基于AT89S51单片机多功能精密电子秤的设计

　　本文设计的多功能电子秤采用AT89S51单片机作为控制器，实现电子秤的基本称重功能，同时对所称的物体进行精确计数。人机界面采用键盘输入和LCD液晶显示，可以直观显示设定的信息，操作简单，使用方便。

　　软件设计部分包括基本的称重功能、时间显示功能，可以设定多种商品单价、计算总金额，同时还可以对所秤物体数量进行精确计数及超重报警功能。本文的系统资源非常丰富，可方便地扩展其它的功能。

　　1．硬件设计

　　本文单片机原理框图如上图所示，通过键盘设定时间和计数初值。其中，压力传感器的输出信号经放大、滤波处理后送入14位A/D转换器，然后将ND转换结果送入单片机进行初步处理，并显示出重物的重量，超量程则自动报警。系统扩展了语音功能，键盘采用4×4矩阵键盘，设置0～9数字、确认、删除键，以及步进加1、步进减1两个功能键。硬件设计分为系统控制模块、信号放大模块、滤波模块、信号采集模块、键盘模块、过量程报警模块和液晶显示模块等7个模块。

　　1.1系统控制模块

　　系统采用的AT89S51单片机，内部含4KB的FlashROM、1288的RAM、共32个I/O口、2个定时计数和5个中断源。单片机系统电路如下图所示。

　　1.2信号放大模块

　　压力传感器的输出电压信号为mV级，易受外界信号的干扰，故系统对运算放大器的要求很高。文中采用专用仪表放大器，如：AD620，INA126，INA121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，精度非常好，且外部接口简单。

　　本文放大器采用AD620，电源供电范围为±2.3V～±18V，增益范围1～1000，外部只需外接一个电阻即可设定增益，使用非常方便。耗电量极其细微，最大值仅为1.3mA，精度高、非线性度最大值40ppm，偏置电压为50μV，温漂0.6μV/℃，噪声电压在1kHz时为9nV/。以上技术指标，完全能满足设计要求，其接口如下图所示。

　　1.3滤波模块

　　但是由于电磁干扰严重影响电阻应变片的正常工作，使其输出的微弱电压信号极不稳定，甚至严重偏离实际测重的输出电压。本文设计中采用二阶低通滤波电路进行滤波，它比一节低通滤波器在带阻区域下降得更快，因此可改善滤波效果。二阶低通滤波电路及幅频特性曲线如下图所示。

　　1.4信号采集（A/D转换）模块

　　本文采用ICL7135实现电压信号的精确转换。ICL7135为14位双积分式A/D转换器、精度高、抗干扰性能好、但速度较慢(如：ICL7135)，具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于），可自动调零，超量程信号，全部输出与TTL电平兼容。A/D转换电路如下图所示。

　　1.5键盘输入模块

　　键盘输入模块采用标准的4×4矩阵键盘，用动态扫描方式读取外部按键动作，设计可靠，同时配合8位单片机，可以很轻松的实现按键输入。

　　1.6过量程报警模块

　　由于压力传感器CA2-104的最大承受压力为3kG，若重物的重量超过了限定值，则将会影响压力传感器的正常使用，甚至可能会使压力传感器的输出电压信号严重偏离实际测量值，即输出的非线性。输出的非线性将直接影响称重精度，文中采用报警电路如下图所示，用于及时告知是否超量程使用。若以超量程，则避免之。

　　1.7液晶显示模块

　　液晶显示器件LCD具有耗电省、寿命长、显示信息量大等特点。为实现设计要求的显示信息，本文采用1602LCD液晶模块实现显示信息的简略显示，接口电路下如图所示。

　　1.8时钟模块

　　为实现购物清单的时间显示，设计的时钟芯片采用DS1302。DS1302为DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内部含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口即可与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间简单地采用同步串行的方式进行通信，采用3个口线，即RES复位、I/O数据线和SCLK（串行时钟线），接口电路如图8所示。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符方式通信，DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

　　本文系统原理图如上图所示。

　　2．软件设计

　　主程序流程图如下图0所示。

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