路放大并輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入到微處理器處理，微處理器根據(jù)鍵盤(pán)命令和程序?qū)⒔Y(jié)果輸出到顯示器上。

1、單片機(jī)STC89C52RC最小系統(tǒng)。STC89C52RC是一款低功耗、高性能CMOs8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)，可編程Flash存儲(chǔ)器、512字節(jié)RA、32位I/O口線、內(nèi)置4KB EEPROM、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、4個(gè)外部中斷結(jié)構(gòu)、全雙工工串行口。此外，STC89C52RC可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，可選擇節(jié)電模式。STC89C52RC的最小系統(tǒng)是片內(nèi)有ROM/EPROM單片機(jī)，其簡(jiǎn)單可靠，僅由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路組成。

2、HX711外圍電路。HX711是專為高精度稱重傳感器設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，集成度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)置穩(wěn)壓電源可直接為傳感器及片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器供電，無(wú)需額外的模擬電源。HX711芯片內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器無(wú)需任何外接器件，具有上電自動(dòng)復(fù)位功能，其簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)初始化過(guò)程。

3、顯示電路和單片機(jī)接口電路。LCDl2864液晶顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字及128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集。采用LCDl2864顯示，利用模塊靈活的接口模式及簡(jiǎn)單方便的操作指令，能顯示8×4行16×16點(diǎn)陣漢字，也可完成圖形顯示，形成完整的中文人機(jī)交互圖形界面。

五、軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的設(shè)置及顯示，流程如圖1所示。①鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)功能：去皮和設(shè)定單價(jià)。②顯示部分：顯示重量、單價(jià)、總額。

六、測(cè)試及結(jié)果

1、測(cè)試方案。硬件接通上電后，檢驗(yàn)各模塊是否正常，用萬(wàn)用表測(cè)量電路焊接、連接是否正確，檢驗(yàn)顯示功能、鍵盤(pán)功能是否正常。用仿真軟件Protues繪制電路圖，將程序刻錄到仿真軟件中，觀察所需功能能否實(shí)現(xiàn)，重寫(xiě)軟件并重復(fù)仿真，不斷觀察其效果。

將驗(yàn)證的硬件電路搭建好并上電，將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，用標(biāo)準(zhǔn)砝碼測(cè)試及調(diào)節(jié)電子秤精度，記錄各砝碼組合的標(biāo)準(zhǔn)重量及實(shí)測(cè)值，并通過(guò)軟件將誤差降至最低，以達(dá)到最佳稱重效果。

2、結(jié)果與分析。經(jīng)軟硬件調(diào)試、數(shù)據(jù)分析、矯正，電子秤基本實(shí)現(xiàn)了稱重（去皮稱重）、顯示及超限報(bào)警等功能。稱重誤差在允許范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)：稱重小于50g，稱重誤差小于0.5g;稱量50g及以上，稱量誤差小于1g。電子稱可設(shè)定單價(jià)（元/克），計(jì)算物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加;電子稱實(shí)現(xiàn)去皮功能。

參考文獻(xiàn)

[1]穆遠(yuǎn)威.基于HX711的高精度電子秤的設(shè)計(jì)[J].信息通信，2017（01）.

[2]倪曉昌.基于電阻應(yīng)變片式傳感器的電子秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2016（06）.