基于51单片机的电子称设计

编程增益前端；AC或DC激励；单电源工作。

传感器输出的差分信号经过前端放大器处理后，送到AD7730,待转换结束后RDY端将输出持续低电平信号，此端与单片机I/O口相连，以便检测其状态。通过设计低通滤波电路对差分信号进行滤波。

当使用场合要求精度严格时，采用高精度的AD7730用于扩展称重系统。 2.5 键盘处理部分方案的论证

目前，微机系统中最常用的是触电式开关按键。在编写单片机程序时，键盘作为一种人机接口的方式实现，是很常用的。而一般的实现方法包括：

① 外接键盘扫描芯片（列如8279,7279等），然后由该芯片来完成去抖、键值读取、中断请求等功能。最后单片机响应中断并读取键值，有时也可以采用轮训的方式。 ② 如果按键数较少，那么可以直接将按键接到单片机的I/O口，然后各按键取逻辑或送到单片机的中断管脚（对于51体系），单片机响应中断后再去读取I/O口的数据。如果单片机的中断向量比较少（列如AVR系列单片机，每个I/O口都可以作为中断），也可以直接把各个键盘接到每个具有中断功能的I/O上面。在中断处理程序中，往往需要执行这样一个操作序列：延时一定的时间去抖，如果按键有效，那么等待按键释放。

上述两种方法都存在比较明显的缺陷：第一种方法需要专门的外围芯片，增加成本，且一般不容易检测按键的按下、释放及长按键等事件。第二种方法同样不容易检测按键的按下、释放及长按键等事件。且采用软件延时的方式，浪费CPU资源，很不可取。

鉴于上述两种方法的缺点，我们可以采用扫描式的方法来判断按键事件。扫描方法即CPU在一定的节奏下，去扫描按键数据线上的信号，然后分析并确定按键事件。

由于本设计的电子秤需要设置单价（十个数字键），还具有确认、删除等功能，总共需设置16个键（包括一个复位键）。采用键盘的扩展使用方案：即采用矩阵式键盘。矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。图2.7给出了一个4×4的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。4×4矩阵式键盘共可以安装16个键，但只需要8条测试线。当键盘的数量大于8时，一般都采用矩阵式键盘。结合本设计的实际要求，16个按键使用4×4矩阵式键盘。

图 2.10 4×4矩阵键盘

2.6 显示器部分的选择

显示器是人机交换的主要部分，它可以将测量电路测得的数据经过CPU处理后直观的显示出来。数据显示有两种方案：LED（全称：Light Emitting Diode）数码显示和LCD（全称：Liquid Crystal Display）液晶显示。LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都用到了液晶显示器。LCD液晶显示具有显示质量高，数字式接口，体积小，重量轻，功耗低等优点。

因此，本次设计选择了LCD液晶显示器。这里我们采用AMPIRE 128×64 LCD液晶显示器，主要用于显示数字、专用符号和图形。 2.7超量程报警部分的选择

智能仪器一般都具有报警和通讯功能，报警主要用于系统运行出错、当测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。在本系统中，设置报警的目的就是在超出电子秤测量范围时，发出声光报警信号，提示用户，防止损坏仪器。

超限报警电路是由单片机的I/O口来控制的，当称重物体重量超过系统设计所允许的重量时，通过程序使单片机的I/O值为高电平，报警灯D2发光。

3 硬件电路设计

3.1 AT89S52单片机介绍 3.1.1 AT89S52单片机综述

单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，而且不断提高运算速度和完善通用操作系统。以突出其高速海量数值运算能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图象处理、多媒体、网络通信中得到了广泛的应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和低廉的成本，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速发展，成为近代计算机技术发展史上一个重要里程碑[5]。

单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初设计生产的MCS-51单片机。后来Intel公司把MCS-51的核心技术授权给了很多其它的公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变以满足不同的需求，其中的89S52就是这几年在我国非常流行的单片机，这是由美国ATMEL公司开发生产的。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。AT89S5具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

在本系统中用于称量的主要器件是称重传感器，称重传感器在受到压力或拉力时会产生电信号，受到不同压力或拉力是产生的电信号也随着变化，而且力与电信号的关系一般为线性关系。由于称重传感器一般的输出范围为0～20mV，对A/D转换或单片机的工作参数来说不能使A/D转换和单片机正常工作，所以需要对输出的信号进行放大。由于传感器输出的为模拟信号，所以需要对其进行A/D转换为数字信号以便单片机接收。单片机根据称重传感器输出的电信号和速度传感器输出的速度信号计算出物体的重量。在本系统中，硬件电路的构成主要有以下几部分：AT89S52的最小系统构成、电源电路、数据采集、人-机交换电路等。

A/D转换接口电路 单 片 机 LCD显示电路 时钟电路 报警电路 复位电路 图3.1 单片机外接电路

按键接口电路

3.1.2 AT89S52的最小系统电路构成

AT89S52单片机的最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。

单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

当单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。