《基于51单片机的称重仪设计》.doc

称重仪的设计 物理与机电工程学院专业　电子信息工程 200402108 饶宪 指导老师：任志山老师 [摘要] 本系统采用单片机 AT89C51 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集两大部分。最小系统部分主要是实现数码管显示及键盘控制，数据采集部分由称重仪模拟器、信号的前级处理（采用仪表放大器INA121）和 双积分A/D 转换部分组成。由于称重仪设计中电路的精度及抗工频干扰能力要求较高，故选用精度较高的仪表放大器INA121和抗工频干扰能力较强的双积分A/D转换器MC14433。 [关键词]单片机最小系统；微弱信号；双积分AD转换；仪表放大 引言 称重仪是电子衡器的一种，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段,对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应速度快、测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传便于计算机控制等特点，被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。 在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。 1. 设计要求与系统设计方案 1.1设计要求 简述此次的设计要求如下：设计一称重仪，对模拟器输出的微弱信号（0~12mV）进行前级放大处理，再以较小的失真、误差来进行A/D转换，并要求具备较强的抗工频干扰能力。最后利用单片机AT89C51对数字信号进行处理，控制数码管显示等。要求浮动误差在0~2.00%之内，显示值与输入信号值比值在1.55~1.75之内。 1.2系统总体设计 输入信号送入前级放大器放大，再经过A/D转换器转换成BCD码，然后把BCD码送入单片机AT89C51中进行处理，最后把数据送出数码管显示。 图1-1 系统总体设计 2、各电路模块设计方案的选择 2.1 电源模块 放大模块与A/D转换模块需要正负电源，且要求电源具有稳定性。 方案一：采用 MC7812(正压)MC7912MC（负压）构成的的±12V稳压电源压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。高精度低漂移运算放大器构成差动放大器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 ( 如 OP07) 做成一个差动放大器电阻 R1 、 R2 电容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于滤除前级的噪声， C1 、 C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰， C3 、 C4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。 选用芯片。是公司生产的FET输入低功耗仪器放大电路，性能优越。前置放大电路的放大倍数设置为。较小的前置放大倍数可以避免极化电压的影响。电压放大电路的放大倍数设置的较高（取为倍），则可以保证总的放大倍数双积分型 A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤，系统对 AD的转换速度要求并不高，精度上位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我最终选择了是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，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），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。????AT89C51是一个低功耗高性能单片机，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，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。INA121构成的放大器及滤波电路通过调节 的阻值来改变放大倍数。微弱信号V和V被分别放大后从INA12的第6脚输出。A/D转换器的输入电压变化范围是-2V～+2V，器的输出电压信号在0～mv左右，因此放大器的放大倍数在左右，可将 接成 的滑动变阻器MC14433是美国Mo