摘要
该设计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成，包括运算放大器AD620和A/D转换器ICL7135；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用ZLG7289键盘控制芯片和OCM4x8C显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～9.999Kg，重量误差不大于±0.005Kg）,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价，还具有超量程和欠量程的报警功能。整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。
关键词：单片机；采样电路；A/D转换器；液晶显示
ABSTRACT
The design is based on the microcontroller AT89S52 system as the core to carry out the basic control function of the electronics steelyard. While designing the system, I adopt the mold piece method to divide the hardware of the system into four parts: the minimum system, sampling circuit, I/O interface and the system power supply. The minimum system mainly includes the AT89S52 and the expanded exterior data memory. Sampling circuit is comprised of a pressure sensor, a differential measuring amplifier AD620 and a A/D converter ICL7135. With the usage of ZLG7289 keyboard control chip and OCM4*8C display, we complete the function of the key board input and the LCD manifestation. The power supply system selects the LM317 and LM337 to design the electric circuit to provide the needed power supply. The software part applies a machine C language to carry out all control function. The electronic steelyard can weigh the scope as 0～9.999Kgs, and the weigh error margin is no bigger than ±0.005Kgs. It also has many other functions, such as displaying the shopping detailed list, setting the date and ten kinds of unit prices of merchandise and overweighing alarm. The whole system is simple, well-found, convenient to use and has high accuracy and certain development value.
Key words：microcontroller; sampling circuit; A/D converter;
LCD Manifestation
目录
第一章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2选题背景与意义 (2)
1.3 研究现状 (2)
1.3.1 影响因素 (2)
1.3.2产品质量 (3)
1.3.3发展方向 (3)
1.3.4电子秤的智能化 (3)
1.4 本文的结构 (4)
第二章系统方案的设计 (5)
2.1 电子秤的设计要求 (5)
2.1.1 基本要求 (5)
2.1.2 发挥部分 (5)
2.1.3 创新部分 (5)
2.2 系统工作原理及设计基本思路 (5)
2.2.1 系统工作原理 (5)
2.2.2 系统设计基本思路 (6)
2.3 系统总体设计方案比较与论证 (6)
2.4 单片机的选型 (8)
2.5 数据采集部分的方案确定 (9)
2.5.1 传感器 (9)
2.5.2 前级放大器部分 (12)
2.5.3 A/D转换器 (15)
2.6 人机交互部分 (17)
2.6.1 键盘输入 (17)
2.6.2 输出显示 (17)
2.7 系统电源 (18)
2.8 具体实施方案简介 (20)
第三章系统硬件设计 (22)
3.1 基于AT89S52的主控电路 (22)
3.1.1 芯片介绍 (22)
3.1.2 主控电路 (26)
3.2 基于ICL7135的前端信号处理电路 (27)
3.2.1 芯片介绍 (27)
3.2.2 信号处理电路 (30)
3.3 人机交互界面 (33)
3.3.1 键盘控制电路 (33)
3.3.2 液晶显示电路 (35)
3.4 系统电源 (37)
3.4.1 芯片介绍 (37)
3.4.2 电源电路 (38)
3.5 报警电路 (40)
第四章软件流程 (41)
4.1 主程序流程图 (41)
4.2 主要中断程序流程图 (42)
第五章结论 (44)
致谢 (46)
参考文献 (47)
附录A：英文资料 (48)
附录B：英文资料翻译 (55)
附录C：原理图 (62)
附录D：Pcb板图 (63)
附录E：元器件清单 (64)
第一章绪论
1.1引言
质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。
21世纪，电子产品变得越来越丰富，给人们带来了很多很多的方便，其中电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许多工作，为人们节省了时间，提高了工作效率。
在超市里的一台电子秤，它能很精确的称出商品的重量，还能去除皮重，更主要的是，它其中预存了超市里商品的单价，当称出商品的重量后，电子秤马上就能算出价格，不管几种商品都能一一累加，最后列出清单，可以说非常的智能化，而且非常的精确。由此，顾客在购物的时候非常的放心，商家的效益也提高了，所以有了电子秤，顾客买的放心，商家也卖的开心了。
本设计就是为了制作这样一种电子秤，它以单片机为核心在实际使用时达到以下要求：
1、电子秤称重范围：0～9.999㎏；重量误差不大于 0.005㎏；
2、液晶显示：所称物体重量、10重商品的购物清单等。
本设计的控制功能包括基本的称重功能，显示购物清单功能，设置日期和重新设定10种商品的单价功能，还具有超重与欠量程报警功能。由于系统资源丰富，还可以方便的拓展其应用。
我相信通过这次对电子秤控制系统的硬件设计，一定能够学到丰富的知识并对电子产品有更深一层的了解。
1.2选题背景与意义
电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的
计量衡器。电子秤的设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。
目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。
1.3研究现状
1.3.1 影响因素
随着科技的进步, 对电子秤的要求也越来越高。影响其精度的因素主要有: 机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限制, 会使力的传递出现误差，而传感器输出特性存在非线性, 加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。因此，在高精度的称重场合，迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。此外，为了保证准确、稳定地显示, 仪器内部分辨率(主要是ADC 的分辨率) 一般要比外部显示分辨率高4 倍以上, 这就要求所采用的ADC 具有足够的转换位数，而采用高精度的ADC，自然增加了系统的成本。
1.3.2产品质量
目前市场上主流的电子秤根据使用功能的不同包括以下几个类型：电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装秤以及条形码电子秤等。面对种类如此繁多的电子秤，目前市场上存在许多不合格的电子秤产品。不合格问题主要表现在以下三个方面：
1、温度试验项目不符合标准规定；
2、湿热试验项目达不到标准要求；
3、抗电脉冲串试验和抗静电放电试验项目不合格。
造成产品不合格的原因主要有以下几个方面：
1、称重传感器的质量不达标，制约了电子秤产品整体质量的提高；
2、关键元器件未进行筛选和通电老化，造成电子计价秤质量失控；
3、部分产品设计上抗干扰能力不强；
4、产品检验把关不严。
面对目前市场上电子秤产品的总体质量不高的局面，除了加强对电子秤产品的日常监督管理之外，还要从根本上推动技术的发展，促进电子秤产品质量的提高，更好地保护消费者的合法权益。
1.3.3 发展方向
电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的方向发展。据悉, 目前电子秤的附加功能主要有以下几种：
1、电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理；
2、具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动态称量模式, 即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法, 消除上述的误差；
3、附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能, 以满足多种使用的要求。
今后, 随着电子高科技的飞速发展, 电子秤技术的发展定将日新月异。同时, 功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世, 其应用范围也会更加拓宽。
1.3.4 电子秤的智能化
电子秤的称重功能是基于微电脑控制芯片处理器这一核心技术来实现的。由于目前在设计电子秤系统时大量地采用集成芯片，因此电子秤系统已经摆脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向发展。在此基础上可以实现系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等。
电子秤由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械式的称重工具。在具体开发电子秤的系统时应该根据用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而可以开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。目前，随着电子技术的飞速发展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤具有广泛的应用前景和开发价值！
1.4本文的结构
本文以电子秤的研发作为应用背景，对传感器、模数转换、单片机及其接口等技术进行了分析。全文共分为六章，各章的主要内容如下：
第一章扼要地介绍了电子秤的概念、特点与相关研究背景；
第二章论证了系统方案，包括对原理的阐述，各种优缺点的比较，属于理论分析部分；
第三章通过对各种芯片的介绍以及对电路功能的分析，对系统硬件进行了描
述，给出了单片机的的控制方案；
第四章简单介绍了系统软件流程；
第五章对整个设计做了总结，归纳了存在的问题和进一步研究的方向。
第二章系统方案的设计
电子秤的应用系统是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展的存储器、扩展的输入输出设备等部分；软件是各种工作程序的总称。硬件和软件只有紧密配合、协调一致，才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时，就应考虑相应软件的设计方法，而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求进行的。
2.1 电子秤的设计要求
2.1.1 基本要求
1、电子秤称重范围：0～9.999Kg；重量误差不大于 0.005Kg；
2、液晶显示：所称物体重量、10种商品的购物清单等。
2.1.2 特色与创新
1、使用单片机为控制核心，大大简化了系统的组成构造，且单片机可拓展性强，可以很方便的对系统进行拓展和应用。
2、使用键盘输入数据，操作简单，方便。
3、中文液晶显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。
4、具有去皮功能和金额累加计算功能。
5、当物品重量超过电子秤量程，即过载情况或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。
2.2实验原理及设计基本思路
2.2.1系统工作原理
电子秤的工作原理。首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。在实际应用中，为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰，还需要在传感器与A/D芯片之间加上信号调整电路。
2.2.2系统设计基本思路
按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转
换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。在扩展功能上，本设计增加了一个过载、欠量程报警提示。
2.3 系统总体设计方案比较与论证
在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种：方案一数码管显示方案
结构简图如下图所示：
图2.1数码管显示方案
此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子秤基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。
方案二在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子秤实现称重计价的功能。
结构简图如下图所示：
图2.2带有键盘输入的结构简图
此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。
方案三前端信号处理时，选用放大、A/D转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，
而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。
结构简图如下图所示：
图2.3 LCD显示的方案
目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量]4[。由于系统需要的按键较多，因此要加一个键盘显示管理芯片（ZLG7289）。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来一定的难度。
图2.4 单片机实现方案原理框图
方案四采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心
采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心，利用EDA软件编程，下载烧制实现。系统集成于一片Xilinx公司的SpartanⅡ系列XC2S100E芯片上，体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。
采用FPGA测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便，设计要求的精度较高，所以要求系统的稳定性要好，抗干扰能力要强。
从下图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件。其中控制器采用Xilinx公司可编程器件FPGA为核心，基于ISE软件平台，采用VHDL编程实现数据处理、LED和LCD驱动、时钟芯片的I2C通讯、键盘控制等模块。
图2.5 电子秤系统的组成结构图
FPGA的逻辑容量密度大，集成度高，可大大减少印刷电路板的空间，减低系统功耗，同时还可以提高设计的工艺性和产品的可靠性。
虽然以FPGA为核心的电子秤系统很优化，但只有在大规模和超大规模集成电路中其高集成度才能更好得以体现。其主要在PC机接口卡的总线接口、程控交换机的信号处理与接口、雷达声纳系统的成像控制与数字处理、数控机床的测试系统等方面有广泛应用。鉴于本电子秤的设计并不太复杂，单片机完全能实现所需功能，所以在具体设计时，采用了第三种设计方案。
2.4单片机的选型
选择单片机型号的出发点有以下几个方面：
1、市场货源
系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。
2、单片机性能
应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。影响性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。
3、研制周期
在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。
AT89S系列单片机是继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。AT89S 系列与AT89C系列相比，运算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为0~33MHz，片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器(watchdog timer，又称看门狗)、低功耗休闲状态及关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极大地满足了各种不同的应用要求。
AT89S52单片机是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。另外，它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时／计数器2等多种功能。
在工程应用中AT89S52有一显著的优势：不需要烧写器，只借助PC 机的并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。并且下载电路可设计在系统中，可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。
由此，通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了AT89S52通用的普通单片机来实现系统设计。AT89S52是一种兼容MCS51微控制器，工作电压4.0V 到5.5V，全静态时钟0 Hz 到33 MHz，三级程序加密，32个可编程I/O口，2/3个16位定时/计数器，6/8个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Power down模式支持中断唤醒, 看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志。我们在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求]6[。
2.5 数据采集部分的方案确定
2.5.1 传感器
传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。
方案一压电传感器
压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。
压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力
d A C o r εε=或压力的测量。压电器件的弱点：高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。
方案二 电容式传感器
电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。
电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为
（2.1） 式（2.1）中
d ——两极板间的距离；
A ——两平行极板相互覆盖的有效面积；
r ε——介质的相对介电常数；
o ε——真空中介电常数。
若被测量的变化使式中d 、A 、r ε三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。
虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：
（1）小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因C 太小，故容抗C X =1/ωC 很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=2
o u ωC ，C 很小，则P 也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。
（2）初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。 方案三 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。
导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的△R/R 变化转
)(4
34211R R R R R R E +-+=))((43214231R R R R R R R R E ++-?342
1R R R R =[]
[][])()()()()()(22R R R R R R R R E R R R R uo ?-+?+?-+?+?--?+=E R
R ??
=换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。
直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。
下图为一直流供电的平衡电阻电桥，in E 接直流电源E ：
图2.6 传感器结构原理图
当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。
当忽略电源的内阻时，由分压原理有：
AD AB BD o u u u u -==
= （2.2）
当满足条件R 1R 3=R 2R 4时，即
（2.3） o u =0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。
应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。
若差动工作，即R1=R -△R,R2=R+△R,R3=R-△R ，R4=R+△R,按式（2.2），则电桥输出为
=(2.4)
kε
E
应变片式传感器有如下特点：
（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。
（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。
（3）结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。
（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。
通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第三种方案。题目要求称重范围0～9.999Kg，重量误差不大于±0.005Kg，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——9.999Kg 。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，完全满足本系统的精度要求。
2.5.2 前级放大器部分
经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。为此，测量电路中常设有模拟放大环节。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。
放大器的输入信号一般是由传感器输出的。传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。因此，一般对放大器有如下一些要求：
1、输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。
2、抗共模电压干扰能力强。
3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。从而保证放大器输出性能稳定。
4、能附加一些适应特定要求的电路。如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。
我们考虑了以下几种方案：
方案一利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。
普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。
方案二由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。
差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)
做成一个差动放大器，如下图所示：
图2.7 利用普通运放构成的放大器
电阻R1、R2和电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声，C1、C2为普通小电容，可以滤除高频干扰，C3、C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。
优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器R6可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。
缺点：此电路要求R3、R4相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声，对精度影响较大。
方案三采用专用仪表放大器，如：AD620，INA126等。
此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。
以AD620为例，内部结构如下图所示：
Rg V V i in in G -
+-=)21)((Rg R V V in in +-=-+))(21(12-+-+-=-=in in O V V Rg R U V )
(-+-=in in O
V V V U A )21(Rg R +-=图2.8 AD620的内部等效图
接口如下图所示：
图2.9 AD620的接口图
电路的工作原理：A1、A2工作在负反馈状态，其反向输入端的电压与同相输入端的电压相等。即Rg 两端的电压分别为Vin+、Vin-。因此
（2.5）
设图（2.8）中电阻R1=R2=R ，则A1、A2两输出端的电压差U 12为
)(2112Rg R R i U G ++=
（2.6） 将式（2.6）代入式（2.5）得
放大器的增益Av 为
（2.7） 可见，仅需调整一个电阻Rg ，就能方便的调整放大器的增益。由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。
在接口图（2.9）中，通过改变可变电阻R3的阻值大小来改变放大器的增益，放大器增益计算公式如下：
49.413
K G R Ω=+ （2.8） AD620 具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。其最大输入偏置电流为20nA ，这一参数反映了它的高输入阻抗。AD620在外接
电阻Rg时，可实现1~1000范围内的任意增益；工作电源范围为±2.3~±18V；最大电源电流为1.3mA；最大输入失调电压为125 V；频带宽度为120kHz（在G=100时）。
基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器AD620。
2.5.3 A/D 转换器
A/D转换器选用的原则：
1、A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。
2、A/D 转换器的转换速率。不同类型的A/D 转换器的转换速率大不相同。积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速A/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。
3、是否加采样/保持器。
4、A/D 转换器的有关量程引脚。有的A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。
5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。一般A/D 转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由CPU提供。转换结束后A/D 转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平。通知微处理器读取转换结果。
6、A/D 转换器的晶闸管现象。其现象是在正常使用时，A/D 转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。为防止这种现象，可采取如下措施：（1）加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；
（2）加强电源稳压滤波措施，在A/D 转换器电源入口处加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容；
（3）在A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。
选择A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题：
（1）工作电源电压是否稳定；
（2）外接时钟信号的频率是否合适；
（3）工作环境温度是否符合器件要求；
（4）与其它器件是否匹配；
（5）外接是否有强的电磁干扰；
（6）印刷线路板布线是否合理。
由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D转换器误差应在3g以下。
12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g；
14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g；
考虑到其他部分所带来的干扰，12位A/D转换器无法满足系统精度要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D转换器。
方案一逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805、ADS7804等。
‘逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高，功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。
高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于51系列单片机构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。
但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求，14位AD足以满足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。
方案二双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等。
双积分型ADC是间接型A/D转换器，其基本原理是首先对未知的输入电压进行固定时间的积分，然后转向对标准电压进行反相积分至积分输出电压为零（返回起始值），则标准电压积分的时间正比与输入电压。输入电压越大，反向积分时间越长。用高频率时钟脉冲来测量标准电压积分时间，即可得到输入电压对应的数字代码。
双积分型A/D转换器虽然速度较慢，但转换精度高(如：ICL7135)，具有精确的差分输入。其输入阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出与TTL 电平兼容。
双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力特强，对高于工频干扰（例如噪声电压）也具有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。
综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了精度为10Kg/ ±20000= ±0.5g 的ICL7135。
2.6人机交互部分
2.6.1 键盘输入
1233随着时代科技的迅猛发展，常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，人们生活水品也更进一步的有所提高。智能化的电子产品自然也得到了越来越多人的喜爱，而多功能电子秤具有结构体积小、测量的精度较高、拥有广泛的应用范围、机械操作起来简便易懂等优点，基本取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量器具。 本设计介绍了该系统实现方法，通过LCD显示器显示所测重量以及当前选择的功能。该课题的设计主要由STC89C52单片机、重量测量模块、A/D转换模块ADC0808、单片机的外围接口电路：4*4矩阵扫描按键以及LCD1602液晶屏幕显示五部分组成。本系统比传统测量更具有准确性和直观性，具有一定的实际推广性。 关键字：压力传感器；STC89C52单片机；ADC0808；LCD1602
第一章绪论 1.1课题目地与意义 1.2国内外多功能电子秤的发展与现状 1.3主要工作及设计思路 第二章硬件设计 2.1工作原理 2.2系统总体设计方案 2.3控制器部分 2.4数据采集部分 2.5键盘处理部分 2.6显示电路部分 2.7报警部分 第三章具体电路设计 3.1AT89C52的最小系统电路 3.2数据采集部分电路设计 3.3显示电路与AT89C52单片机接口电路设计 3.4键盘电路与AT89C52单片机接口电路设计 3.5报警电路的设计 第四章软件设计 4.1主程序设计
4.2子程序设计 4.21A/D转换设计及数据读取程序设计 4.22显示子程序设计 4.23键盘输入控制程序的设计 4.24报警子程序的设计 第五章仿真调试 5．1软件试用 5．2仿真调试 第六章总结 1绪论
第一章绪论 (1) 1.1研究目的和意义 (1) 1.2电子称重系统的应用领域 (1) 1.3主要工作以及论文结构 (1) 第二章系统方案论证与选型 (3) 2.1控制器部分 (3) 2.2数据采集部分 (4) 2.2.1 传感器的选择 (4) 2.2.2放大电路选择 (6) 2.2.3 A/D转换器的选择 (7) 2.2.4键盘处理部分方案论证 (8) 2.3显示电路部分的选择 (9) 2.4超量程报警部分选择 (9) 2.4.1 电源模块方案选型 (9) 第三章硬件电路设计 (10) 3.1AT89S52的最小系统电路 (10) 3.1.1单片机芯片AT89S52介绍 (10) 3.1.3 AT89S52的最小系统电路构成 (11) 3.2电源电路设计 (12) 3.3数据采集部分电路设计 (12) 3.6.1LED结构与原理 (14) 3.6.2动态显示LED显示器接口 (15) 3.4键盘电路与AT89S52单片机接口电路设计 (16) 键盘电路与AT89C51的接口电路设计 (16) 3.5报警电路的设计 (17) 第四章系统软件设计 (19) 4.1主程序设计 (19) 4.2子程序设计 (20) 4.2.1 A/D转换启动及数据读取程序设计 (20) 4.2.2显示子程序设计 (21) 4.2.3 键盘输入控制程序的设计 (21) 4.2.4报警子程序的设计 (22) 第五章总结 (23) 参考文献 (24) 附录1系统总图 (25)
第一章绪论 1.1 研究目的和意义 传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD 或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观，由于内部集成了单片机以及软件系统，电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。 目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。 1.2 电子称重系统的应用领域 电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。电子秤的应用领域主要分为工业计量和民用消费类。在工业计量应用领域有电子天平，珠宝秤，市场计价秤等；而民用秤主要有厨房秤，人体秤，便携式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高，而民用消费类的应用对精度的要求不高，但对秤的外观，智能性，便携性却有很高的要求。 1.3主要工作以及论文结构
单片机电子秤设计报告 秤是一种在实际工作和生活中经常见到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展, 传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰, 电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。 和传统秤相比较, 电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现, 具有精度高、功能强等特点。本课题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。该电子秤的测量范围为0-10Kg, 测量精度达到5g, 有高精度, 低成本, 易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过, 比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外, 该电子秤电路简单, 使用寿命长, 应用范围广, 能够应用于商场、超市、家庭等场所, 成为人们日常生活中不可少的必须品。 一、功能描述 1、采用高精度电阻应变式压力传感器, 测量量程0-10kg, 测量精度可达5g。 2、采用电子秤专用模拟/数字( A/D) 转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换, HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术, 是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。 3、采用STC89C52单片机作为主控芯片, 实现称重、计算
价格等主控功能。 4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。 5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互, 键盘容量大, 操作便捷。 6、具有超量程报警功能, 能够经过蜂鸣器和LED灯报警。 7、系统经过USB电源供电, 单片机程序也可经过USB线串行下载。 二、硬件设计 1、硬件方案 单片机电子秤硬件方案如图1所示: 图1 单片机电子秤硬件方案
沈阳航空航天大学 课程设计 （说明书） 数字电子称的设计 班级 学号 学生姓名 指导教师胡乃瑞
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称电子技术综合课程设计 课程设计题目数字电子称的设计 课程设计的内容及要求： 一、设计说明与技术指标 设计一个一个具有数字显示功能的数字电子称，具体技术要求如下： （1）测量范围0~0.99kg（0~0.99V）1~1.99kg（1~1.99V）。 （2）用3 位数码管显示测量结果。 （3）直流电源输出的微弱信号作为该系统的输入信号。 （4）发挥部分：设计测量量程，进一步扩大测量量程和减小测量误差。 二、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本。 2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料 1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年 五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表： 指导教师签字： 年月日
一．概述 电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调整时间长，易损坏，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。 从20世纪70年代开始，在世界范围内掀起了一股“电子秤热”，各先进工业国都很重视传感技术和电子秤的研究、开发和生产。传感技术已经成为重要的现代科技领域，电子秤及其系统生产已经成为了重要的新兴行业。我国生产的电子秤产品主要是属于静态衡器电子秤，在计量要求、功能和外形上已经达到了国外同类产品的先进水平，而且在价格上又低于国外的同类产品，具有较好的出口潜力；但动态衡器电子秤，与国外的同类产品还有一定的差距，尤其是在动态稳定性上存在较大的距离，我国进口的电子秤大多数就是这类产品。我国的电子衡量器要想打入国际市场，参与国际竞争。这就要求企业必须以技术为先导、以质量为中心、以管理为基础，努力提高制造技术与制造工艺水平，稳定产品
For personal use only in study and research; not for commercial use 目录 序言 (3) 第1章任务和指标 (4) 1.1 设计任务 (4) 1.2设计指标 (4) 第2章功能分析 (5) 2.1系统总体框架图 (5) 2.2各模块基本原理 (5) 2.2.1采用应变片称重的基本原理 (5) 2.2.2放大器的工作原理 (6) 2.2.3 A/D转换的工作原理 (10) 2.2.4 数码管显示的工作原理 (10) 第3章硬件设计 (11) 3.1 电路主要结构 (11) 3.2 ±12V稳压电路 (11) 3.3 两级放大电路 (12) 3.4 A/D转换电路 (12) 3.5 数字显示电路 (13)
第4章软件设计 (14) 4.1 总程序模块设计 (14) 4.2 A/D电路模块设计 (14) 4.3 拆字程序模块设计 (15) 4.4 显示电路模块设计 (15) 第5章安装与调试 (16) 5.1 硬件调试 (16) 5.2 软件调试 (16) 5.3 综合调试 (16) 5.4 故障分析与解决方案 (16) 5.4.1 故障出现情况 (16) 5.4.2 解决方案 (17) 5.5 功能测试及结果分析 (17) 总结 (19) 参考文献 (20) 附录 (21) 附录1 (21) 附录2 (23) 附录3 (24) 附录4 (24) 附录5 (25)
序言 《孙子?算经》记载：秤之所起，起于黍，十黍为一累，十累为一铢，二十四铢为一两，十两为一斤。称重技术自古以来就被人们所重视，在传说的皇帝“设五量”中，权衡既为五量之首。夏禹的“声为吕，声为度，称以出”；“循守会稽，乃审权衡，平斗斛”等，均说明了在我国古代称重技术所处的位置和重要性。在公元前，人们为了对货物交换量的估计，起初采用木材或陶土制作的容器作为交换货物的计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。 在19世纪后期，随着工业化的迅猛发展，出现了大量迅速称量散料物品的自动秤。第一台定量自动秤约在1880年获得型式批准的，它是由倾斜象限杆秤发展来的。每次约可称量500kg。这种自动秤的称量过程分以下几个阶段：a，打开装满散料的容器；b，把散料输入到秤斗里进行称量；c，到达平衡位置时，关闭进料闸门；d，自动卸空料斗；e，秤斗和气动联动装置回到初始位置，自动地启动下一个称量程。 随着科技革命，传感器技术的迅速发展，单片机的出现，电子秤走进的人们的生活。电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂，由粗糙到精密，由机械到机电结合再到全电子化，由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重，配料定量称重，以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制与检验功能，从而推动工业生产和贸易交往的自动化和合理化。近年来，电子衡器已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术，储运技术，预包装技术，收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。 我国的衡器在20世纪40年代以前还全是机械式的，40年代开始发展了机电结合式的衡器。50年代开始出现了称重传感器为主的电子衡器。由于称重传感器各项性能不断有新的突破。为电子秤的发展奠定了基础。国外如美国，西欧等一些国家在20世
数字电子秤 摘要:随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成，加上显示单元，此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。本系统以AT89S52单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。可以说,此设计所完成的电子秤在很大程度上满足了应用需求。 关键词：AT89S52，称重传感器，A/D转换器，LED显示器 Abstract:With the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatus's control system with intelligence and automation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energy, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on.The system is mainly controlled by the microcontroller AT89S52, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus. Keywords: AT89S52，ponderation –sensor，A / D converter，LEDDisplay
电子秤电路设计与制作 实 验 报 告 姓名： 学号： 指导老师： 通信与信息工程学院 电子秤电路设计指导书 一、实验目的： 本实验要求学生设计并制作一个电子秤电路，要求能测量重量在0～200g间的物体，输出为电压信号，通过调节电路使电压值为对应的重量值，电压量纲mv改为重量纲g即成为一台原始电子秤。 二、基本原理： 基本思路 总体设计思路如图1所示，所测重量经过转换元件转换为电阻变化，再经过测量电路转化为电压变化，经过放大电路放大调节后输出显示得到所需信号。 图1 基本设计思路 电阻应变式传感器 本设计主要通过电阻应变式传感器实现。电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻的变化，实现电测非电量的传感器。传感器由在不同的弹性敏感元件上粘贴电阻应变片构成，当被测物理量作用在弹性敏感元件上时，弹性敏感元件产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形，电阻应变片再将变形转换为电阻值的变化。应变式
电阻传感器是目前在测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数中应用最广泛的传感器之一。 1、弹性敏感元件 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。 弹性敏感元件是指元件在感受到力、压力、力矩、振动等被测参量时，能将其转换成应变量或位移量，弹性敏感元件可以把被测参数由一种物理状态转换为另一种所需要的物理状态。 2、电阻应变片 对于一段长为L，截面积为S，电阻率为ρ的导体，未受力时电阻为 R = ρ，在 外力的作用下，电阻丝将会被拉伸或压缩，导体的长度L、截面积S以及电阻率ρ等均将发生变化，从而导致其电阻值发生变化，这种现象称为“电阻应变效应”。 利用金属或半导体材料电阻丝的应变电阻效应，可以制成测量试件表面应变的敏感元件。为在较小的尺寸范围内感受应变，并产生较大的电阻变化，通常把应变丝制成栅状的应变敏感元件，即电阻应变片，通常由敏感栅、基底、盖片、引线和黏结剂等组成。 测量电路 电阻应变片把机械应变信号转换成电阻变化后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的电阻变化转换成电压或电流变化，以便于测量。具有这种转换功能的电路称为测量电路。 电桥电路是目前广泛采用的测量电路，常见的直流电桥电路如图2， 图2 直流电桥 电桥输出电压为 Uo=U （式1） R1、R2、R3、R4为四个桥臂，当一个臂、两个臂或四个臂接入应变片时，就相应构成了单臂、双臂和全臂工作电桥。下面分别就单臂、半桥和全桥电路进行讨论。 （1）单臂工作电桥 图3 单臂工作电桥 如图3所示，R1为电阻应变片，R2、R3、R4为固定电阻。应变片未受力时电桥处于平衡状态，R1R3=R2R4,输出电压U0=0，当承受应变时，R1阻值发生变化，设为R1+ΔR，电桥不平衡，产生输出电压为 Uo= (R1+RR)R3?R2R4 (R1+RR+R2)(R3+R4) （式2） 设R1=R2=R3=R4=R,又ΔR< 毕业设计（论文） （2015届） 题目：基于51单片机的电子秤设计专业名称：应用电子技术 姓名：谢玉夏 学号：1210401038 班级：2012级应用电子技术 指导教师：刘志芳 2014年 12 月 30 日 摘要 称重技术是人类生活中不可缺少的部分，自古以来就被人们所重视。作为一种计量手段，被广泛应用于工业、农业、贸易等各个领域。随着现代文明和科学技术的不断进步，人们对称重技术的准确度要求也越来越高，电子秤产品技术水平的高低，直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。近年来，电子称重技术取得了突飞猛进的发展，电子秤在称重计量领域中也占有越来越重要的地位，其应用领域也在不断地扩大。尤其是商用电子秤，由于其具有准确度高、反应灵敏、结构简单等优点，被广泛应用于工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域。目前，机械秤正在逐步被电子秤取代，这就促使电子秤的研究需要进一步的深入。 本设计是以AT89S51为核心的一种高精度电子秤，系统采用模块化设计法，其硬件结构主要包括：数据采集模块、最小系统模块、电源模块、键盘和显示模块。其中，数据采集模块包括称重传感器和A/D转换电路；最小系统部分主要包括AT89S51和扩展的外部数据存储器；键盘由4×4位矩阵键盘组成；显示部分LM4229液晶显示。软件部分由C语言编程，实现对各部分的控制。该电子秤可以能够显示商品的名称、价格、总量、总价等；能够自动完成商品的价格计算；能够储存几种简单商品的价格；能够具有超重提醒功能。其称重范围为0～5Kg，分度值为0.001g。整个系统结构简单，使用方便。 关键词：电子秤；AT89S51单片机；称重传感器；A/D转换电路；液晶显示 II 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。 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、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用需求。 1.2 电子秤的发展 1.电子技术渗入衡器制造业 随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入生产工艺过程中去，对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术不断渗入衡器制造业。在1954年使用了带新式打印机的倾斜杠杆式秤，其输出信号能控制商用结算器，并且用电磁铁机构与代替人工操作的按键与办公机器联用。在1960年开发出了与衡器相联的专 摘要 乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。实现方法有许多种，随着FPGA集成度的提高，价格下降，EDA设计工具更新换代，功能日益普及与流行，使这种方案的应用越来越多。如今的数字逻辑设计者面临日益缩短的上市时间的压力，不得不进行上万门的设计，同时设计者不允许以牺牲硅的效率达到保持结构的独特性。使用现今的EDA软件工具来应付这些问题，并不是一件简单的事情。FPGA预装了很多已构造好的参数化库单元LPM 器件。通过引入支持LPM的EDA软件工具，设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品。 本课设在EDA开发平台上利用VHDL语言设计数控分频器电路，利用数控分频的原理设计乐曲硬件演奏电路，并定制LPM-ROM存储音乐数据，以“两只老虎”乐曲为例，将音乐数据存储到LPM-ROM，就达到了以纯硬件的手段来实现乐曲的演奏效果。只要修改LPM-ROM所存储的音乐数据，将其换成其他乐曲的音乐数据，再重新定制LPM-ROM，连接到程序中就可以实现其它乐曲的演奏。 关键词：FPGA；EDA；VHDL；音乐 目录 设计要求 (1) 1、方案论证与对比 (1) 1.1方案一 (1) 1.2方案二 (1) 1.3综合对比 (1) 2 乐曲演奏电路原理 (2) 2.1 音乐演奏电路原理 (2) 2.2 音符频率的获得 (2) 2.3 乐曲节奏的控制 (3) 2.4 乐谱发生器 (3) 2.5 乐曲演奏电路原理框图 (3) 3音乐硬件演奏电路的设计实现 (4) 3.1 地址发生器模块 (4) 3.1.1 地址发生器的VHDL设计 (4) 3.2 分频预置数模块 (6) 3.2.1 分频预置数模块的VHDL设计 (6) 3.3 数控分频模块 (8) 3.3.1 数控分频模块的VHDL设计 (8) 3.4 music模块 (10) 3.4.1 音符数据文件 (10) 3.5.2 LPM-ROM定制 (12) 3.6 顶层文件 (14) 4 时序仿真及下载调试过程 (16) 4.1 时序仿真图 (16) 4.2 引脚锁定以及下载 (17) 4.3调试过程及结果 (17) 5扩大乐曲硬件演奏电路的通用性 (18) 5.1 完善分频预置数模块的功能 (18) 设计总结与心得体会 (21) 参考文献 (22) 基于单片机的数字电子称设计 专业：通信工程 学生：王帅指导老师：王珊 摘要 在科技水平高速发展的现代社会，称重方面技术也有必须跟上时代进步的步伐。目前而言，市场交易中，称重工具通常采用台式电子秤。然而，台式电子秤具有一定的局限性：体积大、成本高、对电源有特殊要求以及携带上的不变。目前，人们生活中常见的手拿式迷你秤的使用原理是基于杆秤抑或弹簧通过弹性形变再利用胡克定律转换而进行测量的，即日常携带的小型秤为弹簧秤，同时，精度不高并且已不在国家测量规范内认可的杆秤依然没有退出贸易集市。但经济形势的转变和容量的急剧上升，人们迫切的需要一种测量精确度高、便于携带并且成本范围合理且自主性强的电子秤 本次课题研究意在根据市场需求对智能电子秤进行开发研究，论文的展开以本次设计电子秤所选用的工作方式为出发点，文中分析表明误差分配会造成设备产生误差，并规划了电路方面的设计步骤及软件操作方案。 本次设计研究的智能电子秤的构成基本分为6大部分，包括电源、ADC、称重传感器、单片机、输出输入工具/开关、数值显示器。而对于智能电子秤基础性数据标准，其精度需达到Ⅲ级，重量适用范围不超过15千克，以5g为一刻度进行换算。而该电子秤有五大基本功能，它们分别是自我核算、去皮、计算交易金额、单价输入统计，还有超载提醒。电子秤自带睡眠功能，最大程度得控制自身电量的使用情况，其功能自动启用的前提是电子秤未被使用的时间超过5min。 智能电子秤的优势在于其空间占用量不多，精度较高，使用方便简单，受众人群高，工作效率高，同时还能完成对称重物的价格计算，因为其具有的高性能，智能电子秤能同时保证交易双方的贸易质量和效率，其未来的发展空间也十分广阔。 关键词：数字电子称称重传感器 A/D转换器 8051单片机误差分析 摘要 随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。电子测量技术在各个领域得到了越来越广泛的应用。传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，己经很难满足实际测量工作中多样性、多功能的需要。以虚拟仪器为代表的新型测量仪器改变了传统仪器的思想，它们充分利用计算机强大的软硬件功能，把计算机技术和测量技术紧密结合起来，是融合了电子测量、计算机和网络技术的新型测量技术。特别是基于计算机平台的各种测量仪器由于成本低、使用方便等优点得到了更广泛的应用。 本设计是结合传感器技术、数据采集技术和虚拟仪器技术开发设计了一种基于LabVIEW的电子秤，该系统采用普通PC 机为主机，利用图形化可视测试软件LabVIEW 为软件开发平台，将被测重量转换、处理、进行数据采集，实时进行处理、显示。 关键词：电子秤；虚拟仪器；LabVIEW Design of the intelligent electronic steelyard based on LabVIEW Abstract With the development of science and technology,the requirement on measurement technology is getting more and more important.The application of electronic measurement technology has extended to more fields than before.Due to limited functions and big size,traditional electronic measuring equipments are no longer suitable to common purposes.The rapid development of integrated circuit and computer technology gives birth to a new kind of instrument,Virtual Instrument(VI).As a result,the testing cost increases by a wide margin.In recently years,a new measure technology that combines the technology of electron,technology of computer,technology of network,is developed and this new technology is named VI.Especially various measuring instruments based on computer,they are more widely used because of their excellence such as:lower cost,easily used,etc. This design is to develop and design a kind of electronic steelyard based on LabVIEW，which combines the sensor technology，data gathering technology and the national instrument technology, the system used for ordinary PC-host, the use of graphic visual test software for LabVIEW software development platform, the weight will be tested Conversion processing of data acquisition, real-time processing and manifesting. Key words: electronics steelyard; virtual instrument; LabVIEW 电子秤的设计与实现 一.研究的目的和意义 随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。 传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观，由于内部集成了单片机以及软件系统，电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。 目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。 二.设计原理 1.电子秤的原理就是利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过A\D模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。 2. 原理仿真设计电路图 图1 3.程序框图 （1）主程序设计 图2 主程序设计 《基于Lab View的电子秤设计》 课设报告书 学院：机电学院 学号： 姓名： 同组人： 指导老师： 提交日期：2017 年 6 月12 日 目录 一、概述 (1) 二、功能需求分析 (1) 三、系统设计 (1) 四、技术实现 (12) 五、课程设计问题及解决方法 (13) 六、心得体会 (13) 一、概述 电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化。可直接作为测量传感元件，将电阻应变片接成电桥形式，当钢梁受到外力产生形变时，电桥内各电阻值将发生变化，产生相应的不平衡输出。 本次课程设计的目的，是掌握传感器的组成和基本原理、基本概念和分析方法、并具备构造、调试和工程设计传感器的能力。了解labview软件的使用方法，并利用软件构建信号分析程序和前面板。 二、功能需求分析 （1）量程0～1.5Kg，应变式传感器的结构设计； （2）电路设计，差分放大电路； （3）程序设计，包括信号处理程序和前面板。 三、系统设计 其电路构成主要有测量电路，差动放大电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足NI数据采集卡的输入要求，将信号输入进电脑进行进一步分析。 原理流程图如下： 1、测量电路 电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数 课程设计说明书 学生姓名：学号： 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 题目：电子综合应用实践： 数字电子秤设计 指导教师:职称: 2010 年 1 月 4 日 课程设计任务书 09/10 学年第一学期 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 学生姓名：学号： 学生姓名：学号： 学生姓名：学号： 学生姓名：学号： 课程设计题目：电子综合应用实践： 数字电子秤设计 起迄日期：2010年1月4 日～2010年1月15日指导教师： 系主任： 下达任务书日期: 2010 年1月 4 日 1．设计目的： 针对电子线路课程要求，对学生进行实用型电子线路设计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养学生运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 设计内容:设计一个数字电子秤，组装及调试各单元电路及系统电路，用数字表显示称重结果。 设计要求及技术指标： ①测量范围：0~1.999kg、0~19.99kg、0~199.9kg； ②用数字显示被测重量，小数点位置对应不同的量程显示。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 1 电路原理图. 2 仿真结果. 3 课程设计说明书. 4．主要参考文献： 要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例： 1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985 （5篇以上） 5．设计成果形式及要求： 1电路原理图 2课程设计说明书 6．工作计划及进度： 2010年1 月4 日~ 1月7 日了解设计题目，查找资料、学习相关软件； 1月8日~ 1月13 日确定各题目要求计算相关参数，具体设计； 1月14日~ 1月15 日整理设计说明书，答辩。 系主任审查意见： 签字： 年月日 学校代码：__________ 2020-12-12 【关键字】方案、目录、指南、建议、情况、道路、思路、方法、环节、条件、空间、领域、会议、效益、质量、行动、监控、监测、地方、问题、系统、有效、主动、充分、现代、平衡、合理、良好、健康、快速、执行、保持、发展、建设、提出、研究、措施、特点、位置、关键、安全、稳定、力量、成果、根本、需要、利益、环境、工程、项目、重点、能力、需求、方式、差距、作用、标准、规模、结构、水平、任务、反映、速度、关系、设置、检验、分析、简化、调节、逐步、形成、制约、保护、满足、严格、管理、鼓励、保证、优先、确保、服务、指导、支持、解决、调整、改善、完善、方向、促进、加强、扩大、适应、实现、提高、推动、推进、改进、规范、多方面、新发展、中心、核心、关心、智能化、规范化、针对性 学号：__________ Hefei University 毕业论文（设计） BACH ELOR DISSERTATI ON 论文题目：基于单片机的多功能电子称设计 学位类别：_______________________________________ 学科专业：08电子信息工程 作者姓名：张小波 导师姓名：姚红 完成时间：2012年5月2日 目录 摘要.................................................... 错误!未定义书签。Abstract ................................................. 错误!未定义书签。第一章绪论 .................................. 错误!未定义书签。 1.1 称重技术和衡器的发展............................. 错误!未定义书签。 1.2 电子秤的发展现状和发展趋势....................... 错误!未定义书签。 电子秤设计报告-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 设计报告 实验名称：电子称设计 院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员：实验时间：2016年12月02日 评定成绩：审阅教师： 目录 1 设计要求 (3) 2 设计原理 (3) 3 系统框图 (3) 4 具体设计 (4) 称重传感 器 (4) 放大电路和量程切 换 (5) A/D转 换 (7) 显示器 (8) 5 实验小结 (9) 1设计要求 试设计10μg~10kg电子称，数字显示，精度为%。 2设计原理 数字电子称通过传感器将被测物体的重量转换成模拟的电压信号，较小的电压信号通过应用放大系统进行准确、线性的放大，以满足模数转换器对输入信号电平的要求。放大电路采用三运放数据放大器。仪表用放大器具备足够大的放大倍数、高输入电阻和高共模抑制比的特点。放大后的模拟电压信号经过模数转换电路变成数字量，模数转换电路采用模数转换芯片CC7107实现。然后把数字信号输送到显示电路中去， 最后由显示电路显示出测量结果，显示电路采用四块分立的七段LED显示电路进行显示。本设计中通过改变放大电路的增益，从而达到转换量程的目的。由于被测物体的重量相差较大，根据不同的测重范围要求，需对量程进行切换。 3系统框图 图1 电子称设计框图 （1）利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物体的重量信号； （2）由放大器电路把传感器输出的微弱电压信号进行一定倍数的放大，放大后的电压信号送到模数转换电路中； （3）由模数转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路； （4）由显示电路显示数据。 4具体设计 4.1称重传感器 设计原理 福建电力职业技术学院 课程设计课程名称：传感器与检测技术课设 题目：电子秤电路设计 专业班次： 姓名：杰克 学号： 指导教师： 学期：2011-2011学年第一学期日期：2012.2.13-2012.2.20 摘要 该设计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现了电子秤的基控制功能。随着电子技术和自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。近年来，新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计，研制高性价比的称重控制器提供了条件。本设计采用AVR单片机为控制核心，结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路，A/D转换部分组成，人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤。 该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0~10千克，质量误差不大于10克），还具有超量程和报警功能。整个系统结构简单，适用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 关键词：单片机；集成电路；采样电路；A/D转换器；液晶显示 目录 摘要 ......................................................................... I 第一章绪论 .. (3) 1.1 选题背景与意义 (3) 1.2 称重传感器的基本知识 (3) 1,3 研究的现状 (3) 第二章系统方案的设计 (6) 2.1 系统总体设计 (6) 2.2 系统工作原理及设计基本思路 (6) 2.3 数据采样部分的方案确定 (7) 第三章系统硬件设计 (10) 3.1 AT89S52单片机 (10) 3.2 称重传感器 (10) 3.3 A/D转换器 (11) 3.4 人机界面 (12) 第四章总结 (13) 参考文献 (14)【精品毕设】基于51单片机的电子秤设计
电子称课程设计
EDA乐曲硬件演奏电路设计 课程设计
基于单片机的数字电子称设计
基于LabVIEW的电子秤的设计
电子秤的设计与实现
电子秤的设计与制作
电子称设计(完整版)
基于单片机的多功能电子称设计
电子秤设计报告
电子秤电路设计
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