基于ATmega16單片機的數(shù)字電子秤的設計

　　本設計是采用AVR單片機作為微控制器，結(jié)合壓力傳感器、AD7705、LCD1602實現(xiàn)的一種高精度多功能數(shù)字電子秤。文章詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路組成以及軟件的開發(fā)流程。本設計具有體積小、成本低、精確度高、可靠性高等特點。

　　0 引言

　　隨著電子技術(shù)和自動化測量技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、性價比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便攜式、對微小質(zhì)量的測量方面更顯得力不從心。近年來，新型單片機的出現(xiàn)和集成電路技術(shù)的發(fā)展為更新產(chǎn)品設計，研制高性價比的稱重控制器提供了條件。本設計采用AVR單片機為控制核心，結(jié)合電阻應變式壓力傳感器和相應的信號采集電路，設計出一種高精度、多功能、低成本的新型電子秤。

　　1 系統(tǒng)總體設計

　　首先由稱重傳感器采集因壓力變化而產(chǎn)生的電壓信號，通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，把數(shù)字信號送入AVR單片機，單片機做相應的處理后，得到當前物體重量的數(shù)據(jù)，并通過LCD顯示出來。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　系統(tǒng)硬件電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、4×4矩陣鍵盤模塊、LCD模塊和蜂鳴器報警模塊;軟件模塊又可分為主程序模塊、矩陣鍵盤掃描模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和LCD1602模塊。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 AVR單片機

　　本設計是選用AVR系列單片機中的ATmega16作為微控制器。ATmega16是基于增強型AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集和單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16L的數(shù)據(jù)吞吐量高達1MIPS/MHz，在片內(nèi)集成了16kB的可編程FLASH，512B的E2PROM，1kB的片內(nèi)SDRAM。在外設方面，具有兩個可編程的串行UART，8路10位ADC，四通道PWM，并支持SPI、TWI、JTAG接口，允許ATmega16L和其他外設進行高速的數(shù)據(jù)傳輸。

　　2.2 稱重傳感器

　　電阻應變式稱重傳感器是把電阻應變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當方式組成電橋的一種將力(重量)轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。在電阻應變式稱重傳感器中通過橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應變式稱重傳感器工作原理如圖2所示。

　　本設計選用湖南宇航公司的SB-B型懸臂式稱重傳感器，額定量程5kg，靈敏度3mv/V，非線性誤差0.03%ES，重復性誤差0.02%ES，蠕變(30分鐘)O.03%F.S，零點溫度漂移0.03%F.S./10℃，溫度補償范圍-10～60℃。該系列傳感器采用懸臂單剪切結(jié)構(gòu)，過載能力強，受力后自動調(diào)心好，具有精度高、長期穩(wěn)定性好、抗疲勞、抗偏載能力強的特點。

　　2.3 高精度A/D轉(zhuǎn)換

　　稱重傳感器輸出的是mV級的電壓信號，本設計采用AD7705對信號進行采集。AD7705是AD公司推出的一種基于∑-△轉(zhuǎn)換技術(shù)的16位A/D轉(zhuǎn)換芯片，它具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓、低功耗等特點，適合于稱重系統(tǒng)中微機信號處理的需求。其具有可編程增益放大器，增益范圍1～128，可與壓力傳感器直接相連，使用同步串行SPI接口，可以與AVR單片機的硬件SPI接口直接相連，其電路連接圖如圖3所示。

　　當傳感器加上滿量程重量5kg時，傳感器在5V的工作電壓下取得15mV的輸出電壓。5V工作電壓經(jīng)分壓后為AD7705提供基準電壓，因此工作電壓的變化不會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。分壓電阻為24kΩ和15kΩ，產(chǎn)生的基準電壓為1.92V。當器件的可編程增益為128時，對應的滿量程輸入電壓即為15mV。

　　2.4 人機通訊

　　人機通訊包括鍵盤掃描、LCD、蜂鳴器報警三個部分，鍵盤采用4×4矩陣掃描鍵盤，接在單片機的PC口;顯示部分采用的是LCD1602液晶，能夠同時顯示16×2即32個字符。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，編程時可以用AS-CII碼直接賦值，還可以用字符型常量或變量賦值;蜂鳴器的作用是當稱重物品超出傳感器的量程時，以鳴響報警提示用戶。