基于單片機設計的多功能電子秤

殷金元

摘 要：文章介紹了多功能電子秤的硬件設計和軟件編程、應變片式稱重傳感器、A/D轉換電路、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、動態顯示程序以及AD7705與微機的硬件接口及軟件設計等。模塊的合理設計確保了電子秤的精確計量。

關鍵詞：電子秤；稱重傳感器；A/D轉換；單片機

1 電子秤

稱量設備的工作原理，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，減少射線計數器對射線反應的原理而組成核子稱；（3）利用壓力傳感器中壓力應變片微電流變化的電子秤，它是在機械秤的基礎上改裝而成，一般為分體式，也可是一體化模塊。本次設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，再經過一系列過程后由數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、數字輸出等操作，可直接進行打印。數據輸出采用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變片式、壓阻式、電容式和機械式，電阻應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A/D模數轉換器將放大的電壓值變換成相應的數字信號，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。設計主要包括硬件設計和軟件設計，電子秤的工作原理如圖1所示。

3 電子秤的硬件設計

硬件系統主要由稱重傳感器模塊、電壓放大模塊、A/D模數轉換器、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、量程、技術參數等幾方面選擇，在此方案中，我們主要選擇它的量程和技術參數。

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）傳感器設置的數量；（4）正常操作下，最大可能產生的偏載。

其次，根據各種類型傳感器的適用范圍來選擇合適的傳感器。常規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。本次方案采用應變式電阻稱重傳感器。該產品精度高、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模數轉換器對數字輸入信號的要求，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，就能夠組成性能優越的轉換放大電路。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100 k/1 k=100倍。使用者可根據量程大小調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轉換電路

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

3.4 顯示電路

單片機的應用最典型的是通過輸入/輸出口與LED數碼管構成數碼顯示電路（見圖3），7段LED數碼管，是在專用的絕緣材料上，采用單只LED組合排列成“8”字型的數碼管，分別引出它們的電源極性，使相應的正極或者負極發亮來顯示出0—9的數字。7段LED數碼管分為共陰極和共陽極兩種，發光原理是一樣的，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不影響其他輸入/輸出線上的顯示狀態。同時采用查詢方式電路，按鍵為低電平有效。

4 電子秤的模塊設計

4.1 電子秤的程序

模塊由主程序和若干個相應的子程序構成，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、標定轉換子程序等，系統開機后，首先執行程序的初始化，包括中斷入口地址的設置，自檢RAM，ROM，設置各標志位等，然后才顯示程序開始。

4.2 編寫程序流程

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

4.3 編寫程序

設計程序時，首先要對用到的各種參數進行設定，使用的參數必須易于掌握，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進行初始化，安排中斷地址的入口，定義數據存儲區，然后根據方案分別設計，測算中斷、各種子程序的具體情況，預留出堆棧區和需要的數據緩存區，緊接著就開始編寫各種模塊。

5 結語

采用AT89S52單片機設計的電子秤，無論功能使用、計量準確度，穩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用程序的改變，能夠設計出性價比更加突出的計價稱、電子臺秤等，滿足各行各業對多功能電子秤的需求。

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