hx711和單片機(jī)的電子秤稱重計(jì)量實(shí)現(xiàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄摘 要 電子秤是將檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器。它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密結(jié)合息息相關(guān)。電子秤主要以單片機(jī)作為中心控制單元，通過稱重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強(qiáng)大軟件來組成。電子秤不但計(jì)量準(zhǔn)確、快速方便，更重要的自動(dòng)稱重、數(shù)字顯示，對(duì)人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從硬件電路設(shè)計(jì)，軟件編程調(diào)試，實(shí)物焊接調(diào)試三部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。硬件電路主要是基于單片機(jī)AT89C51為核心的控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，采用壓力傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711對(duì)傳感器采集到的模擬

2、量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行處理顯示，數(shù)據(jù)顯示由LCD1602液晶實(shí)現(xiàn)，液晶顯示效果穩(wěn)定無閃爍關(guān)鍵詞： AT89C51單片機(jī)；電子秤；壓力傳感器；HX711ABSTRACTWith Intelligent electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, an integrated modern technology of new weighing equipment. Ectro

3、nic scale takes SCM as its central controling unit,and achieves AD transform through weighting transducer,then adds keybord,display circuit and powerful softerwear. It is not only accurate,swift,and convenient, but also makes an important effect to peoples life by its automatic weightment and digita

4、l display, so it becomes more and more popular.The design of this system gives its eleboration from 3 parts: Hardwear circuit design,softwear programme debugging and entity weld debugging.Hardwear circuit reaches data processing by the controling unit which based on AT89C51，and gathers data by weigh

5、ting transducer,then makes AD transform by HX711 to the data gathered, and the transformed data then transferred to AT89C51 for display prosessing, at last LCD1602 would show it out steadily without twinklingKey Words: AT89C51 MCU，Electrnoic Scale，Load sensor，HX711. 第1章 緒論1.1課題背景與研究意義 電子秤作為一種計(jì)量手段，廣泛

6、應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國(guó)家法定計(jì)量器具，是國(guó)計(jì)民生、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。電子秤是稱重技術(shù)中的一種新型儀表，廣泛應(yīng)用于

7、各種場(chǎng)合。電子秤與機(jī)械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、實(shí)用價(jià)值強(qiáng)、維護(hù)方便等特點(diǎn)，可在各種環(huán)境工作，重量信號(hào)可遠(yuǎn)傳，易于實(shí)現(xiàn)重量顯示數(shù)字化，易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。從世界水平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再?gòu)募呻娐肥降侥壳暗膯纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤。我國(guó)電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。現(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子秤重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。常規(guī)的測(cè)試

8、儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。電子秤重的實(shí)現(xiàn)首先是通過壓力傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過前端信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測(cè)物體的重量。按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互液晶顯示界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器

9、、信號(hào)的前級(jí)處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成對(duì)該數(shù)字量的處理，驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。此部分對(duì)軟件的設(shè)計(jì)要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)過載報(bào)警提示功能和電子日歷功能使本電子秤的設(shè)計(jì)更人性化智能化。1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一、基本要求設(shè)計(jì)并制作一款基于51單片機(jī)和HX711壓力傳感器的電子秤重系統(tǒng)。二、具體要求本課題研究的內(nèi)容是以單片機(jī)AT89C51為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本策略及價(jià)格計(jì)算功能。該系統(tǒng)可以分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機(jī)交互界面系統(tǒng)、電源系統(tǒng)五大部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)部分主要包括A

10、T89C51和經(jīng)典復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和1602液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)。本課題的主要設(shè)計(jì)任務(wù)如下所述：1）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電子秤基本的稱重功能（稱重范圍為010Kg，重量誤差不大于±0.005Kg）；2）系統(tǒng)應(yīng)具備鍵盤輸入單價(jià)，顯示重量，計(jì)算總價(jià)的功能；4）單價(jià)和總價(jià)金額的單位為元，最大金額數(shù)值為999.99元，金額誤差不大于0.01元；3）系統(tǒng)超出最大測(cè)量范圍10Kg時(shí)，具有報(bào)警指示

11、功能（蜂鳴器、LED燈報(bào)警提示）；4）該電子秤設(shè)計(jì)同時(shí)具備去皮功能和重量校準(zhǔn)功能。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案結(jié)合所學(xué)知識(shí)，通過查找資料和論證，可通過以下方案來實(shí)現(xiàn)課題要求實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)，各方案介紹如下所述。方案一 數(shù)碼管顯示：圖1-1 數(shù)碼管顯示方案此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡(jiǎn)單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。由此設(shè)計(jì)出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡(jiǎn)單，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡(jiǎn)單的輸出輸入關(guān)系。缺點(diǎn)是：硬件部分簡(jiǎn)單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子秤基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字和英文字符的

12、顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購(gòu)物清單的要求。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡(jiǎn)單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子秤實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-2所示：圖1-2帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購(gòu)物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理

13、輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。方案三顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD顯示器，同時(shí)增加蜂鳴器、LED燈超重報(bào)警模塊，這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示購(gòu)物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)需要增加擴(kuò)展功能時(shí)可以通過切換液晶顯示界面的方式來實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖1-3所示：圖1-3帶有鍵盤輸入及液晶顯示的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖鑒于上述三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性及成本的可行性的前提下，設(shè)計(jì)完成了最終的電子秤方案3。 1.4電子秤的主要組成1.4.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的

14、測(cè)量?jī)x器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電了秤均由以下三部分組成：1） 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。2） 稱重傳感器即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。對(duì)稱

15、重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。3) 測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。1.4.2 電子秤的工作原理當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力

16、一電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系（一般成正比關(guān)系）的電信號(hào)（電壓或電流等）。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模數(shù)( A/D)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。1.4.3 電子秤的計(jì)量性能電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。(1) 量程

17、：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。(2) 分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。(3) 分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max=n·d(4) 準(zhǔn)確度等級(jí)國(guó)際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成T、II、III、四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如表1-1所示：表1-1 不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)標(biāo)志及等級(jí)電子秤分類分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度基準(zhǔn)衡器n> 高準(zhǔn)確度精密衡器10000 < n

18、中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器1000 < n10000普通準(zhǔn)確度粗衡器100<n1000第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1 元器件選型及參數(shù)介紹2.1.1 單片機(jī)選型單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價(jià)格便宜等要求，本課題選擇AT89C51作為主控芯片。AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件由ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP

19、 Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89C51芯片具有以下特性：指令集和芯片引腳與Intel公司的8051兼容；4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲(chǔ)器；時(shí)鐘頻率為033MHz；128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）；32個(gè)可編程輸入/輸出引腳；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源，2級(jí)優(yōu)先級(jí)；全雙工串行通信接口；監(jiān)視定時(shí)器；2個(gè)數(shù)據(jù)指針。AT89C51單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖2-1所示：

20、圖2-1 單片機(jī)引腳圖2.1.2 傳感器選型系統(tǒng)采用壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對(duì)外接電路要求很高。電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻

21、應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。圖2-2為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E：圖2-2 傳感器內(nèi)部連接圖當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開路，此時(shí)直流電

22、橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有：= （2.1）當(dāng)滿足條件R1R3=R2R4時(shí)，即 （2.2）=0，即電橋平衡。式（2.2）稱平衡條件。應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。若差動(dòng)工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.1），則電橋輸出為 (2.3) 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：（1）應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。（3）結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。（4

23、）商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量5。 通過對(duì)壓力傳感器與電阻應(yīng)變式傳感器比較分析，最終選擇了第二種方案。題目要求稱重范圍010Kg,滿量程量誤差不大于0.005Kg，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重10Kg。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器，量程為10Kg，精度為0.01% ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。2.1.3 HX711模塊HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降

24、低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU 芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A 或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A 的可編程增益為128 或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或±40mV。通道B 則為固定的64 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過程。芯片管腳圖如圖2-3所示。圖2-3

25、HX711管腳定義HX711典型應(yīng)用電路如圖2-4所示。圖2-4 HX711典型應(yīng)用電路2.1.4 顯示器選擇方案一 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相

26、應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管顯示信息有限，當(dāng)顯示信息較多時(shí)需要多個(gè)數(shù)碼管級(jí)聯(lián)方可，這樣會(huì)造成硬件連接復(fù)雜，成本增加；數(shù)碼管對(duì)大部分字符不能很好的顯示，動(dòng)態(tài)掃描時(shí)處理不好易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。方案二 LCD字符液晶顯示采用點(diǎn)陣字符型 LCD 液晶顯示，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件，但采用LCD液晶顯示

27、會(huì)造成設(shè)計(jì)成本增加。LCD1602可以顯示2行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0-D7，和 RS、R/W、 EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光10。具體引腳說明如表2-1所示。表2-1 LCD1602液晶顯示器引腳說明LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同 的點(diǎn)陣字符圖形，如表 1 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、 常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，它的讀寫操作、 屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。最后綜合了多方面因素的考慮采用了方案二，選擇 LCD1602 顯示器

28、作為系統(tǒng)的顯示界面。2.2 硬件電路設(shè)計(jì)2.2.1 5V供電電路由于基于51單片機(jī)和HX711壓力傳感器的電子秤設(shè)計(jì)為我的原創(chuàng)設(shè)計(jì),現(xiàn)已略去以下幾個(gè)內(nèi)容:(1) 5V供電電路介紹;(2) 主程序流程圖;(3) LCD顯示流程圖(4) 按鍵設(shè)置流程圖;(5) 附錄1仿真電路圖；(6) 附錄2原理圖；(7) 附錄3 C程序；取得下面所有文件，請(qǐng)Subscribe the WeChat Public Number: 交院小智。My扣扣is:232，7603，104。我的圍脖：蔣宇智喲。資源分享如下：2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)系統(tǒng)主控電路由AT89C51單片機(jī)及晶振電路和復(fù)位電路組成，該電路作為整個(gè)系

29、統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心單元，其連接方式如圖2-8所示。圖2-8 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其

30、諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電.的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng)-磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線10。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位加上電復(fù)位來實(shí)現(xiàn)，復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過兩端短接迅速放電,使RST引腳為高電平,復(fù)位按鍵彈起后,電源對(duì)1F的電容C1重新充電,RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,用于構(gòu)

31、成振蕩器,但要形成時(shí)鐘脈沖,外部還需附加電路,本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器,就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路,C2和C3的值通常選擇為30pF左右,晶振Y1選擇12MHz.為了減小寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。單片機(jī)的31腳（EA）接+5V電源，表示允許使用片內(nèi)ROM。2.2.3 LCD1602顯示電路顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊，液晶板上排列著若干 5×7或 5×10點(diǎn)陣的字符顯示位,每個(gè)顯示位

32、可顯示1個(gè)字符，從規(guī)格上分為每行 8、16、20、24、32、40位，有一行、兩行及四行三類。其與單片機(jī)的連接電路如圖2-9所示圖2-9 液晶顯示接口電路1腳和2腳為液晶1602地和電源引腳，3腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通過10K電位器接地，背光可通過電位器來調(diào)節(jié)亮度；4腳、5腳、6腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2,2端口，714腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，15、16、腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地9。2.2.4 超重報(bào)警指示電路2.2.5 4*4矩陣鍵盤電路按鍵輸入電路用來在電子秤測(cè)量過程中輸入單價(jià)值，按鍵輸入電路采用4*4矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)，

33、矩陣鍵盤電路如圖2-11所示。圖2-11 4*4矩陣鍵盤輸入按鍵功能分配如表2-2所示：表2-2系統(tǒng)按鍵配置表123去皮456清除789校準(zhǔn)-0.校準(zhǔn)+此電子秤是開機(jī)檢測(cè)，默認(rèn)重量為0，直接忽略托盤重量，這樣有利于提高稱重的精確度，也簡(jiǎn)化了操作，更加方便實(shí)用。 計(jì)算功能：通過數(shù)字鍵和小數(shù)點(diǎn)鍵正確輸入了單價(jià)之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出總價(jià)金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價(jià)、總價(jià)。2.3 電路繪制與PCB板制作2.3.1 Protell 99 SE本文在硬件電路的設(shè)計(jì)過程中，原理圖和PCB的繪制采用Protel99SE軟件，Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的E

34、DA設(shè)計(jì)軟件，該軟件以其簡(jiǎn)單易操作的優(yōu)勢(shì)一直以來備受電子工程師的喜愛，因而也成了很多高校電子相關(guān)專業(yè)EDA工具的必選課程。2.3.2 原理圖繪制與PCB板制作采用Protel99SE軟件繪制原理圖和PCB的主要步驟如下所述：1. 建立系統(tǒng)所需原件庫；2. 加載所建原件庫到工程項(xiàng)目中；3. 在原理圖頁面中放置所需元器件并按照電氣性能連接各元件；4. 建立原件封裝庫并加載到工程文件中；5. 繪制好電路后進(jìn)行ERC電氣檢測(cè)，并生成網(wǎng)絡(luò)表；6. 在工程中建立PCB文件，導(dǎo)入生成的網(wǎng)絡(luò)表；7. 按照網(wǎng)絡(luò)飛線提示繪制PCB，最后完成DRC檢測(cè)13。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 Keil軟件介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采

35、用C語言編程，編譯環(huán)境為keil UV4。Keil c51 是美國(guó)Keil Software 公司出品的51 系列兼容單片機(jī)C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比，C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE 本身或其

36、它編輯器編輯C 或匯編源文件，然后分別有C51 及A51 編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（.HEX），然后通過單片機(jī)的燒寫軟件將HEX 文件燒入單片機(jī)內(nèi)。軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測(cè)；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個(gè)方面的操作分別在主程序中來進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。3.2 主程序流程圖3.3 LCD顯示流程圖3.4 按鍵設(shè)置流程圖第四章 Proteus仿真設(shè)計(jì)4.1 Proteus仿真平臺(tái)世界上著名的EDA仿真軟件Protues擁有其自身的獨(dú)立特點(diǎn)，例如從原理圖布線圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路的協(xié)

37、同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，都能實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品仿真的完整功能。同時(shí)也是目前世界上唯一能將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持的類型也非常廣泛，例如8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，該軟件在2010年又同時(shí)增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他類型系列的處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能分別有：原理布線圖；PCB自動(dòng)或人工布線；

38、SPICE電路仿真；從軟件的誕生到如今，Protues作出了很大的改革，這些改革使其成為如今最受歡迎的仿真軟件之一：1)互動(dòng)的電路仿真；用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2)仿真處理器及其外圍電路；可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。3)豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；4)智能的器件搜索：通過模糊搜索

39、可以快速定位所需要的器件；5)智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間；6)支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰；7)可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用；4.2 仿真結(jié)果分析打開Proteus仿真文件，其后綴名為DSN。雙擊單片機(jī)，加載main.hex文件（位置在：?jiǎn)纹瑱C(jī)加載文件）。然后，雙擊HX711芯片，加載HX711.hex文件（位置在：HX711模塊加載文件）。如圖4-1所示。圖4-1 Hex文件位置及仿真文件點(diǎn)擊Proteus軟件左下角運(yùn)行按鈕，運(yùn)行仿真。

40、LCD1602液晶顯示：Welcom to Use Electronic Scale.如圖4-2所示。 圖4-2 LCD初始化界面緊接著，一聲提示音過后，紅色LED燈點(diǎn)亮，LCD顯示重量、單價(jià)和總價(jià)，數(shù)值均為0。此時(shí)，系統(tǒng)處于等待貨物稱重的狀態(tài)。如圖4-3所示。LCD顯示的3個(gè)參數(shù)分別是：WE（Weight，重量的縮寫）、PR（Price, 單價(jià)的縮寫）和MONEY（表示總價(jià)）。圖4-3 貨物等待稱重按下重量+或重量-鍵，模擬貨物稱重，稱重范圍為：010Kg。重量若大于10Kg，超重報(bào)警，蜂鳴器鳴叫，紅色LED閃爍，LCD中WE顯示：-.-。其仿真結(jié)果如圖4-4、4-5。圖4-4 貨物重量4.

41、179Kg圖4-5 貨物超重報(bào)警，WE顯示：-.-通過矩陣鍵盤輸入單價(jià)（PR），最大輸入單價(jià)為99.9，可以輸入小數(shù)點(diǎn)，單價(jià)設(shè)置精確到角。比如輸入5.4元，輸入數(shù)字鍵5、圓點(diǎn)鍵和數(shù)字鍵4即可。單價(jià)輸入完成，自動(dòng)顯示總價(jià)（MONEY），總價(jià)精確到小數(shù)點(diǎn)后1位；總價(jià)最大為999元，大于該值，LCD顯示-.-表示超出顯示量程。結(jié)果如圖4-6所示。圖4-6 貨物稱重計(jì)價(jià)本仿真設(shè)計(jì)有校準(zhǔn)功能，通過校準(zhǔn)+和校準(zhǔn)-兩個(gè)鍵，可以小范圍（按下1次，重量顯示改變0.001Kg）校準(zhǔn)電子秤顯示的貨物重量。例如，將重量由3.576Kg校準(zhǔn)為3.574Kg，結(jié)果如圖4-7所示。圖4-7 校準(zhǔn)貨物重量貨物稱重完成后，點(diǎn)擊

42、清除鍵，清除單價(jià)和總價(jià)，點(diǎn)擊去皮鍵清除重量顯示，注意去皮鍵兼具清除重量顯示的功能；然后就可進(jìn)行下次稱重了。如圖4-8所示。圖4-8 單價(jià)和總價(jià)清零模擬去皮功能首先通過按下重量+/重量-鍵，模擬籃子或者箱子的重量，該重量設(shè)置好后，按下去皮鍵，此時(shí)重量顯示清零。例如，按下重量+鍵，設(shè)置籃子重量1.083Kg，然后點(diǎn)擊去皮鍵，WE顯示清零。如圖4-9所示。圖4-9 去皮操作去皮后，再次按下重量+模擬貨物的凈重4.880Kg，然后，輸入單價(jià)3.0元，總價(jià)14.06元。如圖4-10所示。圖4-10 貨物凈重4.880Kg再次按下去皮鍵，此時(shí)WE顯示貨物凈重加籃子的重量，總價(jià)也計(jì)算了籃子的部分，再次按下去皮鍵，重量清零。圖4-11 貨物凈重加籃子重量5.966Kg第五章 總結(jié)與體會(huì)5.1 總 結(jié)本文采用AT89C51單片機(jī)計(jì)的電子計(jì)重秤, 無論是計(jì)量精度, 還是穩(wěn)定性都滿足國(guó)家對(duì)A級(jí)電子秤的要求, 它具有較好的標(biāo)定校準(zhǔn)方法, 性能穩(wěn)定, 操作簡(jiǎn)單, 價(jià)格低廉。該電子秤集傳感器技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字顯示技術(shù)于一體、其反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確度高、顯示直觀，便于使用。通過硬件的少量擴(kuò)展和軟件的修改, 能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越的計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤等, 滿足各行各業(yè)對(duì)現(xiàn)代電子衡器的需求。另外稍加擴(kuò)展，該電子秤還可與其它生產(chǎn)質(zhì)量管理系統(tǒng)項(xiàng)連接，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。下面就電子秤軟件組成