电子称(2021整理).pdf
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1、本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用电子设计大赛申报书电子设计大赛申报书电子称电子称本系统采用单片机为控制核心,实现电子称的根本控制功能。系统的硬件局本系统采用单片机为控制核心,实现电子称的根本控制功能。系统的硬件局部包括最小系统板,数据采集,人机交户界面三大局部。最小系统局部主要是部包括最小系统板,数据采集,人机交户界面三大局部。最小系统局部主要是扩展了外部数据存储器,数据采集局部由压力传感器,信号的前级处理和扩展了外部数据存储器,数据采集局部由压力传感器,信号的前级处理和A/DA/D转转换局部组成。人机界面局部为键盘输入,
2、换局部组成。人机界面局部为键盘输入,128*64128*64点阵式液晶显示,可以直观的点阵式液晶显示,可以直观的显示中文,使用方便。显示中文,使用方便。软件局部应用单片机软件局部应用单片机C C语言实现了本设计的全部控制功能,语言实现了本设计的全部控制功能,包括根本的称重功包括根本的称重功能,和发挥局部的显示购物清单的功能,可以设置日期和重新设定能,和发挥局部的显示购物清单的功能,可以设置日期和重新设定1010 种商品的种商品的单价,具有超重报警功能,由于系统资源丰富,还可以方便的扩展其应用。单价,具有超重报警功能,由于系统资源丰富,还可以方便的扩展其应用。第一局部第一局部:材料清单材料清单单
3、片机单片机 AT89S52 L-PSII-10 AT89S52 L-PSII-10 型压力传感器型压力传感器5V5V电源电源 仪表放大仪表放大器器INA126 A/DINA126 A/D 转换器转换器 ICL7135ICL7135键盘显示芯片键盘显示芯片 ZLG7289 ZLG7289、128*64128*64型型LCDLCD OCM4X8COCM4X8C 电容、电阻、二极管假设干。电容、电阻、二极管假设干。第二局部:第二局部:方案论证与比拟方案论证与比拟一、控制器局部一、控制器局部本系统基于本系统基于5151系列单片机来实现,因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。系列单片机来实现,因为系统需
4、要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件:不宜采用大规模可编程逻辑器件:CPLDCPLD、FPGAFPGA来实现。因为大规模可编程逻来实现。因为大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现,即所解决的问题都是规那么的有限状态辑器件一般是使用状态机方式来实现,即所解决的问题都是规那么的有限状态转换问题。本系统状态较多,难度较大。另外系统没有其它高标准的要求,转换问题。本系统状态较多,难度较大。另外系统没有其它高标准的要求,我们最终选择了我们最终选择了AT89S52AT89S52通用的比拟普通单片机来实现系统设计。内部带有通用的比拟普通单片机来实现系统设计。内部带有 8KB8KB
5、的程序存储器,在外面扩展了的程序存储器,在外面扩展了32K32K数据存储器,以满足系统要求。数据存储器,以满足系统要求。二、数据采集局部二、数据采集局部 1 1、传感器题目要求称重范围、传感器题目要求称重范围 9.999Kg 9.999Kg,重量误差不大于,重量误差不大于 Kg Kg,考虑,考虑到秤台自重、振动和冲击分量,还要防止超重损坏传感器,所以传感器量程必到秤台自重、振动和冲击分量,还要防止超重损坏传感器,所以传感器量程必须大于额定称重。我们选择的是须大于额定称重。我们选择的是 L-PSIII L-PSIII 型传感器,量程型传感器,量程 20Kg 20Kg,精度为,满,精度为,满量程时
6、误差量程时误差 0.002Kg 0.002Kg。可以满足本系统的精度要求。其原理如下列图所示:。可以满足本系统的精度要求。其原理如下列图所示:精品文档,精品文档,wordword文档文档本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,输出信号电压可由下式给出:电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,输出信号电压可由下式给出:Eout R2 R4R1R2R3R4 EinR2 R4R1
7、R2R3R4 2 2、前级放大器局部、前级放大器局部压力传感器输出的电压信号为毫伏级,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。所以对运算放大器要求很高。我们考我们考虑可以采用以下几种方案可以采用:虑可以采用以下几种方案可以采用:方案方案 一一、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。普通低温漂运算放大、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 A/D A/D 转换器需要很高的精度,所以几转换器需要很高的精度,所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以,此中方案不宜采用。毫伏的
8、干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以,此中方案不宜采用。方案方案 二:采用专用仪表放大器,如:二:采用专用仪表放大器,如:INA126 INA126,INA121INA121等。等。此类芯片内部此类芯片内部采用差动输入,共模抑制比高,差模输入阻抗大,增益高,精度也非常好,且采用差动输入,共模抑制比高,差模输入阻抗大,增益高,精度也非常好,且外部接口简单。外部接口简单。以以 INA126 INA126为例为例,接口如下列图所示:接口如下列图所示:放大器增益,放大器增益,通过改变的大小来通过改变的大小来改变放大器的增益。改变放大器的增益。基于以上分析,我们决定采用制作方便而且精度很好的基于以上
9、分析,我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器专用仪表放大器 INA126 INA126。3 3、A/D A/D 转换器转换器由上面对传感器量程和精度的分析可知:由上面对传感器量程和精度的分析可知:A/D A/D 转换器误差应在转换器误差应在 以下以下 12 12 位位A/DA/D 精度:精度:10Kg/4096=2.44g 10Kg/4096=2.44g精品文档,精品文档,wordword文档文档本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用 14 14 位位 A/D A/D 精度:精度:10Kg/16384=10Kg/163
10、84=考虑到其他局部所带来的干扰考虑到其他局部所带来的干扰,12,12 位位 A/D A/D 无法满足系统精度要求。无法满足系统精度要求。所以我们所以我们需要选择需要选择1414位或者精度更高的位或者精度更高的A/DA/D。方案一、方案一、逐次逼近型逐次逼近型 A/D A/D转换器,转换器,如:如:ADS7805ADS7805、ADS7804ADS7804等。等。逐次逼近型逐次逼近型 A/D A/D转换,一般具有采样转换,一般具有采样/保持功能。采样频率高,功耗比拟低,是理想的高速、高保持功能。采样频率高,功耗比拟低,是理想的高速、高精度、省电型精度、省电型 A/D A/D 转换器件。转换器件
11、。高精度逐次逼近型高精度逐次逼近型A/DA/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟,基于转换器一般都带有内部基准源和内部时钟,基于 89C5289C52构成的系统设计构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号,逐次逼时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号,逐次逼近型近型。A/DA/D转换器的快速的优点不能很好的发挥,且根据系统的要求,转换器的快速的优点不能很好的发挥,且根据系统的要求,1414位位ADAD足以满足精度要求,太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理足以满足精度要求,太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想
12、的选择。想的选择。方案二、双积分型方案二、双积分型 A/D A/D转换器:如:转换器:如:ICL7135ICL7135、ICL7109ICL7109等。等。双积分型双积分型 A/D A/D转换器精度高,但速度较慢转换器精度高,但速度较慢(如:如:ICL7135),ICL7135),具有精确的差分输入,输入阻抗高具有精确的差分输入,输入阻抗高大于,可自动调零,超量程信号,全部输出于大于,可自动调零,超量程信号,全部输出于TTLTTL电平兼容。双积分型电平兼容。双积分型 A/D 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,所以对转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干
13、扰信号积分为零,所以对50HZ50HZ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,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/DA/D转换转换器可大大降低对滤波电路的要求。器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤,系统对作为电子秤,系统对ADAD的转换速度要求并不的转换速度要求并不高,高,精度上精度
14、上1414位的位的ADAD足以满足要求。足以满足要求。另外双积分型另外双积分型A/DA/D转换器较强的抗干扰能力,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,我们最终选择了和精确的差分输入,低廉的价格。综合的分析其优点和缺点,我们最终选择了ICL7135ICL7135。三、人机交互界面三、人机交互界面 1 1 键盘输入键盘输入键盘输入是人机交互界面中最重要的组成局部,键盘输入是人机交互界面中最重要的组成局部,它是系统它是系统接受用户指令的直接途径。我们采用了专用的键盘显示芯片接受用户指令的直接途径。我们采用了专用的键盘显示芯片 ZLG 7289 ZLG 728
15、9。Intel8279Intel8279 是一种比拟成熟的可编程键盘是一种比拟成熟的可编程键盘 /显示芯片,可以满足小系统的要显示芯片,可以满足小系统的要求。求。ZLG7289ZLG7289 是周立功单片机公司设计的串行输入输出可编程键盘显示芯片有是周立功单片机公司设计的串行输入输出可编程键盘显示芯片有强大的键盘显示功能,支持强大的键盘显示功能,支持 64 64 键控制。可以比拟方便的扩展系统。另外键控制。可以比拟方便的扩展系统。另外ZLG7289ZLG7289内部有译码电路,大大简化了程序。我们选择功能更好的内部有译码电路,大大简化了程序。我们选择功能更好的 ZLG7289 ZLG7289
16、作作为键盘扫描显示芯片为键盘扫描显示芯片 2 2 显示输出显示输出虽然虽然 ZLG7289 ZLG7289具有控制数码管显示的具有控制数码管显示的精品文档,精品文档,wordword文档文档本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用功能,但考虑到此题目要求中文显示,数码管无法满足,只能考虑用带有中文功能,但考虑到此题目要求中文显示,数码管无法满足,只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示,无需太大屏幕,我们选择了点阵式字库的液晶显示器。由于可以分页显示,无需太大屏幕,我们选择了点阵式128128 64 型 64 型 LC
17、D LCD OCM4X8C OCM4X8C。第三局部:硬件组成第三局部:硬件组成一、硬件结构框图如下:一、硬件结构框图如下:二、各局部硬件电路实现二、各局部硬件电路实现(1)(1)、基于、基于AT89S52AT89S52的主控电路图的主控电路图精品文档,精品文档,wordword文档文档本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用主控电路以主控电路以 89C52 89C52为核心扩展为核心扩展32KRAM32KRAM;单片机使用;单片机使用6M6M晶振,晶振,P0P0口外接上拉电口外接上拉电阻,增大了带负载能力;阻,增大了带负载能力;
18、A12A12A15A15接接74LS13874LS138译码器,输出作外部片选信号。扩译码器,输出作外部片选信号。扩展了几个接口用于其它局部于单片机的通信展了几个接口用于其它局部于单片机的通信 2 2前端信号处理前端信号处理INA126INA126构成的放大器及滤波电路:构成的放大器及滤波电路:通过调节通过调节RgRg的阻值来改变放大倍数。微弱信号的阻值来改变放大倍数。微弱信号 Vi1Vi1和和Vi2Vi2被分别放大后从被分别放大后从INA126INA126的第的第6 6脚输出。脚输出。A/DA/D转换器转换器ICL7135ICL7135的输入电压变化范围是的输入电压变化范围是-2V-2V+2
19、V+2V,传感器的输,传感器的输出电压信号在出电压信号在0 020mv20mv左右,左右,因此放大器的放大倍数在因此放大器的放大倍数在200200300300左右,左右,可将可将接接成成的滑动变阻器的滑动变阻器.由于由于ICL7135ICL7135对高频干扰不敏感,所以滤波电路主要针对工对高频干扰不敏感,所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢,所以滤波电路可以频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢,所以滤波电路可以把频率做得很低。把频率做得很低。3 3A/DA/D转换器转换器基于基于 ICL7135 ICL7135的的A/DA/D转换器实现电路:转
20、换器实现电路:基准源选用芯片基准源选用芯片 MC1403 2.5V MC1403 2.5V分压得到:分压得到:精品文档,精品文档,wordword文档文档本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用由于由于ICL7135ICL7135内部没有振荡器,所以需要外接。但内部没有振荡器,所以需要外接。但 A/DA/D转换器精度与时钟频率的转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间漂移无关。正向积分时间 T1T1和反向积分时间和反向积分时间T2T2按相同比例增加并不影响测量的按相同比例增加并不影响测量的结果。结果。ICL7135ICL713
21、5的时钟频率典型值为的时钟频率典型值为200kHz200kHz最高允许为最高允许为1200kHz1200kHz,时钟频率越高,时钟频率越高,转换速度越快。每输出一位转换速度越快。每输出一位 BCDBCD码的时间为码的时间为200200个时钟周期,选通脉冲位于数据个时钟周期,选通脉冲位于数据脉冲的中部,如果时钟频率太高,那么数据的接受程序还没有接受完毕,数据脉冲的中部,如果时钟频率太高,那么数据的接受程序还没有接受完毕,数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高,且单片机的工作频率也不是就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高,且单片机的工作频率也不是很高,因此我们取时钟频率的典型值:很高
22、,因此我们取时钟频率的典型值:200kHz200kHz。由于频率比拟低,对时钟漂移。由于频率比拟低,对时钟漂移要求不高,我们采用阻容方式实现了根本的振荡电路。如下:要求不高,我们采用阻容方式实现了根本的振荡电路。如下:振荡频率约为振荡频率约为 160kHz 160kHz。此外。此外ICL7135ICL7135外部还需要外接积分电阻、积分电容,外部还需要外接积分电阻、积分电容,但但A/DA/D转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关,故可以降低对元件转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关,故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到质量的要求。不过积分电容和
23、积分电容的介质损耗会影响到A/DA/D转换器的精度,转换器的精度,所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容.精品文档,精品文档,wordword文档文档本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用本文为网上收集整理,如需要该文档得朋友,欢迎下载使用ICL7135ICL7135还需要外接基准电源,这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温还需要外接基准电源,这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响,而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时,度的影响,而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时,应采用外接基准源。一般接其典型值
24、应采用外接基准源。一般接其典型值1V1V。(4)(4)人机交互界面人机交互界面(a)(a)键盘接口图:键盘接口图:键盘控制芯片键盘控制芯片 ZLG7289 ZLG7289 控制键盘的扫描,当监测到有键按下后控制键盘的扫描,当监测到有键按下后 ZLG7289 ZLG7289的的9 9脚便产生一个低电平通知单片机,单片机可以采用查询或者中断方式将数据通脚便产生一个低电平通知单片机,单片机可以采用查询或者中断方式将数据通过以串行方式读入。因为查询方式会浪费大量的时间过以串行方式读入。因为查询方式会浪费大量的时间,所以本系统采用的是中所以本系统采用的是中断方式。断方式。(b)LCD(b)LCD 显示接
25、口电路显示接口电路 LCD LCD 复位信号通过反相器接到单片机的复位信号通过反相器接到单片机的 RESET RESET上,上电或手动复位时将随单片上,上电或手动复位时将随单片机同时复位。由于复位后并行口输出高电平,机同时复位。由于复位后并行口输出高电平,LCD LCD 处于选中状态,此时处于选中状态,此时LCDLCD 将将输出内部状态字,将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器。输出内部状态字,将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器。第四局部:软件局部第四局部:软件局部一、流程图一、流程图精品文档,精品文档,wordword文档文档主程序流程如下图:主程序流程如下图:本文为
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