基于51单片机AT89C52和AD574 A/D转换器+SP20C-G501电阻应变式传感器的简易电子秤设计方案

一、引言

随着科技的进步和人们对精确测量的需求日益增加，电子秤已成为日常生活中不可或缺的工具。本文旨在设计一款基于51单片机AT89C52、AD574 A/D转换器及SP20C-G501电阻应变式传感器的简易电子秤。本设计将详细阐述系统的硬件构成、软件设计以及各组件的选型与作用。

二、主控芯片AT89C52的详细介绍

2.1 AT89C52概述

AT89C52是Atmel公司生产的一款低电压、高性能CMOS 8位单片机，广泛应用于各种控制领域。该单片机内置8KB的可反复擦写的Flash程序存储器和128B的随机存取数据存储器(RAM)，采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。

2.2 主要工作特性

• 存储能力：内置8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；内置256字节的RAM。

• I/O端口：具有32根可编程I/O口线，可用于输入、输出或特殊功能。

• 定时器/计数器：包含3个可编程定时器/计数器，用于定时或计数任务。

• 中断系统：具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构，能够处理各种中断请求。

• 串行通信：具备一个全双工的可编程串行通信口，支持UART通信协议。

• 低功耗模式：包括空闲模式和掉电模式，以适应不同的功耗需求。

• 工作电压与频率：工作电源电压为5(1+0.2)V，典型值为5V；最高工作频率为24MHz。

2.3 在设计中的作用

AT89C52作为本设计的核心控制单元，负责整个系统的数据处理、逻辑控制及与外围设备的通信。具体来说，其作用包括：

• 数据采集与处理：通过I/O口接收AD574转换后的数字信号，并进行数据处理和算法运算，最终得到物体的重量。

• 显示控制：通过控制LCD显示屏，将处理后的重量信息直观地显示出来。

• 报警控制：当检测到超量程或其他异常情况时，控制报警电路进行声光报警。

• 按键响应：通过检测按键输入，实现如去皮、置零等功能。

三、AD574 A/D转换器的详细介绍

3.1 AD574概述

AD574是美国Analog Devices公司生产的12位逐次逼近型中速A/D转换器，其转换误差为±0.05%，是我国应用广泛、价格适中的A/D转换器。AD574内部包含高精度参考电压源和时钟电路，可直接与各种微处理器连接，无需附加逻辑接口电路，兼容CMOS及TTL电平。

3.2 主要特性

• 转换精度：12位，转换误差为±0.05%。

• 转换速度：最大转换时间为25μs，适合快速转换采样系统。

• 接口兼容性：内部含三态电路，可直接与8位或16位微处理器连接，兼容CMOS及TTL电平。

• 封装形式：采用28脚双列直插标准封装。

3.3 在设计中的作用

AD574作为电子秤的模拟信号到数字信号的转换桥梁，负责将称重传感器输出的模拟电压信号转换为单片机可识别的数字信号。其高精度和快速转换能力保证了电子秤的测量准确性和响应速度。

四、SP20C-G501电阻应变式传感器的详细介绍

4.1 SP20C-G501概述

SP20C-G501是一款集成式电阻应变式传感器，由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有高精度、高稳定性和过载保护等特点。该传感器广泛应用于电子秤、测力设备等领域。

4.2 主要特性

• 高精度：传感器精度高，零漂小，工作稳定。

• 过载保护：内置过载保护装置，防止因过载而损坏。

• 惠斯登电桥：内部采用惠斯登电桥进行电压采集转换，能抑制温度变化的影响，抗干扰能力强。

• 材质与密封性：采用陶瓷材质，具有良好的密封性，适用于多种环境。

4.3 在设计中的作用

SP20C-G501电阻应变式传感器作为电子秤的称重元件，负责将物体的重量转换为与之对应的电信号。其高精度和稳定性决定了电子秤的测量精度和可靠性。

五、系统硬件设计

5.1 系统整体架构

本系统主要由称重传感器（SP20C-G501）、AD574 A/D转换器、AT89C52单片机、LCD显示屏、按键电路、报警电路及电源电路等部分组成。

5.2 称重传感器电路

称重传感器电路主要由SP20C-G501电阻应变式传感器和惠斯登电桥组成。传感器输出端接至惠斯登电桥，电桥输出端接至AD574的模拟输入端。电桥电路能够抑制温度变化的影响，提高测量精度。

5.3 AD574 A/D转换电路

AD574 A/D转换电路负责将称重传感器输出的模拟电压信号转换为单片机可识别的数字信号。转换电路通过控制信号与单片机相连，实现数据的传输和控制。

5.4 显示电路

显示电路采用LCD显示屏，通过单片机控制显示物体的重量信息。LCD显示屏采用动态驱动方式，以节省I/O口资源。

5.5 按键电路

按键电路用于实现去皮、置零、校准等功能。按键输入通过单片机的I/O口读取，并根据按键值执行相应的操作。

5.6 报警电路

报警电路采用有源蜂鸣器设计，当检测到超量程或其他异常情况时，单片机控制蜂鸣器发声进行报警。报警电路两端并联一个反向的二极管，防止误报警。

5.7 电源电路

电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。考虑到单片机和A/D转换器的电源需求，电源电路采用5V稳压电源。

六、系统软件设计

6.1 主程序流程

主程序流程包括初始化、数据采集、数据处理、显示和报警等步骤。

6.2 数据采集与处理

数据采集部分通过AD574读取称重传感器输出的模拟电压值，并将其转换为数字信号。数据处理部分对采集到的数据进行滤波、校准等处理，得到物体的实际重量。

6.3 显示与报警

显示部分将处理后的重量信息显示在LCD显示屏上。报警部分在检测到超量程或其他异常情况时，控制蜂鸣器进行声光报警。

七、总结

本文设计了一款基于51单片机AT89C52、AD574 A/D转换器及SP20C-G501电阻应变式传感器的简易电子秤。通过详细分析各组件的选型与作用，完成了系统的硬件设计和软件设计。本设计具有高精度、高稳定性和操作简单的特点，可广泛应用于各种需要精确测量的场合。