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摘要：本设计是采用AVR单片机作为微控制器，结合压力传感器、AD7705、LCD1602实现的一种高精度多功能数字电子秤。文章详细介绍了系统的硬件电路组成以及软件的开发流程。本设计具有体积小、成本低、jingque度高、可靠性高等特点。
0引言
随着电子技术和自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。近年来，新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计，研制高性价比的称重控制器提供了条件。本设计采用AVR单片机为控制核心，结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路，设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤。
1系统总体设计
首先由称重传感器采集因压力变化而产生的电压信号，通过A／D转换器将模拟信号转换为数字信号，把数字信号送入AVR单片机，单片机做相应的处理后，得到当前物体重量的数据，并通过LCD显示出来。系统硬件结构如图1所示。
系统硬件电路包括A／D转换模块、4×4矩阵键盘模块、LCD模块和蜂鸣器报警模块；软件模块又可分为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A／D转换模块和LCD1602模块。
2系统硬件设计
2．1AVR单片机
本设计是选用AVR系列单片机中的ATmega16作为微控制器。ATmega16是基于增强型AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时间，ATmega16L的数据吞吐量高达1MIPS／MHz，在片内集成了16kB的可编程FLASH，512B的E2PROM，1kB的片内SDRAM。在外设方面，具有两个可编程的串行UART，8路10位ADC，四通道PWM，并支持SPI、TWI、JTAG接口，允许ATmega16L和其他外设进行高速的数据传输。
2．2称重传感器
电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力(重量)转换成电信号的传感器。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理如图2所示。
本设计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器，额定量程5kg，灵敏度3mv／V，非线性误差0．03％ES，重复性误差0．02％ES，蠕变(30分钟)O．03％F．S，零点温度漂移0．03％F．S．／10℃，温度补偿范围-10～60℃。该系列传感器采用悬臂单剪切结构，过载能力强，受力后自动调心好，具有精度高、长期稳定性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特点。
2．3高精度A／D转换
称重传感器输出的是mV级的电压信号，本设计采用AD7705对信号进行采集。AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技术的16位A／D转换芯片，它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，适合于称重系统中微机信号处理的需求。其具有可编程增益放大器，增益范围1～128，可与压力传感器直接相连，使用同步串行SPI接口，可以与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连，其电路连接图如图3所示。 由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展。数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本设计重点介绍单片A/D转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
2总体设计方案
2.1设路计思路
按系统功能要求，决定控制系统采用AT89S51单片机，A/D转换采用ADC0809.系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其功能的扩展。本文采用AT89S51作为核心元件，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
采用NS公司的分辨率为8位的逐次比较型的高精度的模数转换器ADC0809,ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。把采取的电压进行处理然后通过单片机的P口送到单片机然后经过程序处理，由LED电路把电压数值显示出来。单片机加上外围的串口显示电路由74LS245和数码管三极管组成。
器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89s51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
2.2设计方框图
数字电压表系统设计方案
3设计原理分析
3.1单片机AT89S51
AT89S51单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
3.2AT89S51的特点
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
