基于51單片機(jī)AT89C52和AD574 A/D轉(zhuǎn)換器+SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器的簡(jiǎn)易電子秤設(shè)計(jì)方案

一、引言

隨著科技的進(jìn)步和人們對(duì)精確測(cè)量的需求日益增加，電子秤已成為日常生活中不可或缺的工具。本文旨在設(shè)計(jì)一款基于51單片機(jī)AT89C52、AD574 A/D轉(zhuǎn)換器及SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器的簡(jiǎn)易電子秤。本設(shè)計(jì)將詳細(xì)闡述系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)以及各組件的選型與作用。

二、主控芯片AT89C52的詳細(xì)介紹

2.1 AT89C52概述

AT89C52是Atmel公司生產(chǎn)的一款低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。該單片機(jī)內(nèi)置8KB的可反復(fù)擦寫的Flash程序存儲(chǔ)器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。

2.2 主要工作特性

• 存儲(chǔ)能力：內(nèi)置8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫壽命為1000次；內(nèi)置256字節(jié)的RAM。

• I/O端口：具有32根可編程I/O口線，可用于輸入、輸出或特殊功能。

• 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：包含3個(gè)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，用于定時(shí)或計(jì)數(shù)任務(wù)。

• 中斷系統(tǒng)：具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)，能夠處理各種中斷請(qǐng)求。

• 串行通信：具備一個(gè)全雙工的可編程串行通信口，支持UART通信協(xié)議。

• 低功耗模式：包括空閑模式和掉電模式，以適應(yīng)不同的功耗需求。

• 工作電壓與頻率：工作電源電壓為5(1+0.2)V，典型值為5V；最高工作頻率為24MHz。

2.3 在設(shè)計(jì)中的作用

AT89C52作為本設(shè)計(jì)的核心控制單元，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、邏輯控制及與外圍設(shè)備的通信。具體來說，其作用包括：

• 數(shù)據(jù)采集與處理：通過I/O口接收AD574轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和算法運(yùn)算，最終得到物體的重量。

• 顯示控制：通過控制LCD顯示屏，將處理后的重量信息直觀地顯示出來。

• 報(bào)警控制：當(dāng)檢測(cè)到超量程或其他異常情況時(shí)，控制報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警。

• 按鍵響應(yīng)：通過檢測(cè)按鍵輸入，實(shí)現(xiàn)如去皮、置零等功能。

三、AD574 A/D轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)介紹

3.1 AD574概述

AD574是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的12位逐次逼近型中速A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換誤差為±0.05%，是我國(guó)應(yīng)用廣泛、價(jià)格適中的A/D轉(zhuǎn)換器。AD574內(nèi)部包含高精度參考電壓源和時(shí)鐘電路，可直接與各種微處理器連接，無需附加邏輯接口電路，兼容CMOS及TTL電平。

3.2 主要特性

• 轉(zhuǎn)換精度：12位，轉(zhuǎn)換誤差為±0.05%。

• 轉(zhuǎn)換速度：最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，適合快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。

• 接口兼容性：內(nèi)部含三態(tài)電路，可直接與8位或16位微處理器連接，兼容CMOS及TTL電平。

• 封裝形式：采用28腳雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。

3.3 在設(shè)計(jì)中的作用

AD574作為電子秤的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換橋梁，負(fù)責(zé)將稱重傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。其高精度和快速轉(zhuǎn)換能力保證了電子秤的測(cè)量準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。

四、SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器的詳細(xì)介紹

4.1 SP20C-G501概述

SP20C-G501是一款集成式電阻應(yīng)變式傳感器，由組合式S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，具有高精度、高穩(wěn)定性和過載保護(hù)等特點(diǎn)。該傳感器廣泛應(yīng)用于電子秤、測(cè)力設(shè)備等領(lǐng)域。

4.2 主要特性

• 高精度：傳感器精度高，零漂小，工作穩(wěn)定。

• 過載保護(hù)：內(nèi)置過載保護(hù)裝置，防止因過載而損壞。

• 惠斯登電橋：內(nèi)部采用惠斯登電橋進(jìn)行電壓采集轉(zhuǎn)換，能抑制溫度變化的影響，抗干擾能力強(qiáng)。

• 材質(zhì)與密封性：采用陶瓷材質(zhì)，具有良好的密封性，適用于多種環(huán)境。

4.3 在設(shè)計(jì)中的作用

SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器作為電子秤的稱重元件，負(fù)責(zé)將物體的重量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。其高精度和穩(wěn)定性決定了電子秤的測(cè)量精度和可靠性。

五、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由稱重傳感器（SP20C-G501）、AD574 A/D轉(zhuǎn)換器、AT89C52單片機(jī)、LCD顯示屏、按鍵電路、報(bào)警電路及電源電路等部分組成。

5.2 稱重傳感器電路

稱重傳感器電路主要由SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器和惠斯登電橋組成。傳感器輸出端接至惠斯登電橋，電橋輸出端接至AD574的模擬輸入端。電橋電路能夠抑制溫度變化的影響，提高測(cè)量精度。

5.3 AD574 A/D轉(zhuǎn)換電路

AD574 A/D轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將稱重傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換電路通過控制信號(hào)與單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。

5.4 顯示電路

顯示電路采用LCD顯示屏，通過單片機(jī)控制顯示物體的重量信息。LCD顯示屏采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，以節(jié)省I/O口資源。

5.5 按鍵電路

按鍵電路用于實(shí)現(xiàn)去皮、置零、校準(zhǔn)等功能。按鍵輸入通過單片機(jī)的I/O口讀取，并根據(jù)按鍵值執(zhí)行相應(yīng)的操作。

5.6 報(bào)警電路

報(bào)警電路采用有源蜂鳴器設(shè)計(jì)，當(dāng)檢測(cè)到超量程或其他異常情況時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警電路兩端并聯(lián)一個(gè)反向的二極管，防止誤報(bào)警。

5.7 電源電路

電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。考慮到單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器的電源需求，電源電路采用5V穩(wěn)壓電源。

六、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

6.1 主程序流程

主程序流程包括初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示和報(bào)警等步驟。

6.2 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集部分通過AD574讀取稱重傳感器輸出的模擬電壓值，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)處理部分對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、校準(zhǔn)等處理，得到物體的實(shí)際重量。

6.3 顯示與報(bào)警

顯示部分將處理后的重量信息顯示在LCD顯示屏上。報(bào)警部分在檢測(cè)到超量程或其他異常情況時(shí)，控制蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。

七、總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一款基于51單片機(jī)AT89C52、AD574 A/D轉(zhuǎn)換器及SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器的簡(jiǎn)易電子秤。通過詳細(xì)分析各組件的選型與作用，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)具有高精度、高穩(wěn)定性和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種需要精確測(cè)量的場(chǎng)合。