单片机控制的电子秤的设计
目 录
一、 引言 1
（一） 电子压力测量技术的发展背景 1
（二） 电子压力测量技术的国内外发展现状 1
（三） 国内外发展现状 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的特点及应用 3
（二） 单片机的发展趋势 3
（三） AT89C51单片机芯片概述 5
（四） 压力传感器介绍 5
（五） 四位共阴数码管简介 6
（六） HX711模数转换器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 电子压力测量仪的硬件结构框图设计 9
（二） 压力传感器与HX711模数转换器电路设计 9
（三） 数码管电路设计 10
（四） 报警器模块设计 11
（五） 按键电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） HX711转换流程设计 14
（三） 报警流程图设计 15
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 实物图 21
附录四 元件列表 22
附录五 程序 23
引言
电子压力测量技术的发展背景
压力测量在多个科研生产领域都有着广泛的应用，不仅仅局限于电子秤系统中，根据压力测试的精度，可以将其分为精密压力测试和普通压力测试两个领域，精密压力测试主要用于航空航天、冶金以及其他一些高科技新型技术领域，其压力测试结果往往能够精确到小数点后六位数的精度，这在一些元素测量、精密器件生产中应用非常广泛；普通压力测试的测量结果则没有那么高的精度，最高能够达到小数点后两位，然而这种测量的范围非常大，是精密测量所不可比拟的。压力的精密测量是近些年才发展起来的，它的出现不仅仅是出于人们对它强烈的需求，更重要的是它得益于高精度模数转换器（AD）以及高分辨率压力传感器的出现，压力传感器由于是实现压力转换为电压量的关键部件，它的性能也就主宰了整个测量系统的精
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精度，这在一些元素测量、精密器件生产中应用非常广泛；普通压力测试的测量结果则没有那么高的精度，最高能够达到小数点后两位，然而这种测量的范围非常大，是精密测量所不可比拟的。压力的精密测量是近些年才发展起来的，它的出现不仅仅是出于人们对它强烈的需求，更重要的是它得益于高精度模数转换器（AD）以及高分辨率压力传感器的出现，压力传感器由于是实现压力转换为电压量的关键部件，它的性能也就主宰了整个测量系统的精度，举个最简单的例子——一个量程为5kg的压力传感器，它输出的模拟电压大小反应了压力大小，即输出0V时代表压力为零，而输出5V时压力为5kg，那么模数转换器在对压力传感器输出的模拟电压值进行采样时，如果使用的是8位的AD，那么其转换量程则为2的8次方，即256，测量的精度为5kg除以256，即压力测量精度最小能够达到19g；而如果采用12位的模数转换器进行电压采样，那么转换量程能够达到2的12次方，即4096，测量精度为5kg除以4096，即测量精度就达到了1.2g，可见模数转换器的位数越高，则压力测试结果的精度就越高，而高分辨率的AD是近几年才发展起来的，它对于集成电路技术、PCB技术以及抗干扰技术都有着极高的要求，因此这也就是精密压力测量近几年才发展起来的原因。纵观压力测量系统的发展线路，如果以控制器作为线索，那么最古老的电子式压力测量系统是由继电器作为主控核心的测量衡器，这种系统的典型特点是体积庞大，显得非常的笨重，由于继电器这种器件非常容易受到外部的干扰，并且系统内部的电子线路错综复杂，因此给故障的排查以及维护带来了诸多困难。当PLC出现后改变了这一现状，这种被称为可编程逻辑器件的控制器将硬件继电器组集成到主板内部，以软件程序的方式去控制继电器的闭合，从而实现复杂的控制功能，电子压力测量仪在采用这种主控核心后，测量性能以及稳定性得到了质的飞跃，完全改变了之前的状态，然而PLC的成本非常高，使得这种压力测量系统造价昂贵。而单片机以及DSP的发展与成熟使得PLC的昂贵成本问题的到了解决，由于单片机的处理速度越来越高，稳定性能不断超赶PLC，其成本却远低于PLC控制器，因此目前许多高性能的压力测量系统开始采用单片机作为主控核心。
电子压力测量技术的国内外发展现状
压力测量系统在国内外都有这广泛的研究，其中精密压力测量系统是全世界的研究重点，主要研究核心问题是提高测量结果的精确度以及准确度，这方面的研究成果将对航空航天、化学工业以及医疗卫生事业有着重要的婢益作用。国内目前对于压力测量技术的研究企业主要集中在东南沿海地区，具统计显示，光广东一省就有三百多家生产和研究压力测量的企业，而这些企业中真正能够自主研发高性能测量系统的企业却不多于五十家，因此技术掌握程度还不是很高；国外对于测压系统的研究起步较早，生产高达6位精度的压力测量系统已经很普遍。
国内外发展现状
本文以基于单片机的电子压力测量仪作为研究对象，讲述了压力测量仪的发展背景、国内外发展现状等内容，并对压力测量仪的硬件以及软件系统进行了全方位的设计，实现了以下功能和指标：
具有0~2kg的压力测量范围；
具有报警功能，当压力测量结果大于报警阀值时，发出报警信号；
报警阀值可通过按键灵活设置；
4、具有液晶显示功能，将测量结果以及报警阀值显示出来。
方案选择及元器件介绍
本文选用单片机作为电子秤的主控核心，下面对单片机进行详细介绍。
单片机的特点及应用
单片机的特点
单片机的典型特点是其内部电路集成度非常的高，这样就使得它具有了小巧的特点，另外成本很低，使得很多控制场合都在使用单片机作为主控核心；另外由于它丰富的学习资料和程序，使得它能够非常容易被产品化，在各种各样的仪器仪表中都能见到单片机的身影。
另外由于单片机通常采用高性能的硅材料作为芯片载体，所以它能够适应的温度范围会非常的宽，也就是无论是超低温或者超高温它都能正常的工作，下面就以著名的MCS-51单片机作为例子，来看一下它的使用温度范围。通常对于同一型号的芯片，厂家都会推出三个应用等级（即民用等级、工业等级和军用等级），通常民用等级的芯片维度范围最窄，因为在民用电子设备中，其通常应用在常温环境中。而工业级的产品要在零下温度环境中使用所以温度范围会广一点；而军工级产品由于涉及到超低温或者航空环境中，所以温度范围是最宽的。
MCS-51单片机各等级的应用温度范围
民用品 0 ~ +71oC
工业用品 -41 ~ +86oC
军用品 -66 ~ +126oC
单片机的发展趋势
单片机自从被技术人员研发出来之后就一直经历着各方面的改进和完善，目前单片机的数据宽度已经达到了32位之宽，在单片机的发展过程中主要存在以下几个
一、 引言 1
（一） 电子压力测量技术的发展背景 1
（二） 电子压力测量技术的国内外发展现状 1
（三） 国内外发展现状 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的特点及应用 3
（二） 单片机的发展趋势 3
（三） AT89C51单片机芯片概述 5
（四） 压力传感器介绍 5
（五） 四位共阴数码管简介 6
（六） HX711模数转换器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 电子压力测量仪的硬件结构框图设计 9
（二） 压力传感器与HX711模数转换器电路设计 9
（三） 数码管电路设计 10
（四） 报警器模块设计 11
（五） 按键电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） HX711转换流程设计 14
（三） 报警流程图设计 15
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 实物图 21
附录四 元件列表 22
附录五 程序 23
引言
电子压力测量技术的发展背景
压力测量在多个科研生产领域都有着广泛的应用，不仅仅局限于电子秤系统中，根据压力测试的精度，可以将其分为精密压力测试和普通压力测试两个领域，精密压力测试主要用于航空航天、冶金以及其他一些高科技新型技术领域，其压力测试结果往往能够精确到小数点后六位数的精度，这在一些元素测量、精密器件生产中应用非常广泛；普通压力测试的测量结果则没有那么高的精度，最高能够达到小数点后两位，然而这种测量的范围非常大，是精密测量所不可比拟的。压力的精密测量是近些年才发展起来的，它的出现不仅仅是出于人们对它强烈的需求，更重要的是它得益于高精度模数转换器（AD）以及高分辨率压力传感器的出现，压力传感器由于是实现压力转换为电压量的关键部件，它的性能也就主宰了整个测量系统的精
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精度，这在一些元素测量、精密器件生产中应用非常广泛；普通压力测试的测量结果则没有那么高的精度，最高能够达到小数点后两位，然而这种测量的范围非常大，是精密测量所不可比拟的。压力的精密测量是近些年才发展起来的，它的出现不仅仅是出于人们对它强烈的需求，更重要的是它得益于高精度模数转换器（AD）以及高分辨率压力传感器的出现，压力传感器由于是实现压力转换为电压量的关键部件，它的性能也就主宰了整个测量系统的精度，举个最简单的例子——一个量程为5kg的压力传感器，它输出的模拟电压大小反应了压力大小，即输出0V时代表压力为零，而输出5V时压力为5kg，那么模数转换器在对压力传感器输出的模拟电压值进行采样时，如果使用的是8位的AD，那么其转换量程则为2的8次方，即256，测量的精度为5kg除以256，即压力测量精度最小能够达到19g；而如果采用12位的模数转换器进行电压采样，那么转换量程能够达到2的12次方，即4096，测量精度为5kg除以4096，即测量精度就达到了1.2g，可见模数转换器的位数越高，则压力测试结果的精度就越高，而高分辨率的AD是近几年才发展起来的，它对于集成电路技术、PCB技术以及抗干扰技术都有着极高的要求，因此这也就是精密压力测量近几年才发展起来的原因。纵观压力测量系统的发展线路，如果以控制器作为线索，那么最古老的电子式压力测量系统是由继电器作为主控核心的测量衡器，这种系统的典型特点是体积庞大，显得非常的笨重，由于继电器这种器件非常容易受到外部的干扰，并且系统内部的电子线路错综复杂，因此给故障的排查以及维护带来了诸多困难。当PLC出现后改变了这一现状，这种被称为可编程逻辑器件的控制器将硬件继电器组集成到主板内部，以软件程序的方式去控制继电器的闭合，从而实现复杂的控制功能，电子压力测量仪在采用这种主控核心后，测量性能以及稳定性得到了质的飞跃，完全改变了之前的状态，然而PLC的成本非常高，使得这种压力测量系统造价昂贵。而单片机以及DSP的发展与成熟使得PLC的昂贵成本问题的到了解决，由于单片机的处理速度越来越高，稳定性能不断超赶PLC，其成本却远低于PLC控制器，因此目前许多高性能的压力测量系统开始采用单片机作为主控核心。
电子压力测量技术的国内外发展现状
压力测量系统在国内外都有这广泛的研究，其中精密压力测量系统是全世界的研究重点，主要研究核心问题是提高测量结果的精确度以及准确度，这方面的研究成果将对航空航天、化学工业以及医疗卫生事业有着重要的婢益作用。国内目前对于压力测量技术的研究企业主要集中在东南沿海地区，具统计显示，光广东一省就有三百多家生产和研究压力测量的企业，而这些企业中真正能够自主研发高性能测量系统的企业却不多于五十家，因此技术掌握程度还不是很高；国外对于测压系统的研究起步较早，生产高达6位精度的压力测量系统已经很普遍。
国内外发展现状
本文以基于单片机的电子压力测量仪作为研究对象，讲述了压力测量仪的发展背景、国内外发展现状等内容，并对压力测量仪的硬件以及软件系统进行了全方位的设计，实现了以下功能和指标：
具有0~2kg的压力测量范围；
具有报警功能，当压力测量结果大于报警阀值时，发出报警信号；
报警阀值可通过按键灵活设置；
4、具有液晶显示功能，将测量结果以及报警阀值显示出来。
方案选择及元器件介绍
本文选用单片机作为电子秤的主控核心，下面对单片机进行详细介绍。
单片机的特点及应用
单片机的特点
单片机的典型特点是其内部电路集成度非常的高，这样就使得它具有了小巧的特点，另外成本很低，使得很多控制场合都在使用单片机作为主控核心；另外由于它丰富的学习资料和程序，使得它能够非常容易被产品化，在各种各样的仪器仪表中都能见到单片机的身影。
另外由于单片机通常采用高性能的硅材料作为芯片载体，所以它能够适应的温度范围会非常的宽，也就是无论是超低温或者超高温它都能正常的工作，下面就以著名的MCS-51单片机作为例子，来看一下它的使用温度范围。通常对于同一型号的芯片，厂家都会推出三个应用等级（即民用等级、工业等级和军用等级），通常民用等级的芯片维度范围最窄，因为在民用电子设备中，其通常应用在常温环境中。而工业级的产品要在零下温度环境中使用所以温度范围会广一点；而军工级产品由于涉及到超低温或者航空环境中，所以温度范围是最宽的。
MCS-51单片机各等级的应用温度范围
民用品 0 ~ +71oC
工业用品 -41 ~ +86oC
军用品 -66 ~ +126oC
单片机的发展趋势
单片机自从被技术人员研发出来之后就一直经历着各方面的改进和完善，目前单片机的数据宽度已经达到了32位之宽，在单片机的发展过程中主要存在以下几个
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