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)。

電子稱主要以單片機(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。電子稱不但計(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)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。

1緒論

稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(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)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/123/" target="_blank">集成電路式到目前的單片機(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?，F(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱重技術(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。

電子稱重的實(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、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)警提示功能使本電子稱的設(shè)計(jì)更人性化智能化。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)電子秤的方案有以下幾種：

方案一 數(shù)碼管顯示：

圖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)電子稱基本的稱重功能，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，使電子稱實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示：

圖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 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施來增加信號(hào)采集強(qiáng)度但會(huì)增加相應(yīng)的設(shè)計(jì)成本；顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD顯示器。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3所示：

圖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)完成了最終的電子稱方案，最終的硬件設(shè)計(jì)方案圖如圖4所示，

圖3系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件框圖

2.2系統(tǒng)元器件選型及器件參數(shù)介紹

2.2.1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，鑒于以上考慮本課題選擇ST89C52作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片。

STM32是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 32位單片機(jī)，片內(nèi)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，芯片內(nèi)集成了通用32位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的STM32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。

stm32f103zet6芯片:

最高72MHz工作頻率

–內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)教的8MHz的RC振蕩器

–串行單線調(diào)試（SWD)和JTAG接口

–多達(dá)8個(gè)定時(shí)器

–3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入

–2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立的和窗口型的）：防止程序跑飛，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位

–系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：一種簡(jiǎn)單的，24位寫清零、遞減、自裝載同時(shí)具有可靈活控制機(jī)制的計(jì)數(shù)器。

–2個(gè)I2C接口(支持SMBus/PMBus)：一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線

–3個(gè)USART接口（支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制）：通用同步/異步串行接收/發(fā)送器USART是一個(gè)全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊

–2個(gè)SPI接口(18M位/秒）：總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。

Stm32f103zet6硬件資源說明如下：

WIRELESS 模塊接口 這是開發(fā)板板載的無線模塊接口（U2）

W25Q128 128M FLASH

SD 卡接口

USB 串口/串口 1

JTAG/SWD 接口

24C02 EEPROM

USB 轉(zhuǎn)串口

啟動(dòng)選擇端口

復(fù)位按鈕

STM32F103ZET6 這是開發(fā)板的核心芯片（U1），型號(hào)為：STM32F103ZET6。

該芯片具有 64KB SRAM、512KB FLASH、 2 個(gè)基本定時(shí)器、 4 個(gè)通用定時(shí)器、 2 個(gè)高級(jí)定時(shí)器、 2 個(gè) DMA 控制器（共 12 個(gè)通道）、 3 個(gè) SPI、2 個(gè) IIC、5 個(gè)串口、1 個(gè) USB、1 個(gè) CAN、3 個(gè) 12 位 ADC、1 個(gè) 12 位 DAC、1 個(gè) SDIO 接口、1 個(gè) FSMC 接口以及 112 個(gè)通用 IO 口。

3.3V 電源輸入/輸出

5V 電源輸入/輸出

RS485 選擇接口 這是開發(fā)板板載的 RS485 選擇接口（P5）， MAX3485 通過這個(gè)接口來決定是否連接到 STM32 的串口 2（USART2），當(dāng)這里斷開的時(shí)候：串口 2 可以用來做普通串口使用，而 RS485 則可以用來實(shí)現(xiàn) RS485 轉(zhuǎn) TTL 的功能；當(dāng)這里接上時(shí)：串口 2 連接 MAX3485，就可以實(shí)現(xiàn) RS485 通信。

引出 IO 口（共 2 組） 這是開發(fā)板 IO 引出端口，總共有 2 組主 IO 引出口：P1 和 P2。它們采用 2*27 排針引出，總共引出 106 個(gè) IO 口。而 STM32F103ZET6 總共只有 112 個(gè) IO，除去 RTC 晶振占用的 2 個(gè) IO ，還剩下 110 個(gè)，這 2 組排針，總共引出：106 個(gè) IO，剩下的 4 個(gè) IO 分別通過：P3 和 P5 引出。

LCD 接口 這是開發(fā)板板載的 LCD 模塊接口

RS485 接口 這是開發(fā)板板載的 RS485 總線接口（RS485），通過 2 個(gè)端口和外部 485 設(shè)備連接。這里提 醒大家，RS485 通信的時(shí)候，必須 A 接 A，B 接 B。否則可能通信不正常！另外，開發(fā)板自帶 了終端電阻（120Ω）。

CAN 接口 這是開發(fā)板板載的 CAN 總線接口（CAN），通過 2 個(gè)端口和外部 CAN 總線連接，即 CANH 和 CANL。這里提醒大家：CAN 通信的時(shí)候，必須 CANH 接 CANH，CANL 接 CANL，否則 可能通信不正常！

2.2.2傳感器選擇

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5為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E：

圖5 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)，

（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）商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量。

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0～5Kg,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5Kg。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器，量程為5Kg，精度為0.01% ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。

2.2.3 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。

具體引腳說明如表圖6所示。

圖6 LCD1602字符液晶引腳定義

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 顯示器作為系統(tǒng)的顯示界面。

2.2.4 AD轉(zhuǎn)換芯片選擇

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7所示。

圖7 HX711管腳定義

HX711典型應(yīng)用電路如圖8所示。

圖8 HX711典型應(yīng)用電路

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

由于該系統(tǒng)中 32 單片機(jī)及 AD 轉(zhuǎn)換芯片及液晶顯示器所需供電電壓均為 5V 電壓，所以要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以穩(wěn)定提供 5V 電壓的供電系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用USB供電方式，USB 接口供電方便程序調(diào)試，電源輸接口加上LED 電源指示燈，用來判定電源是否正常工作。該系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 11 所示。

3.3單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控電路由STM32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)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心單元。

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。

復(fù)位電路是用來讓單片機(jī)返回到初始狀態(tài)的輔助電路，其作用是當(dāng)單片機(jī)程序跑飛或系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)狀態(tài)時(shí)可以讓系統(tǒng)從新恢復(fù)工作。本系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)為上電復(fù)位復(fù)位方式。按鍵復(fù)位就沒有太大必要使用看，所以沒有設(shè)計(jì)按鍵復(fù)位。

3.4系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)

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15所示

圖15系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路圖

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，7~14腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)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。

3.5超重報(bào)警提示電路設(shè)計(jì)

報(bào)警指示電路用來在稱重測(cè)量超出最高值時(shí)報(bào)警提示，以免重量太高的情況下?lián)p壞傳感器。報(bào)警指示電路由PNP三極管9S8550驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)IO口控制三極管的基極，當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極與電源接通，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)單片機(jī)IO口輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警。報(bào)警指示電路如圖16所示。

圖16報(bào)警指示電路

3.6按鍵輸入電路設(shè)計(jì)

按鍵輸入電路用來在電子稱測(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)，矩陣鍵盤電路如圖17所示。

圖17按鍵輸入電路

電子稱按鍵功能分配如下表所示：

此電子秤是開機(jī)檢測(cè)托盤重量，并將托盤重量清零（即電子秤每次開機(jī)后檢測(cè)托盤重量，并程序中自動(dòng)將托盤重量保存在一個(gè)變量中，稱量過程中每次都將獲得的重量減去托盤重量，而得到所要稱量物體的真正的重量），

計(jì)算功能：在正確輸入了單價(jià)之后，按下計(jì)算按鍵，將會(huì)計(jì)算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價(jià)、總價(jià)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本電子稱設(shè)計(jì)采用C語言編程，編譯環(huán)境為keil5。

Keil5 是美國(guó)Keil Software 公司出品的stm32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 軟件提供豐富的庫(kù)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 5 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 5 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 本身或其它編輯器編輯C 或匯編源文件，然后分別有stm32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。

4.1系統(tǒng)主程序軟件流程圖

系統(tǒng)軟件部分主程序流程圖如圖20所示。

圖20 系統(tǒng)主程序流程圖

4.2系統(tǒng)顯示部分流程圖

顯示子程序主要是來判斷是否需要顯示,以及如何去顯示,也是十分重要的程序之一。設(shè)計(jì)流程圖如圖21所示。

圖21 系統(tǒng)顯示部分流程圖

4.3系統(tǒng)按鍵檢測(cè)部分流程圖

鍵盤電路設(shè)計(jì)成4X4矩陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)流程圖如圖22所示。

圖22 按鍵檢測(cè)部分流程圖

5 系統(tǒng)整體調(diào)試

5.1硬件電路調(diào)試中遇到的問題

1、電子電路的設(shè)計(jì)中對(duì)各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對(duì)過電壓情況的處理中未作防范措施。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，有待改善。比如系統(tǒng)的超量程信號(hào)直接由單片機(jī)送入報(bào)警電路，沒有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報(bào)警電路。

3、沒有擴(kuò)展更多電路，如溫度顯示功能，通訊接口電路與上位機(jī)（PC機(jī)）進(jìn)行通訊，上位機(jī)顯示功能從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上位機(jī)，然后通過串口或并口通訊與電子稱相連，達(dá)到遠(yuǎn)距離控制的目的。

4、對(duì)各種實(shí)用芯片價(jià)格了解不夠，選擇上任有欠缺，如所選的稱重傳感器價(jià)格較貴。

這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作留下了積極的影響。

圖23 效果圖

5.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

在此課程設(shè)計(jì)過程中，鞏固了我在課堂內(nèi)學(xué)過的知識(shí)，尤其是單片機(jī)和C語言編程方面的知識(shí)，同時(shí)通過這次畢設(shè)提高了單片機(jī)編程的能力，尤其是獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)了解到了其它相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，對(duì)今后的工作學(xué)習(xí)有著極大的幫助。

由于時(shí)間太倉(cāng)促，經(jīng)驗(yàn)不足，理論方面也相應(yīng)的存在不足，加上條件有限，仍存在著一些設(shè)計(jì)方面的問題，個(gè)人技能也有待提高。理論知識(shí)還要鞏固加強(qiáng)。但是寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是對(duì)自己的提高有著極大的幫助。

6 仿真結(jié)果