单片机AT89C52的电子秤设计

摘 要 本文介绍了一种基于单片机AT89C52的电子秤设计方法。系统使用应变式压力传感器采集压力信号，用仪表放大器AD524放大信号，用A/D转换芯片ADC0809将模拟信号转化为数字信号，由单片机对信号进行处理。重量，单价，总价由LED显示，单价通过键盘输入。 关键词： 电子秤；单片机；应变式压力传感器 目 录 摘 要 I 目 录 Ⅱ

前 言 ..................................................................... 1

\ 一 概 述 ................................................................. 2

二 工作原理 ............................................................... 3

（一）应变式压力传感器 ...................................................... 3 （二）仪表放大器 ............................................................ 5 （三）A/D转换 .............................................................. 6 （四）单片机与键盘，显示 .................................................... 8 （五）电源电路 .............................................................. 9 （六）程序 ................................................................. 10

] 三 实验中遇到的问题 .................................................... 12

(一) 传感器部分 ............................................................ 12 （二）放大器部分 ........................................................... 14 (三) A/D转换部分 .......................................................... 16 （四）精度，量程及误差 ..................................................... 17

参考文献 ................................................................. 18

附 录 .................................................................... 19

致 谢 .................................................................... 25

} 前 言 随着经济的发展，出售商品的增多，需要称量物品的设备也随之更新换代。多功能电子秤是现代生活中应运而生的一种精确，智能，明了，方便，可靠的称量仪器。它克服了传统杆秤，台秤，不精确，速度慢，不能计价，容易作弊的特点。电子秤在商业领域应用越来越多。本文介绍一种多功能电子秤的设计和制作方法。该电子秤具有输入单价，显示单价，重量，总价的功能。 一 概 述 本电子秤系统由以下几个部分组成。传感器，放大电路，A/D转换电路，单片机主控模块。 框架如图1所示

图1 电子秤系统框架 ⒈传感器采用应变式压力传感器，该传感器可以将压力信号转化成为电信号。 ⒉放大电路采用仪表放大器，用以将小的模拟信号放大。 ⒊A/D转换将模拟信号转化成数字信号，单片机接收后可以对其进行处理。 下面将详细介绍各个组成部分工作原理。

二 工作原理 （一）应变式压力传感器 导体或半导体在受到外界力作用时，产生机械形变，机械形变导致其阻值变化，这种

因形变而使其阻值发生变化的现象称为“应变效应”。导体或半导体的电阻 LRA，当导体或半导体在受外力作用时，这三者都会发生变化，所以会引起电阻的变化。

P0 单片机 数字信号传感器小信号

放大

键盘

LED数码显示

大信号A/D 用于测量应变变化而引起的电阻变化的电桥通常有直流电桥和交流电桥，本设计采用的传感器是直流电桥式，外部结构如图2所示。

图2 应变式传感器外部结构 其内部电路结构如图3所示。其中，R1,R2,R3,R4均为应变式电阻。

图3 应变式传感器内部电路结构 当R→∞时，电桥的输出电压应为 R1R3Uo=ER1+R2R3+R4 当电桥平衡时,Uo=0,由上式

可得1324RRRR，这是电桥平衡的条件。平衡电桥就是桥路中相邻两臂阻值之比相等，桥路相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为0。如果在实际测量中，使第一桥臂R1由应变片来代替，由于放大器的输入阻抗可以比输出阻抗高的多，所以此时视电桥为开路。当受应变时，若应变片电阻变化为ΔR1，其它桥臂固定不变，则电桥输出电压为 41113143112411234(112)(34)(1)(1)113RRRRRRRRRUoEEERRRRRRRRRRRRRRRR













设桥臂比21RnR，由于ΔR1R1，分母中11RR可以忽略，并考虑到起始平衡条件1324RRRR

R3

R2

R1

R4R

E

I 可得 1'211nRUEoRn，电桥电压灵敏度定义为： '12(1)1UnoSEVRnR。 由上式可以发现： ⑴电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压，供桥电压越大，电桥灵敏度越高; ⑵电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，因此必须恰当选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的灵敏度。 在上面的分析中，是假定应变片的参数变化很小，而且可以忽略掉 11RR，这是一种理想情况。在实际中，11RR 是不可忽略的。此时的输出电压Uo与11RR的关系是非线性的。 减小或消除非线性误差的方法有如下几种：⑴提高桥臂比：21RnR 但从电压灵敏度

1SEVn来考虑，电桥电压灵敏度将降低，这是一对矛盾。因此，为了达到既减小非线性

误差，又不降低其灵敏度，必须适当提高供桥电压。⑵采用差动电桥：若使一个应变片受压，一个受拉，则可完全消除非线性误差，且电压灵敏度比使用一只应变片提高了一倍。如果两个应变片受拉，另外两个受压，构成全桥差动电路。若满足ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4则电压灵敏度比使用单个应变片提高了四倍。 对于现成的传感器，我们无法改变电桥的桥臂比，只能适当提高供桥电压。本系统采用的传感器就是全桥差动电路，四个桥臂的电阻均为1KΏ，具有较好的灵敏度和线性特征。 当载荷W作用时，R2,R3受拉，电阻变大，R1,R4受压，电阻变小。电桥失去平衡，

产生ΔU电压输出，且ΔU与W成正比即ΔU=ERR =KEs，对于该双弯曲梁的应变为

322aWdFbh



d 梁端到梁中心的距离；  梁端到应变片的距离；

h 梁厚度； b 梁宽度； F 材料的弹性模数； a 应变片的基长。 322aWdUKUSFbh

 那么双联孔传感器的输出为 传感器灵敏度为 。 （二）仪表放大器 压力传感器输出的信号很小，不能直接进行A/D转换，必须进行放大。然而对于多数的传感器其等效电阻不是常量，它们随所测物理量的变化而变。 这样对于放大器而言，当信号源内阻为Rs时，根据电压放大倍数的表达式

..AARiusuRRsi

可知放大器的放大能力将随信号大小而变，为了保证放大器对不同幅值的信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器的输入电阻isRR，iR越大因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。这就是本电子秤系统采用仪表放大器的原因。 仪表放大器的原理图如图4所示

图4 仪表放大器的原理图

322aWdUSKSUFbh



 在图4所示的电路中，UA=1Ui，UB=2Ui，因而有 2()1212212RUUUUiiOORR



即 21(1)()12122RUUUUooiiR

所以输出电压为21()(1)()12122RRRffUUUUUoooiiRRR

当12UUii时，由于UUAB，2R中电流为零，12UUoo输出电压0Uo。 可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数越大，共模抑制比越高。 由上可知，仪表放大器是一种闭环增益组件, 它具有一对差分输入和一个单端输出。它与运算放大器相比不同点是,运算放大器的闭环增益是由其反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定, 而仪表放大器则是由与输入隔离的内部反馈电阻决定。

（三）A/D转换 A/D转换技术有如下几种：计数器式，逐次逼近式，双积分式和并行式。本系统采用的ADC0809属于逐次逼近式，如图5所示。

图5 逐次逼近式A/D 如图所示的逐次逼近式ADC采用寄存器控制DAC。转换前，寄存器各位清除为零。转换时，寄存器先由最高位置1，DAC输出值与被测的模拟值进行比较：如果“低于”，该位的1被保留；如果“高于”该位的1被清除。然后下一位再置1，再比较，决定去留，直