单片机课程设计
电
子
秤
设
计
学校：平顶山工学院
专业：电气技术
电子秤的设计
摘 要
本系统采用单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统
的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部
分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处
理和 A/D 转换部分组成。人机界面部分为键盘输入 ， 128 64 点阵式液晶
显示，可以直观的显示中文，使用方便。
软件部分应用单片机 C 语言实现了本设计的全部控制功能，包括基本的称重功
能，和发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和重新设定 10 种商品
的单价，具有超重报警功能，由于系统资源丰富，还可以方便的扩展其应用
关键词
压力传感器 单片机 A/D 转换器 LED 显示器
第一部分： 方案论证与比较
一、控制器部分
本系统基于 51 系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大
规模可编程逻辑器件：CPLD、FPGA 来实现。另外系统没有其它高标准的要求，我们最终
选择了 AT89S52 通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有 8KB 的程序存储器，在
外面扩展了 32K 数据存储器，以满足系统要求。
二、数据采集部分
（ 1 ）、传感器
题目没有要求具体的称重范围，我们选择最大量值为 20 千克。我们
选择的是 L-PSIII 型传感器，量程 20Kg ，精度为 ，满量程时误差
0.002Kg 。可以满足系统的精度要求。其原理如下图所示。
称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，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给出：
（ 2 ）、前级放大器部分
压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。
具体方案：高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。
差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如 OP07)
做成一个差动放大器。
电阻 R1 、 R2 电容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于滤除前级的噪声， C1 、 C2
为普通小电容，可以滤除高频干扰， C3 、 C4 为大的电解电容，主要用于滤
除低频噪声。
优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑
动变阻器 R6 可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满
足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用
要求。
缺点：此电路要求 R3 、 R4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际
测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。
（ 3 ）、 A/D 转换器
由上面对传感器量程和精度的分析可知： A/D 转换器误差应在 以下
12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g
14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g
考虑到其他部分所带来的干扰 ,12 位 A/D 无法满足系统精度要求。 所以我们
需要选择 14 位或者精度更高的 A/D。 具体方案双积分型 A/D 转换器：如：
ICL7135、ICL7109 。 双积分型 A/D 转换器精度高，但速度较慢(如：
ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于 ），可自动调零，
超量程信号，全部输出于 TTL 电平兼容。
双积分型 A/D 转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分
为零，所以对 50HZ 的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电
压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。
尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用
双积分型 A/D 转换器可大大降低对滤波电路的要求。
作为电子秤，系统对 AD 的转换速度要求并不高，精度上 14 位的 AD 足以满足
要求。另外双积分型 A/D 转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉
的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了 ICL7135
具体方案、双积分型 A/D 转换器：如：ICL7135、ICL7109。
双积分型 A/D 转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，
输入阻抗高（大于 ），可自动调零，超量程信号，全部输出于 TTL 电平
兼容。
双积分型 A/D 转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分
为零，所以对 50HZ 的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电
压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。
尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用
双积分型 A/D 转换器可大大降低对滤波电路的要求。
