基于51单片机的称重仪设计

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1、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17引言称重仪是电子衡

2、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

3、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。输入信号前级放大A/D转换AT89C51数码管显示键盘处理图1-1系统总体设计172、各

4、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。但其不可调，不能满足所需要的正负5V电源的要求。方案二：采用自制电源，可调式三端集成稳压器是输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。自制电源输出电压的可调范围为Uo=-12~12V，满足要求。2.2放大模块由于压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器精度的要求很高。方案一：高精度低漂移运算放大器构成

5、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，如图2-1所示。图2-1OP07构成的差动放大器电阻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。但其电路复杂，需要的元器件多，成本较高。方案二：选用仪表放大器INA121芯片。其内部结构图如图2-2所示：17图2-2INA121内部结构图INA121是TexesInstrumentsBB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50。较小的前

6、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100~200倍），则可以保证总的放大倍数。采用仪表放大器INA121构成的电路简单，元器件少，成本较低。2.3A/D转换模块方案一：采用8位A/D转换器ADC0809。ADC0809是逐次逼近式A/D转换期，双列直插式，最快的转换速度为100us，其引脚图如图2-3所示。图2-3ADC0809引脚图17它由8路模拟开关，8位A/D转换器，三态输出锁存器以及地址锁存器译码器等组成。但其抗工频干扰能力较弱。方案二：采用双积分A/D转换器。双积分型A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分

7、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11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MC14433。2.4控制模块方案一：采用C