基于单片机的电子皮带秤的设计

摘要

随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成，加上显示单元，此电子皮带秤具备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。

本系统以89C51单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。可以说,此设计所完成的电子皮带秤很大程度上满足了应用需求。

当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过皮带秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。

关键词：89C51单片机称重传感器 A/D转换器 LED显示器

ABSTRACT

With the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatus's control system with intelligence and automation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energy, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on.

The system is mainly controlled by the microcontroller89C51, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus.

When he was called in the objects placed on the scale, the weight and belt scales body through to weighing transducer, sensor generates electricity effect - the weight of the object, will be converted to a certain weight called objects (general function relation is proportional to the relationship between signal (the) voltage or current, etc.). This signal by amplifying circuit, the amplification by filter / (A/D) device, digital signals into tiny place of CPU, CPU scanning switch, all sorts of functions and keyboard according to various functions and keyboard input switch to judge, analysis, by the software to control all kinds of instruments. Computational results showed that need to CunZhuQi inside when the CPU, from inside CunZhuQi instruction in reading to display, or send the printer. Generally, the signal filter, A/D conversion and signal processing various operations in instrumentation.

Keywords: 89C51singlechip ponderation –sensor A / D converter LED display

目录

1 前言 (1)

1.1 电子皮带秤与称重技术简介 (1)

1.2 电子皮带秤的组成 (1)

1.2.1 电子皮带秤的基本结构 (1)

1.2.2 电子皮带秤的工作原理 (2)

1.3 设计思路 (2)

2 系统方案论证与选型 (4)

2.1 控制器选择 (4)

2.2 系统检测部分的硬件选择 (5)

2.2.1 传感器的选择 (5)

2.2.2 放大电路选择 (6)

2.2.3 A/D转换器的选择 (7)

2.2.4 键盘处理部分方案论证 (12)

2.3 显示电路选择部分 (13)

3 系统硬件设计 (14)

3.1 微分处理器的发展 (14)

3.2 X5045 EEPROM存储芯片介绍 (15)

3.3 74LS374芯片和74LS145芯片介绍 (17)

3.4 主控电路硬件设计 (18)

4 系统软件设计 (19)

4.1 程序的总体设计 (19)

4.2 系统主程序实现 (19)

4.3 子程序设计 (20)

4.3.1 系统看门狗介绍 (20)

4.3.2 动态显示和按键扫描处理程序实现 (23)

4.3.3 A/D转换启动程序实现 (24)

4.3.4 显示处理子程序实现 (24)

4.3.5 键盘子程序实现 (25)

4.4 软件仿真调试 (27)

4.5 用户使用说明 (27)

4.5.1 控制面板介绍 (27)

4.5.2 控制面板功能说明 (28)

结论 (29)

谢辞 (30)

参考文献 (31)

附录 (32)

1 前言

1.1 电子皮带秤与称重技术简介

电子皮带秤被广泛地应用于矿山、煤炭、化学工业和码头等行业．他是一种非常重要的动态测量系统。利用MCS-51单片机特点，在电子皮带秤原有机械结构的基础上加入了由单片机称重的自动控制系统，实现了电子皮带秤调节的自动化。电子皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过物料的瞬时流量和累积流量。

称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子皮带秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。

电子皮带秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

1.2 电子皮带秤的组成

1.2.1 电子皮带秤的基本结构

电子皮带秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成：

(1) 称重、传力复位系统

它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子皮带秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。

(2) 称重传感器

即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。

按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。

对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。

(3) 测量显示和数据输出的载荷测量装置

即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤波、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。

1.2.2 电子皮带秤的工作原理

当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过皮带秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。

1.3 系统设计思路

微控制器技术传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用,电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。本系统在设计过程中,除了能实现系统的基本功能外,还增加了打印和通讯功能,可以实现和其他机器或设备（包括上位PC机和数据存储设备）交换数据.除此之外,系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的AT89系列单片机,在系统更新换代的时候,只需要增加很少的硬件电路,甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。另外由于实际应用当中，称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围。

综上所述,本系统的主要设计思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信

号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量，然后再显示出来。

2 系统方案论证与选型

本系统由5个部分组成:控制器部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分,系统设计总体方案框图如图2-1所示。

图2-1 设计思路框图

测量部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制数据显示部分根据需要实现显示功能。

2.1 控制器选择

本系统由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。

根据总体方案设计的分析,可以选用带EEPROM的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATMENL生产的AT89CXX系列单片机。AT89CXX有两大优势:第一，片内存储器采用闪速存储器,使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小,此外价格低廉性能比较稳定的MCPU,具有8K×8ROM、256×8RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O接口,这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。

最后方案确定选择AT89C51这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。

2.2 系统检测部分的硬件选择

由于电子皮带秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路和A/D转换电路，因此此部分的论证主要分以下三方面。

2.2.1 传感器的选择

传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。

传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。其公式如下：

C＝K

0×K

1

×K

2

×K

3

×(W

max

＋W)/N （2-1）

C—单个传感器的额定量程；W—秤体自重；Wmax—被称物体净重的最大值；N—秤

体所采用支撑点的数量；K

0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间；K

1

—冲击系数；K

2

—秤体的重心偏移系数；K

3

—风压系数。

综合考虑,本系统采用CHBW电阻应变式传感器,其最大量程为1000kg的称重传感器由双弯曲梁结构，优质合金钢制造。四角误差校准，偏听偏信心载荷保持精度。长期稳定性好，可靠性高，密封防尘设计，感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点。广泛应用于基于单片机的电子皮带秤。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图2-2所示：

图2-2 称重传感器工作原理图

2.2.2 放大电路选择

称重传感器输出电压振幅范围0～20mV。而A/D转换的输入电压要求为0～2V，因此放大环节要有100倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调的（70～150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。按照输入电压20mV，分辨率20000码的情况，漂移要小于1μV。由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（±1μV），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。

由图2-2称重传感器的工作原理图可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成ΔR/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120Ω，灵敏系数 K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000ε，应变电阻相对变化量为：

ΔR/R = K×ε= 2×1000×10－6 =0.002 （2-2）由式2-2可以看出电阻变化只有0.24Ω，其电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的ΔR/R 变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。在前级处理电路部分，我们考虑可以采用以下两种方案：

方案一：利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。

方案二：主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；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(TL062)做成一个差动放大器。

其设计电路如图2-3所示：

图2-3 利用普通运放设计的差动放大器

比较称重传感器和差动放大器的放大倍数，如果差动放大器倍数略大于称重传感器（≤5%），则系统设计满足要求。其计算结果如下：

称重传感器输出电压为5V，并且它的灵敏度为2MV/V，则放大倍数为：

5×2 = 10 MV

5÷10 = 500倍

差动放大器运算放大倍数：

K =（1+R3/R4）?（1+2R5/W）

=（1+400÷100）?（1+2×200÷4）

= 505倍

2.2.3 A/D转换器的选择

世界上有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。

1、ADC集成电路类型介绍

⑴并行比较A/D转换器：如ADC0808、 ADC0809等。并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。缺点是：并行比较式A/D 转换的抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比较式A/D 只适合于数字示波器等转换速度较快的仪器中，不适合本系统。

⑵逐次逼近型A/D转换器：如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型ADC是应用非

常广泛的模/数转换方法，这一类型ADC的优点：高速，采样速率可达 1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低；在分辨率低于12位时，价格较低。缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。

⑶积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433等。积分型ADC 又称为双斜率或多斜率ADC，是应用比较广泛的一类转换器。它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。缺点是：转换速率低，转换速率在12位时为100～300SPS。

⑷压频变换型ADC：其优点是：精度高、价格较低、功耗较低。缺点是：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100～300SPS。

2、MAX187功能及应用介绍

根据系统的精度要求以及综合的分析其优点和缺点，本设计采用了12位A/D MAX187转换器。

A/D MAX187转换器是美国MAXIM公司生产的一种串行A/D 转换器,具有低功耗、高精度、高速度、体积小、接口简单等特点。它是一种单通道12 位逐次逼近型串行A/ D 转换器,内部设有采样保持电路,采用单一的+5V 供电,接收0～+5V 模拟信号输入。

⑴ MAX187特点

① 12位分辨率；

②单一+ 5V 工作电压,工作电流1.5mA ,关断电流2μA ；

③内部采样/ 保持电路,75Ksps 采样速率；

④±1/2LSB 整体非线形度；

⑤内部4.096V 基准电压, 与SPI、QSPI 及Mi2crowire 兼容的3 线串行接口。

⑵ MAX187结构

① MAX187引脚

MAX187 串行A/ D 转换器有DIP/ SO 两种封装。如图2-4所示(DIP 封装) 。

VDD ：电源端接+ 5V ；

AIN ：采样模拟信号输入端,0 - VREF ；

SHDN ：三电平关闭输入端；

REF : 用于模拟转换的基准电压端,使用外部基准电源时用作输；;

GND : 模拟地和数字地；

CS: 片选信号输入端；

SCLK:串行时钟输入端；

DOUT:串行数据输入端,数据在SCLK下降沿输出。

② MAX187内部结构

图2-4 MAX187内部结构图

MAX187内部结构如图2-4所示。片内包括12 位逐次逼近ADC、比较器、DAC、采样/ 保持器、输出移位寄存器等。

⑶ MAX187特性及特点

①工作方式控制选择

1）SHDN = 0 ,MAX187 工作在关断方式,仅需提供10μA 电流；

2）SHDN = 1 ,MAX187 工作在普通方式,使用内部参考电源；

3) SHDN 悬空,MAX187 内部参考电压无效,允许在REF 管脚输入外部参考

电源。

②工作过程简述

MAX187 工作时序图如图2-5所示。

图2-5 MAX187工作时序图

MAX187 的工作过程实现如下：

1）保持SCLK= 0 ,CS 的下降沿使采样/ 保持器开始工作,转换器进行转换;

在转换期间应始终保持SCLK= 0 ;数据输出前应保持CS = 0。

2）经过一个内部8. 5μs 转换周期后,DOUT 被拉为高点平,转换结束,数据在SCLK的时序控制下从OUT 端输出。

3) 在转换结束后,可在任何时刻通过SCLK时钟将数据移出移位寄存器。

DOUT 在SCLK的下降沿开始输出,下一个时钟的下降沿在DOUT 端产生

一个MSB ,由于有12 位和一个开始位,所以至少有13 个时钟周期来移

出这些数据。

4) 连续13 个SCLK周期后,使CS = 1 ,DOUT 变为高阻态,结束一个完整的

转变周期。如果13 个SCLK周期后,CS 仍为0 ,这时SCLK仍不断发

生,DOUT 端在LSB 后将输出“0”,成为无效位。

5) 在两个操作周期间应保持一个最小时间间隔Tcs = 0.5μs ,以使A/ D

转换器完成初始化,这样整个一个转换输出的周期大约为12.25μs。

⑷ MAX187 在工业污水水质及排放总量在线实时监控系统中的应用

① MAX187 与AT89C51 单片机的接口MAX187 和AT89C51 的接口电路如图2-6

所示。

图2-6 MAX187与89C51接口电路

工业污水水质及排放总量在线实时监控系统主要有污水采样和污水水质参数检测两部分功能。在污水水质参数检测中采用MAX187 将采集到的模拟信号转换成数字信号。污水水质参数主要包括PH值、COD、重金属、色度、瞬时流量和累积流量等。传感器将采集到的信号经放大、滤波,通过8 选1 模拟开关输给A/ D 转换器MAX187 ,转换后的数字信号通过DOUT 端输入给单片机。这里我们采用软件合成的方式模拟SPI 接口将单片机与MAX187 连接,从而完成串行数据的A/ D 转换。MAX187 的SCLK、CS、DOUT 端直接与单片机的通用I/ O 口相连,不需要任何接口变换。由于MAX187 内部有2.5V 参考电源所以只需在REF 引脚上接4.7μF 电容,用参考电源提供工作电压。为减少来自电源的干扰,在VDD 端接10μF 和0.1μF 的滤波电容。

② MAX187 与AT89C51 接口程序

MAX187 :SETB CS ;置CS 无效

CLR SCLK ;SCLK初始化为低

NOP

NOP

CLR CS ;CS 有效

ACALL D134NS ;调延时子程序

ACALL D134NS

NOP

SETB SCLK

NOP

CLR SCLK ;转换开始;片选信号无效,输出结束

NOP

MOV R7 , # 12 ;延时子程序

CLR SCLK

RLC A

PUSH ACC

MOV A ,B

RLC A

MOV B ,A

POP ACC

NOP

DJNZ R7 ,MAX1871

ACALL D134NS

SETB CS

RET

D134NS： MOV R7 , # 5

MOV A , # 0 ;A 累加器清零

MOV B , # 0

MAX1871：SETB SCLK; 串行数据输出

DJNZ R7 ,D134NS1

MOV C ,DOUT

D134NS1：NOP

RET

2.2.4 键盘处理部分方案论证

矩阵式键盘的结构与工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

矩阵式键盘的按键识别方法：确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法。其工作过程如下。判断键盘中有无键按下是将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线

位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。图2-7给出了一个4×4的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。4×4矩阵式键盘共可以安装16个键，但只需要8条测试线。当键盘的数量大于8时，一般都采用矩阵式键盘。

在本系统中键盘采用矩阵式键盘并采用中断工作方式。键盘为4×4键盘，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十个数字及确认和清除键等。采用中断工作方式提高了CPU的利用效率，没键按下时没有中断请求，有键按下时，向CPU提出中断请求，CPU 响应后执行中断服务程序，在中断程序中才对键盘进行扫描。

图2-7 矩阵式按键分布图

2.3 显示电路选择部分

数据显示是电子秤的一项重要功能，是人机交换的主要组成部分，它可以将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。数据显示部分可以有以下两种方案供选择。的组成有以下两种方案可供选择：一是 LED数码管显示,二是LCD液晶显示两种选择。在设计中选择LED显示。

3 系统硬件设计

3.1 微分处理器的发展

本电子皮带秤的控制系统精度较高，需要的I/O接口也比较多，因此采用AT89C51单片机作为本系统的微处理器。

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口。片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。因此此单片机完全能满足温度控制系统的要求。

AT89C51的主要特性如下：

1、寿命达1000写/擦循环；

2、数据保留时间：10年；

3、全静态工作：0Hz－24MHz；

4、三级程序存储器锁定；

5、128×8位内部RAM；

6、32可编程I/O线；

7、2个16位定时器/计数器；

8、6个中断源；

9、可编程串行通道；

10、低功耗闲置和掉电模式；

11、片内振荡器和时钟电路。

89C51单片机的接法及引脚功能为:

VCC（40）：接＋5V电源。

GND（20）：接地。

P0口（39－32）：P0口为8位漏极开路双向I/O口，每个引脚可吸收8个TTL

门电流。

P1口（1－8）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器

能接收和输出4个TTL门电流。

P2口（21－28）：P2口为内部上拉电阻器的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接

收和输出4个TTL门电流。

P3口（10－17）：P3口是8个带有内部上拉电阻器的双向I/O口，可接收和输

出4个TTL门电流，P3口也可作为AT89C51的特殊功能口。

RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG（30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地

址的低位字节，在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉

冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频

率为振荡器频率的1/6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定

时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1

个ALE脉冲。

PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间，每

个机器周期2次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这2次

有效的PSEN信号将不出现。

EA/VPP（31）：当EA保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000H－FFFFH）

不管是否有内部程序存储器。FLASH编程期间，此引脚也用于施

加12V编程电源（VPP）。

XTAL1（19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出。

3.2 X5045 EEPROM存储芯片介绍

X5045把四种常用的功能：上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁（BLOCK LOCKTM）保护的串行EEPROM存储器组成在一个封装之内，降低了系统成本、减少空间增加了可靠性。

1. X5045引脚功能介绍

X5045引脚功能如表3-1所示。

由X5045引脚功能可知：CS/WDI引脚为双功能，看门狗定时器电路监测WDI的输入

来判断微处理器是否工作正常。在设定的定时器时间内，微处理器必须在WDI引脚上产生一个由高到低的电平变化，以清内部定时器，即“喂狗”；否则X5045将产生一个复位信号。在X5045内部的一个控制寄存器中有2位可编程位，决定了定时器时间的长短。微处理器可以通过指令来改变这2个位，从而改变看门狗定时时间的长短。其外部管脚图如图3-1所示。

图3-1 X5045管脚图

2. X5045内部部分功能介绍

(1) 看门狗

看门狗定时器对微处理器提供了独立的保护系统。当系统故障程序飞车，只要看门狗定时器计时达到其编程的超时极限，RESET 引脚立即自身产

生高电平复位信号。高电平变化(上升沿)将复位看门狗定时器。

(2) 电压监控

当电流电压Vcc降至最小转换点以下，芯片的RESET 引脚立即产生复信信号，这样电源接通和关断瞬间电源电压不稳定就不会造成系统死机，数

据误写及误动作等故障。

(3) EEPROM 存储器

芯片内部的存贮器采用CMOS工艺的4096位串行EEPROM。它的内部按512×8组织。每个字节可擦写10万次以上，内部数据可保存100年以上．使

用简单的3线总线串行外设接口(SPI)，就可对芯片进行读写操作，一次最

多写4个字节。

3. X5045芯片的工作原理

X5045内含一个8位的指令寄存器，对芯片的所有操作都需通过对指令寄存器写命令来完成，其指令集如表3-2所示。所有指令、地址和数据都是以高位(MSB)在前的方式串行传送，读和写指令的第3位包含了高地址位A

。

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