基于单片机控制的数显质量测量仪设计

摘要：从硬件和软件两个方面介绍了以STC89C52RC单片机为核心的智能数显质量测量系统的组成。利用模块化设计，系统的硬件分成质量数据采集模块、单片机控制数据处理模块和人机交互界面模块等三大部分；软件部分运用单片机C语言进行编程，实现该设计的全部控制功能。
关键词：单片机；传感器；数模转换；液晶屏显示

    在现代商业贸易和日常生活中，数显质量测量仪即智能电子称是常用的电子衡器，但目前市场上使用的称量工具结构复杂、运行不可靠成本高、精度稳定性不好、易损件多、维修困难等。本文基于STC89C52单片机，研发了一种使用键盘输入数据，操作简单方便；液晶显示所称量的物品质量、单价和物品总价；具有去皮功能；当物品重量超过电子秤量程，即过载情况下具有超重报警的功能，是一款小型化、重量轻、携带方便、计量准确、工作可靠、读数直观的智能电子称。

1 系统总体方案设计
    本设计基于52系列单片机STC89C52，利用了模块化设计的思想，将系统的硬件分成质量数据采集模块、单片机控制数据处理模块和人机交互界面模块等三大部分。
    质量数据采集模块主要由压力传感器和信号的前级处理部分构成，包括专用仪表放大器AD620、运算放大器UA741和A／D转换器ADC0804；单片机控制数据处理模块主要由STC89C52及内部的程序实现；人机交互界面包括键盘输入和点阵式液晶屏显示，主要使用微动开关和1602液晶屏，可以方便地调节单价和直观地显示数字。
    软件部分运用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该数显质量测量仪可以实现基本的称重功能(称重误差不大于±0.0 10kg)，并发挥部分的显示单价和总价格的功能，可以随意输入要求范围的商品单价，还具有超量程的报警功能，其功能框图如图1所示。

2 系统硬件电路设计
2．1 数据采集及滤波放大电路
    传感器DET输出的电压信号通过C3，C4小电容高频滤波再通过CE1，CE2大电容低频滤波后作为专用仪表放大器AD620的输入，进行线性放大，UA741以及后面的电位器组成调零部分，如图2所示。传感器采用桥式电路加压敏元件进行构建；前级放大器采用专用的仪表放大器芯片AD620，其增益可以通过外接电阻加以调节，且通过一路电压跟随电路可以调节AD620的参考电压，达到了电路调零的功能。

2．2 数模转换电路
    ADC0804是一个单通道8 b分辨率A／D转换器，输出有三态锁存，可直接与系统数据线相连。启动信号为CS和WR，转换结束信号为INTR，低电平有效，其地址为0FFD4H。输入电压范围为0．3～18V，工作电压为4．5～6．3VDC，最佳工作电压为5．0V，ADC0804的转换频率为：
   
    Vin(+)，Vin(-)为输入模拟电压，DB0～DB7输出转化后的数字量，CS为使能信号，RD和WR为读／写控制信号，它们都由单片机控制。
2．3 主控制电路
    本设计单片机的晶振频率为11．0592 MHz，有手动复位和上电自动复位两种方式，报警电路的蜂鸣器采用9013三极管进行驱动放大。  S2，S3，S4分别为单价位数调节、单价递增和递减按键。排阻RP1是P0口的上拉电阻。主控制电路如图3所示。

    STC89C52单片机是ST89C系列中的增强型高档产品，片内存储器容量是STC89C51的2倍，即有8 KB的FLASH程序存储器和256 B的RAM。另外，它还增加了功能极强且具有独特应用的16 b定时／计数器2等多种功能。
    在工程应用中STC89C52有一显著的优势即不需要烧写器，只需借助PC机的并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。并且下载电路可设计在系统中，可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。
2．4 液晶显示电路
    液晶显示用芯片1602，其有16引脚，显示容量为16×2个字符，工作电压为4.5～5.5V，当最佳工作电压为5.0V时，工作电流为2.0mA。
    液晶的4号引脚为数据／命令选择端，6号引脚为使能信号的输入，分别由单片机的P3．5和P3．4控制。1号和2号引脚分别为电源地和电源正极，3号引脚为液晶显示偏压信号，由电位器W1控制，用于调节液晶亮度，5号引脚为R／W读写控制端，7～14号分别为I／O端口D0～D7，与单片机的P0口相接，15，16引脚为背光源正极和负极。1602的工作电路如图4所示。

3 系统的软件设计
    控制程序主要包括对ADC0804操作部分，1602液晶屏操作部分，按键扫描部分，单价计算显示部分，质量计算显示部分，总价格计算显示部分。对ADC0804操作部分和对1602液晶操作部分根据芯片时序和指令编写控制程序进行。主程序流程图如图5所示。

4 结语
    利用STC89C52单片机研制的智能电子称，采用液晶显示所称量的物品质量、单价和物品总价；通过键盘输入单价数据，操作简单，方便；具有去皮功能和金额累加计算功能；当物品重量超过电子秤量程，即过载情况下具有超重报警功能。它是一种称重速度快、灵敏度高、体积小、重量轻、显示直观、测量精度高、工作可靠的高智能电子称。相信投入市场会受到消费者的欢迎。