基于AT89C51單片機的電子計價秤的設計與實現(xiàn)

1、引言

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

2、電子計價秤實現(xiàn)的基本功能

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

3、電子計價秤的硬件電路設計與實現(xiàn)

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，其阻值將發(fā)生相應的變化，這種現(xiàn)象稱為“應變效應”。根據(jù)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，引起應變片的變形，并使其阻值發(fā)生變化。通過測量雙差動全橋電路將應變片阻值的變化轉(zhuǎn)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(jù)傳感器理論可知,設一長為L、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，ρ,l,s都會發(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(shù)K為K= =1+2μ+c(1-2μ) 比例系數(shù)μ稱為泊松比，c為金屬晶格結(jié)構(gòu)的比例系數(shù)，一般在-12(鎳)～+6(鉑)范圍。在彈性形變范圍內(nèi)，K決定于泊松比μ和比例系數(shù)c；在塑性形變范圍內(nèi)，因μ=0.5，所以K=2。

在電子計價秤的實際應用中，應變式傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件亦稱彈性體，利用它把被測物理量重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應變值。我們采用鋁合金作為彈性體的材值。另一個是應變片，由于金屬材料的應變片的穩(wěn)度穩(wěn)定性好，在很大范圍內(nèi)保持常數(shù)，所以一般采用金屬電阻應變片。并且電子計價秤在秤臺結(jié)構(gòu)上一個顯著的特點是一個相當大的秤臺只在中間裝置一塊專門設計的傳感器組來感應物料重量。當秤臺上放置物料時，應變片產(chǎn)生電阻應變△R（應變片受拉時為R+△R，應變片受壓時為R-△R），為了顯示和記錄，通常將應變片組成雙差動全橋電路.雙差動全橋電路具有較高的靈敏度，良好的線性關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，則此時輸出電壓為U=US•△R1/R1。電橋的電壓靈敏度S= = US 可見，全橋雙差動電路的電壓靈敏度為US。同時完全線性。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(shù)的調(diào)節(jié)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。經(jīng)過全橋雙差動和放大電路處理后，我們得到U=kW的線性比例關系，K=1v/kg，即1g輸出為1mv，1kg輸出為 1v，滿量移6v。

3.2信號預處理電路：

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

在電子計價秤設計中可作為 A/D轉(zhuǎn)換電路（由于較多文章及書籍介紹此電路，在此不多介紹。其突出的特點是把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強的脈沖串。Ｖ／Ｆ轉(zhuǎn)換過程是對輸入信號的不斷積分，它需要被測信號提供適當?shù)尿?qū)動電流，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(qū)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)過信號預處理電路我們得到了 F=10W關系的脈沖串送入AT89C51的T0定時/計數(shù)進行計數(shù)。比例關系為（1g→1mv→10Hz），滿量程（6kg→6v→60kHz）。

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

在電子計價秤中正常顯示情況下，須時時顯示單價、單重、總價，例：6.7元/千克*4.1259千克=27.6 元，此時單價顯示6.7元/千克.單重顯示4.1259千克、總價顯示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、費用累計次數(shù)。例：累計到第四次，總金額為701.9元. 此時單價顯示4表示第四次累計.單重顯示ADD累計符、總價顯示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,無閃爍等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點)驅(qū)動芯片為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個段。各片CS(—)1端作為本芯片的片選端對應P2.4-P2.7數(shù)據(jù)線，CS(—)2作為寫有效信號端，連到AT89C51的WR(—)上。各片的數(shù)據(jù)輸入B0-B3和位選輸入DS1和DS2 分別連到數(shù)據(jù)總線P0口。編程也較簡單，

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