单片机在电子称重系统中的应用

摘要本文设计了一种基于单片机实现的电子称重系统。在文中，对电子称重的工作原理做了详细阐述，设计了基于单片机AT89C51实现的电子秤系统的硬件电路部分，以及软件部分。对各部分电路进行了详细的说明，包括通过电位器实现电压信号的输入，A/D转换器实现模拟信号与数字信号的转换，地址锁存器实现地址锁存和数据的存储，移位寄存器用来驱动LED显示，最后结果通过LED显示出来。本设计将重点放在了软、硬件部分的设计，对电子称重系统（包括电子秤）只是进行大致的阐述，由于这篇论文的初衷是想通过传感器实现系统的数据采集，所以在第三部分对传感器方面的知识进行了大致的介绍。该系统的测量精度和快速性都达到了一定的要求，并且能直观的显示称量结果。从一定意义上说，本文对高精度快速称重系统的研究做了初步性的探索，取得了一定的进展。关键词：单片机；A/D转换；LED显示电路；地址锁存电路

AbstractThispaperdescribesthedesignofanelectronicweighingsystem.Inthepaper,weighingontheprincipleofelectronicdoneadetailed.DesignbasedontherealizationoftheSCMAT89C51electronicscalecircuitpartsofthehardwareandsoftwareparts.Hascarriedonthedetailedexplanationtovariouspartofelectriccircuits,includingrealizesthevoltagesignalinputthroughthepotentiometer,A/Dswitchrealizesthesimulatedsignalandthedigitalsignaltransformation,theaddresslatchrealizestheaddresslocktosavewiththedatamemory,theshiftregisterusesfortoactuateLEDtodemonstrate,thefinaloutputshowsthroughLED.Thedesignwillfocusonthesoftwareandhardwaredesign,theelectronicweighingsystem(includingelectronicscales)isageneralstatement,astheoriginalintentionofthispaperistoachievethroughthesensordataacquisitionsystem,inthethirdpartoftheknowledgeofthesensorwasroughlybriefing.Themeasurementprecisionandspeedofthesystemhavereachedacertainrequirement.Anditcandisplaytheweighingresultsvisually.Inacertainsense,thispaper,high-precisionweighingsystemofrapiddoneapreliminaryexploration,hasmadesomeprogress.Keywords:monolithicintegratedcircuit;A/Dswitching;LEDdisplaycircuit;Addresslatch

目录绪论 11概述 31.1电子秤的概述 31.2我国电子称重的现状 51.3电子称重技术发展趋势 52称重传感器 82.1传感器的工作原理 82.2传感器产品的分类 82.3传感器的选择 82.4传感器的保养 93硬件电路的设计 103.1单片机的发展 103.2MCS-51系列单片机简介 133.3单片机的应用模式和应用领域 153.4硬件电路的系统介绍 173.4.1硬件电路的组成 173.4.2整体工作情况的介绍 173.5各部分电路的详细说明 183.5.1电位器 183.5.2模数转换电路 183.6单片机的选型 233.6.1AT89C51主要性能参数 233.6.2单片机AT89C51功能特性概述 243.6.3AT89C51引脚说明 253.6.4单片机的外部电路 263.6.5低功耗模式 273.7地址锁存电路 273.7.174LS373功能简介 273.7.274LS373引脚说明 283.7.374LS373的连接方法 283.8驱动电路 293.8.174HC595功能简介 293.8.274HC595的引脚说明 293.8.374HC595工作原理 303.9显示电路 313.9.1显示器的分类 313.9.2LED工作原理 313.9.3LED显示方式 313.9.4LED显示器接口 324软件电路的设计 344.1主程序模块 344.2按键模块 344.3模数转换模块 354.4显示模块 36结论 37致谢 38参考文献 39附录A 40附录B 44附录C 47绪论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已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位仪表，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、改善经营等多方面的作用。称重装置应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。我国从六十年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，后来发展成数字式。由于当时技术条件的限制，产品准确率低，可靠性差，适应工厂恶劣环境的能力差，一直故障率和损坏率都很高。自八十年代以来，开展了与国外技术交流和合作，引进了一批样机、生产技术和加工测试设备，通过消化、吸收和改造，使电子称重装置的综合水平有了很大提高。产品品种发展到几十种，包括电子计价秤、电子台秤、电子吊秤、电子汽车秤、电子皮带秤、电子轨道秤、电子包装秤、电子配料秤以及各种专用电子秤。目前而言，我国电子称重技术装置的水平已和发达国家相差不远，少数产品的技术已处于国际先进水平。但是同发达国家相比，尚存在不少差距，突出表现在数量上电子衡器所占比例小、品种少、功能不齐全，不能满足经济建设和科技进步的全部需要。另外，有些厂家生产的产品稳定性和可靠性还比较差，不利于经济快速健康发展。近年来，随着新技术的应用和国内外的市场需求不断增加，电子称重技术得以不断发展，并且新的电子称重装置也在不断被研制和生产出来。电子衡器的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化、高精度、高效率、高抗干扰能力。电子称重装置正在和更多的外部设备结合起来，比如：计算机、打印机、显示器等等。称重对工作人员来说变得更加方便、快捷，称重也更加准确、高效。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线称重、快速动态称重和称重系统有了很大发展。进一步采用新技术、开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。本课题正是尝试去设计一种高精度快速电子称重系统，尽管这不是一种新型的电子秤，但此类电子秤测量精度高、实用性好，所以对其进行研究还是有一定的必要性的。

1概述1.1电子秤的概述近代科学的发展，对生产过程中称重技术和控制提出了新的要求。电子秤是一种装备了电子元件的称重计量设备，具有称量快、读数方便、能在恶劣环境条件下工作、便于与计算机技术相结合而实现称重技术和过程控制的自动化等特点，因而被广泛应用于医院、学校、企业、能源交通、商业贸易和科学技术等部门[2]。1、电子秤的组成一般来说，电子秤主要有以下几个部分组成：（1）承重机构和传力系统即电子秤的秤台，是将被称物体的重量或力传递给称重传感器的系统，通常包括：接受被称重物体的承载器、秤桥结构、吊挂连接部分和限位减震机构等；（2）称重传感器即将非电量（质量）转换成电量的转换元件，它可以将作用于其上的重量或力按一定的函数关系（通常是线形关系）转换成便于测量的物理量（通常是电量，如电压、电流、频率等）输出；（3）通用显示仪表即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大电路、AD转换器等）和指示部件（如显示和打印等）；（4）电源即向称重传感器测量桥路馈电的、稳定度较高的激励电源，可以是交流或直流的稳压电源。其中称重传感器、显示组件、电源等部分，再包括重量信号的分析处理等都是由核心部件CPU统一管理，统称为电子秤控制器，是电子秤的中枢。2、电子秤的特点电子秤与传统的机械式杠杆秤相比，电子秤具有以下特点：（1）称量方便、分辨率高、称量值可以用数字显示，因此便于信号的远距离传输，从而达到集中管理和生产自动控制的目的；（2）精度高；（3）传感器的响应速度快，因此称重速度快；（4）稳定性好、机械磨损小、寿命长、维修方便；（5）不少传感器的密封性能好，从而可以在环境恶劣的场合下工作；（6）由于结构简单，所以体积小、重量轻。由于上述优点，电子秤已成为衡器发展的主流，普遍应用于工业、商业和其他领域，对提高人民生活水平、增强劳动生产率、减轻劳动强度、降低成本都有着重要的意义。3、电子秤的分类目前市售的国产或进口的电子秤，其结构原理有好多种，现分别介绍如下：（1）应变式电子秤利用半导体电阻应变片作为敏感元件，在受力可变形的弹性体上贴有组成桥路的应变片。用它做成的电子秤结构简单、价格低廉，但精度不高，目前市售的商品，最高精度精确到0.01g。商用电子秤为应变式电子秤。（2）振弦式电子秤物体质量的重力作用使振弦伸长或缩短，从而改变了振弦频率。当载荷增加时，振弦频率升高，以频率的变化来反映载荷质量的大小。（3）音叉振动式电子秤类似于振弦式，如日本石田衡器于1988年制成的QB系列音叉振动式电子秤。（4）电容电感式电子秤这类电子秤利用霍恩同轴差动电容作衡量元件制成电子秤。（5）晶体振荡式电子秤利用石英晶体的压频效应制成电子秤，其缺点是压力与频率之间成非线性关系，使称量误差增大，且较难维修。（6）电磁力平衡式电子秤目前市售的用于高精度称量的电子秤，普遍的为电磁力平衡式电子秤。用电磁力平衡原理制成的电子秤，精度高和重复性好；其缺点是称量范围小，直接应用时只能称量小于500g的物质；利用杠杆，称量上限可扩展至1kg以上。4、电子秤的工作原理以电子元件（称重传感器，A/D转换电路，单片机电路，显示电路，键盘电路，通讯接口电路，稳压电源电路等电路组成。电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的快速、准确、连续、自动称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。5、称重测量的方法称重测量方法基本有两种:变化法和零位法。通过测量弹性元件的变形和物体的应变来确定物体的重量为变化法；利用杠杆平衡原理,通过已知的重量来确定被测物体的重量为零位法。第一种方法结构简单，操作方便，测量快速，但精确度较低；第二种方法精度高,可测速度低，操作相对复杂。如果在称重装置中采用电磁力反馈平衡方式和PID调节网络的应用,可以加快测量速度，同时,材料的弹性形变和非线性等都会得到改善。1.2我国电子称重的现状我国从六十年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，后来发展成数字式。由于当时技术条件的限制，产品准确度低、可靠性差，以至故障率和损坏率都很高。自八十年代初以来，开展了与国外的技术交流和合作，引进了一批样品、生产技术和加工测试设备，通过消化，吸收和改进，使电子称重装置的综合水平有了很大提高。但是同发达国家相比，尚存在着不少的差距，突出表现在数量上电子衡器所占的比例方面，其次是品种尚少，功能还不全，不能满足经济建设和科技进步的全部需要，第三是有些制造厂的产品稳定性和可靠性还比较差，产品质量好的厂家，其所用的关键套件还得依赖于进口。应该看到我国的大市场本身就为电子称重装置的发展开辟了广阔的前景。据调查冶金企业是电子衡器的最大用户，每年新增和更换的各类工业电子秤约5000台，其他工业交通部门如港口、铁道、煤炭、建材、化工、饲料以及商业部门都需要在技术进步中装备大量的电子称重装置，因此称电子衡器工业是朝阳工业也是有道理的。1.3电子称重技术发展趋势自七十年代以来，发达国家在电子称重方面，无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高的水平。在技术方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。在生产过程应用电子秤方面，由于加强了应用技术开发、能够适应各种恶劣环境（高温、振动、粉尘、电磁干扰、爆炸危险等）下使用，准确度一般能做到0.1%-0.3%。在品种方面随着生产发展的需要和新技术的应用，出现了新品种，如非连续式自动累加秤、电脑组合包装秤、高速自动包装秤等。这些自动秤往往与生产过程紧密相连，成为生产线的一个重要组成部分，或者与生产机械组合成一台机电一体化的设备。在规模上国外衡器制造业已是很发达的工业。据资料介绍，日本1995年生产623万台电子衡器，产值达880亿日元，是世界上出口电子衡器最多的国家。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高，其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能，其应用性能趋向于综合性和组合性。1、小型化体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了小薄轻的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学要求计算决定。钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极大地减化了秤体结构，减少了活动连接环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡，已经出现了采用方形或长方形闭合截面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式结构的秤体，4个称重传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的固定支承就是秤体的承力支点，既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一种很有发展前途的秤体结构。对于大型电子平台秤，可利用有限单元法进行等强度和刚度计算，采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。2、模块化对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。以（5、6、7）m长的同宽度3种标准模块为例，由单块、二块、三块到四块分体组合，可以组合成长度为（5-28）m的22种规格的分体式秤体结构。当然在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择其中10余种常用的标准规格即可。这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量，同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。3、集成化对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。如秤体与称重传感器一体化的便携式静动态电子轮轴秤，多用硬铝合金厚板制成。其结构原理是经过固溶热处理强化的铝合金板，或通过在4个角上钻孔和铣槽分别形成4个悬臂梁型称重传感器；或在铝合金板的底面铣出多个对称的盲孔和盲槽形成整体剪切梁型称重传感器。这就使得秤体与称重传感器合二为一，即铝合金板既是秤体台面又是一个大板式称重传感器。以后者结构的10t便携式动态电子轮轴秤为例，其尺寸为720mm×550mm×32mm，重量约为23kg。

4、智能化电子衡器的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使电子衡器在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与采用智能化称重显示控制器的电子衡器的根本区别。

5、综合性电子称重技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。例如在流量计量专业，如果按照传统的理论和方法建造一套标准大流量测量系统，价格相当昂贵。如果采用称重法即质量流量法，只要将重量和时间测量准确，大流量的测量问题就迎刃而解了。对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还远远不够，现代商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合，使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。这就要求电子计价秤能与电子计算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。6、组合性在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定，硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展，软件能按一定的程序进行修改和扩展，输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。

2称重传感器我设计这篇论文的初衷是想通过传感器来实现数据的采集，可考虑到实际情况的限制，在硬件部分我用电位器代替以此达到系统要求。但仍有必要对传感器进行一下简要的介绍，传感器是把被测量（如温度、压力等）作为输入参数转换为电量（电流、电压、电阻等）输出。物理量性质和测量范围不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常传感器输出的是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字输出）。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。2.1传感器的工作原理将电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后，以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。称重传感器主要有两部分组成，第一部分是弹性敏感元件，他将被测物体的压力质量转换为弹性体的应变值；第二部分是作为传感元件的电阻应变计，他将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化。2.2传感器产品的分类在日常生活中对力的测量体现在称重仪器上，主要有电子秤、汽车衡器等。因此,称重系统中使用的测力传感器通常指称重传感器。有的微型称重传感器体积很小，可以测量几毫牛的力，而大量程的传感器可以测量一百吨甚至几千吨的力。称重传感器有拉伸式和压缩式两种，它的分类和压力传感器大致相同，最常用的是应变式称重传感器和压阻式传感器。2.3传感器的选择称重传感器是电子称重系统的心脏，它的性能在很大程度上决定了电子称重系统的准确度和稳定性。在设计电子称重系统时，称重传感器的选择极其重要，选择传感器时首先应考虑以下几方面：(1)使用环境：使用传感器时应考虑传感器所处的实际环境，这对正确选择传感器至关重要，它关系到传感器是否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个称重系统的可靠性和安全性。首先应尽量避免高温、粉尘、潮湿和腐蚀性较高的环境,其次电磁场环境会使传感器的输出信号发生紊乱。再次在易燃、易爆环境下工作时必须选择防爆传感器。(2)传感器数量的选择：传感器数量的选择是根据电子系统的用途。秤体需要支撑的点数而定。一般讲,秤体有几个支撑点就选择几只传感器使用时应根据电子称重系统的实际情况来确定选择传感器的个数。(3)传感器量程的选择：传感器量程的选择可依据称重系统的最大称量值。选择传感器的个数，秤体自重，可能产生的最大偏载及动载等因素来综合确定。一般而言，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加上在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷,因此选择传感器量程时,要考虑多方面的因素。2.4传感器的保养由于电子秤的工作原理及本身结构决定，不能承受侧向力或超载，传感器不能随意乱放乱掉避免传感器损坏，在使用时尽量避免超载，因为超载后会造成传感器的性能变差。

3硬件电路的设计3.1单片机的发展1970年微处理器研制成功之后，随着就出现了单片机(即单片的微型计算机)。1971年美国Intel公司生产的4位单片机4004和1972年生产的雏型8位单片机8008，特别是1976年9月Intel公司的MCS-48单片机问世以来，在短短的十几年间，经历了多次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。发展速度之快、应用范围之广已达到了惊人的地步。它已渗透到生产和生活的各个领域，可谓无孔不入。下面列举单片机发展过程中的一些重要事件，对单片机的发展情况作概要说明。1976年Intel公司首先推出能称为单片机的MCS-48系列单片微型计算机，它以体积小，功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础。成为单片机发展进程中的一个重要阶段。在MCS-48成功的刺激下，许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片机系列。到目前为止，世界各地厂商己研制出大约50个系列，30多个品种的单片机产品，其中有Motorola公司的6801、6802,Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501、6502等，此外日本的NEC公司，日立公司及EPSON公司等也都相继推出了各具特色的单片机品种。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当属Intel公司的MCS-51系列单片机系列。MCS-51是在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。此外它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在，MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以MCS-51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，估计近几年内，8位单片机将仍是单片机中的主流机型。对工业控制、智能仪表等诸多较高层次的应用领域，8位单片机系列在性能、价格两方面有较好的兼顾。在8位单片机之后，16位单片机也有很大发展，例如1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且还具有4路或8路的10位A/D转换功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。在高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域，16位单片机大有用武之地，目前Intel的MCS-96系列单片机在国内已得到较好的应用，它必将以高性能的特点在国内得到大规模推广。综观近三十年的发展过程，单片机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。预计其今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：（1）微控制器的CPU核仍以CISC为主，但向RISC演化在传统微控制器领域内还是以当初Intel确立的哈佛结构(程序和数据存储器相分立的体系)和复杂指令集系统(CISC)为主。只有少数厂家生产精简指令集计算机，但仍保留了哈佛的分立存储器结构，并没有采用冯·诺依曼的程序、数据相合并的存储结构。少数生产RISC的计算机厂家有Microchip的8位PICl2／16／17／18Fxxx微控制器、Atmel的8位AVR微控制器、SCENIX的8位SXl8／20／28AC和SX48／52BD微控制器。这3个厂家都使用了快闪存储器(FLASH)存放程序。而Vautomation的VUSB芯片是在8位RISCMCUV8的基础上，增加了USB核，由其上的固件支撑USB的工作。V8MCU和USB核共占用10000个门。USB核可用于主机端或设备端。USB命令可用C语言、API以及硬件描述语言VHDL进行修改。在不必改动硬件的条件下就可改变USB的包长和缓冲器长。若要改动硬件，只需联系Vautomation厂家，便可通过Internet提供实现代码。（2）提升指令执行速度提高8位的振荡器频率或减少每机器周期包含的振荡器周期数都可以提高指令的执行速度。如Philips公司把12MHz的80C51从每机器周期所含振荡器周期数由12改为6，获得2倍速，Winband公司由12改为3，获得4倍速。目前，8位微控制器的频率一般可以高至33MHz~40MHz，所以，可以比较容易地从原来的1MIPS提高到10MIPS。但是，目前指令执行速度提高到50MIPS~100MIPS的都是RISC指令的8位微控制器。提升8位微控制器工作频率已经受到普遍的重视。Hitachi半导体厂，1988年设计其8位H8微控制器时，设定的目标是要集成更多的外设和支持C语言，追求高性能而不以廉价为目的。片上提供0.5MB的FLASH存储器。最近还增加了USB和Bluetooth通信接口，也考虑生产带有Ethernet接口的芯片，还计划将通常32位机上的应用(如TCP/IP、语音识别和合成)技术下移到H8。但是，便携型设备的屏蔽措施较少，又是塑料外壳，噪声成为问题。将其频率提高到33MHz，可得20MIPS的性能，但很难通过家用电器B类FCC的条款规定，几经改进设计方法，最后才把内部噪声降下来且很好地抑制了外部噪声。（3）集成大容量片上FLASH存储器，实现ISP、IAP近几年，8位微控制器竞相采用FLASH存储器，这已成趋势。因为它集成密度高、价格便宜、技术先进，可以取代PROM、EPROM、OTP和EEPROM等。SiliconStorageTechnology公司用SuperFlash技术生产了兼容于805l的FlashFlex51系列芯片。其中，SST89C54／58芯片内分别具有20KB和36KB的FLASH，并利用FLASH可高速读／写的特点实现在系统烧录程序(ISP)和在应用中烧录程序(IAP)。ISP技术是在焊接成板级系统上，直接对微控制器进行擦除和程序烧录的先进技术。SST的IAP技术，是从结构上将FLASH存储器映像为两个存储体，当运行在一个存储体上的用户程序时，在后台对另一个存储体实时烧录更新的程序，之后再将控制转向更新的程序上执行。Philips兼容于8051的P89C51RC2／RD2是具有32KB／64KBFLASH的芯片。由于片上集成了1KB的引导和擦除／烧录用ROM固件，所以能够更好地支持ISP和IAP。顺便指出，P89C51RC2／RD2还增加了片上RAM，最多到8KB。（4）普遍使用混合信号(数字-模拟相混合)集成技术用CMOS工艺将数字和模拟电路集成于同一个片上的技术已经成熟，有力地削减了片外的附加器件，提高了性能和缩短了产品上市时间。如片上集成12位A／D、上电复位／掉电检测、捕捉／比较／PWM、锁相环、8×8硬件乘，以及USB、CAN总线接口等。（5）增加可联网的外设接口要求将内嵌8位微控制器的设备接入Internet的呼声渐高。虽然联网的主流应用多是使用32位的高档微处理器，但是，如果能生产高速率的8位微控制器实现某些针对性的专用设备上网，未尝不是一条蹊径。目前使用MCS-5l系列的83C51KB生产独立键盘、小型硬驱和掌上电脑的不少。但是，83C51KB缺少与Internet的连接部分。许多厂家已经看到给8位微控制器配上Bluetooth、Ethernet和Internet网络接口的需要，众多方案正在涌现。（6）追求低电压、低功耗、低价位、LPG(少腿芯片)降低工作电压无疑可以成平方地降低功耗。所以开始出现多电压供电的微控制器，CPU部分工作于1.5V～2.5V，而I／O口工作于3.3V～5V。为实现低功耗，应尽可能多地将片外器件集成于同一个片上，这样便于一同暂停、一同休眠或部分运行。如NEC设计了可配置成部分全速运行、部分暂停，使用户对功率的管理更加方便灵活、有效。瑞典Xemic公司为他的8位低功耗XE8000系列微控制器中增加了通用型高速低电压芯片XE8301，它的工作电压十分宽广，为1.2V～5.5V。指令速度为1MIPS时电流仅为200μA，在待机模式下，维持实时钟的运行仅用lμA电流。XE8000系列微控制器的内核用的是该公司8位CoolRISCMCU，指令位宽22位。3.2MCS-51系列单片机简介从最初的单片机发展到如今的新一代单片机，大致经历了三个年代。这三个年代划分大致是：1、第一代：以1976年推出的MCS-48系列为代表MCS-48系列单片机是将CPU和计算机外围电路集成到了一个芯片上，作为与通用CPU分道扬镳、构成新型工业微控制器取得了成功，为单片机的进一步发展开辟了成功之路。MCS-51系列8位高档单片机是在总结MCS-48系列单片机的基础上，于80年代初推出的新产品。其主要的技术特征是：扩大了片内存储容量、外部寻址空间：程序存储器和外部数据存储器的寻址都增加为64K。4K×8ROM作为内部程序存储器，用来存放系统程序、用户的专用程序和固定常数。在MCS-51系列单片机中，8031、8751与8051的内部结构基本相同，其区别仅在于8031内部不含有程序存储器，必须由外部扩展。8751内部程序存储器为可编程、可改写的只读存储器EPROM，其内部程序由用户自行写入。在片内数据存储器方面，采用8位地址，寻址范围为256，其中00H-7FH为128字节的内部RAM，用来存放用户的随机数；在80H-FFH范围内离散地分布着21个特殊功能寄存器，其中11个特殊功能寄存器具有位寻址能力。在内部RAM中，00H-1FH可分为4个寄存器工作区。寄存器工作区由选择指令进行切换，从而有效地提高了CPU的现场保护能力和实时响应速度。20H-2FH单元可进行位寻址。增强了并行口、增设了全双工串行口I/O：4个8位并行I/O接口可用于地址和数据的传送，也可与8243、8155等联接，进行外部I/O接口的扩展。串行I/O接口是一个全双工串行通信口，可用于数据的串行接收和发送，这为构成串行通信网络提供了方便。两个定时器/计数器均为16位(比8048长一倍)，且有4种工作方式，这样既提高了定时/计数范围，又使用户使用灵活方便[5]。增强了中断系统，在MCS-51单片机中，设置有2级中断优先级，可接受5个中断源的中断请求，中断优先级别可由用户定义。这样，就使MCS-51单片机很适合用于数据采集与处理，智能仪器仪表和工业过程控制中。具备较强的指令寻址和运算等功能：MCS-51系列单片机有111条指令，可分为4大类，使用了7种寻址方式。这些指令44%为单字节指令，41%为双字节指令，15%为三字节指令。若用l2MHz的晶体频率，50%的指令可在1μs内执行完毕，40%的指令在2μs内执行完毕。此外，还设有减法、比较和8位乘、除法指令。乘、除法指令的执行时间仅为4μs，这样大大地提高了CPU的运算与数据处理能力。增设了颇具特色的布尔处理机，在MCS-51的指令系统中设置有位操作指令，可用于位寻址空间，这些位操作指令与位寻址空间一起构成布尔处理机。布尔处理机对于实时逻辑控制处理具有突出的优点。可以看出，这一代单片机主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线(AB、DB、CB)和具有多机识别功能的串行通讯接口(UART)，规范了功能单元的特殊功能寄存器（SFR）控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统，为发展具有良好兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。但是，第一代单片机都还未突破单片微机的内涵。2、第二代：以80C5lIntel公司于1980年推出的MCS-51奠定了嵌入式应用的单片微型计算机的经典体系结构，但不久就放弃了进一步发展计划，并实施了8051的技术开放政策。在8051实现开放后，PHILIPS公司作为全球著名的电器商以其在电子应用系统的优势，着力发展80C51的控制功能及外围单元。将MCS-51的单片微型计算机迅速地推进到80C51的MCU时代，形成了可满足大量嵌入式应用的单片机系列产品。FlashROM的使用加速了单片机技术的发展。基于FlashROM的ISP/IAP技术，极大地改变了单片机应用系统的结构模式以及开发和运行条件；而在单片机中最早实现FlashROM技术的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。我们习惯于将各厂家生产的与51兼容的形形色色的单片机系列称之为80C51系列。它们都采用CMOS工艺，并与MCS-51兼容。80C51系列单片机是在MCS-51的HMOS基础上发展起来的，它们具有CHMOS结构。80C51系列单片机保留了MCS-51单片机的所有特性，内部组成基本相同。80C51系列单片机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。对于87C51单片机是80C51含EPROM的产品，89C51单片机是80C51系列的产品。这种单片机有两级或三级程序存储器保密系统，用于保护EPROM中的程序，以防止非法拷贝。另外，87C51单片机还可用智能编程法进行编程。可使每个字节的编程的时间由50ms减少到4ms。速度快，效率高。新一代80C51系列单片机除了上述的结构特性外，其最主要技术特点是向外部接口电路扩展，以实现微控制器完善的控制功能为己任。如为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。这一系列的单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。80C51系列产品中增加了一些外部接口功能单元如A/D、PWM、WDT(监视定时器)、高速I/O口、PCA(可编程计数器阵列)、计数器的捕获/比较逻辑等。此外，由于80C51系列采用了CMOS技术制造而成，较之MCS-51系列集成度高，速度快，功耗低。3、第三代：单片机内核SOC化MCS-51典型的体系结构以及极好的兼容性，对于微控制器不断扩展的外围来说，形成了一个良好的嵌入式处理器内核的结构模式。当前嵌入式系统应用进入SOC模式，从各个角度，以不同方式向SOC进军，形成了嵌入式系统应用热潮。在这个技术潮流中，8051又扮演了嵌入式系统内核的重要角色。在MCU向SOC过渡的数、模混合集成的过程中，ADI公司推出了ADμC8xx系列，而公司则实现了向SOC的C8051F过渡；在PLD向SOC发展过程中，Triscend公司在可配置系统芯片CSOC的E5系列中便以8052作为处理器内核。3.3单片机的应用模式和应用领域提起单片机的应用，首先提到的应是它的控制功能，即在于实现计算机控制。而在线控制应用方面，由于计算机身处系统之中，因此对计算机有体积小、功耗小、成本低价格廉以及控制功能强等要求，对这些要求真可谓是非单片机莫属了。按照所使用单片机的类型不同，单片机应用系统结构可分成总线方式和非总线方式：（1）总线方式的应用系统中，单片机都具有完善的外部扩展总线，如并行总线(AB、DB、CB)、串行通讯总线(如UART)，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、智能仪表、监测系统，或满足这些应用而构戎的多机与网络系统。总线方式的单片机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可作为I/O口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些I/O口改造成具有各种驱动能力的I/O口。（2）非总线方式的应用系统省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有限的引脚可为用户提供更多的用户I/O口，以使应用系统的芯片数量最少。非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、单元仪表等。现在单片机的应用日益广泛深入，诸如在智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能化以及实时过程控制等方面，单片机都扮演着越来越重要的角色,具有广阔的应用前景。以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。（1）家用电器领域目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，而做成单片机控制系统。例如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机、手机、摄象机及其它视频音像设备的控制器。还有儿童玩具以及机器人控制等。（2）办公自动化领域现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如通用计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机等。（3）商业营销领域由于在商业营销系统已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等中，目前已纷纷采用单片机构成专用系统，主要由于这种系统有明显的抗病菌侵害、抗电磁干扰等高可靠性能的保证。（4）工业自动化如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，这些系统除一些小型工控机之外，许多都是由单片机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。（5）智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用单片机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等。将单片机与传感器相结合可以构成新一代的智能传感器，它将传感器初级变换后的电量作进一步的变换、处理，输出能满足远距离传送、能与微机接口的数字信号。例如，将压力传感器与单片机集成在一起的微小型压力传感器可随钻机送至井下，以报告井底的压力状况。（6）汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等都要构成冗余的网络系统。从上述可以看出，单片机应用的意义绝不限于它的功能，以及所带来的经济效益上。更重要的意义在于，单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术必将不断发展，日益完善，更加充实。3.4硬件电路的系统介绍3.4.1硬件部分由电位器、A/D转换电路、单片机、地址锁存电路、显示和驱动电路等部分组成。由电位器给定输入电压，A/D转换电路把给定的模拟信号转换成数字信号，此信号锁存在锁存电路中，单片机将接收到的数字信号进行处理，输出给移位寄存器，移位寄存器的作用是锁存和读取数据，还有作为LED的驱动电路，最后结果通过LED显示出来。3.4.2其具体工作情况为：当不称重时，电位器处于调零位置，发光二极管检测到的光照强度此时为最大值；当被测物体放于托盘中时，引起电位器发生位移，所以发光二极管接收到的光照强度就会变弱，发光二极管是光电转换器件，进而产生一个电流，将此电流转换成电压信号输入到A/D转换器，A/D转换器的作用是将此模拟信号转换成数字信号，待转换完毕，由转换结束信号EOC向CPU发出中断请求，待CPU准备好，开始读取数据，此过程包括BCD码的转换和将BCD码转换为七段码值送入三位LED的驱动部分，最后利用显示电路部分显示出物体质量。电子称重的硬件电路系统图如3.1所示。电位器电位器A/D转换电路地址锁存电路单片机驱动电路显示电路图3.1系统硬件电路系统3.5各部分电路的详细说明3.5.1电位器是可变电阻器的一种，通常是由电阻体和转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用是调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。电位器的结构特点是电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。在本系统中电位器相当于传感器的作用，给定电压输出信号，实现重量信号的数据采集。3.5.2模数由于单片机处理的必须是数字信号，而电位器输出的却是模拟信号，所以在单片机的实时测控和智能化仪表等应用系统中，需将检测到的连续变化的模拟量转换成数字量，才能输入到单片机中进行处理。所以要进行A/D转换器的选择，主要根据下面的技术指标[4]。（1）分辨率对ADC来说，分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。转换器的分辨率定义为满刻度电压与2n之比值，其中n为ADC的位数。（2）量化误差量化误差是由ADC的有限分辨率而引起的误差。（3）偏移误差偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。偏移误差通常是由放大器或比较器输入的偏移电压或电流引起的。一般在ADC外部加一个做调节用的电位器便可使偏移误差调至最小。（4）满刻度误差满刻度误差又称为增益误差。ADC的满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差，一般满刻度误差的调节在偏移误差调整后进行。（5）线性度线性度有时又称非线性度，它是指转换器实际的转移函数与理想直线的最大偏移。线性度不包括量化误差、偏移误差与满刻度误差。（6）绝对精度在一个转换器中，任何数码相对应的实际模拟电压与其理想的电压值之差并非是一个常数，把这个差的最大值定义为绝对精度。（7）相对精度它与绝对精度相似，所不同的是把这个最大偏差表示为满刻度模拟电压的百分数，或者用二进制分数来表示相对应的数字量。它通常不包括能被用户消除的刻度误差。（8）转换速率ADC的转换速率就是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次AD转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。1、模数转换器的选择超大规模集成电路技术的发展，使集成A/D转换器的发展速度惊人。品种繁多、性能各异、满足不同要求的集成A/D转换器不断涌现。因此在进行硬件电路系统设计时，首先必须选择合适的A/D转换器以满足系统设计要求的问题。A/D转换器位数的确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，但又不能唯一确定系统的精度。因为系统精度设计的环节较多，包括传感器变换精度、信号预处理电路精度和A/D转换器及输出电路，甚至还包括软件控制算法。考虑到本设计只需要转换一路模拟信号，且针对物重而设计，根据A/D转换器的技术指标及实际系统的要求，本设计选用应用比较普遍的ADC0809。ADC0809是一种普遍使用且成本较低的，由National半导体公司生产的CMOS材料A/D转换器。它具有8个模拟量输入通道，采用逐次逼近式进行A/D转换，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，得到8位二进制数字量。2、ADC0809的内部逻辑结构ADC0809的内部逻辑结构如图3.2所示。它包括转换器、多路开关、三态输出数据锁存器等部分。图3.2ADC0809的内部逻辑结构图3.2中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，可在程序控制下选择8个模拟通道之一进行A/D转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，如表3.1所示。八位A/D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量[3]。表3.1通道选择表CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN73、ADC0809引脚说明ADC0809芯片为28引脚，双列直插式封装，其引脚排列见图3.3所示。图3.3ADC0809引脚对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：（1）IN0-IN7：模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0-5V，若信号过小还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D转换过程中其值不应变化太快，因此对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。（2）A、B、C：地址线A为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择，引脚图中为ADDA、ADDB和ADDC，其地址状态与通道相对应关系见表3.1。（3）ALE：地址锁存允许信号ALE上跳沿有效，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。（4）START：转换启动信号START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。（5）D7-D0（P2.1-P2.7）：数字量输出线为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。（6）OE：输出允许信号用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。（7）CLOCK：时钟信号ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。（8）EOC：转换结束状态信号EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。（9）Vcc：+5V电源（10）Vref：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V（Vref(+)=+5V,Vref(-)=0V）。4、转换数据的传送A/D转换后得到的是数字量的数据，这些数据应传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，软件测试EOC的状态，即可确知转换是否完成，然后进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。5、ADC0809与AT89C51的接口ADC0809与51系列单片机的硬件接口有三种方式：定时传送方式、查询方式、中断方式。采用中断方式可大大节省CPU的时间，因此设计中，选用中断方式。由于ADC0809片内没有时钟，所以利用AT89C51提供的地址锁存允许信号ALE获得，ALE脚的频率是AT89C51单片机时钟频率的1/6，本设计中AT89C51单片机的时钟频率采用的是12MHz，则ALE脚的输出频率为6MHz，符合ADC0809对时钟频率的要求（10-1280K），由于ADC0809具有输出三态锁存器，故将其8位数据输出引脚直接与单片机数据总线相连。由于只有一路模拟信号需要转换，将地址译码引脚A、B、C与相连，以选通IN0模拟通道，并且将IN1-IN7七个模拟量通道接地，以防止干扰信号的输入。单片机的低8位地址信号在ALE作用下锁存在74LS373中，74LS373输出的低三位信号分别加到ADC0809的通道选择端A、B、C作为选通编码。74LS373的Q6和Q7经一级或非后，产生的正脉冲作为二级和三级或非门的输入信号，此或非门相当于反相器的作用。一级反相器输出的脉冲信号与WR的非再经过一或非门接至ALE端,同样的一级反相器的输出信号与RD的非再经过一或非门接至ENABLE端。3.6单片机的选型考虑到系统所需的程序空间（ROM）和数据空间（RAM）较小，选用AT89C51单片机做为该系统的核心。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，它含有4K字节的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM），足够本设计所用。该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。3.6.1AT（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容（2）4K字节可重擦写Flash闪速存储器（3）1000次擦写周期（4）全静态操作：0Hz-24MHz（5）三级加密程序存储器（6）128字节内部RAM（7）32个可编程I/O口线（8）2个16位定时/计数器（9）6个中断源（10）可编程串行UART通道（11）低功耗空闲和掉电模式3.6.2单片机AT89CAT89C51提供以下标准功能：4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位[1]。3.6.3图3.4AT89C51引脚图80c51系列单片机采用双列直插形式封装，其引脚排列见图3.4。（1）Vcc:电源电压；（2）GND:接地；（3）P0.0-P0.7：一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复位引脚；（4）P1.0-P1.7：一般I/O口引脚；（5）P2.0-P2.7：一般I/O口引脚或高位地址总线引脚；（6）X1：晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚接地）；（7）X2：晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡器的信号输入端）；（8）INT0/INT1：外部中断输入端；（9）T1/T0：定时器的外部输入端；（10）RESET：复位信号输入允许引脚，当振荡器工作时，RESET引脚出现两个周期以上的高电平将使单片机复位；（11）/VP：内外存储器选择引脚/片内EPROM(FlashROM)编程电压输入引脚；（12）：读选通信号；（13）：写选通信号；（14）RXD：串行输入引脚；（15）TXD：串行输出引脚；（16）ALE/：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚；（17）PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚，当AT89C51有外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PESN信号不出现。3.6.41、时钟振荡电路AT89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式；二是外部时钟方式，如图3.5所示。本系统采用内部时钟方式，在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的X1和X2引脚外接外接晶振就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，其值为30PF。晶振CYS的振荡频率为12MHZ。图3.5时钟信号两种方式2、复位电路实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效复位。本设计采用上电复位电路，上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要保持足够长的时间（两个机器周期），单片机就可以进行复位操作。本电路电阻和电容参数为：C3为10UF，R1为10K。3.6.5低功耗模式1、时钟停止模式静态设计使时钟频率可以降至0MHZ(停止)。当振荡器停振，RAM和SFR的值保持不变。该模式允许逐步应用并可将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低。如实现最低功耗建议使用掉电模式。2、空闲模式空闲模式中，CPU进入睡眠状态，但片内的外围电路仍保持工作状态。正常操作模式的最后一条指令执行进入空闲模式。空闲模式下，CPU内容、片内RAM和SFR保持原来的值。任何被使能的中断或硬件复位均可终止空闲模式。3、掉电模式为了进一步降低功耗，通过软件可实现掉电模式。该模式中振荡器停振并且在最后一条指令执行掉电模式。硬件复位或外部中断允许均可结束掉电模式。硬件复位使所有的SFR重新设置，但不改变RAM的值。外部中断允许SFR和片内RAM保持原值。要正确退出掉电模式，在VCC或恢复到正常操作电压范围之后，复位或外部中断开始执行并保持足够长的时间以使振荡器重新启动并稳定下来。使用外部中断退出掉电模式时，INT0和INT1必须使能且配置为低电平触发，将管脚电平拉低使振荡器重新启动，退出掉电模式后将该管脚恢复为高电平。一旦中断被响应，RETI之后所执行的是进入掉电模式指令后的一条指令。3.7地址锁存电路3.7.174LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个带三态缓冲输出的8位触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74LS373芯片。除74LS373外，84LS273、8282、8212等芯片也可用作地址锁存器，但使用时接法稍有不同，由于接线稍繁、多用硬件和价格稍贵，故不如74LS373用的普遍。因此考虑到成本和电路的简单易行性，采用74LS373作为接口系统电路设计的芯片。74LS373为三态输出的八位透明锁存器，共有54/74S373和54/74LS373两种线路结构型式。74LS373的输出端Q0-Q7可直接与总线相连。当三态允许控制端为低电平时，Q0-Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当为高电平时，Q0-Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，输出端随数据D而变。当LE为低电平时，输出端被锁存在已建立的数据电平。图3.674LS373引脚图3.7.274LS373引脚说明74LS373引脚排列如图3.6所示：（1）D0-D7：数据输入端；

（2）：三态允许控制端（低电平有效）；当OE=“0”时，三态门打开；当OE=“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态；（3）LE：锁存允许端；当LE=“1”时，锁存器输出，状态同输入状态；当LE=“0”时，数据输入锁存器中；（4）Q0-Q7：八位输出端。3.7.374LS373的连接方法在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其连接方法如下：其中输入端D0-D7接至单片机的P0-P7口，输出端提供的是低8位地址。输出端的低三位A0-A2接至ADC0809的地址端。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。锁存允许端LE接至ADC0809的时钟信号端CLK。外部地址锁存器部分采用74LS373来存储数据地址。在MCS-51单片机中的16位地址低8位由P0口输出。而P0口同时又是数据输入/输出接口，故在传送时采用分时方式，先输出低8位地址，然后再传送数据，这就需要选用适当的寄存器存放低8位地址。由于MCS-51单片机中没有内部寄存器，所以需要外加一个外部地址锁存器74LS373，对数据地址进行存储。3.8驱动电路3.8.174HC59574HC595是8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态，三态输出功能。它是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，是一种高抗干扰能力、低功耗的标准CMOS集成电路。移位频率为100MHZ,移位寄存器和存储器是分别的时钟，都是上升沿触发。74HC595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。3.8.274HC595的引脚说明图3.774HC595引脚图74HC595引脚排列如图3.7所示（1）(10脚)：低电平时将移位寄存器的数据清零；（2）SRCLK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位，下降沿移位寄存器数据不变；（3）RCLK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将RCLK置为低电平，当移位结束后，在RCLK端产生一个正脉（5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据；（4）E(13脚)：高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力；（5）O1-O7：是并行数据输出口，即寄存器的数据输出口,可直接控制数码管的八个段；（6）Q7（9脚）：串行输出口；（7）SER(14脚)：封装脚。3.8.374HC595工作原理74HC595控制端说明:（1）STcp：存储寄存器的时钟脉冲输入口；（2）SHcp：移位寄存器的时钟脉冲输入口；（3）：输出使能端；（4）MR：芯片复位端；（5）Ds：串行数据输入端数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds）和一个串行输出（Q7）和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。3.9显示电路3.9.1显示器接口[6]是单片机系统中的主要人机接口之一，常用的显示器有：发光二极管显示器，又叫液晶显示器，简称LED（LightEmitingDiode）和荧光显示器，简称LCD（LiquidCrystalDisplay）。近年来也开始使用简易的CRT接口，显示一些汉字和图形。前三种显示器都用两种显示结构，段显示和阵显示。而发光二极管又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。三种显示器中，以荧光管显示器亮度最高，发光二极管次之，而液晶显示器最弱，为被动显示，必须有外光源。考虑到本系统中只用来简单的显示重量数据，所以选用发光二极管LED显示。LED与其他显示器件相比，还具有工作电压低、多色、寿命长、发光控制简单等特点。3.9.2LED显示器由若干个发光二极管组成。当发光二极管导通时，相应的一个笔画或一个点就点亮。控制相应的二极管就导通，就能显示出对应的字符。七段LED通常构成字型“8”，还有一个发光二极管用来显示小数点。各段LED显示器需要由驱动电路驱动。在七段LED显示器中，通常将各段发光二极管阴极或阳极连在一起作为公共端，这样可以使驱动电路简单。将各段发光二极管阳极连在一起的叫共阳极显示器，用低电平驱动；将阴极连在一起的3.9.3LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式，分别介绍如下：1、LED静态显示方式LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极连接在一起并接地；若为共阳极则接+5V电源。每位的段选线分别与一八位的锁存输出相连。之所以称为静态显示，是因为显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应段的发光二极管恒定的导通或截止，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因为如此，静态显示的亮度都较高。这种显示方式接口编程容易，管理也简单，也容易理解。故采用静态显示方式，对于本系统来说，若要用口线接口，则要用3个8位I/O口，若要用寄存器接口，则要用3片寄存器芯片。对于静态显示方式，LED显示器有接口芯片直接驱动，采用较小的驱动电流就可以得到较高的亮度。但是并行输出显示的十进制位数多时需要并行I/O接口芯片数量较多，采用串行输出可以大大节省单片机内部资源，所以本系统采用串行输出三位共阳极LED显示接口电路。2、LED动态显示方式在多位LED显示时，为了简化电路，一般都选用动态显示。通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位的I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阴极分别由I/O口线控制，实现各位的分时选通。对于这种显示方式来说，整个显示器共占用一个8位I/O口，只需一片地址锁存器，而位选线占用一个4位I/O口。在显示过程中，由于每一位显示数字不同，所以采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示数字的字型码，这样同一时刻，5位LED中只有选通的那一位显示出数字，而其他4位则是熄灭的。同样在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，其他各位的位选线处于关闭状态，段选线上输出相应位将要显示数字的字型码。如此循环下去，就可使各位显示出将要显示的数字，虽然这些数字是在不同时刻显示的，而且同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭，但由于人眼有视觉暂留现象，只要每一位显示时间足够短（一般为3-5秒），则可造成多位同时显示的假象，达到显示的目的。3.9.4有N片LED显示块可拼成N位LED显示器。由于本设计中显示的是物重，系统规定被称量物体不超过25000克，允许误差是0.5，两部分加起来共三位数字，所以选用三片LED显示块拼成三位LED显示器。根据本设计中的称重范围，需3位LED数码管显示称出的重量，其显示二位整数和一位小数。本设计中，用三片74HC595寄存器完成显示数据段码的锁存和驱动。这样处理既容易编程，又使LED数码管的驱动得以实现，同时使数据输出时直接可以通过一条数据写指令完成。显示器接口电路如图3.8所示，74HC595的Q0-Q6口接至LED的a-g端，中间需要接限流电阻，限流电阻的作用顾名思义是防止由于电流过大而使LED烧毁。选择限流电阻大小的原则是：根据74HC595的输入电流的一般不超过20mA，数码管允许的最大电流为10mA，正常工作情况下一般为5mA，最后考虑发光二极管的压降和电源电压。基于上述原则选择340K阻值的限流电阻。SRCLR(10脚)接至单片机的P32口,即接至中断定时器的INT0端。RCLK(12脚)接至P31口，即单片机的串行输出接口TXD，TXD输出的数据在其上升沿时进入数据存储寄存器。图3.8显示器接口电路图

4软件电路的设计4.1主程序模块主程序模块主要完成单片机的初始化和按需要调用各模块[7]。主程序流程框图如图4.1所示。初始化调用按键程序开始启动A/D转换读取A/D数据N初始化调用按键程序开始启动A/D转换读取A/D数据NY判断按键是否按下？4.2按键模块按键流程图如图4.2所示。开始开始判断按键否置按键标志返回图4.2按键模块流程框图4.3模数转换模块模数转换流程图如图4.3所示。开始开始选中的通道IN0启动A/D转换判断转换是否结束读取转换结果返回图4.3模数转换模块流程框图ADC0809需要转换一路模拟量，所以模数转换模块流程图为图4.3。4.4显示模块三位LED显示称重结果的程序流程图如图4.4。在显示时逐位进行显示，先选中某位，然后传送数据。开始开始读取A/D值转换成BCD码分别送入三个LED显示分别送入各地址单元BCD码转换为七段码值返回图4.4三位LED显示结果的程序流程图

结论随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线称重、快速动态称重和称重系统有了很大发展。进一步采用新技术、开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。本文针对单片机应用在电子称重系统的设计，是对高精度快速电子称重系统研究的一个尝试。整个系统以单片机为核心，在电子秤本身固有的高精度称量优势的基础上，实现了定量称量，以及称量结果自动显示和实现了与软件程序的结合。整篇文章对电子称重的发展、电子秤的原理、电子秤的工作原理做了详细阐述；对电子秤硬件电路和软件程序做了合理设计。基本上完成了任务书规定的系统设计工作。由于一些原因的限制，虽然完成了设计任务，但仍存在很多不足：第一，由于自己对程序方面的知识没有多少研究，从而影响了软件部分的设计；第二，本文只是对电子秤系