基于STC89C52RC單片機的電子稱設計

王國維

摘要：電子秤是一種與人們生產生活密切相關的衡器，已廣泛應用于各個領域。電子秤行業的發展趨勢主要體現在小型化、模塊化、集成化和智能化等方面。與傳統電子秤相比，電子秤具有精度高、響應速度快、適用范圍廣等優勢。基于此，本文設計了一種基于STC89C52RC單片機的電子稱，詳細介紹了其硬件電路、軟件實現、調試過程。測試表明，該系統具有可靠性高、精度高、抗干擾能力強、成本低等優點，能在日常生活、工業現場、實驗室等各種場合推廣應用。

關鍵詞：STC89C52RC;單片機;電子稱設計

目前，電子稱是電子設計中的一個熱點課題，廣泛應用于日常生活、環保、工農業生產、國防、科研等領域。隨著集成電路及微處理器技術的發展，出現了許多基于數模混合電路的電子稱設計。

一、STC89C52RC單片機介紹

STC89C52RC是由宏晶公司推出的一種小型單片機，是電子工程師常用器件。其主要特點為采用Flash存貯器技術，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器制造技術制造，將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，能很快被用戶接受。其程序的電可擦寫特性，使開發與試驗較容易，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

STC89C52RC單片機主要特性為：1）增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可任意選擇，指令代碼完全兼容傳統8051;2）工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V單片機）;3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz;4）用戶應用程序空間為8K字節;5）片上集成512字節RAM;6）通用I/O口（32個）復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻;7）ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片;8）具有EEPROM功能;9）具有看門狗功能;10）共3個16位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2;11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒;12）通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART;13）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業級）/0～75℃（商業級）;14）PDIP封裝。

STC89C52RC單片機工作模式包括：①掉電模式：典型功耗<0.1μA，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續執行原程序;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

1、稱重傳感器原理。電阻應變傳感器是通過金屬彈性形變將測得的力轉化為電阻變化器件，由電阻應變片及測量電路組成。本文采用電阻應變片，電阻線排列成網狀以獲得高阻值，導線在電阻絲兩端引出，線珊上有覆蓋層，起保護作用。電阻應變片原理是基于電阻應變效應，即當導體產生機械形變時，其電阻值也隨之變化。

2、全橋測量電路。一般測量時采用四片應變片組成差動全橋，本文采用的傳感器是全橋測量電路。測量原理是當使用應變片進行測量時，將其粘貼在彈性體上，當彈性體受力變形時，應變片靈敏柵也發生變形，其電阻值隨之變化，通過轉換電路轉換為電壓或電流變化。

三、電子秤設計原理

首先是將被測物放在稱重的托盤上，通過傳感器所感受的壓力對信號進行收集，然后將其轉變成電壓信號，但由于收集到的輸出電壓信號通常較小，所以需處理前端信號。通過放大器對所測量的電壓信號進行線性放大，然后放大后的模擬信號再經A/D轉換將其轉變成數字信號，由單片機處理。另外，由單片機對其進行程序處理，通過在顯示器上顯示物品質量、單價、總價。最后通過人機交互部分及矩陣鍵盤設置，從而改變總價。

目前技術相對而言較復雜，主要以模塊化為主，先簡單化完成各部分主要設計，再連接各部分模塊組合成一個完整的設計。電子秤硬件部分主要分為幾個模塊，包括數據采集模塊、模數轉換模塊、單片機控制模塊、液晶顯示模塊和人機交互模塊。

另外，在原有電子秤基礎上，加上一個超重模塊，當被測物品重量超過它所能達到的最大量程，蜂鳴器就會發出報警聲，同時LED燈會隨著蜂鳴器的警報聲閃爍。

四、硬件設計

當物體重量使傳感器形變時，阻抗將發生變化并產生變化的模擬信號，模擬信號需由放大電路放大并輸入到模數轉換器，轉換成數字信號并輸入到微處理器處理，微處理器根據鍵盤命令和程序將結果輸出到顯示器上。

1、單片機STC89C52RC最小系統。STC89C52RC是一款低功耗、高性能CMOs8位微控制器，具有8K字節系統，可編程Flash存儲器、512字節RA、32位I/O口線、內置4KB EEPROM、3個16位定時器/計數器、4個外部中斷結構、全雙工工串行口。此外，STC89C52RC可降至OHz靜態邏輯操作，可選擇節電模式。STC89C52RC的最小系統是片內有ROM/EPROM單片機，其簡單可靠，僅由時鐘電路、復位電路、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計的24位A/D轉換芯片，集成度高，響應速度快，抗干擾能力強。內置穩壓電源可直接為傳感器及片內A/D轉換器供電，無需額外的模擬電源。HX711芯片內部時鐘振蕩器無需任何外接器件，具有上電自動復位功能，其簡化了開機初始化過程。

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

五、軟件設計

軟件部分主要實現鍵盤的設置及顯示，流程如圖1所示。①鍵盤實現功能：去皮和設定單價。②顯示部分：顯示重量、單價、總額。

六、測試及結果

1、測試方案。硬件接通上電后，檢驗各模塊是否正常，用萬用表測量電路焊接、連接是否正確，檢驗顯示功能、鍵盤功能是否正常。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現，重寫軟件并重復仿真，不斷觀察其效果。

將驗證的硬件電路搭建好并上電，將程序寫入單片機，用標準砝碼測試及調節電子秤精度，記錄各砝碼組合的標準重量及實測值，并通過軟件將誤差降至最低，以達到最佳稱重效果。

2、結果與分析。經軟硬件調試、數據分析、矯正，電子秤基本實現了稱重（去皮稱重）、顯示及超限報警等功能。稱重誤差在允許范圍內，達到預期目標：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。電子稱可設定單價（元/克），計算物品金額并實現金額累加;電子稱實現去皮功能。

參考文獻

[1]穆遠威.基于HX711的高精度電子秤的設計[J].信息通信，2017（01）.

[2]倪曉昌.基于電阻應變片式傳感器的電子秤設計與實現[J].智能計算機與應用，2016（06）.