基于STC89C52RC单片机的电子称设计

王国维

摘要：电子秤是一种与人们生产生活密切相关的衡器，已广泛应用于各个领域。电子秤行业的发展趋势主要体现在小型化、模块化、集成化和智能化等方面。与传统电子秤相比，电子秤具有精度高、响应速度快、适用范围广等优势。基于此，本文设计了一种基于STC89C52RC单片机的电子称，详细介绍了其硬件电路、软件实现、调试过程。测试表明，该系统具有可靠性高、精度高、抗干扰能力强、成本低等优点，能在日常生活、工业现场、实验室等各种场合推广应用。

关键词：STC89C52RC;单片机;电子称设计

目前，电子称是电子设计中的一个热点课题，广泛应用于日常生活、环保、工农业生产、国防、科研等领域。随着集成电路及微处理器技术的发展，出现了许多基于数模混合电路的电子称设计。

一、STC89C52RC单片机介绍

STC89C52RC是由宏晶公司推出的一种小型单片机，是电子工程师常用器件。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，且采用高密度非易失存储器制造技术制造，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能很快被用户接受。其程序的电可擦写特性，使开发与试验较容易，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

STC89C52RC单片机主要特性为：1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可任意选择，指令代码完全兼容传统8051;2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）;3）工作频率范圍：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz;4）用户应用程序空间为8K字节;5）片上集成512字节RAM;6）通用I/O口（32个）复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻;7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片;8）具有EEPROM功能;9）具有看门狗功能;10）共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2;11）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒;12）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART;13）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）;14）PDIP封装。

STC89C52RC单片机工作模式包括：①掉电模式：典型功耗<0.1μA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序;②空闲模式：典型功耗2mA典型功耗;③正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA典型功耗。

二、理论基础

1、称重传感器原理。电阻应变传感器是通过金属弹性形变将测得的力转化为电阻变化器件，由电阻应变片及测量电路组成。本文采用电阻应变片，电阻线排列成网状以获得高阻值，导线在电阻丝两端引出，线珊上有覆盖层，起保护作用。电阻应变片原理是基于电阻应变效应，即当导体产生机械形变时，其电阻值也随之变化。

2、全桥测量电路。一般测量时采用四片应变片组成差动全桥，本文采用的传感器是全桥测量电路。测量原理是当使用应变片进行测量时，将其粘贴在弹性体上，当弹性体受力变形时，应变片灵敏栅也发生变形，其电阻值随之变化，通过转换电路转换为电压或电流变化。

三、电子秤设计原理

首先是将被测物放在称重的托盘上，通过传感器所感受的压力对信号进行收集，然后将其转变成电压信号，但由于收集到的输出电压信号通常较小，所以需处理前端信号。通过放大器对所测量的电压信号进行线性放大，然后放大后的模拟信号再经A/D转换将其转变成数字信号，由单片机处理。另外，由单片机对其进行程序处理，通过在显示器上显示物品质量、单价、总价。最后通过人机交互部分及矩阵键盘设置，从而改变总价。

目前技术相对而言较复杂，主要以模块化为主，先简单化完成各部分主要设计，再连接各部分模块组合成一个完整的设计。电子秤硬件部分主要分为几个模块，包括数据采集模块、模数转换模块、单片机控制模块、液晶显示模块和人机交互模块。

另外，在原有电子秤基础上，加上一个超重模块，当被测物品重量超过它所能达到的最大量程，蜂鸣器就会发出报警声，同时LED灯会随着蜂鸣器的警报声闪烁。

四、硬件设计

当物体重量使传感器形变时，阻抗将发生变化并产生变化的模拟信号，模拟信号需由放大电路放大并输入到模数转换器，转换成数字信号并输入到微处理器处理，微处理器根据键盘命令和程序将结果输出到显示器上。

1、单片机STC89C52RC最小系统。STC89C52RC是一款低功耗、高性能CMOs8位微控制器，具有8K字节系统，可编程Flash存储器、512字节RA、32位I/O口线、内置4KB EEPROM、3个16位定时器/计数器、4个外部中断结构、全双工工串行口。此外，STC89C52RC可降至OHz静态逻辑操作，可选择节电模式。STC89C52RC的最小系统是片内有ROM/EPROM单片机，其简单可靠，仅由时钟电路、复位电路、电源电路组成。

2、HX711外围电路。HX711是专为高精度称重传感器设计的24位A/D转换芯片，集成度高，响应速度快，抗干扰能力强。内置稳压电源可直接为传感器及片内A/D转换器供电，无需额外的模拟电源。HX711芯片内部时钟振荡器无需任何外接器件，具有上电自动复位功能，其简化了开机初始化过程。

3、显示电路和单片机接口电路。LCDl2864液晶显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字及128个16×8点ASCII字符集。采用LCDl2864显示，利用模块灵活的接口模式及简单方便的操作指令，能显示8×4行16×16点阵汉字，也可完成图形显示，形成完整的中文人机交互图形界面。

五、软件设计

软件部分主要实现键盘的设置及显示，流程如图1所示。①键盘实现功能：去皮和设定单价。②显示部分：显示重量、单价、总额。

六、测试及结果

1、测试方案。硬件接通上电后，检验各模块是否正常，用万用表测量电路焊接、连接是否正确，检验显示功能、键盘功能是否正常。用仿真软件Protues绘制电路图，将程序刻录到仿真软件中，观察所需功能能否实现，重写软件并重复仿真，不断观察其效果。

将验证的硬件电路搭建好并上电，将程序写入单片机，用标准砝码测试及调节电子秤精度，记录各砝码组合的标准重量及实测值，并通过软件将误差降至最低，以达到最佳称重效果。

2、结果与分析。经软硬件调试、数据分析、矫正，电子秤基本实现了称重（去皮称重）、显示及超限报警等功能。称重误差在允许范围内，达到预期目标：称重小于50g，称重误差小于0.5g;称量50g及以上，称量误差小于1g。电子称可设定单价（元/克），计算物品金额并实现金额累加;电子称实现去皮功能。

参考文献

[1]穆远威.基于HX711的高精度电子秤的设计[J].信息通信，2017（01）.

[2]倪晓昌.基于电阻应变片式传感器的电子秤设计与实现[J].智能计算机与应用，2016（06）.