基于A(yíng)T89C51單片機的電子計價(jià)秤的設計與實(shí)現

1、引言

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，衡器技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高。從世界水平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段，從傳統的全部由機械元器件組成的機械秤到用電子線(xiàn)路代替部分機械元器件的機電結合秤，再從集成電路式到目前的單片機系統設計的電子計價(jià)秤。

2、電子計價(jià)秤實(shí)現的基本功能

本次設計的電子計價(jià)秤最大稱(chēng)重6kg，精確并顯示到0.1g，適用于商業(yè)零售小重量稱(chēng)重部門(mén)，亦可以作為電子天平測微重量使用。它能夠快速準確地時(shí)時(shí)地顯示單重、單價(jià)，并自動(dòng)計算總價(jià)（總價(jià)=單價(jià)×單重），并帶有費用累計功能，最多累計次數50次。該電子計價(jià)秤帶有16位液晶顯示和14個(gè)按鍵功能，并附帶越限（超出6kg）報警電路和看門(mén)狗自動(dòng)復位電路。

3、電子計價(jià)秤的硬件電路設計與實(shí)現

3．1應變片式傳感器及其測量放大電路

導體或半導體在外界作用下產(chǎn)生機械形變時(shí)，其阻值將發(fā)生相應的變化，這種現象稱(chēng)為“應變效應”。根據應變效應將應變片粘貼于被測材料上，使其在受到外界應力作用時(shí)，引起應變片的變形，并使其阻值發(fā)生變化。通過(guò)測量雙差動(dòng)全橋電路將應變片阻值的變化轉換成電壓的輸出，就可確定被測材料機械量的變化。

我們根據傳感器理論可知,設一長(cháng)為L(cháng)、截面積為S、電阻率為ρ的電阻絲，已知其阻值為R=ρ 當電阻絲L方向兩端有機械應力F時(shí)，ρ,l,s都會(huì )發(fā)生變化，從而導致電阻發(fā)生變化,其金屬絲的應變靈敏系數K為K= =1+2μ+c(1-2μ) 比例系數μ稱(chēng)為泊松比，c為金屬晶格結構的比例系數，一般在-12(鎳)～+6(鉑)范圍。在彈性形變范圍內，K決定于泊松比μ和比例系數c；在塑性形變范圍內，因μ=0.5，所以K=2。

在電子計價(jià)秤的實(shí)際應用中，應變式傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件亦稱(chēng)彈性體，利用它把被測物理量重量轉換為彈性體的應變值。我們采用鋁合金作為彈性體的材值。另一個(gè)是應變片，由于金屬材料的應變片的穩度穩定性好，在很大范圍內保持常數，所以一般采用金屬電阻應變片。并且電子計價(jià)秤在秤臺結構上一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)是一個(gè)相當大的秤臺只在中間裝置一塊專(zhuān)門(mén)設計的傳感器組來(lái)感應物料重量。當秤臺上放置物料時(shí)，應變片產(chǎn)生電阻應變△R（應變片受拉時(shí)為R+△R，應變片受壓時(shí)為R-△R），為了顯示和記錄，通常將應變片組成雙差動(dòng)全橋電路.雙差動(dòng)全橋電路具有較高的靈敏度，良好的線(xiàn)性關(guān)系和適應溫度變化的補償能力。如圖3.1所示即采用兩片受壓，兩 片受拉的四片應變片，且使相同受力狀態(tài)的兩應變片接入電橋的相對臂上。設R1=R2=R3=R4，且△R1=△R2=△R3=△R4，則此時(shí)輸出電壓為U=US•△R1/R1。電橋的電壓靈敏度S= = US 可見(jiàn)，全橋雙差動(dòng)電路的電壓靈敏度為US。同時(shí)完全線(xiàn)性。在全橋電路后面加了一級由AD521測量放大器單芯片集成電路。放大倍數的調節范圍為0.1-1000,，并且具有高精度，高速度，高共模抑制比，防止低噪聲漂移等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)全橋雙差動(dòng)和放大電路處理后，我們得到U=kW的線(xiàn)性比例關(guān)系，K=1v/kg，即1g輸出為1mv，1kg輸出為 1v，滿(mǎn)量移6v。

3.2信號預處理電路：

信號預處理電路的系統框圖如圖3.2,說(shuō)明如下：LM331芯片組成的v/f變換電路具有價(jià)格低，精度高，編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

在電子計價(jià)秤設計中可作為 A/D轉換電路（由于較多文章及書(shū)籍介紹此電路，在此不多介紹。其突出的特點(diǎn)是把模擬電壓轉換成抗干擾能力強的脈沖串。Ｖ／Ｆ轉換過(guò)程是對輸入信號的不斷積分，它需要被測信號提供適當的驅動(dòng)電流，因干擾信號不能提供電流而被濾掉。另外，Ｖ／Ｆ變換與計算機接口很容易采用光耦隔離。信號頻率輸出范圍為 1Hz→10KHz，最大非線(xiàn)性誤差為 0.01%,由于在軟件中，單片機 AT89C51一秒鐘采樣脈沖信號，由于采樣信號范圍較寬（1Hz→6KHz），為了提高低頻區的測量準確度，我們決定采用10倍倍頻電路擴頻10倍，其中10倍倍頻電路由鎖相環(huán)芯片CC4046和一個(gè)10分頻器CC4518芯片組成。為了減少通道及電源的干擾，在其中加了整形和光耦隔離（由4N28組成）電路，至此經(jīng)過(guò)信號預處理電路我們得到了 F=10W關(guān)系的脈沖串送入AT89C51的T0定時(shí)/計數進(jìn)行計數。比例關(guān)系為（1g→1mv→10Hz），滿(mǎn)量程（6kg→6v→60kHz）。

3．3、AT89C51液晶驅動(dòng)芯片7211AM及 16位LCD液晶顯示

在電子計價(jià)秤中正常顯示情況下，須時(shí)時(shí)顯示單價(jià)、單重、總價(jià)，例：6.7元/千克*4.1259千克=27.6 元，此時(shí)單價(jià)顯示6.7元/千克.單重顯示4.1259千克、總價(jià)顯示27.6 元 ，在累計費用情況下，須顯示ADD標志累計字符、費用總價(jià)、費用累計次數。例：累計到第四次，總金額為701.9元. 此時(shí)單價(jià)顯示4表示第四次累計.單重顯示ADD累計符、總價(jià)顯示701.9元。

本次設計采用AT89C51單片機16位液晶LCD靜態(tài)顯示方式，(液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄,無(wú)閃爍等許多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn))驅動(dòng)芯片為4片INTERSIL公司的ICM7211AM芯片，占用AT89C51單片機的P0口和P2口的部分I/O。如圖3.3原理圖所示。四片ICM7211AM的BP連在一起，

接到LCD的背極BP，一片7211AM芯片的OSC端接16kHz的晶振信號，以產(chǎn)生125Hz的BP信號，其余芯片的OSC端接地。各片的段輸出信號對應接到LCD各位的7個(gè)段。各片CS(—)1端作為本芯片的片選端對應P2.4-P2.7數據線(xiàn)，CS(—)2作為寫(xiě)有效信號端，連到AT89C51的WR(—)上。各片的數據輸入B0-B3和位選輸入DS1和DS2 分別連到數據總線(xiàn)P0口。編程也較簡(jiǎn)單，

只要向口地址中寫(xiě)入二位位選碼和4位BCD碼，即可實(shí)現相應位的顯示 。