基于at89c51单片机的电子计价秤的软硬件设计

基于at89c51单片机的电子计价秤的软硬件设计内容摘要：

不变。 若载荷在弹性体宽度方向有偏移 Δy，相当于 P 作用处再附加一个力矩 M2，此力矩使上下梁同时受到扭转变形。 由于两垂直梁的刚性好，变形量可忽略不计。 图 32 框架结构梁的弯矩图 图 33 框架结构梁的弯矩图 电子计价秤设计 10 R1 R3R4R2Rdr1 KΩ350Ω 350Ω350Ω350ΩV c c 图 34 应变片桥接方式 图 35 力 P 作用下的弯矩图 图 36 力矩 M1 作用下的弯矩图 图 37 有 X 方向的偏载时的弯矩图 电子计价秤设计 11 信号预处理电路 信号预处理电路的系 统框图如图 38， 说明如下：电路具有价格低，精度高，编程简单的特点。 图 38 信号预处理电路的系统框图 在电子计价秤设计中可作为 A/D 转换电路（由于较多文章及书籍介绍此电路，在此不多介绍。 ），其突出的特点就是把模拟电压转换成抗干扰能力强的脉冲串。 V/F 转换过程是对输入信号的不断积分，它需要被测信号提供适当的驱动电流，因干扰信号不能提供电流而被滤掉。 信号频率输出范围为1Hz→10KHz ，最大非线 性误差为 %， 由于在软件中，单片机 AT89C51 一秒钟采样脉冲信号，由于采样信号范围较宽（ 1Hz→5KHz ），为了提高低频区的测量准确度，决定采用 10 倍倍频电路扩频 10 倍，其中 10 倍倍频电路由锁相环芯片 CC4046 和一个 10 分频器 CC4518 芯片组成， 10 倍倍频电路图如图39 所示。 至此经过信号预处理电路我们得到了 F=10W 关系的脉冲串送入AT89C51 的 T0 定时 /计数进行计数。 比例关系为（ 1g→1mv→10Hz ），满量程（ 5kg→5v→50kHz ）。 + 5 V C53 .3 μ FR 1 04 .7 KΩC40 .0 3 7 μ FR 1 11 1 KΩ3C C 4 0 4 6+ 5 VC C 4 0 4 6 C C 4 1 5 8fif016 13 94117653148 1 2 6 7 8910141516 1 0 KH z 图 39 10 倍倍频电路 传感器电桥电路输出 LM331 组成V/F 变换及整 形电路 10 倍 倍频 电路 U=W F=W F=10W T0 AT89C51 电子计价秤设计 12 LM331 组成 V/F 变换电路 作为电子秤，系统对 A/D 的转换速度要求并不高，精度上 12 位的 A/D 足以满足要求。 V/F 转换器 LM331 芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，通过计算机处理，再把频率信号转换为数字信号，就完成了 A/D 转换。 它与 ADS780ADS7804 等电路相比，具有接线简单，价格低廉，转换精度高等特点，而且 LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动，使用起来方便了许多。 V/F 变换电路图如图310 所示。 V/F 变换 采用集成块 LM331， LM331 是美国 NS 公司生产的性能价格比较 高的集成芯片，可作精密电压频率转换器、 A/D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。 LM331 采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到 电源电压下都有极高的精度。 同时它的动态范围宽，可达 100dB；线性度好，最大非线性失真小于 %，工作频率低到 时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达 12 位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成 V/F 或 F/V 变换电路，并且容易保证转换精度。 82361754C10. 1μ FR1V c cR3 C30. 1μ FR4R5R2C21μ FL M 3 3 1V i n V i n +IRG N DV c cF O U TViVLV C Cfi 图 310 V/F 变换电路图 图 311 是 LM3311 的内部电 路组成，由输入比较器、定时比较器、 R－ S 触发器、电子计价秤设计 13 输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路 、 电流开关、输出保护管等部分组成。 输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的逻辑电路。 当输入端 Vi 输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使 R－ S 触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端 fi 为逻辑低电平，同时电源 Vcc 也通过电阻 2R对电容 C2 充电。 当电容 C2 两端充电电压大于 Vcc 的 2/3 时，定时比较器输出一高电平，使 R－ S 触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端 fi 为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容 C2 通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容 C3 对电阻 R3 放电。 当电容 C3 放电电压等于输入电压 Vi 时，输入比较器再次输出高电平，使 R－ S 触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。 输出脉冲频率 fi 与输入电压Vi 成正比，从而实现了电压－频率变换。 设电容 C3 的充电时间为 t1，放电时间为 t2，则根据电容 C3 上电荷平衡的原理，得式 36：   3213 RVttRVIR LL  (36) 从上式可得：    13211 tIRRVttf Li  （ 37） 实际上，该电路的 VL 在很少的范围内 (大约 10mV)波动，因此，可认为 VL=Vt，故上式可以表示为：  13 tIRRVf ti  （ 38） 可见，输出脉冲频率 fi 与输入电压 Vi 成正比，从而实 现了电压－频率变换。 式中 IR 由内部基准电压源供给的 参考电压和外接电阻 R4 决定， IR=，改变 R4 的值，可调节电路的转换增益， t1 由定时元件 R2 和 C2 决定，其关系是t1=，典型值 R2=， C2=， t1=。 由 fi=(Vi R4)/(  R2 C2)可知，电阻 R R R2 和电容 C2 直接影响转换结果 fi， 因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。 电容 C1对转换结果虽然没有直接的影响。 但应选择漏电流小的电容器。 电阻 R1 和电容 C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。 电子计价秤设计 14 图 311 LM331 内部结构 LM331 要实现 A/D 转换，需与计数器配合使用。 LM331 的输出端 FOUT 与单片机计数器 T0 端口连接，定时器 T1 用于定时，由公式 f=D/T， D 是计数值； T 是计数时间。 计数时间 T 由定时器 T1 确定，通过计算得出 FOUT，然后进行数据处理与存储。 主程序设置定时器 T0、 T1 工作方式分别为 16 位计数和定时，并置初值， T1 开中断， T1 的定时时间根据转换精度需要而定 ， 如果取转换精度为 12 位，最高频率为50KHZ，计满量程时间为 FFFH/50K=，计算如式（ 39）：   3616   X （ 39） 单片机采用 12MHz 晶振时，机器周期为 1181。 s，定时初值为式（ 310）： HEX 000 （ 310） 键盘接电 口 路 键盘接口的工作原理 在过程控制和智能仪表中，通常是用微控制器进行实时控制和数据处理的，为实现人机对话，键盘是个必不可少的功能配置。 利用按键可以实现向单片微机输入数据、传送命令、功能切换等，是人工干预单片微机系统的主要手段。 键盘可分 为两类：独立式键盘和矩阵式键盘。 独立式键盘，这是最简单的键盘电路，各个键相互独立，每个按键独立地与一根电子计价秤设计 15 数据输入线相连接。 其中，中断方式是任何一个按键按下时，通过门电路都会向 CPU申请中断，在中断服务程序中，读入 P1 口的值，从而判断是哪一个按键被按下。 位查询方式是，在平时所有的数据输入线都通过上拉电阻被连接成高电平；当任何一个键被压下时，与之连接的数据输入线将被拉成低电平。 要判断是否有键被压下，只要用位处理指令即可。 对按键是否被按下，需采用软件消抖的办法，以消除按键在闭合和断开瞬间所伴随有一连串抖动所带来 的不利影响。 这种键盘的优点是结构简单、使用方便，但随着键数的增加所占用的 I/O 口线也增加。 在使用键数不多的单片微机系统中，常使用这种独立式键盘。 矩阵式键盘输出电路，如图 312 所示，若有四根行线，四根列线，则构成 44键盘，最多可定义 16 个按键。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 5 M a y 20 0 8 S he e t o f F i l e : E : \ 新建文件夹 \ P r o t e l .D e s i g n .E xp l or e r .9 E \ M y D e s i g n 1 .d dbD r a w n B y:+ 5V输输出入行 0行 1行 2行 3列1列 列0列2 3 图 312 矩阵式键盘 矩阵式键盘 1． 键 盘 扫描 CPU 先通过输出口使所有 行 线输出位低电平，然后从输入口读入所有 列 线的状态。 若 列 线状态都 为 高电平，则说明没有键被按下，若 列 线中有低电平，则表明有键被按下。 判断按键位置 ， CPU 通过输出口使 行 线 从低位至高位逐位变低电平输出，每次均读入 列 线的状态，以确定哪条 行 线为 “0”状态。 由行、列的状态就可判断是哪一个键被按下（行、列交叉处）。 电子计价秤设计 16 当判断出哪个键压下后，程序转入相应的键处理程序。 2． 键的扫描方式 程控扫描方式： CPU 的控制一旦进入监控程序，将反复不断地扫描键盘，等待输入命令或数据。 定时扫描方式：在初始化程序中对定时器 /计数器进行编程，使之产生 10ms 的定时中断， CPU 响应定时中断，执行中断服务程序，对键盘扫描一遍，检查键盘的状态，实现对键盘的定时扫描。 中断扫描方式：当键位上有键压下时，由硬件电 路产生中断请求， CPU 响应中断，执行中断服务程序，判断压下的键的建号，根据键的定义（数字键或功能键）作相应的处理。 键盘接口电路 除了使用专用的键盘控制芯片（如 8279 键盘 /显示器控制 IC）外，单片微机还可以通过单片微机本身的 I/O 引脚或外扩可编程 I/O 芯片的 I/O 脚來构成独立式或矩阵式键盘。 由于 AT89C51 的 I/O 口具有输出锁存和输入缓冲的功能，因而用它们组成键盘电路时，可以省掉输出锁存器和输入缓冲器，图 313 所示的是由 AT89C51 本身的 P1口來构成 44 矩阵式键盘。 下图中，键盘的 四根列线连到 P1 口的低 4 位，而四根行线连到 P1 口的高四位，而四根列线通过 “与 ”门连到 ______0INT 端。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 0 M a y 20 0 8 S he e t o f F i l e : E : \新建文件夹 \ P r o t e l .D e s i g n .E xp l or e r .9 E \ M y D e s i g n 1 .d dbD r a w n B y:R+ 5V＆89C 5 1P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .7P 0 .6P 2 .7P 2 .6P 2 .4P 2 .2T1R S TT0P 2 .3I N T 0P 1 .7P 1 .6P 1 .4P 1 .1P 1 .3G N DP 2 .5X T A 1P 1 .0P 1 .5X T A 2P 1 .2 V c cP 2 .1P 2 .0P 3 .0P 3 .1 图 313 使用。