基于51单片机和AD574的简易电子秤的设计

本文根据当前电子秤的应用情况，分析采用单片机和AD574设计一款简易电子秤装置，在分析测量原理的基础上，选择了比较简单的51系列单片机作为主控制系统，根据测量要求设计了传感器电路、AD转换电路、超量程报警电路、显示电路、按键电路等，根据硬件电路，完成了相应的软件设计。

1、测量原理

电子秤一般由三部分组成，称重传感器、承重系统、传力复位系统。在这个基础上，分成了其他的硬件电路子单元，如单片机最小系统电路、传感器电路、AD转换电路、超量程报警电路、显示电路、按键电路、存储电路等。其测量原理是：将物体放置在承重系统的秤台上时，其重量参数会通过传感器，产生压力-电效应，转换为与其重量相对应的电信号，然后通过放大电路将电信号放大并经过AD处理，最后将信号输入给单片机处理，经单片机处理后，将输入信息显示在LCD上。测量的精度一般由称重传感器决定。

2、硬件电路设计

2.1、总体设计框图

根据其测量原理，设计整体硬件框图如图1所示。主要包含压力传感器电路模块、放大电路模块、AD转换模块、LCD显示器模块、阈值报警模块、单片机控制系统模块。

图1硬件原理框图

2.2、传感器电路设计

设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器，称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。过程设计中采用惠斯登电桥进行电压采集转换，它能抑制温度变化的影响，抑制干扰能力强，补偿方便简单，因此选用的传感器精度高、零漂小、工作稳定等。传感器原理图如图2所示：

图2传感器工作原理图

其工作原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随之变形，其阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式(1)给出：

2.3、AD转换电路设计

AD574是美国AnalogDevice公司生产的12位单片A/D转换器。它采用逐次逼近型的A/D转换器，最大转换时间为25us，转换精度为0.05%，所以适合于高精度的快速转换采样系统。芯片内部包含微处理器借口逻辑(有三态输出缓冲器)，故可直接与各种类型的8位或者16位的微处理器连接，而无需附加逻辑接口电路，切能与CMOS及TTL电路兼容。AD574采用28脚双列直插标准封装。

图3 AD574芯片及与AT89s52的接线图

2.4、LCD显示电路设计

显示电路采用LCD显示。其驱动方式包括静态驱动、动态驱动。本设计采用动态驱动的方式，电路原理图如图4所示。

图4 单片机与LCD接线图

2.5、报警电路设计

报警电路采用有源蜂鸣器设计，只要通电流即可发声进行报警，在其两端并联一个反向的二极管，防止误报警。

图5 报警电路原理图

3、程序设计

根据硬件原理分析和设计，软件同样分为几个部分：传感器信号采集部分、AD转换部分、显示部分和报警部分，其中数据处理部分最为重要，处理过程同样比较复杂。必须利用单片机的中断系统结构，如图6所示。其主要部分程序代码如下：

4、结论

本论文通过对电子秤的称重原理进行分析，在此基础上介绍了硬件设计和软件设计，最后完成了本简易电子秤装置的设计，采用高精度AD转换芯片AD574和实时处理的MCUAT89C52单片机进行处理，精度高，操作简单，可推广性强。