电子称设计文档格式.docx
《电子称设计文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子称设计文档格式.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
液晶显示
1系统方案的设计3
1.1电子秤的设计要求3
1.1.1基本要求3
1.1.2特色与创新3
1.2系统工作原理及设计基本思路3
1.2.1系统工作原理3
1.2.2系统设计基本思路3
1.3系统总体设计方案比较与论证3
1.4单片机的选型4
1.5数据采集部分的方案确定4
1.5.1传感器4
1.5.2前级放大器部分5
1.5.3A/D转换器5
1.6人机交互部分5
1.6.1键盘输入5
1.6.2输出显示5
1.7系统电源6
1.8具体实施方案简介6
2系统硬件设计6
2.1基于AT89S52的主控电路6
2.2基于ICL7135的前端信号处理电路7
2.2.1信号处理电路7
2.3人机交互界面8
2.3.1键盘控制电路8
2.3.2液晶显示电路9
2.4系统电源10
2.4.1电源电路10
2.5报警电路10
3软件流程41
3.1主程序流程图41
3.2主要中断程序流程图42
4结论44
4.1论文总结46
4.1主要工作及结论
4.1存在问题
4.2感想
参考文献47
1系统方案的设计
1.1电子秤的设计要求
1.1.1基本要求
1、重量显示：
单位为千克；
电子秤称重范围：
0～9.999Kg；
重量误差不大于
0.005Kg；
2、能用简易键盘设置单价，加重后能同时显示重量、单价和金额；
3、液晶显示：
所称物体重量、10种商品的购物清单等。
1.1.2特色与创新
1、使用单片机为控制核心，大大简化了系统的组成构造，且单片机可拓展性强，可以很方便的对系统进行拓展和应用。
2、使用键盘输入数据，操作简单，方便。
3、中文液晶显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。
4、具有去皮功能和金额累加计算功能。
5、当物品重量超过电子秤量程，即过载情况或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。
1.2实验原理及设计基本思路
1.2．1系统工作原理
电子秤的工作原理。
首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。
输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。
放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。
在实际应用中，为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰，还需要在传感器与A/D芯片之间加上信号调整电路。
1.2.2系统设计基本思路
按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。
其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。
转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。
此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。
在扩展功能上，本设计增加了一个过载、欠量程报警提示。
1.3系统总体设计方案与论证
前端信号处理时，选用放大、A/D转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。
这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。
目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。
由于系统需要的按键较多，因此要加一个键盘显示管理芯片（ZLG7289）。
单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。
现实方案原理图如图1-1所示
图1-1单片机实现方案原理框图
1.4单片机的选型
AT89S系列单片机是继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。
AT89S系列与AT89C系列相比，运算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为0~33MHz，片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器（watchdogtimer，又称看门狗）、低功耗休闲状态及关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极大地满足了各种不同的应用要求。
AT89S52单片机是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。
另外，它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时／计数器2等多种功能。
由此，通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了AT89S52通用的普通单片机来实现系统设计。
AT89S52是一种兼容MCS51微控制器，工作电压4.0V到5.5V，全静态时钟0Hz到33MHz，三级程序加密，32个可编程I/O口，2/3个16位定时/计数器，6/8个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Powerdown模式支持中断唤醒,看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志。
我们在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。
1.5数据采集部分的方案确定
1.5.1传感器
我们选用电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。
电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。
题目要求称重范围0～9.999Kg，重量误差不大于
0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重——9.999Kg。
我们选择的是L-PSIII型传感器，量程20Kg，精度为0.01%，满量程时误差
0.002Kg，完全满足本系统的精度要求。
1.5.2前级放大器部分
放大器的输入信号一般是由传感器输出的。
传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。
因此，一般对放大器有如下一些要求：
1、输入阻抗应远大于信号源内阻。
否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。
2、抗共模电压干扰能力强。
3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。
从而保证放大器输出性能稳定。
4、能附加一些适应特定要求的电路。
如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。
我们采用专用仪表放大器，如：
AD620，INA126等。
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，且外部接口简单。
1.5.3A/D转换器
我们选用双积分型A/D转换器：
如：
ICL7135、ICL7109等。
双积分型A/D是间接型A/D转换器，其基本原理是首先对未知的输入电压进行固定时间的积分，然后转向对标准电压进行反相积分至积分输出电压为零（返回起始值），则标准电压积分的时间正比与输入电压。
输入电压越大，反向积分时间越长。
用高频率时钟脉冲来测量标准电压积分时间，即可得到输入电压对应的数字代码。
作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上14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，我们最终选择了精度为10Kg/
20000=
0.5g的ICL7135。
1.6人机交互部分
1.6.1键盘输入
键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。
键盘是由若干个按键开关组成，键的多少根据单片机应用系统的用途而定。
键盘由许多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当键按下时，触点闭合，当键松开时，触点断开。
单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。
因此，相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。
ZLG7289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64键控制，可以比较方便地扩展系统。
另外ZLG7289内部有译码电路，大大简化了程序。
因此，我们选择功能更好的专用键盘显示芯片ZLG7289作为键盘扫描显示芯片。
1.6.2输出显示
采用可以设置显示单价，金额，中文，购物日期等的LCD，它具有低功耗、可视面大、画面友好及抗干扰能力强等功能，其显示技术已得到广泛应用。
LCD显示器的工作原理：
液晶显示器的主要材料是液态晶体。
它在特定的温度范围内，既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性，其透明度和颜色随电场、磁场、光照度等外界条件变化而变化。
因此，用液晶做成显示器件，就可以把上诉外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。
虽然ZLG7289具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，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128×
64型LCD—OCM4x8C。
1.7系统电源
系统需要多种电源，单片机需要＋5V电源，A/D转换器需要±
5V，+1V，传感器需要＋10V以上的线性电源（不能用开关电源，否则称重数据不稳定）。
以LM317和LM337型号的芯片为核心来设计电源电路。
选用初级220V、次级18V，功率为10W的变压器两只提供交流电源，经过整流稳压滤波后，再分别由LM317和LM337提供系统所需的直流稳压电源。
1.8具体实施方案简介
根据以上设计方案，硬件部分采用AT89S52为控制核心部件，实现电子秤的基本控制功能。
AT89S52是一款8位的内带8K程序存储器的微控制器，考虑到用软件实现电子秤系统的各项功能时，所需的软件量并不是很大，不需要太大的程序存储空间，因此在对AT89S52实际设计时不需要在片外再扩展程序存储器，这样不仅节省了硬件资源，也优化了电路的设计。
在实际使用电子秤的称重功能时考虑到涉及到大量的数据，而AT89S52片内的数据存储空间有限，因此在片外扩展一片32K的数据存储器，选用62256实现。
系统的硬件部分不仅包括以单片机AT89S52为核心的最小系统部分，而且还包括数据采集、人机接口界面、系统电源部分。
数据采集部分由压力传感器、信号的滤波放大处理和A/D转换部分组成。
在具体选择传感器时，考虑到在称量物品时必要的精度、准确性要求，所称物品的重量误差必须要控制在一定的范围之内。
另外由于秤台的自身重量、振动和冲击分量，以及还要避免物体超重时对传感器的损坏，所以在选择传感器时要保证有一定的承重裕量，所选的传感器量程应该比系统设计要求的要大。
一般选择为实际要求量程的两倍，且需要满足精度要求，满量程时候的误差不能大于规定量。
由于传感器的输出信号中含有一定的干扰噪声，所以必须要对传感器的输出信号进行滤波，在滤波电路的设计时利用普通小电容滤除高频干扰，利用大的电解电容滤除低频干扰。
由于在选用的放大器中内带滤波电路环节，所以利用电容滤波可以根据实际情况进行取舍。
传感器输出的电信号比较微弱，一般为毫伏级，必须采用适当的电路进行信号放大处理，这样才能保证整个系统的精度和稳定性能。
这时需要共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口简单的专用仪表放大器AD620。
在选择A/D转换器时根据系统精度的要求，选择了具有很强抗干扰能力的双积分型A/D转换器ICL7135。
人机交互部分的键盘在系统中，可以输入数字和已经固定的控制命令等。
在这次设计中我们采用了专用键盘控制芯片ZLG7289，并且扩展了其中的64个键盘供系统使用。
显示用的LCD我们根据要求选用了字符点阵式液晶显示器OCM4x8C，可以一次满屏幕显示4行8列的32个中文字符或4行16列的英文字符，满足电子秤在称物时的购物清单显示要求。
2系统硬件设计
根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时可以分成以下几个部分：
单片机控制模块，前端信号采集、处理、转换模块，人机接口界面以及系统电源部分（为实现系统超量程与欠量程的报警功能，还扩展了报警电路）。
2.1基于AT89S52的主控电路
主控电路主要采用芯片AT89S52、74LS373和62256。
AT89S52具有如下特点：
40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
芯片74LS373是典型的锁存器芯片，它是三态输出的八位锁存器。
芯片内含八个D型触发器
P1口和P2.0～P2.6口作为地址总线，其中P1口作为低地址线和数据总线复用，P2.0～P2.6口做高地址线。
P2.7作为62256的片选控制总线，ALE接锁存器74LS373的使能端。
P3.6和P3.7作为外部数据存储器写/读选通信号输出端分别接62256的/WE和/OE端。
主控电路如图2-1所示：
图2-1主控电路图
2.2基于ICL7135的前端处理电路
2.2.1信号处理电路
1、滤波放大电路图如图2-2所示：
图2-2信号滤波放大图
上图中电容C5、C6用来滤除采样信号电压中的高频噪声，选用0.1uF的普通独石电容；
电容C7、C84用来滤除采样信号电压中的低频噪声，选用22uF的普通独石电容。
电阻R3、R4选用较小的阻值，因为采样信号电压值只有毫伏级，所以其阻值不宜太大，否则导致放大器由于输入电流太小而放大效果不明显。
微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从AD620的第6脚输出。
A/D转换器ICL7135的输入电压变化范围是-2V～+2V，传感器的输出电压信号在0～20mv左右，因此放大器的放大倍数在200～300左右，可将R9接成1K的滑动变阻器。
由于ICL7135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，所以滤波电路可以把频率做得很低。
图中的LM741的输出端与AD620的地端相连，LM741的2脚与6脚相连构成电压跟随器，R15与正负电源相接，通过改变R15的阻值可使VO与RET之间的压差变化，从而实现调零、去皮的功能。
2、ICL7135与单片机的接口
在读取A/D转换后的结果时，选用数据选择器作为数据读取的控制器，这样简化了ICL7135与单片机的接口电路，便于硬件设计与软件编程的实现。
在ICL7135进行A/D转换结束后输出的/STRB负脉冲引起AT89S52中断。
同时在第一个/STB负脉冲时由软件将P1.7口置0，因而使S=0，使74LS157的Y
（1Y，2Y，3Y，4Y）=A（4A，3A，2A，1A）。
AT89S52读P1.0～P1.3口便读得BCD码，此时D5=1。
此后，D4，D3，D2，D1轮流为“1”，即可读得千位、百位、十位和个位的BCD码。
前端信号处理电路设计如图2-6所示：
图2-3信号数模转换图
2.3人机交互界面
2.3.1键盘控制电路
1、SPI串行接口工作方式
ZLG7289采用串行方式与微处理器通讯,串行数据从DATA引脚送入芯片，并由CLK端同步。
当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入ZLG7289的缓冲寄存器。
电路图如图2-4所示：
图2-4键盘控制电路图
键盘控制芯片ZLG7289控制键盘的扫描，当监测到有键按下后ZLG7289的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过P3.0口以串行方式读入。
因为查询方式会浪费大量的时间，所以本系统采用的是中断方式。
2.3.2液晶显示电路
OCM4x8C是具有串/并接口，其内部含有中文字库的图形点阵液晶显示模块。
该模块的控制/驱动器采用台湾矽创电子公司的ST7920，因而具有较强的控制显示功能。
OCM4x8C的液晶显示屏为128×
64点阵，可显示4行、每行8个汉字。
为了便于简单、方便地显示汉字，该模块具2Mb的中文字型CGROM，该字型ROM中含有8192个16×
16点阵中文字库；
同时，为了便于英文和其它常用字符的显示，具有16Kb的16×
8点阵的ASCII字符库；
为便于构造用户图形，提供了一个64×
256点阵的GDRAM绘图区域，且为了便于构造用户所需字型，提供了4组16×
16点阵的造字空间。
利用上述功能，OCM4x8C可实现汉字、ASCII码、点阵图形、自造字体的同屏显示。
为便于和多种微处理器、单片机接口，模块提供了4位并行、8位并行、2线串行、3线串行多种接口方式。
该模块具有2.7V～5.5V的宽工作电压范围，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可满足系统各种工作电压及便携式仪器低功耗的要求。
液晶模块显示负电压，也由模块提供，从而简化了系统电源设计。
模块同时还提供LED背光显示功能。
除此之外，模块还提供了画面清除、游标显示/隐藏、游标归位、显示打开/关闭、显示字符闪烁、游标移位、显示移位、垂直画面旋转、反白显示、液晶睡眠/唤醒、关闭显示等操作指令。
电路图中PSB接低电平，进入串行接口模式；
串行数据线SID接P3.1口；
串行时钟线SCLK接P1.6；
RS固定接高电平。
此为典型二线串行模式。
2/3线串行接口方式：
当模块的PSB脚接低电平时，模块即进入串行接口模式。
串行模式使用串行数据线SID与串行时钟线SCLK来传送数据，即构成2线串行模式。
OCM4x8C还允许同时接入多个液晶显示模块以完成多路信息显示功能。
此时，要利用片选端“CS”构成3线串行接口方式，当“CS”接高电位时，模块可正常接收并显示数据，否则模块显示将被禁止。
通常情况下，当系统仅使用一个液晶显示模块时，“CS”可连接固定的高电平。
2.4系统电源
2.4.1电源电路
具体电路如图2-5所示：
图2-5电源电路
LM337/LM317稳压器的输出端不加电容亦能工作，但由于其放大器是在1：
1的深度负反馈下工作，当输出端负载为容性的某一值时，稳压器有可能出现自激现象，因此在电源的输出端接入一个470uF/25V的电解电容C18、C19，提供足够的电流供给。
在稳压器的输出端接入电容后，一旦输入端出现短路时，该电容器的放电电流有可能破坏调整管的B、E结。
因此在稳压器的输入输出端之间接入保护二极管D4、D5。
在电路中C14、C15的作用是为了抑制旁路R11、R12两端的纹波电压的。
由于R13、R14上的电压是输出电压的一部份，加入C14、C15可有效的抑制输出电压的纹波，在电路中选取10uF/25V的电解质电容。
当R13、R14上的压降超过7V而又发生输出短路时，C14、C15将通过调整端向输出端放电，这时有可能烧坏稳压器中的放大管，为此，在电阻R11、R12上分别并联一只二极管D6、D7，用以泄放电流，保护稳压器。
在输入端加入了0.1uF电容C12、C13，滤除有害杂波，提高输入电源的质量。
2.5报警电路
下图为系统报警电路原理图，用于超载和欠量程提示。
系统设计了两个发光二极管作为超载和欠量程指示灯，使系统更加完善。
当系统判断为超载或欠量程时，ICL7135给输出一个高电平信号OR（超载）或UR（欠量程），经非门后形成低电平从而驱动发光二极管发光提示。
报警电路图如图2-6所示:
图2-6报警电路原理图
用proteus仿真图如图2-7、图2-8所示：
图2-7电子称仿真图
图2-8电子称仿真图
3软件流程
3.1主程序流程图
主程序流程图给出了系统工作的基本过程，描述了信号的基本流向，起到一个向导的作用。
流程图如图3-1所示：
图3-1主程序流程图
3.2主要中断程序流程图
ZLG7289中断程序流程图如图3-2所示：
图3-2ZLG7289中断服务程序流程图
操作说明：
本系统采用32键键盘来实现，分为数字键：
0-9，商品1-商品10，6个控制键。
本系统开机显示公司名称，后提示输入收银员编号和当前日期。
正确输入后，进入称重显示。
数字键和小数点键：
用于输入单价；
累加键：
相当于确认，可以将当信息保存至购物清单；
并且将金额累加，得到所购买商品的总金额。
去皮键：
用于去除皮重；
清单键：
用于输入的单价错误的时候，重新输入；
购物清单键：
当需要显示当前顾客的总的购物清单时，可以连续按下购物清单键，分页显示所购买的商品信息，并且若已达到最后一页，则显示总计金额，收银员编号，和公司名称，当前日期。
运行中如果顾客购买已存入的10种商品，只需按下相应的商品键，既可以将商品的名称和单价以中文的形式显示，同样累加键保存此商品的信息，包括其重量，金额和当前累计金额。
另外，已存入的10种商品的单价均可重新设置，直接输入其单价即可，方便实用。
如果所称重物超过了系统最大量程10Kg或小于最小转换精度0.5g则发光二极管发出报警。
ICL7135中断程序流程图如图3-3所示：
图3-3ICL7135中断服务程序流程图
4总结
经过一个月的努力，终于按照课程设计进度要求如期完成了电子秤控制系统的设计任务。
在做设计的过程中，虽然碰到了不少的困难，但是在老师的指导以及自己的努力下，终于取得了一定成果。
4.1论文总结
4.1.1主要工作及结论
1、熟悉AT89S52芯片的功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。
2、通过对数据采集的分析，了解了各种传感器、放大器及A/D转换器，对信号的转换、传输有了更深的认识。
3、对键盘和显示器进行选型比较，得出各种型号优劣比。
4、采用面向对象的思想，分层次、分模块构建设计的总体框架。
4.1.2存在的问题
1、电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全，比如在对过电压情况的处理中未作防范措施。
2、系统设计不够优化，有待改善。
比如系统的超量程和欠量程信号直接由A/D转换器送入报警电路，没有先送入单片机处理后再送入报警电路。
3、可扩展更多电路，如日历时钟电路、通讯接口电
升级会员 