HX711簡易電子秤設(shè)計(jì)論文

1、電子科技大學(xué)成都學(xué)院微電子技術(shù)系工程系統(tǒng)1設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱 簡易電子秤 小組成員：姓名 江繼維 學(xué)號(hào) 1440710425 姓名 夏天 學(xué)號(hào) 1440710410 專 業(yè) 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 林國偉 2016年6月制 IABSTRACT摘 要秤是一種在實(shí)際工作和生活中經(jīng)常用到的測量器具。隨著計(jì)量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺(tái)秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。和傳統(tǒng)秤相比較，電子秤利用新型傳感器、高精度AD轉(zhuǎn)換器件、單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有精度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。本課題設(shè)計(jì)的電子秤具有基本

2、稱重功能。該電子秤的測量范圍為0-5Kg，測量精度達(dá)到1g，有高精度，低成本，易攜帶的特點(diǎn)。電子秤采用液晶顯示數(shù)值，比傳統(tǒng)秤具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性。另外，該電子秤電路簡單，使用壽命長，應(yīng)用范圍廣。ABSTRACTScale is a kind of measuring instrument which is often used in practical work and life. With the development of measurement technology and electronic technology, gradual elimination of traditio

3、nal pure mechanical structure of the steelyard, scales, scales, weighing apparatus, electronic weighing apparatus electronic balance, electronic balance to accurate, rapid, convenient and intuitive display etc. many advantages by peoples favor.Compared with the traditional scale, electronic scale us

4、ing a new type of sensor, high precision AD converter, MCU design, with high precision, strong function and so on. The electronic scale designed by this paper has the basic function of weighing. The measuring range of the electronic scale is 0-5Kg, the measurement accuracy is 1g, with high precision

5、, low cost and easy to carry. Electronic scale using liquid crystal display value, compared with the traditional scale has a higher accuracy and intuitive. In addition, the electronic scale circuit is simple, the service life is long, and the application range is wide. III目錄目錄第1章課題整體框架11.1 課題任務(wù)11.2

6、課題要求11.3 研究意義1第2章設(shè)計(jì)方案22.1 硬件系統(tǒng)框圖22.2 傳感器模塊32.3 MCU控制72.3.1 電源模塊92.3.2 復(fù)位電路102.3.3 震蕩電路102.4 軟件設(shè)計(jì)112.4.1 軟件工具112.4.2 模塊流程圖11第3章實(shí)現(xiàn)功能123.1 實(shí)現(xiàn)功能描述123.2 電路設(shè)計(jì)12第4章調(diào)試與實(shí)現(xiàn)134.1 調(diào)試中遇到的重點(diǎn)與難點(diǎn)134.2 解決方案134.3 實(shí)現(xiàn)展示（附上仿真圖或?qū)嵨镎掌?3第5章總結(jié)14參考文獻(xiàn)15致謝16附錄17附錄一：源代碼17 III第1章 課題整理框架第1章 課題整體框架所有的章節(jié)（含附錄、致謝、參考文獻(xiàn)）為大標(biāo)題具體格式為：字體：黑體

7、小三號(hào)對齊方式：兩端對齊，大綱級(jí)別：一級(jí)左縮進(jìn)： 0字符右縮進(jìn)： 0字符首行縮進(jìn)：無字符段前： 6 磅斷后： 30 磅行間距： 20磅1.1 課題任務(wù)論文中一級(jí)節(jié)標(biāo)題具體格式為：字體：黑體四號(hào)對齊方式：兩端對齊，大綱級(jí)別：二級(jí)左縮進(jìn)： 0字符右縮進(jìn)： 0字符首行縮進(jìn)：無 字符段前： 6 磅斷后： 18 磅行間距： 20磅設(shè)計(jì)能稱量物體重量的簡易數(shù)字電子秤。1.2 課題要求本文主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是簡易電子秤，他用單片機(jī)處理作為核心，信號(hào)由壓力傳感器感受后經(jīng)放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)，同時(shí)該電子秤具有LED顯示，該電子秤具體實(shí)現(xiàn)的功能是能夠測量一定質(zhì)量內(nèi)的物體。1.3 研究意義電子秤不僅要向高精度

8、、高可靠方向發(fā)展,而且更需向多種功能的方向發(fā)展。據(jù)悉,目前電子秤的附加功能主要有以下幾種：1.電子秤附加了處理機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償裝置,可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理。2.具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動(dòng)物稱量模式,即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法,消除上述的誤差。3.附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能,以滿足多種使用的要求。今后,隨著電子高科技的飛速發(fā)展,電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。同時(shí),功能更加齊全的高精度、高智能的先進(jìn)電子秤將會(huì)不斷問世,其應(yīng)用范圍也會(huì)更加拓寬。1第2章 設(shè)計(jì)方案第2章 設(shè)計(jì)方案2.1 硬件系統(tǒng)框圖電

9、源模塊壓力傳感器24位ADCHX711復(fù)位電路振蕩電路STC89C511602液晶顯示圖2-1-1系統(tǒng)框圖2.2 傳感器模塊稱重傳感器感應(yīng)被測重力，輸出微弱的毫伏級(jí)電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)過電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片hx711對傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換。HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，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，內(nèi)置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定。HX711芯片通過2線串行方式與單片機(jī)通信。單片機(jī)讀取被測數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換，再液晶屏上顯示出來。1、稱重傳感器傳感器是測量機(jī)構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器本身具有單調(diào)性，其主要參數(shù)指標(biāo)是靈敏度、總誤差和溫

10、度漂移。(1) 靈敏度稱重傳感器的電靈敏度為滿負(fù)荷輸出電壓與激勵(lì)電壓的比值，典型值是2mV/V。當(dāng)使用2 mV/V靈敏度和5 V激勵(lì)電壓的傳感器時(shí)，其滿度輸出電壓為10 mV。通常，為了使用稱重傳感器線性度最好的一段稱重范圍，應(yīng)當(dāng)僅使用滿度范圍的三分之二。因此滿度輸出電壓應(yīng)當(dāng)大約為6mV。當(dāng)電子秤應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時(shí)，在6mV滿度范圍內(nèi)測量微小的信號(hào)變化并非易事。(2) 總誤差總誤差是指輸出誤差和額定誤差的比值。典型電子秤的總誤差指標(biāo)大約是0.02%，這一技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)重要，它限制了使用理想信號(hào)調(diào)節(jié)電路所能達(dá)到的精確度，決定了ADC分辨率的選擇以及放大電路和濾波器的設(shè)計(jì)。(3) 漂移稱重傳感器也產(chǎn)生

11、與時(shí)間相關(guān)的漂移。目前常用的稱重傳感器有電阻應(yīng)變式壓力傳感器、電容壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用時(shí)應(yīng)按穩(wěn)定行、精度登記、壽命和安裝環(huán)境要求考慮，其主要特點(diǎn)如下：(1) 電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度較高，壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳輸。(2) 壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器尚待進(jìn)一步研究。(3) 電阻應(yīng)變式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴(yán)格。綜上所述，選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈

12、性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。瑥亩闺姌蚴テ胶?，產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測量原理如圖2所示。圖2 電阻應(yīng)變式傳感器測量原理當(dāng)垂直正壓力P作用于梁上時(shí)，梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片R1、R3受壓彎拉伸，阻值增加；R2、R4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏P成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出。R1、R2、R3和R4組成惠更斯電橋，將2對電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖3所示。圖3 測量電橋原理2、電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片H

13、X711及其電路HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，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單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對芯片內(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32 增益

14、，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。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)位功能簡化了開機(jī)的初始化過程。 HX711內(nèi)部方框圖如圖4所示。其外部管腳如圖5所示。圖4 HX711內(nèi)部方框圖圖5 HX711外部管腳圖圖5為HX711芯片應(yīng)用于計(jì)價(jià)秤的一個(gè)參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器(XI=0)，10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率(RATE=0)。電源（2.75.5V）直接取用與MCU 芯片相同的供電電源。通道A與傳感器相連，通道B通過片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。圖6 HX711計(jì)價(jià)秤應(yīng)用參考電

15、路圖 本課題設(shè)計(jì)的HX711電路如圖7所示：圖7 HX711電路2.3 MCU控制(1) STC89C52 單片機(jī)概述STC89C52系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。(2) STC89C52 單片機(jī)特點(diǎn)增強(qiáng)型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051工作電壓： 5.5V - 3.5V（5V單片機(jī)）；工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051的 080MHz；用戶應(yīng)用程序空間 。4K/8K/16k/32

16、K/64K字節(jié)；片上集成1280字節(jié) RAM；通用I/O口（32/36個(gè)），復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/仿真器。每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過120mA；可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能；看門狗；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）；時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器；用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘；常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器

17、頻率為：5.0V 單片機(jī)為： 11MHz 17MHz；共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；外部中斷I/O口4路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒；通用全雙工異步串行口(UART) ；工作溫度范圍：-40 +85(工業(yè)級(jí)) / 0 75(商業(yè)級(jí)) ；封裝：PDIP-40, PLCC-44。(3) STC89C52 單片機(jī)管腳及封裝STC89C52單片機(jī)有多種封裝形式，本

18、設(shè)計(jì)中選用40DIP封裝，其管腳定義如圖8所示。圖8 STC89C52 管腳圖 本課題設(shè)計(jì)的電子秤的單片機(jī)應(yīng)用電路如圖9所示：圖9 STC89C52單片機(jī)電路圖中DOUT和PDSCK為單片機(jī)與HX711的AD轉(zhuǎn)換電路交換數(shù)據(jù)的通信線。beep為蜂鳴器報(bào)警信號(hào)線，alert為報(bào)警燈信號(hào)線，RXD和TXD為串口通信線，也可以用于單片機(jī)程序的串行ISP下載。2.3.1 電源模塊單片機(jī)及其傳感器需要5.0V供電，所以本系統(tǒng)采用LM1117_5.0 這顆三端線性穩(wěn)壓芯片作為來為整個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的電源。圖2-3-1 電源模塊2.3.2 復(fù)位電路STC89C51采用的是高電平復(fù)位，當(dāng)給復(fù)位引腳一個(gè)連續(xù)脈

19、沖，即可使之復(fù)位圖2-3-2 復(fù)位電路2.3.3 震蕩電路XTAL1（AT89C51中19 腳） ：單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸入端口。XTAL2（AT89C51中18 腳） ：單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸出端口。XTAL1 與XTAL2其實(shí)就是一個(gè)反向的放大器，它可以與石英晶振連接作為一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路。 內(nèi)部方式的的時(shí)鐘電路就是如圖3-3所示，只要在XTAL1、XTAL2上接一個(gè)石英晶體并在兩端接兩個(gè)電容，這樣就可以產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部激蕩電路，這里需要注意的是此實(shí)驗(yàn)用的晶振是12MHZ的，和晶振相連的電容一般選用33PF的陶瓷電容。外部方式的時(shí)鐘電路就是如圖3-4所示，RXD直接接地，TXD再接外部振蕩器。外

20、部振蕩信號(hào)要求采用頻率低于12MHZ的方波。圖3-3內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖3-4外部方式時(shí)鐘電路2.4 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是STC89C51,通過讀取ADC采樣傳感器的電壓值，經(jīng)過單片機(jī)處理后傳給1602液晶顯示屏顯示出來。通過初始化讀取ADC的值，然后保存這個(gè)初值，進(jìn)入Main函數(shù)后進(jìn)行第二次采用，第二次采用值，減去第一次采樣值，那么就得到實(shí)際稱量的值，再乘以一個(gè)比例因子（可根據(jù)砝碼進(jìn)行矯正），那個(gè)輸出就是所放物品的實(shí)際質(zhì)量。2.4.1 軟件工具采用Keil MCS-51 進(jìn)行編程，然后通過宏晶科技的串口下載工具下載程序。2.4.2 模塊流程圖初始化IO初始化LCD1602第一次采樣進(jìn)入循環(huán)

21、第二次采樣處理采用值輸出顯示圖2-4-1 軟件流程圖17第3章 實(shí)現(xiàn)功能3.1 實(shí)現(xiàn)功能描述實(shí)現(xiàn)的電子稱功能，在稱盤上放一個(gè)物體，能夠準(zhǔn)確稱量出其質(zhì)量，并通過液晶屏顯示出來。3.2 電路設(shè)計(jì)圖3-2 整體電路第4章 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)第4章 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)4.1 調(diào)試中遇到的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：查看電路圖是否連接完畢和連接正確，焊接是否正確和完整。并用萬能表檢測電路板是否短路或開路。各個(gè)元件是否有問題。LED的顯示和復(fù)原健的使用難點(diǎn)：焊接時(shí)連接跳線麻煩，構(gòu)思線路布局方法，壓力傳感器太過敏感，連接好電路圖焊接好之后出現(xiàn)顯示器亂碼，單片機(jī)芯片導(dǎo)入的程序。4.2 解決方案在網(wǎng)上搜尋程序參考，電路圖，還有一些學(xué)習(xí)好的

22、同學(xué)的幫助4.3 實(shí)現(xiàn)展示（附上仿真圖或?qū)嵨镎掌﹫D4-3 實(shí)物圖第5章 總結(jié)隨著現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展,而且更需向多種功能的方向發(fā)展。其發(fā)展的方向主要有:1電子秤附加處理機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償裝置,可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理。2電子秤具備動(dòng)物稱量模式,即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法,消除上述的誤差。3附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。其還有更高的性價(jià)比，更人性化的操作方式等。經(jīng)過了我們組2個(gè)月的不懈努力，基本上完成老師布置的任務(wù)，雖然在做的過程中我們出現(xiàn)的很多的問題，但是在我們的堅(jiān)持下，總算完成了要求。在這次試驗(yàn)中熟悉了AT89S51的一

23、些用途（接口和擴(kuò)展）。了解了放大器、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器的基本使用方法參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1占躍華 C語言程序設(shè)計(jì) 北京北京郵電大學(xué)出版社2張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京高等教育出版社 致謝我要首先感謝我的組員，還要感謝幫助我的同學(xué)們，沒有他們我們這次艱難的任務(wù)不可能完成，這次任務(wù)雖然艱難，但是在我們的努力下終于完成了此次任務(wù)，感謝他們對我們的幫助，讓我們這次的實(shí)驗(yàn)做得很完美。板子雖然不是什么很美觀，但是這也是我們做出來的心血，一次次的修改，一次次的努力。一次次的完善。 附錄附錄一：源代碼#include #include #define uchar unsigned char#define ui

24、nt unsigned intvoid LCD_com(uchar com); /寫命令void LCD_data(uchar date); /寫數(shù)據(jù)void intit(); /初始化void LCD_clr(); /清屏long int LCD_1602(long int shu); /分解輸出并顯示void delay(uint ms);long int HX711_Init(void);sbit LCD_RS = P10; /寄存器選擇sbit LCD_RW = P11; /讀/寫操作選擇sbit E = P12; /1602使能sbit ADDO = P20;sbit ADSK =

25、P21;uchar code str=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;/0-9,long int shu; /結(jié)果,int 類型只能顯示5為，第六位就亂碼了long int Count;long num;int x;int i = 0;int y;int main()intit();num = HX711_Init();while(1)LCD_1602(HX711_Init()-num)*4);/4為校準(zhǔn)系數(shù)值。delay(50); long int HX711_Init(void)unsigned long Count;uchar i;ADSK=0;Count=0;while(ADDO);for (i=0;i24;i+)ADSK=1;Count=Count1;ADSK=0;if(ADDO) Count+;ADSK=1;Count=Count0x800000;ADSK=0;return (Count);void LCD_com(uchar com) /寫命令LCD_RS = 0;LCD_RW = 0;E = 1;P0 = com;delay(1);E=0;void LCD_data(uchar date) /寫數(shù)據(jù)LC