基于单片机的称重控制系统设计.doc

届毕业生毕业设计说明书题 目: 基于单片机的称重控制系统设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 摘要由于称重器具在商业贸易中的重要作用，称重技术的发展一直都受到人们的关注。本文设计实现了一种新型的多功能电子称重系统，该系统采用了最为常见的C51系列单片机STC89C52作为主控芯片，系统可以准确称量待测物的质量，使用者设立好单价后，系统还能自动地计算总价并可以把测量结果直观地显示在液晶屏幕上，同时本系统还具有超量程自动报警功能。此外本系统还扩展了电子万年历和电子温度计的功能，使得系统更加实用。本文论述了课题提出的背景，系统方案拟定的依据以及系统具体硬件电路的设计方案和软件编程的基本思绪，最后针对系统的测试结果进行了分析。 关键词：电子称重系统；单片机；称重传感器；A/D转换；时间和温度；人机交互Title Design of weighing control System Based On MCU ABSTRACTDue to the important role of weighing apparatus in the trade, development of weighing technology has been paid close attention to by people. This paper presents a new type of multifunctional electronic weighing system .This design is based on the most common C51 series microcontroller STC89C52 as a control core, it realized the basic functions of electronic scales. This design can acquisition quality accurately, display test data intuitively, set the price for diffident things and automatic alarm when it is over range. At the same time, the system also extends the function of electronic calendar and the thermometer, making the system more intelligent and practical. This paper discusses the background of the subject, how the system scheme is determined, design of the hardware circuit system and software programming. At the end of the paper, the system test results were analyzed.Key Words Electronic scale; single chip microcomputer; sensor; A/D conversion; human-computer interaction; time and temperature 目录摘要IABSTRACTII第1章 前言11.1 选择课题的背景和意义11.2 电子秤的现状及未来的发展趋势11.3 设计的重要任务2第2章 系统方案设计32.1 系统总体构想及其工作原理32.2 系统方案的拟定42.3 各个模块选型的分析5第3章 系统硬件电路的设计163.1 MCU的最小系统电路设计163.2 称重传感器和A/D转换芯片HX711的电路设计163.3 数据输入模块的电路设计173.4液晶显示模块的电路设计173.5报警模块的电路设计183.6时钟模块和温度模块的电路设计18第4章 系统软件部分的设计194.1 编程语言和开发工具的选择194.1.1 编程语言的选择194.1.2软件开发环境的选择194.2程序设计的总体思绪194.3各个模块程序设计说明214.3.1 键盘扫描程序214.3.2 A/D转换程序设计214.3.3 LCD显示程序设计224.3.4 报警模块程序设计234.3.5 时钟模块程序设计234.3.6温度模块程序设计234.4 小结24第5章 系统整体校调255.1 调试方法和环节255.2 调试过程中出现的问题及其解决方法265.3 调试结果26第6章 讨论与展望286.1 结论286.2 系统需改善的地方28致 谢29参考文献30附录（部分源程序）29第1章 前言1.1 选择课题的背景和意义 称重技术自古历来都受到人们的特别重视。早在我国父系氏族社会的末期就出现了所谓“度、量、衡”的说法，其中的“衡”也就是指测量物体轻重的工具，是以今天我们还把称重工具称作“衡器”。在贸易中对货品互换量的准确拟定必须要用到称重器具，最初人们采用木制或陶制的容器作为互换货品粗略的计量，后来出现的秤可以相对精确地测定物品的质量。因此自从人类文明诞生之日起，称重技术就和人类的经济社会生活密切相关，同时随着社会的发展和技术的进步也在不断地革新。随着现代发贸易对称重器具规定的不断提高，传统机械式称重器具缺陷也日渐显露，比如精度不高，工作效率低，不能自动计价等，特别是容易被无良商家运用充当其作弊的工具。虽然这些秤几经改善，但是仍然不能同时保证准确性和可靠性，这种状况直到电子秤的出现才发生了改变。电子秤由于大大减少了纯机械部件的应用，有效地避免了机械材料个体性差异带来的测量误差，同时电子秤又大量地运用现代电子技术，可以实现丰富的功能，此外科学和谐的用户操作界面又兼顾了设备的易用性。上述诸多优点是以往任何一种传统的机械式称重器具所不具有的，因此电子型的称重器具得到了很好的发展，迅速得到了普及，目前已经占据了衡器市场的大部分份额。 电子称重技术虽然已经得到了非常好的发展，但是目前的电子称重器具仍然有很大的提高空间，此外人们对电子秤各项性能的规定也在不断地提高。由此可见，现今对于电子称重技术的研究还是很有必要的，现实也规定我们进一步提高电子称重工具的性能，以便于更好地服务于现代的经济贸易活动。据此可以判断本课题不仅有一定的理论研究价值，同时又关乎人们平常的生活，也具有很强的实用价值。1.2 电子秤的现状及未来的发展趋势电子秤从简朴到复杂，由简陋到精密一直在发展。电子称重工具由开始的机械式发展到了机电结合式，最终实现了完全的电子化，同时也由单一功能发展到了多种功能。上世纪70年代中期电阻应变式称重传感器在技术上取得了重大的突破，中国的电子秤工业也随之迎来了空前的大发展。国民生产的各个部门出现了各种各样的电子秤，极大地促进了我国工商业的发展。轻纺工业，煤炭能源工业，冶金工业，仓储货运部门以及食品生产工业的生产过程中都要用到各式各样的电子称重仪器。此外诸如商业贸易领域的称重和计价，电子元件生产的计数称量也同样不能缺少电子称重装置的。以上实例也仅仅是电子秤技术在国民经济中使用领域的冰山一角罢了，由于电子秤在生产和生活中应用的例子实在是不胜枚举。从以上这些例子说明电子称重技术是非常重要的，其应用范围也是十分广泛的。总之，电子称重技术在国民经济发展和社会进步中发挥着重要的作用，已经越来越受到人们的重视。 改革开放以来，随着着国家经济体制改革的进程，电子称重工业的行业规模，技术能力以及在我国经济中的作用，已经发生了变化的巨大，远非昔日可比。国家也投入了大量的资金和人力对电子秤行业予以了大力的支持，据有关方面的不完全记录，到七五末期，国家对电子秤行业的累计投资已经达成了3亿多人民币，并动用了一千多万美元的外汇。纵观历史，近代以来随着科技的爆炸式发展，秤这种古老的计量工具也发生了翻天覆地的巨变，几千年来中国人眼中的“秤”便是指木杆秤，虽然直至今日这种秤还仍然发挥着作用，但是使用的范围已经越来越窄，现在的人都普通习惯使用更加方便和精确的电子称重工具。在二十一世纪的今天，人们希望电子秤可以使用更加方便，更加智能化，这也就给电子秤工业提出了更高的规定。现代电子称重仪器往往需要和电子计算机相组合，电子计算机的引入，大大扩展了电子称重仪器的功能，进一步扩大了其使用范围。未来的电子称重工具将会向智能化和多样化的方向继续发展。通过度析近些年来电子衡器类产品的发展现状及国内外用户的使用需求，电子衡器总的发展将会趋向于是模块化，小型化，多样化和智能化，可以预见未来电子称重器具的应用范围还将继续扩大。1.3 设计的重要任务STC89C52单片机是本系统的控制核心，除了实现电子秤的称重以及计价功能外，系统还将实现电子万年历，电子时钟，电子温度计等功能，此外还具有单价输入，金额自动计算，超量程自动报警等功能。此外本设计还具有和谐的人机交互界面，大大提高了设备的易用性和实用性，4*4薄膜型矩阵键盘可以供用户方便地输入单价信息，还可以用于快速准确地校准电子万年历的日期和时间，LCD1286点阵式液晶屏，可以直观地显示中文和西文字符，进一步拓展了系统的功能，在称重模式下可以清楚地显示待测物体的质量，单价和总价，在万年历模式下也可以清楚地显示年，月，日，星期的日期信息和时，分以及秒，温度等其他信息。本课题提出了一种基于单片机控制的智能化电子称重系统，具有很多传统电子秤所没有的新功能，精确度同样可以做到很高，本设计方案实现了一个功能非常强大同时又简朴易用的电子称重系统。第2章 系统方案设计2.1 系统总体构想及其工作原理本系统的控制核心选用的STC89C52RC单片机，本设计完毕了电子秤的各项功能，此外系统还扩展了电子万年历以及电子温度计的功能。系统重要由单片机最小系统，称重传感器及其信号解决模块，数据输入及结果显示界面，时钟和温度模块以及电源模块等部分组成。最小系统重要由STC89C52及其它必要的外围电路组成；数据采集模块涉及称重传感器、信号放大和A/D模块，其中的信号放大和A/D转换选取了海芯科技的高精度24位A/D转换芯片HX711，这种芯片是专为电子秤量身打造的。4*4薄膜型矩阵键盘和LCD12864液晶组成人机交互界面，可以快捷地输入数据和显示数据；时钟模块选用的是常用的时钟芯片DS1302；温度采集模块此处选择的是集成数字型温度传感器DS18B20。本系统结构简朴、功能多、易于使用，系统有一定的理论研究价值和实际应用价值。平行梁式称重传感器 STC89C52RC单片机（主控芯片）单片机控制模块数据采集部分点阵式12864型的LCDO4*4矩阵键盘人机交互界面电子称专用高精度高增益24位A/D转换芯片HX711时钟模块DS1302芯片扩展的时钟模块声光报警模块温度模块DS18B20芯片系统设计的总体框图如图2-1所示： 图2-1系统的总体框图 图2.12.2 系统方案的拟定本系统基本的设计思绪是STC89C52单片机作为整个系统的控制器，以电阻应变片式的平行梁式压力传感器为最基本的信号采集器件，配合AD转换模块，时钟模块和温度传感器，薄膜键盘，液晶显示屏等外围器件，实现系统方案规定的各项功能。其中核心的控制系统是51系列的STC89C52单片机，考虑到系统需要单片机去控制大量的外围元器件，因此不宜采用CPLD或FPGA等大规模可编程逻辑器件。（大规模可编程逻辑器件状态机的工作方式不太适合本系统规律性不强的多状态转换环境。本设计状态较多，实现难度较大。）此外本系统除规定实现基本功能外，没有提出其它特殊的规定，所以最终选择了STC89C52这种非经常用且便宜的单片机来实现系统设计。称重传感部分选用的是电阻应变式平行梁压力传感器。它的内部核心部分是电桥，待测物的重力作用会使弹性体产生一定范围内可恢复的弹性形变，不同的电阻应变片（机械信号和电信号的转换元件）会受到拉伸或压缩也随之产生形变，它们的阻值也会发生相应的变化，从而使原本处在平衡状态的惠更斯电桥进入非平衡状态，在传感器的输出端将会有差动信号输出，通过后级电路的解决，可以到得待测物的实际质量。传感器的示意图如图2-2所示。图2-2传感器的示意图当垂直于传感器受力面的正向压力P作用于梁上时，梁将产生形变，随之电阻应变片R1、R2受到压力拉伸，阻值相应增长；R3、R4受到压缩，阻值相应减小。电桥随之进入不平衡状态，电桥将会输出相应的电压，电压的大小与作用与传感器上的重力成正比关系，从而将非电量转化成了电信号输出。A/D转换以及信号解决部分此处选用了海芯科技的HX711专用芯片。HX711是一款专门为高精度电子秤而量身打造的24位A/D。HX711内部已经集成了时钟振荡器，稳压电源。因此采用此芯片将会减少很多外围电路的设计工作，该芯片具有非常高的集成度，抗干扰性能也非常强。该芯片的选用减少了电子秤的整机成本，同时也大大简化了数据解决电路部分的设计，提高了整机的性能，增强了可靠性。单片机对该芯片的编程也非常简朴，芯片内部的寄存器是不需要进行编程的，数据和控制信号直接通过芯片引脚驱动。模拟信号的输入有通道A 和通道B两个通道都有相应的可编程信号放大器，。其中A通道的增益可以通过编程在128 和64之间方便地切换，128增益时最大的输入信号幅值为20mV，64增益时最大输入信号电压幅值为40mV。B通道的增益值是固定的为64，一般可以运用B通道进行系统检测。由于芯片内部集成了优质的电源模块，因此称重传感器以及芯片内部的A/D可以从芯片直接获取电源，因此系统电路板上无需额外的模拟电源供电，非常地方便。此外片内集成了稳定的时钟振荡电路，芯片外部不需要再接任何器件。当系统通电时，HX711芯片会完毕复位的过程，不需要额外的初始化程序。人机交互界面采用4*4薄膜型矩阵键盘来实现数据的输入和相关功能的切换，显示模块选取的是12864液晶，该液晶具有中英文显示的能力，显示重量，单价，总价，以及时间和温度，显示效果清楚醒目。该液晶是晶讯联公司产的128*64汉字液晶屏，该液晶既可以当普通的图像型液晶显示模块使用，同时内置中文字库IC，编程者可以从字库IC 中直接读取内部字库的字形数据，然后再写入到12864的驱动IC中，汉字就可以显示出来了。辅助功能模块部分，时钟模块选择了现在非常流行常用的DS1302，温度检测模块是高精度数字温度传感器DS18B20。至此本系统的重要设计方案就已经介绍完了，系统的设计总体上优先采用了目前比较成熟和常见的方案，这样系统就可以具有很高的稳定性和可靠性，同时也可以有效地减少系统的实现成本。2.3 各个模块选型的分析 系统规定单片机控制称重传感器的数据采集，以及控制A/D转换的时序，同时还需要控制扩展功能的时钟，温度和液晶等模块的工作时序。据此分析，51单片机，AVR单片机，MSP430系列单片机，PIC单片机以及ARM单片机均符合系统的设计规定。但是考虑到系统对单片机的解决速度和系统资源都没有特别高的规定，因此系统从开发难度和周期以及实现成本考虑宜于采用成本低廉且技术成熟的单片机，综合考虑决定选用51单片机，51系列单片机是目前是应用最为广泛的单片机之一，技术比较成熟，开发难度适中。 51系列单片机是由最初的Intel8031单片机发展而来的一系列单片机。刚开始的51单片机程序烧写非常麻烦，之后闪存技术发展迅速发展，Flash的引入使51单片机开始快速发展，逐渐成为非常经典的8位机，其应用范围非常之广。其中ATMEL公司的AT89系列51单片机最具代表性，曾经一度十分地风靡。之后许多公司纷纷推出自己的51内核单片机，其中国内的佼佼者便是宏晶科技，他们生产的增强型51单片机以其强大的性能和低廉的价格深受开发者的爱慕和追捧，本系统选用的单片机便是出自宏晶公司，可以预见此后很长一段时间51单片机仍将占有大量市场。 本系统之所以最终选择了STC89C52是由于STC89C52是一种经典的低功耗、高性能的8位单片机，目前使用范围非常广。STC89C52内置 8K 字节的在系统可编程的flash rom。STC89C52采用传统51内核的同时又有非常多项有益的改善，可谓是旧瓶装新酒，使得STC89C52成为一款真正的增强型单片机，使其成为嵌入式控制应用首选的单片机之一。STC89C52RC单片机的特性：属于增强型的8051系列单片机，其指令系统与经典的51单片机完全兼容。宽工作电压：分为3V单片机和5V单片机。正常工作频率最高可达48MHZ,同工作频率下代码执行效率大约为传统8051的两倍。用户应用程序存储空间为8K字节。片内经常高达512Byte的用户数据存储空间。P0到P3总四组32个通用I/O 口，四组I/O 口均是准双向口， 其中P0口由于内部无上拉电阻，因此作为普通 I/O 口使用，需要外部加上拉电阻，当P0口为总线用时，无需上拉电阻。开发者可以直接通过P3.0和P3.1实现串口下载程序。不用像其他单片机那样还需要专用编程器或仿真器，非常迅速和便捷。片内集成有2KB的EEPROM。 总共有3个16 位定期器/计数器。总共有4 路外部中断，可以选择下降沿触发或低电平触发，此外单片机进入节能模式时，也可被外部中断以低电平触发的中断方式所唤醒。STC89C52的实物图如2-3图2-3 STC89C52实物图STC89C52的管脚分布如图2-4图2-4 STC89C52引脚示意图 目前的称重传感器按其力电转换的方式大体可以分为电阻应变式，电容应变式，液压转换式，光电转换式，压电感应式以及新兴的陀螺典礼等。下面就将各种传感器的工作原理和合用范围一一做以介绍。光电式传感器，重要有光栅与码盘这两类。.光栅式传感器有两块光栅，其中一块是固定，尚有一块位于表盘轴可移动。当承重台上放有待测物时，被测物的重力通过杠杆作用在表盘轴上从而使其旋转，则表盘轴上的移动光栅也随之转动，光栅产生的莫尔条纹也会移动。再通过光电管换算出发生移动的莫尔条纹的数量，从而把转轴的角度位移转换成了相应的光电信号。我们通过测量光栅的转动角度，就可以最终被测物的实际质量。.码盘式传感器也是通过把码盘的转动角度转换成光电信号来工作的。被测物体放在承重台上时重力作用施加于杠杆使表盘转轴转动，和转轴相连的码盘亦随之转动。光电池可以把光信号转换成电信号，因此码盘转动角度和光电池的电信号呈一定关系，输出的电信号经由数字化解决，就可以得到待测物的实际质量。以前的机电结合秤上光电式传感器曾经被大量使用。 压磁式称重传感器是通过检测铁芯上绕的线圈的阻抗变化，间接得到待测物质量的。我们知道铁磁材料的磁导系数与磁阻会随着其所受外力的大小发生相应的改变，而磁导系数和磁阻的变化会引起线圈阻抗的变化，也可以说线圈阻抗的变化与外力大小成一定的比例关系，我们通过检测线圈阻抗的变化，就可以得到外力的大小，进而求出待测物体的质量。压电式称重传感器是通过晶体表面电荷的转移现象测定物体质量的。一定方向的外力作用与某些晶体介质时，晶体内部的正负电荷会发生相反方向的移动，晶体表面的两个方向就聚集了大量符号相反的束缚电荷，这些束缚电荷的电荷密度与外力的大小成正比关系，18据此可以得到物体的实际质量。 液压式称重传感器的量程比较大，一般应用于工业场合。它的原理也比较简朴，是通过其内部液压油的压强变化达成测量目的的。当中午作用于液压油时，液压油会受到压缩，所以其压强会增大，增大的限度与物体重力有关。我们可以通过测出压强的变化，来拟定被测物的质量。液压式称重传感器的结构相对简朴，稳定性好，但是其准确度很低。 电容应变式称重传感器的工作原理是弹性体上固定有电容器，当被测物体作用于弹性体时，弹性体会发生形变，从而引起电容极板间距的变化。我们知道电容器的电容大小和其极板间距有关，当电容发生变化时，电路的震荡频率会发生变化。通过计算得知振荡电路的振荡频率与电容器的极板间距呈正比例的关系。很明显，电容器极板间距的变化和待测物的质量有关，通过测量电路的变化量。我们就可以求出被测物的实际质量。电容式称重传感器价格便宜，功率消耗低，精确度在1/200和/500之间。 振动式称重传感器的金属丝或金属膜的尺寸，材质和密度都一定期，其固有频率就只与其受到的外部力的大小有关。不同的待测物施加的重力也不同，金属丝的振动频率也就会发生不同的改变，我们设法用频率测量仪器测出金属丝震荡频率的改变，就可求得待测物的质量。振动式称重传感器分为音叉式以及振弦式。.振弦式称重传感器的核心部分是弦丝。弦丝在传感器中是以V字形固定的。当有被测物作用于弦丝时，弦丝的V形交汇点会向下移动，与此同时弦的左半部拉力增大，弦的右半部拉力减小。弦的左右两部分的固有频率都会发生就会发生变化，两部分的频率之差和物体的质量有一定关系，我们得到这个频率差就可以求出被测物的质量。振弦式传感器的精确度高达0.001到1.0001，其量程可达几百公斤的级别，优势比较明显。但与此同时其结构过于复杂，加工难度非常大，因此造价很高，只合用于特殊场合。.压电元件固定在音叉的顶部，压电元件可以随音叉一起振动，通过压电元件可以测出音叉的固有振荡频率。当音叉受到待测物的重力作用时其固有频率会增大，频率增大的量与重力大小的平方根成正比。可见音叉 固有频率的变化量反映了物体的质量大小，求出音叉频率的变化量就可以得到物体的质量。音叉式称重传感器功耗低，计量准确度高，可惜最大量程只有10kg。 陀螺典礼称重传感器是最近几年来新兴的一种新型数字型称重传感器。这种传感器的工作原理运用了陀螺的进动特性与力矩效应，陀螺典礼称重传感器的位移与物体作用力不在一个方向上，不必考虑静态平衡问题。这种传感器几乎不存在滞后性，线性非常好，精度高，响应速度快，抗干扰能力很强。陀螺典礼称重传感器最大的特点是它输出的信号直接就是数字型的，可供单片机直接解决，无需再通过模数转换过程，使用起来非常方便。电阻应变式称重传感器内部的弹性体上有四个电阻应变计，构成了惠更斯电桥，待测物重力使当弹性体产生形变，其上的电阻应变计的电阻发生不同的变化，电桥的平衡状态被打破，输出相应的电信号。由于输出的电信号与物体的重力存在线性关系，所以通过后面的信号解决电路测出这个电信号的幅值，就可以测出物体的实际质量。电阻应变式称重传感器的量程范围很大，最高可称量上千公斤的物体，其计量准确度也比较高。电阻应变式称重传感器结构简朴，可以适应大部分的工作环境，可靠性也较好。因此目前这种称重传感器得到了非常广泛的应用。综上所述，反复对比各类称重传感器后可以得出结论：从技术成熟度，结构复杂限度，计量精确度和制导致本综合考虑，电阻应变式称重传感器是最佳的选项。本方案选用的是电阻应变式平行梁传感器，目前应用最为广泛。在各种各样的电子秤中，也许使用的都是这种称重传感器。厨房秤和珠宝秤等行业领域，是工业和农业自动化系统中一种不可或缺的核心部件。其外形是不规则的长方体形状（如图2-5），平行梁称重传感器是业界部分人对其的一种称呼。图2-5平行梁传感器外形平行梁传感器的原理（如图2-6）：外力作用于弹性体时，弹性体发生弹性形变，电阻应变片由于是贴在弹性体上的也随之产生形变，产生形变后电阻应变片的阻值也将发生变化，电桥不再平衡，输出的差动信号通过放大和A/D转换，最后由单片机进行解决，就可以得到待测物的质量。图2-6传感器工作原理示意图本方案选用的平行梁传感器的基本参数如表2-1表2-1平行梁传感器参数平行梁传感器可以在各种恶劣的条件下保持正常地工作，它的体积也一般比较小，非常适合小型化的民用称重设备。平行梁传感器精度高、量程大、构造简朴、频率响应特性优异，当然它也存在着缺陷：电桥输出的差动信号薄弱需要进行放大，并且当称量物体重量较大时其线性特性会变差，当然这些缺陷可以通过优化电路设计在一定限度上得到补救。由于平行梁传感器输出的信号是模拟信号，单片机无法直接进行解决，因此需要通过A/D转换变成单片机可以解决的数字信号，同时传感器输出的原始信号非常薄弱，假如直接解决误差会非常大，所以还需要进行信号的放大。此外还要给传感器和A/D转换芯片提供稳定可靠的电源，因此这里有两种方案可供选择。方案一，采用高精度的A/D转换芯片，同时设计信号放大电路和电源供电电路。此种方法可以保证具有良好的效果，但是由于电路结构非常复杂，工作的温度性无法保证，此外也势必会增长成本；方案二，采用电子秤专用集成A/D芯片，可以省去放大电路和电源电路的设计，简化系统结构，同时由于采用专用芯片，因此其精确性和可靠性也有保障。综合考量之下，我决定选择方案二。通过长时间的资料查找，海芯科技的一款电子秤专用的A/D转换芯片进入了我的视线，这款芯片的优异性能和强大功能的确让人初见就会有眼前一亮的感觉，它就是HX711(引脚示意图如图2-7)。图2-7 HX711引脚示意图A/D转换器以及信号解决部分此处选用HX711。HX711内部已经集成了时钟振荡器，稳压电源。因此采用此芯片将会减少很多外围电路的设计工作，该芯片具有非常高的集成度，抗干扰性能也非常强。该芯片的选用减少了电子秤的整机成本，同时也大大简化了数据解决电路部分的设计，提高了整机的性能，增强了可靠性。由于芯片内部集成了优质的电源模块，因此称重传感器以及芯片内部的A/D可以从芯片直接获取电源，因此系统电路板上无需额外的模拟电源供电，非常地方便。此外片内集成了稳定的时钟振荡电路，芯片外部不需要再接任何器件。当系统同电时，HX711芯片会完毕复位的过程，不需要额外的初始化程序。HX711芯片的特点：通道A和通道B两路可选择的差分输入。内部集成优良的可编程信号放大器，增益可以通过编程改变。内部集成稳压电源，接入的传感器和HX711内部的A/D 转换器可通过此电源获得电源。内部集成时钟振荡电路，无需外接晶振等元件即可起振；也可以引入外部时钟。具有上电自动复位电路。通用的串口通讯模式：直接通过管脚控片，不用对芯片内部的寄存器编程。数据输出的速率可以通过编程在10HZ和80HZ之间转换。可以克制50Hz或60Hz电源的干扰。超低的功耗。工作电压范围是2.6 到5.5V。可以在-40到85的环境下工作。16引脚的贴片封装形式。 数据输入模块的选择相对来说非常简朴，这个模块也属于人机交互界面的其中一部分，需要完毕称重系统金额等数据的输入以及时钟模块时间的调整。因此无非就是有独立键盘和矩阵键盘两种选择，而本系统至少需要设立10个数字键，尚有若干的功能转换按键，考虑到按键数量比较多，毫无疑问矩阵键盘将会是最佳的选择。 通过对比，本系统选择了近些年来颇为流行的一种键盘即薄膜型键盘。薄膜键盘其实是一种薄膜开关，此种键盘按键一般很多，按键分布整齐，人们习惯叫它薄膜键盘。薄膜键盘外观美丽，体积较小，重量特别轻。具有防水，防灰尘，耐酸碱，防油污，抗震以及寿命长等诸多特点。薄膜键盘集文字标记，商标印制，显示透明窗为一体，目前已经被广泛地应用于智能化的电子测量仪器、家用电器、医疗器械等诸多领域。薄膜键盘的优点：外形美观新奇。体积可以做得很小，合用于笔记本等高端产品。密封性强，可以防水，防尘，还具有一定的耐酸碱和抗震能力。使用寿命很长且可以耐弯折。表2-2键盘按键功能分布123功 能转 换456时 间调 整789去 皮功 能*0#预 留按 键 显示模块可以在常见的数码管和液晶屏之间取舍，考虑到本设计要显示的数据量会比较多，假如采用数码管显示，则所需的数码管位数就会非常多，将会占用单片机大量宝贵的I/O口，本就有限的51单片机的资源将会更加显得捉襟见肘，此外硬件电路的设计也会很复杂，编程也会有一定难度，同时大量的数码管从美观和显示效果来看也不甚抱负。可见数码管只合用于显示内容相对较少的情况，当显示内容较多时，数码管往往就显得鞭长莫及了。因此本设计决定选用性能更加优异的LCD屏，常见的液晶显示屏有以1602和12864为典型代表的普通屏，尚有更加高端的彩色TFT屏。从成本和实用性来看彩色屏可以被排除，由于就普通的电子秤来说不需要显示大量的彩色图像，用彩色屏有些牛刀杀鸡的感觉，同时就51单片机的解决速度来说去驱动高分辨率的彩色屏也会显得力不从心。1602成本最低，但是其显示区域较小且有不能显示中文的局限性，因此，本方案选择12864液晶作为系统的显示部分。 系统选用的是12864液晶屏，内置字库，采用8位并行数据传输模式，它的显示分辨率为12864,可以同时最多显示四行32个16*16 点阵的汉字或64个16*8 点阵的西文字母。此外本模块还具有绘图功能，非常适合做人机交互模块。同时12864的功耗也很低，价格相对便宜，其硬件电路的设计比同类模块也要简朴。报警模块相对来说也比较简朴，本设计采用的是比较经典的蜂鸣器报警方案。蜂鸣器是一种常见的电子讯响设备，蜂鸣器被广泛地应用于游戏机，家用电器和医疗设备等电子设备的报警电路中。蜂鸣器价格低廉，电路结构简朴，响度大，工作稳定性高，是一种非常抱负的报警电路设计方案。蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，其中有源蜂鸣器接通合适的电源就可以连续发出声响，而无源蜂鸣器必须有音频信号的输入才干发声，和普通的扬声器更像。我们常说的有源或无源蜂鸣器，其中的“源”是指震荡源，而不是电源。有源蜂鸣器内部带有独立的震荡源，因此只要一通电就会发出响声；但是无源蜂鸣器内部是没有震荡源的，所以直流信号无法直接驱动其鸣叫。只有输入一定频率的方波信号才可以驱动它发声。有源蜂鸣器一般都比无源蜂鸣器贵，就是由于它内置了一个震荡源。无源蜂鸣器虽然有其自身的优点，比价格便宜，发声频率可编程，在个别特殊情况下甚至可以和LED复用同一个I/O口。但是无源蜂鸣器的控制程序就要远远比有源蜂鸣器复杂了，其中往往需要涉及定期器的编程，相反有源蜂鸣器的编程非常简朴只需要控制I/O口电平的高低变化就可以了。此外如过是小批量的话无源蜂鸣器的成本优势也并不明显，加之本设计只是需要普通的声音报警，没有规定音调的变化。毫无疑问，在本设计中，有源蜂鸣器是最佳的选择。 目前的时钟芯片市场中DS1302、PCF8485和 DS1307等都比较流行。这些芯片都具有接口简朴、成本低廉、应用简朴的优点，因而在目前的电子设备中被广泛地应用。在这类芯片中DS1302是目前最为经典，使用也最广泛的一种。DS1302由DALLAS公司开发，它可认为备用电池提供充电功能，采用高效的串行数据传输模式，可以在接入电源时为备用电池充电，当然也可以关闭其此功能。和DS1302配套实用的也是常见的32768Hz的晶体振荡器。 通过对比，我决定选用DS1302作时钟芯片，由于其技术相对比较成熟，价格适中，功能也符合设计的规定。DS1302是一种低功耗，多功能的实时时钟芯片，具有进行闰年补偿功能， 在2.5V到5.5V的工作电压下都可以正常运营。DS1302通过简朴的三个I/O扣与控制器进行同步通讯。DS1302比DS1202增长了后备电源电源的引脚，可以对后备电源进行充电，因此DS1302是DS1202的改善版和升级版，完全符合本设计的需求。DS1302的管脚示意图如图2-8图2-8 DS1302管脚示意图 温度传感器从大的方面来分可以分为接触式和非接触式。其中非接触式传感器和待测物可以不直接接触，因此这种传感器的测温上限非常高，理论上可以不用考虑敏感元件的耐高温上限。但是这种传感器造价相对昂贵，重要是用来测量运动中的目的、或温度变化迅速的目的的表温，特别是1800以上的高温。因此这种传感器就本系统来说不是特别合适。 接触式一类的传感器的热电偶或热电阻的测温范围大，并且灵敏度高，转换时间短，但是需要与之配套的外围电路相对复杂，合用于专用的测温仪器的开发，考虑到本系统中的测温功能只是其中一个辅助功能，对温度传感器的测温性能并无特别高的规定，为了简化电路设计减小开发难度，在此选用集成温度传感器。 集成温度传感器又有模拟和数字的区分，其中模拟型的是把敏感元件和基本信号变换电路以及控制电路所有集成在了单一的I芯片上，这种芯片优点比较明显：灵敏度高，线性度较好并且响应速度不久。数字型集成温度传感器把温度敏感器件，A/D转换器和存储器等集成在了一个IC上，可以直接输出数字信号，单片机可以直接从IC中读取数据，再通过换算就可以得到实际的温度值，使用更加加方便。 对比以上方案，设计最终选择了一款数字集成温度传感器DS18B20.它只有一根数据线就可以完毕和MCU的通信， 不需要额外的备用电源，3.0 V到5.5 V 的电压范围内都可以工作， 它可以测量零下55到125 的温度范围 ，量程内的测温精度可以达成0.5。DS18B20可编程的分辨率为9到12位，虽然响应时间稍长，但对于本系统来说完全可以符合规定。DS18B20的引脚示意图如图2-9：图2-9 DS18B20引脚示意图2.4小结本章内容对系统的总体设计方案做了简朴的介绍，之后又具体地阐述了系统每一个模块的选型依据。系统的各个模块器件的选择对于系统的整体设计是非常重要的，模块选择得当可以以最简朴最便宜的方案实现设计所规定的功能，同时系统性能和工作稳定性也可以得到非常有效的保障，达成事半功倍的效果。相反假如模块选择失当，整个设