基于单片机的便携式电子秤

　　引言

　　目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性:体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户使用的基本是杆秤。弹簧盘秤制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，以至损坏，影响到称重的准确性和可靠性，只是一种暂时的代用品，也被列入逐渐取消的行列。多年来，人们一直期待测量准确、携带方便、价格低廉的便携式电子秤(袖珍电子秤)投放市场。

　　基于电子秤的现状，本项目拟研究一种用单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。

　　本项目研究的便携式电子秤主要技术指标为:称量范围。一15 分度值D.OI伙g;精度理咎级m级;电源OC15V(一节5号电池供电)。主要功能有自检、去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择、过载报警和弱电压指示等。仪器若不进行称量操作，5分钟后自动进入休眠模式，降低电源消耗。

　　本文采用变极距式电容传感器，它由一对距离可变的平行极板构成。两板以弹性元件相连，当向一活动板施加拉力时，两极板距离发生变化，从而改变了平板电容器的电容量。经电容-频率转换电路后，电路输出频率与电容成正比。被测物重量与电容量改变成正比，频率的改变即频差与在传感器上所加重物的重量成正比，因而变极距式电容传感器有良好的线性度。测质量时只须测出电容的变化量。然而，电容值的直接测量非常困难。

　　因此，系统将不易测量的电容变化量转换成易于测量的频率信号的变化量，并采用高稳定参考电容生成参考频率信号，消除系统误差，实现高精度测量。电容一频率转换框图如图1所示。两路频率分别送入后级处理电路，经过数据选择、带通滤波传入单片机系统。

　　PIC16F628的主要功能特点

　　PIC16F628单片机是Microchip公司的PIC系列单片机之一。CS位单片机系列是该公司推出采用RISC(ReducedInstrue-tjonsetComPuter)结构的嵌入式控制器，具有执行速度高、功耗低、体积小巧、工作电压低、驱动能力强、品种丰富等优越性能。

　　其总线结构采取数据总线和指令线分离独立的哈佛(Horvord)结构，具有很高的流水处理速度。与同类8位单片机相比，程序存储器可节省一半，指令运行速度可以提高4倍左右。此外，PIC系列单片机集成了一系列外部功能模块，例如:上电复位电路厂引脚上拉电路、看门狗定时器等。这样，在组成系统时，就可以最大限度的简化电路、降低成本，提高系统的可靠性。

　　PIC16F628单片机具有直接驱动液晶显示器的能力。输入端口具有跳变中断能力，能方便地接收按键输入，另有多级外部及内部中断，可通过程序禁止主晶振振荡而使单片机进入低功耗状态，适合用于以电池作能源、需液晶驱动的应用场合。

　　PIC16F628单片机的工作电压范围为3.OV、5.5V，时钟频率为OC一ZOMHz，内部具有1K川4(位)片内程序存储器，224字节通用RAM，128字节EE尸ROM，15根双向}/O线和10个中断源，并带有一个16位定时器八十数器(TMRI)和一个8位定时器斥}数器(TMRO)。

　　p}C16厂628的精简指令集仅有35条指令，除了地址分支跳转指令(GO丁O、CA比)为双周期指令外，其余皆为单周期指令，执行速度可调范围宽(OC一ZOOns)，具有8级硬件堆栈，3种寻址方式(直接、间接、相对)。

　　PIC16F628的15个1/0口均是独立双向可编程的，并可直接驱动LEO数码管，最大拉电流和灌电流分别为25mA和ZOmA。MRO带有8位可编程预分频器，可进行1一256分频。PIC16F628信息处理单元电路的设计PIC16F628是整个系统的信息处理核心。它需要完成键盘输入检测、采样通道选择、信号分析处理、信息显示、欠电报警和过载报警等多种智能功能。单片机信息处理单元电路如图3所示。图中采用的MAX325是MAXIM公司生产的精密单电源S尸S丁(sing}e一poleslngle一throw)模拟开关，它由一个常开型开关和一个常闭型开关组成，具有低功耗、低导通电阻等特点。该芯片两控制端(}N1、}闪2)均连接CpU的RB3引脚，系统两路频率信号输入通道的选择由CPU控制。低电压检测信号通过芯片6脚(INT)输入，低压时产生外部中断。键盘检测信号与芯片1于粗脚(RB小RB6)相连，有键按下，就产生RB口电平变换中断，在中断服务程序中，扫描键盘，取得键值。显示缓冲区的写入依靠芯片中通用同步/异步收发器(USART)，显示器LCO的数据端和时钟端分别与芯片的7脚(DT)、8脚(CK)相接。[page]

　　系统主程序

　　系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行，它是单片机系统程序的框架。系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的规定。系统初始化之后，进行计数器读取、零点校正、过载检测等工作。主程序流程图如图4所示。

　　中断服务程序设计

　　系统程序设乙中，键盘检测产生外部中断，采样通道产生内部定时中断。在中断优先级的问题上，因为PIC16F628单片机只有一个中断入口地址:(汇心4h，每种中断都要由此进入中断程序，所以中断程序开始现场保护后，要进行各种中断标志位的顺序检测和判断。当判断到中断标志位时，转到相应的中断服务子程序中，根据检测标志位的顺序，定义中断优先级，先判断定时中断优先级最高，其次是键盘检测中断。中断服务程序流程图如图5所示。

　　保护现场场

　　软件设计作为便携式仪器，系统在整个设计过程中遵循简化硬件电路，以软件设计代替硬件的设计原则，最大限度的减小仪器的体积和重量，因而系统的软件实现功能丰富。软件设计采用模块化结构，主要有人工校正模块、欠电报警模块、键盘检测模块、采样通道切换模块和数据处理模块。

　　采样通道切换模块，系统传感器单元含有两个电容一频率转换电路，两个电路输出信号的获取均通过单片机PIC16F628的计数器1实现。利用定时器O的定时中断功能，每隔0.15切换一次振荡工作电路及模拟开关MAX325通道。定时器中断服务程序流程图如图6所示。