电子秤的研制制作论文

摘要微电子技术的应用的不断发展，传统称重工具已经满足不了人们的需求。为了更好的实现称重这一功能，在这次设计中智能化、自动化、人性化将会被用在了电子秤重的控制系统中。电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。本论文主要以AT89S52单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎。本设计主要以单片机为中心模块,针对电子秤的自动称重、自动处理数据、自动显示来进行设计。本系统中的数据采集模块主要负责将压力这个非电量转化为电量；信号处理模块主要负责对信号的放大和模/数转换；单片机控制模块主要负责数据的进一步处理、控制端口的输出等；显示模块主要负责显示重量、单价、总价；程序设计方面采用的模块化的设计思想。通过对这些模块的方案选择以及硬件设计，详细的介绍了本系统是如何进行数据采集、数据处理以及显示的。关键词：电子秤；A/D转换器；单片机；电阻式压力传感器；LCD1602AbstractWiththedevelopmentofmicroelectronictechnology,thetraditionalweighingtoolscannotmeettheneedsofpeople.Inordertobetterachievetheweightofthisfunction,inthedesignofintelligent,automated,humannaturewillbeusedintheelectronicscalecontrolsystem.Electronicscaleisamodernnewtypeweighinginstrument,whichwilldetectandtransformtechnology,computertechnology,informationprocessing,digitaltechnology,andsoon.Itiscloselyintegratedwithourdailylivesintoaconvenient,fastandaccurateweighinginstrument,widelyusedincommercial,factoryproduction,markets,supermarkets,shoppingmalls,andretailandotherpublicplaces,informationdisplayandweight.ThisthesisusestheAT89S52microcontrollerasthecentralcontrolunit,analogdigitalconversionunitbytheweighingsensor,combinedwiththekeyboard,displaycircuitandpowerfulsoftwaretoformelectronic.Notonlyaccuratemeasurement,fastandconvenient,automaticweighing,themoreimportantinfluenceonthedigitaldisplaypeopleslifeismoreandmorebig,popular.Thesystemusesthesingle-chipascentralmodule,beingdesignedforautomaticallyscalesforweighing,automaticdataprocessing,andautomaticdisplay.Dataacquisitionmoduleismainlyresponsibleforthepressureofthenon-powerintoelectricity;ThesignalprocessingmoduleismainlyresponsibleforsignalamplificationandA/Dconverter;SCMcontrolmoduleismainlyresponsibleforthefurtherprocessingofdata,thecontroloutputport,etc.;Thedisplaymoduleismainlyresponsiblefordisplayingtheweight,unitprice,totalprice;modulardesignconceptadoptedinthedesignprocess.Throughselectingtheschemeofthesemodulesanddesigninghardware,describesindetailhowthesystemfordataacquisition,dataprocessinganddisplay.KeyWords:Electronicscale；A/Dconverter；sensor；singlechip；LCD1602目录摘要.IABSTRACT.II1绪论.11.1引言.11.2电子秤的国内外现状.11.3研究的目的和意义.11.4总体设计思路.21.5论文的结构.22系统方案的设计.32.1系统整体设计方案的选择.32.2系统各模块的选择.42.2.1单片机模块的选择.42.2.2传感器的选择.52.2.3信号处理模块的选择.62.2.4显示模块的选择.72.2.5按键模块.82.3具体实施方案的简介.82.4本章小结.83系统硬件系统设计.93.1单片机系统.93.1.1AT89S52单片机.93.1.2AT89S52单片机最小系统电路的设计.103.2数据采集模块.123.3信号处理模块.133.3.1HX711介绍.133.3.2HX711的芯片引脚图.133.4显示模块.153.4.1LCD1602介绍.153.4.2LCD1602液晶显示引脚图.153.4.31602LCD主要技术参数.153.5按键模块.163.5.14*4矩阵薄膜键盘.163.5.24*4矩阵薄膜键盘电路连接.163.6硬件设计总结.164系统软件设计.174.1软件的开发环境.174.2软件设计流程图.174.2.1主程序设计流程图.174.2.2系统子程序设计.184.5本章小结.215设计总结.22致谢.23参考文献.24附录一基于AT89S51单片机电子秤原理图.25附录二基于AT89S51单片机电子秤PCB图.26附录三基于AT89S51单片机电子秤C语言原程序.271绪论1.1引言质量是一个非常重要的参数在测量领域中，而质量一般是通过衡器的测量得来的，称重技术一直以来都被人们所重视。以前人们称重是通过简单的杆杠原理来实现的，这是一种较为简单的衡器。称是一种最普通、使用量非常多的计量设备。随着时代的变迁和科学技术的发展一般杠杆原理的称已经无法满足市场的需求，电子秤取代机械称是必然发展趋势。低成本、精度高可用性大的电子秤无疑具有非常大的市场前景。现在市场上最常见的一种称重装置非电子称莫属，电子秤和以前的机械称相比有着质的飞跃，使用起来不仅非常方便，而且精确度非常的高、体积小，操作也十分的简单方便。因为这些优点的存在，电子秤的使用遍布了各个用到称量的地方。1.2电子秤的国内外现状电子秤的发展但现在已经经历了很多的环节，由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机械和电子结合体再到现在的全电子化。一句话了概括就是由单一功能到多功能的过程。当今社会，不管是何地大到世界贸易小到家庭只要使用到称量的地方，必然会有电子称的存在。可以说电子秤是随处可见的。电子称是自动化称重和贸易计量的重要手段，对市场买卖交易、科学研究、生产管理计量等都起到了重要作用8。随着市场需求的不断变化以及测重技术的飞跃发展，电子秤的技术趋向于可靠性高、效率高、精确度高的性能。现在的电子秤也越来越向着小型化的方向去发展，先分成各个模块在集合成具有高智能化电子秤。它拥有非常高的运算速率和准确度，此外它还具有稳定性和可靠信高的特点。综合性和组合性是电子秤的应用性能主要趋向方向。国际社会上，很多西方发达国家研制出的电子秤已经达到了准确度高，可靠性高的标准，可以说已经达到了很高的水平。他们已经研制了具有较高水平的电子秤不但准确度、防水、耐腐蚀还能在高气压下正常工作。总的来说，我国电子衡器产品不管是在数量还是在质量上，对比西方的发达的工业国家都有着较大差距，东西方国家差距会存在的主要原因是整体的技术水平没有西方发达国家的高、产品的创新开发能力不足、国内设备也没有西方发达国家的精准。但是经过各方面专家们的不断钻研和开发，取得了不少理论成果。我们国家已经成功研制出了省电、功耗小以及能够利用光能等性能很好的电子秤，精度高的同时也能节能环保。1.3研究的目的和意义电子秤的适用范围广，使用率高。研究电子秤，并努力的去提升他具有非常重要的意义。不管是农业、工业还是内外贸易电子秤与人们的生活都紧密相联。衡器水平的高低直接影响到了各行业的现代水平和社会的经济效益的提高。电子秤属于电子衡器中的一种，电子秤在原理和结构上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械称。与传统的机械称相比，电子秤的优点在于精确度且装机体积小、应用范围广、易于操作使用等，同时与传统的机械称相比不管是在外形布局和工作原理还是在结构和材料上都是全新的计量衡器。为了能顺利的完成电子秤的设计，就必须去了解传感器的原理、A/D转换器的原理及应用、单片机的应用以及完成程序算法的设计，这些方面需要我们运用所学的各种软件以及硬件方面的知识，可以巩固我们对于专业知识，以及其他相关知识的了解。1.4总体设计思路根据本次设计的背景和设计的要求，称重功能的实现，首先需要做的就是将物体重量这个非电量转化为电量，这样才能进行下一步，因此需要传感器模块来解决这一问题，传感器输出的电量与物体的重量具有一定的对应关系；但是单单的依靠这一关系来得出的重量并不精确，同时也不直观，因此必须对传感器输出的数据做进一步的处理；而信号的处理一般选用单片机来进行的，但是单片机并不能接收传感器输出的模拟信号，所以需要使用到A/D模块来进行模数信号的转换，然后再输入到单片机中做进一步的处理；单片机输出的信号可以采用数码管显示，或者是LCD显示，这样得到的结果不仅准确性得到提高，而且可以将数据直接的表现出来，能给用户更好、更方便的体验。1.5论文的结构本次编写的论文包含了中外文摘要部分、目录部分、正文部分、参考文献部分、致谢部分、附录部分共七个部分，其中正文有五章。正文的描述内容如下：第一章描写了电子秤的发展和选着这个课题的背景和意义；第二章详细的描述了各种方案和模块器件的选择；第三章写的是系统硬件的设计；第四章描写的是系统软件的编写方式各个过程；第五章是设计总结。2系统方案的设计电子秤的应用系统由两大重要部分组成：硬件设计和软件编写。硬件主要是指单片机、A/D转换模块等；软件一般是指系统里面的各种程序。硬件和软件之间的相互配合、协调，才能将系统的性能得到更高价格比。硬件设计的同时，也要考虑到相应软件的设计方法，软件设计一般是根据硬件原理和系统所需的功能要求来进行的。2.1系统整体设计方案的选择针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下两种：方案一在这个方案中使用数码管显示外接一个键盘输入，可以实现电子秤的现实计价的功能。结构如图2-1示：图2-1结构方案流程图这个方案的电子秤可以实现物价功能，但是由于数码管的功能的有限，在显示时只能显示单价、购物总额等。同时数码管的耗电量也较多，不符合当今社会节能减排的政策。除此之外数码管如果没有足够的位数，那么称量物体重量的精度也会受到很大的限制，所以此方案在电路中需要较多的数码管。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。尽管这个方案能基本满足设计的要求，但是缺点也较多，所以也不适合使用。方案2在这个方案中与前面一个相比完善了很多，这此方案分别由5个部分组成：信号采集模块、A/D信号转换模块、LCD数据显示模块、外接键盘模块和的单片机控制模块，系统设计总体方案框图如图2-2所示。图2-2结构流程图此方案的过程先是由信号采集模块利用传感器检测压力信号，然后再将信号送到A/D转换模块中进行模数转换将模拟量转化为数字量输出。然后再将来自A/D转换模块输出的数字信号传输到单片机中，经过复杂的运算，将数字信号以转换为最终的物体的实际重量信号，并将信号存储在存储单元中，并在显示屏中显示出来。单片机模块可以通过对扩展I/O的控制，来对键盘进行扫描接收键盘的输入信号。单片机可以对整个系统进行控制。LCD显示模块的功能是显示所需测量物品的重量、单价总价。在这2种方案中第2个方案较为全面，所以选择第二种方案为本次设计的最终的电子秤研制制作的方案。2.2系统各模块的选择2.2.1单片机模块的选择单片机的选择要根据系统的功能需求来选择，选择比较容易实现设计要求的单片机型号，在选择的同时也要考虑到单片机的价格，所以要选择能达到较高性价比的单片机。除了上面的之外还要考虑到自己对单片机的熟悉程度，是不是拿起来就能熟练的使用，不然还要去熟悉单片机的使用，这样可能导致由于时间的不够而无法设计出完成硬件。单片机是电子秤的中心控制模块，相当于人的大脑一样，它需要对电子秤整个系统的信号进行接收处理和分析。本次设计中，不管是键盘输入模块的信号、还是信号处理模块的输入信号，都必须输入到单片机中心控制单元中进行数据的进一步处理。除此之外，单片机模块还要能够输出显示控制信号、信号处理控制信号等等。单片机作为整个系统的中心控制芯片，扮演着一个中心枢纽的角色，不仅有信号的输入，也有信号的输出，所以单片机在这次设计中起到至关重要的作用。所以在选用单片机芯片的时候，最好能够选用内存大，可靠性高，速度快而且价格便宜的芯片。在选择能实现功能的单片机的同时考虑到价格的不同，选择性价比较高的单片机。单片机的性价比主要由单片机价格和他的各种性能决定的。单片机的各个方面都会影响到它的性能强度，包括它的运行速度和片内硬件资源甚至是他的体积和封装的形式。这些都能影响到单片机好还与否，所以必须全方面考虑在去选择单片机型号。根据自身的对单片机的使用熟练度和本次设计的要求，在这里我有4种型号的单片机可以选择，在选择单片机前我们要先分析各个单片机的有缺点。AT89C系列的单片机和AT89S系列的单片机相比功能较差，AT89S系列的单片机的运算速度要比AT89C系列的单片机要快很多，同时AT89S系列单片机的静态工作频率为033MHz，它还含有双数据指针DPTR和定时监视器；除了这些之外这一系列的单片机还具有低功耗休闲状态关电方式及关电方式下的中断恢复等重要的功，可以满足设计的各种不同的应用要求。所以在这次设计中选择AT89S系列的单片机。在这次的设计中程序的存储量也比较大，这里AT89S52型号单片机的片内存储容量比AT89S51型号单片机要大整整一倍。除了这个优点之外，AT89S52型号的单片机在编入程序方面也是非常的简单，它不需要程序烧写器，只需要简单的下载电路并借用PC机就可以将程序写入到单片机中。在这里的下载电路还可以包含在整个系统中设计的里面，可以随时的修改程序而不需要去修改系统的硬件。综合上述的优点在这里我选择了AT89S52型号的单片机。2.2.2传感器的选择数据采集模块的作用是将所称物体的重量这个非电量，转换为电流或者电压这些电量形式，以便后续的处理、输出，因此需要用到压力传感器。方案一采用电容式压力传感器。电容式传感器是一种利用电容明感元件可以将压力这个的变化转换为电容量的变化的传感器装置。压力和电量存在着一定的关系。它的优点是简单、灵敏度高。同时也具有低的输入力和侏儒能量，高动态响应，小的自然效应，环境适应性好等特点。电容式传感器的工作原理，可以借助平行电容器来解释说明。两块平行的金属板上面的电容量（不考虑边缘效应）如公式2-1所示C=r0Ad(2-1)符号代表的意思为：为介质的相对介电常数；用来表示真空中的介电常数；Ar0表示的是平行板覆盖的有效面积；d表示的是两块平行板之间的距离。随着被测物体重量的改变，等式中的、为、A、d的大小的值也会改变，电容0r量也会改变，进而将变化量转化为电量的输出。但是电容式压力传感器初始时的电容比较小，因此会在杂散电路中产生较大的寄生电容。而且电容式压力传感器的功率小、阻抗高。因为平行板的尺寸较小，电容式传感器的电容量都比较小，所以它的容抗很大，属于高阻抗的元件，因此负载能力不行；同时，由于，则Xc=1cP=u02c当电容C很小时，功率P也就很小。因此，电容式传感器外界干扰的抵抗能力较弱，需要采取必要的抗干扰措施。较为麻烦。方案二采用压电式压力传感器压电式压力传感器的原理主要是压电效应。它是利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成电量。当改变外力的大小时，电荷会在它的表面形成，且通过电荷放大器和测量电路的放大以及变换阻抗之后，会被转换电量，以电量的形式输出，受到的外力与电量形成正比关系。压电式压力传感器除了有体积小、结构简单这两个优点外，它还具有动态好寿命长等优点。但是它的缺点也非常的明显，那就是它很容易受到温度、湿度因素的影响。而且内阻较大、功率偏小,防噪声性能不是很好,输出特性受到影响,因此由它输出的能量比较薄弱,需要设计复杂的外接电路进行矫正。因此由它输出的能量比较薄弱，需要设计复杂的外接电路进行矫正。方案三采用电阻式压力传感器电阻式压力传感器主要是由4个电阻组成，一般来说这4个电阻在同一个平面上不同的方向以对称的方式形成惠斯通电桥。它可以把压力这个非电物理量转换为电阻值变化的传感器；利用压力传感器受到压力时不同方向上电阻的阻值的变化不同,输出的电压与压力成线性变化的原理来实现的。电阻应变式压力传感器里面含有弹性和电阻式应变片，当物体被测量时，由于物体压力的作用电阻应变片会发生机械形变，根据所测量物体重量的不同形变量也会不同，产生的电阻值也不同。因为形变的产生是电阻值发生了改变让电桥失去了平衡，形变量的不同会对应产生不同的差动信号，然后再让后续电路进行测量和处理。如图2-3示。图2-3变压器实物图电阻应变片具有金属的应变效应，正因为这一原理使得电阻式传感器能将力学物理量转换成电信号。这个原理可以简单的理解为电阻应变片在外力作用下产生机械形变来改变电阻的大小。如图2-3示在压力P的作用下时，4块电阻之间的梁会发生形变，电阻应变片R1、R3因为受到压迫而拉伸，阻值增加。如果是R2、R4受到外力而压缩时，阻值会减小。由于电阻阻值的变化电桥也失去了平衡，产生一个不平衡的电压U，电压U与作用在传感器上的正压力P存在一种正比的关系，从而可以将非电量转化为电量输出。电阻应变式传感器是一种非常常用的传感器，因为它不仅具有精确度高、结构简单得优点，还具有使用范围广响应频率好等特点。除了上面所描述的优点之外，这种压力传感器还可以在恶劣条件下工作，除了能实现小型化之外，还能实现整体化和品种多样化等，有着很好的作用。综合对比分析以上三种传感器的优缺点，再考虑到本次设计的要求为称重范围0.0110Kg，误差1%。因此，为了提高设计准确性、精确度以及可靠性，本次设计选用的是第三种方案，即采用电阻式压力传感器。2.2.3信号处理模块的选择信号放大与信号转换是信号处理模块中的两个重要功能，所以信号处理这个大模块含有两个小模块分别是：信号放大模块和A/D转换模块。方案一分别用两个模块来单独完成各自工作信号放大器采用AD620，A/D转换器芯片采用ADC0832。AD620是一种常用的信号放大芯片，他通过外接电阻来达到放大的效果，增益范围可调，且精度高，成本低。ADC0832是一种分辨率为8，含有两条通道的A/D转换芯片，采用的是逐次逼近式的转换方法。体积小、兼容性是ADC0832的两大优点，因为它的高性价比很多的单片机设计都会用到它，使用率、普及率都较高。两个模块一起使用可以达到设计的指标，但是两者之间需要电路的连接，会产生一些不可避免的误差和干扰，因此不是特别完美。并且ADC0832的精度也不是太高，对于需要高精度的电子秤来说，不是很好的选择。方案二采用称重专用集成模块HX711HX711是一款包含了信号放大和24位A/D转换的高精度集成模块。HX711是专门为了电子称重而设计的一个A/D转换模块，它不仅集成了转换芯片所需要的外围电路同时还包含了稳压电源和片内时钟振荡器等。HX711具有非常高额集成度；响应速度非常的快、抗干扰性也比其他同类型的芯片要强。使用这一集成模块不仅可以降低了电子秤的整机成本，最主要的是可以减少不必要的电路简化整个系统线路，从使整个系统更高的可靠和准确。除上面所述之外，单片机与HX711之间主要是通过管脚来驱动的,接口电路简单,不需要对芯片内的寄存器进行单独的编程。比较两种方案得出发现第二种方案更有优势，所以选择使用HX711作为信号处理模块的主要芯片。这样不仅能够节省成本，而且可以在很大程度上提高了设计的准确性和可靠性。2.2.4显示模块的选择显示模块主要是用来显示物品所测出来的重量、设置的单价和得出来的总价，在此有两个可以选择的显示的方法。方案一使用LED数码管显示LED数码管看上去很像一个“8”字型的器件，他是有8个发光而二极管一起组成的。他们的内部连接已经完成。8个发光二极管中有7个组成“8”字型器件，其中有1个二极管表示小数点。但是数码管的显示信息有限，不能显示较多的信息。此外数码管对大部分字符不能很好的显示，容易出现闪烁现象。除此之外数码管的耗电也比其他的显示模块多。方案二采用LCD1602显示LCD液晶显示模块可以显示出字符，所以应常用于字符的显示模块，在单片机中的使用也较多。它拥有很多数码管不具备的优点。LCD1602它拥有8位数据总线和三个控制端口，工作电压为5V，LCD1602液晶显示屏还可以通过调节特殊的按钮来调节显示屏的亮度。它不但可以在屏幕上同时显示16x2即32个字符（16列2行）。同时也具备液晶显示模块的所有优点，不仅功耗低、驱动电压小、显示信息量大，而且使用周期长，不会产生辐射与污染。对比两种方案的优缺点可以看出LCD1602液晶显示更加合适做电子秤的显示模块。2.2.5按键模块按键有两种选择一是专用键盘接口芯片式，二是使用4*4矩阵薄膜键盘。专用键盘芯片内部集成了接收键盘输入数据的模块，带有显示的接口，可以独立的处理对键盘的扫描、消除抖动以及编码的问题。因此，对于提高可靠性和准确性很有帮助，而且接口电路简单，使用起来非常的方便，但是成本比较高。4*4矩阵薄膜键盘由4个下小部分组成：上电路、面板、下电路、隔离层。它属于众多薄膜开关中的一种，内部集成了4*4（16）个小的按键开关，并且按照矩阵式的排列着。它包含了薄膜开关所应具有的各个特点，美观的外形、小巧的构造、集成性能高，而且密封性强，具有防尘、防潮等优点。考虑到成本的因素，同时4*4矩阵薄膜键盘的可靠信也很好，并且还有很多其他优点，所以按键模块选择了4*4矩阵薄膜键盘。2.3具体实施方案的简介综合上面所描述的各个模块的分析和本设计的要求，硬件采用了51系列型号为AT89S52的单片机作为系统的控制核心部分，实现电子秤的基本控制功能。考虑到电子秤要设计的功能不是很多，所需要编写的程序量也就不大，不需要太大的程序存储空间。AT89S52的内带8K的程序存储器已经够用。因此在对AT89S52实际设计师不必要在片外在扩展程序存储器，这样不仅可以避免硬件的浪费，也优化了电路的设计。数据采集的信号采集部分选择了电阻式压力传感器，信号处理部分采用了HX711集成模块。选择的传感器必须要满足测得重量的误差在一定的范围之内，只有这样高精度的要求才能得到满足。由传感器输出的信号一般都是比较微弱的，集成模块HX711不仅可以将输出的信号进行放大，还能对数据进行模/数转换。两者的结合可以提高设计的精确度以及可靠性，减少不必要的误差。在人机交互部分的键盘系统中，采用了44矩阵薄膜键盘，可以手动输入数字和已经设置好的控制命令等，来实现一些特定的功能。显示部分使用了LCD1602液晶显示器，这样的选择即可以一次满屏幕显示2行每行16个字符，看上去又美观。在扩展上，这次设计添加了去皮的功能。2.4本章小结本此章节在各个方案和模块上进行选择，选取最适合这个最适合课题要求的模块和方案，这样设计出来的东西才能更加的完美。3系统硬件系统设计系统的基础好坏有硬件电路决定的，能否合理的设计硬件电路，设计的性能是否优秀，将直接影响整个系统的稳定性和可实现性，如果硬件电路没有设计好，那么软件程序做得再好也是无用的。根据设计的要求，在设计系统时可以分成以下几个部分：单片机控制模块、信号采集模块、A/D转换模块、LCD1602显示模块、按键模块。3.1单片机系统3.1.1AT89S52单片机AT89S52单片机除了具有51系列单片机的典型特征外，还具有以下几个更加出色的性能特点：（1）、AT89S52单片机具有3个定时/计数器，比51单片机多出定时/计数器；（2）、含有8Kbytes的程序存储器（ROM）；（3）、AT89S52单片机内部的数据存储器（RAM）具有256Bytes。AT89S52单片机的封装类型有3种管脚分布如图3-1示，这三种的区别主要是引脚的数量不同，在这里择了第一个封装的单片机。外部晶振输入频率支持最大24MHz。AT89S52除了正常工作状态外，还有空闲工作方式和掉电保护方式。空闲方式运行时的AT89S52单片机会停止工作，但是它的RAM和中断系统（定时/计数器、串行中断、外部中断）会继续工作；在掉电方式时，单片机CPU会自动保存RAM中的内容，停止振荡器振动同时禁止单片机其他的所有功能直到下一次硬件复位的到来。图3-1AT89S52单片机3种引脚图3.1.2AT89S52单片机最小系统电路的设计单片机AT89S52作为整个电路中心控制器，它包含了晶振电路、复位电路、程序下载ISP接口、端口连接。1、晶振电路每个单片机系统里都会有一个晶振电路，因为单片机执行程序是需要有一个工作频率。AT89S52执行程序也需要有一个工作频率，这个工作频率由外部的晶振电路和单片机内部时钟电路组成。单片机工作频率的大小是由晶振电路中的晶振的大小决定的，单片机执行程序也就越快就说明晶振电路提供的时钟频率越大。在这里因为是外接晶振，所以AT89S52单片机的XTAL1和XTAL2引脚需要对地接一个30pF左右的电容。如图3-2所示.图3-2AT89S52的外部晶振电路图虽然AT89S52单片机支持最大24MHz的外部晶振，但是在这次设计中12MHZ的就可以满足系统的要求。在这里电容的选择因该是相同的，不然对造成谐振的不平衡。这里我选择了22pF的电容。实际应用时，需要将晶振和电容尽可能安装在单片机XTAL1和XTAL2引脚附近，这样就可避免产生大量的寄生电容，从而让振荡器可以保持稳定可靠的工作。2、复位电路单片机复位原理，只要在RST引脚上加一个持续时间为24个振荡周期（即两个机器周期）的高电平就可以了。12个振荡周期就是一个机器周期，大小为1us。所以需要2us高电平。AT89S52单片机外部复位电路的基本功能：电路系统上电时由RC串联电路提供复位信号，等到系统电源稳定后，程序开始在AT89S52单片机内运行单片机内。要让AT89S52单片机复位，必须在复位引脚RST上有两个机器周期以上的高电平持续作用。这次设计的复位电路如图3-3所示。图3-3复位电路如图3-3所示，复位电容为10uF，电阻的大小是10K。根据RC串联电路原理，可算出其时间常数为10uF*10K=0.1s。系统上电时，电容C3充电到VCC电压的0.7倍需要的时间为时间常数0.1s。在系统上电的0.1s内，电容C3两端的电压时从0V增加到3.5V，同时电阻R3两端的电压从5V减少到1.5V。所以在0.1s内，RST处的电压从5V下降到1.5V。AT89S52单片机在检测输入电压时，将02.4V的电压视为低电平，3.65V的电压视为高电平。在系统上电时，RST处电压在3.6V以上的时间约为0.01s，而AT89S52的机器周期为1us，系统上电时能提供足够时间的高电平使单片机进行复位。在系统上电后，电容C3会持续充电到5V（即VCC），此时RST处电压为0V，AT89S52能正常的进行工作按下手动复位按键S1，开关接通后电容C3被短路。在按键S1按下过程中，电容C3会释放之前存储的电量，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路中电压总和为5V可知，这个时候电阻R2两端的电压为3.5V，甚至更大，达到了AT89S52单片机的复位条件，执行复位。断开按键S1后，RC电路执行系统上电时的工作，充电完成后AT89S52重新执行程序。在不需要手动复位的系统中，按键S1是可以不用的，但是电容C1和电阻R2是必须。3、AT89S52程序下载接口程序下载接口组要是用于下载程序和方便程序的调试。AT89S52单片机具有两种程序下载方式，一种是传统高压编程，需要大型的编程器也就是并行编程，但是要使用大型的编辑器，实际使用时并不方便；另一种是基于AT89S52下载协议SPI总线格式的四根线下载方式，这里只需要用到一个USBASP下载器就可以实现程序下载，这是普遍被采用的一种程序下载方式。在本次设计中我们采用的是第二种较为方便的程序下载方式，USBASP下载器实物图如图3-4所示。下载器与AT89S52的连接如图3-4中的ISP1所示，只需对应的连接MOSI、MISO、SCK和RST四个引脚和共地即可实现程序下载。图3-4USBASP下载器实物图和程序下载接口4、AT89S52单片机端口连接端口的连接主要是与其他模块进行数据交换。P00-P07接上拉电阻增加I/O的驱动能力。同时也连接LCD1602液晶显示。P1端口为按键的控制端口，根据按键的信息做出相应的工作。P3连接HX711信号处理模块。单片机的模块端口连接图如下图3-5示。图3-5AT89S52单片机端口连接图5、P0口10K上拉电阻AT89S52单片机由4组8位并行的I/O口组成，其中出除了P0外其他的端口都是内部自带上拉电阻的准双向I/O口，P0口内部是不带上拉电阻的漏极开路输出，需要外接上拉电阻才能提供驱动电流。P0口外接上拉电阻的阻值为10K，选用9引脚的排阻，排阻实物图如图3-6所示。它与单片机连接电路图如图3-5中的P2所示与P0口相联。图3-610K排阻3.2数据采集模块数据的采集用到了电阻式压力传感器。当电阻式压力传感器受到物品重量而受到挤压时，受到物体压力的电阻应变片发生形变从而改变电阻的阻值。4个电阻应变片是按照惠更斯电桥的方式连接的，如图3-7所示。电阻值得增加或者减少与输出的共模电压有着一种近似于线性的关系。假设图3-7为一个直流供电的电阻电桥。由电路的分压原理可以得到（不计电源内阻）。U0=UBC=UBDUCD（3-1）Ui=(R2R1+R2R3R3+R4)=R2R4R1R3(R1+R2)(R3+R4)（3-2）U0为输出电压，Ui为输入电压；当满足条件时，即R1R3=R2R4R1R2=R4R3（3-3）U0=0，即电桥平衡。式（3-3）平衡条件。在测量之前要保持电桥的平衡，这样才能保证电桥的输出电压只跟电阻的变化有关。U0为变化的电压值，输出到信号处理模块中做进一步的处理。图3-7传感器原理图3.3信号处理模块3.3.1HX711介绍HX711的芯片含有两个通道，这两个通道有一个是可增益128或64的通道A，另一个是只能增益32的通道B。两个通道都可以输入选择开关来用，与HX711内部的低噪声可编程放大器相连。HX711采用的一种复位的方法是上电自动复位，这样可以简化开机的初始化过程。HX711内部电路图如图3-8示：图3-8HX711内部电路图3.3.2HX711的芯片引脚图HX711的芯片引脚功能说明，如图3-9。图3-9SOP-16L封装供电电源：数字电源(DVDD)应使用与MCU芯片相同的数字供电电源。HX711芯片内的稳压电路可同时向A/D转换器和外部传感器提供模拟电源。稳压电源的供电电压(VSUP)可与数字电源(DVDD)相同。因此不需要其他的模拟电源。模拟输入：通道A模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。考虑到桥式传感器输出的信号较小，为了充分利用A/D转换器的输入动态范围，两通道的增益分别为通道A的128或64。通道B为32。时钟的选择：若将管脚XI接地，HX711就会自动选择使用内部时钟振荡器，并且将自动关闭外部时钟输入和晶振的相关电路。这种条件下，正常的输出数据速率为80Hz或10Hz。若要准确的输出数据速率，可以将外部输入时钟通过一个20pF的隔直流电容连接到XI管脚上，或将XI口和XO口连接到晶振上。这种情况下，会自动关闭芯片内的时钟振荡器电路。外部输入时钟电路或晶振时钟被采用。串口通讯：HX711的管脚PD_SCK是断电串口时钟输入，管脚DOUT是用来串口数据输出的；两个一起组成了串口通讯线。当A/D转换器不工作时管脚DOUT为保持高电平，PD_SCK保持低电平。当A/D转换器工作时管脚DOUT会变成低电平，在这个时候管脚PD_SCK会输入25或26或27个时钟脉