基于51單片機AT89C52和AD574 A/D轉換器+SP20C-G501電阻應變式傳感器的簡易電子秤設計方案

一、引言

隨著科技的進步和人們對精確測量的需求日益增加，電子秤已成為日常生活中不可或缺的工具。本文旨在設計一款基于51單片機AT89C52、AD574 A/D轉換器及SP20C-G501電阻應變式傳感器的簡易電子秤。本設計將詳細闡述系統的硬件構成、軟件設計以及各組件的選型與作用。

二、主控芯片AT89C52的詳細介紹

2.1 AT89C52概述

AT89C52是Atmel公司生產的一款低電壓、高性能CMOS 8位單片機，廣泛應用于各種控制領域。該單片機內置8KB的可反復擦寫的Flash程序存儲器和128B的隨機存取數據存儲器(RAM)，采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統。

2.2 主要工作特性

• 存儲能力：內置8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次；內置256字節的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。

• 定時器/計數器：包含3個可編程定時器/計數器，用于定時或計數任務。

• 中斷系統：具有8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優先權的中斷結構，能夠處理各種中斷請求。

• 串行通信：具備一個全雙工的可編程串行通信口，支持UART通信協議。

• 低功耗模式：包括空閑模式和掉電模式，以適應不同的功耗需求。

• 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 在設計中的作用

AT89C52作為本設計的核心控制單元，負責整個系統的數據處理、邏輯控制及與外圍設備的通信。具體來說，其作用包括：

• 數據采集與處理：通過I/O口接收AD574轉換后的數字信號，并進行數據處理和算法運算，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。

• 報警控制：當檢測到超量程或其他異常情況時，控制報警電路進行聲光報警。

• 按鍵響應：通過檢測按鍵輸入，實現如去皮、置零等功能。

三、AD574 A/D轉換器的詳細介紹

3.1 AD574概述

AD574是美國Analog Devices公司生產的12位逐次逼近型中速A/D轉換器，其轉換誤差為±0.05%，是我國應用廣泛、價格適中的A/D轉換器。AD574內部包含高精度參考電壓源和時鐘電路，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

• 轉換精度：12位，轉換誤差為±0.05%。

• 轉換速度：最大轉換時間為25μs，適合快速轉換采樣系統。

• 接口兼容性：內部含三態電路，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腳雙列直插標準封裝。

3.3 在設計中的作用

AD574作為電子秤的模擬信號到數字信號的轉換橋梁，負責將稱重傳感器輸出的模擬電壓信號轉換為單片機可識別的數字信號。其高精度和快速轉換能力保證了電子秤的測量準確性和響應速度。

四、SP20C-G501電阻應變式傳感器的詳細介紹

4.1 SP20C-G501概述

SP20C-G501是一款集成式電阻應變式傳感器，由組合式S型梁結構及金屬箔式應變計構成，具有高精度、高穩定性和過載保護等特點。該傳感器廣泛應用于電子秤、測力設備等領域。

4.2 主要特性

• 高精度：傳感器精度高，零漂小，工作穩定。

• 過載保護：內置過載保護裝置，防止因過載而損壞。

• 惠斯登電橋：內部采用惠斯登電橋進行電壓采集轉換，能抑制溫度變化的影響，抗干擾能力強。

• 材質與密封性：采用陶瓷材質，具有良好的密封性，適用于多種環境。

4.3 在設計中的作用

SP20C-G501電阻應變式傳感器作為電子秤的稱重元件，負責將物體的重量轉換為與之對應的電信號。其高精度和穩定性決定了電子秤的測量精度和可靠性。

五、系統硬件設計

5.1 系統整體架構

本系統主要由稱重傳感器（SP20C-G501）、AD574 A/D轉換器、AT89C52單片機、LCD顯示屏、按鍵電路、報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，提高測量精度。

5.3 AD574 A/D轉換電路

AD574 A/D轉換電路負責將稱重傳感器輸出的模擬電壓信號轉換為單片機可識別的數字信號。轉換電路通過控制信號與單片機相連，實現數據的傳輸和控制。

5.4 顯示電路

顯示電路采用LCD顯示屏，通過單片機控制顯示物體的重量信息。LCD顯示屏采用動態驅動方式，以節省I/O口資源。

5.5 按鍵電路

按鍵電路用于實現去皮、置零、校準等功能。按鍵輸入通過單片機的I/O口讀取，并根據按鍵值執行相應的操作。

5.6 報警電路

報警電路采用有源蜂鳴器設計，當檢測到超量程或其他異常情況時，單片機控制蜂鳴器發聲進行報警。報警電路兩端并聯一個反向的二極管，防止誤報警。

5.7 電源電路

電源電路為整個系統提供穩定的電源供應。考慮到單片機和A/D轉換器的電源需求，電源電路采用5V穩壓電源。

六、系統軟件設計

6.1 主程序流程

主程序流程包括初始化、數據采集、數據處理、顯示和報警等步驟。

6.2 數據采集與處理

數據采集部分通過AD574讀取稱重傳感器輸出的模擬電壓值，并將其轉換為數字信號。數據處理部分對采集到的數據進行濾波、校準等處理，得到物體的實際重量。

6.3 顯示與報警

顯示部分將處理后的重量信息顯示在LCD顯示屏上。報警部分在檢測到超量程或其他異常情況時，控制蜂鳴器進行聲光報警。

七、總結

本文設計了一款基于51單片機AT89C52、AD574 A/D轉換器及SP20C-G501電阻應變式傳感器的簡易電子秤。通過詳細分析各組件的選型與作用，完成了系統的硬件設計和軟件設計。本設計具有高精度、高穩定性和操作簡單的特點，可廣泛應用于各種需要精確測量的場合。