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实用电子秤论文
实用电子秤论文
多功能电子计价秤（A）
参赛院校：
青岛理工大年夜学主动化工程学院
参赛学生：
吕卫涛谢成良姜兰
指导教师：
李虹朱文杰田艳兵秦臻
摘要：
本体系采取广州周建功单片机成长赞助的ARM2103最小体系板为多功能电子计价秤的操纵核心，能够实现称重、显示、计数、去皮、累计总额、打印、语音播报、温度显示、掉落电储备、调取售货信息等功能。
本体系应用串行通信的标准PS/2键盘，可完成商品代号的输入并确信商品名称和种类。
结合打印机的应用，可打印发卖清单；应用悬臂梁应变片式全桥压力传感器和A/D转换部分构成的仿照旌旗灯号采集部分，完成了20位数字量的转换输出；应用铁电24C512进行掉落电商品储备，能够防止因突然掉落电带来的不便及商品的提早录入；ARM2103内部时钟采取自力晶振作为精确的时钟源，应用便利精确；应用语音芯片ISD4004杰出的完成了语音播报功能。
并有温度、日期显示和打印等功能。
关键词：
EasyARM2103PS/2电子秤掉落电储备语音播报
Abstract:
ThissystememploysARM2103minimumsystemsponsoredbyGuangzhou-MCUDevelopmentCo.,Ltd.,asacentralcontrolunitofmulti-functionalelectronicpricingsystem.Itcanimplementweighing,displaying,counting,peeling,accumulativetotal,printing,broadcastingvoice,thermometric,Power-downstorage,retrievalofsalesinformationandotherfunctions.
ThestandardPS/2keyboard,whichisatserialcommunication,isusedtocompleteimportingthecodeofgoodsanddeterminethenameandtypeofgoods.Withtheuseofprinter,itcanprintaccountsales.Byusingthepartofcollectingtheanalogsignals,whichincludespressuresensorandA/Dconvertercomponents,itcancompleteADCofthe20digitalconversionandoutput.Ferroelectric24c512isusedasthememorizerformerchandisestore,preventingtheinconvenienceforsuddenpower-down,atthesametimetheinformationofthegoodscanbestoredearly.ThankstotheindependentinternalclockwhichisusedasaprecisecrystalclocksourceinARM2103,itmakesthingsconvenientandaccurate;ThevoicechipISD4004completedaremarkablevoicebroadcastfeature.Thesystemalsohastemperaturemeasured,datedisplayedandreceiptprinted.
Keywords:
EasyARM2103；PS/2；electronicscale；power-downstorage；voicebroadcast
一、体系总述
本体系包含：
主控芯片ARM2103部分、A/D测量转换部分、键盘操纵部分、0—2V可调电源部分、液晶显示部分、数字测温部分、打印部分、铁电储备部分和ISD4004语音部分。
体系框图如下：
二、筹划论证与比较：
2.1单片机主控芯片的选择：
计整洁：
采取传统8位MCS-51系列的单片机作为主控器，价格廉价，应用简单，应用广泛，但处理速度较慢。
本体系须要扩大的外围器件较多，储备容量较小，无法知足体系设计对运算速度及精度的要求。
筹划二：
采取32位的ARM2103作为电子秤的主控芯片。
ARM2103是基于一个支撑在线仿确实32位ARM7TDMI-SCPU的微操纵器，并带有32KB嵌入的高速Flash储备器。
128位宽度的储备器接口和专门的加快构造使32位代码能够或许在最大年夜时钟速度下运行，读写速度快。
能够应用16位的Thumb模式将代码范畴降低30%，而机能的损掉却专门小。
32KB的Flash储备体系能够用作代码和数据的储备。
ARM2103支撑8位、16位和32位的拜望，可操作性强，并具有丰富的I/O资本，片内集成10位逐次切近靠近式AD转换功能器，并可经由过程软件设置在3~10位之间进行选择，同时其外围电路简单,在片内即可实现操纵，简化了全部体系的复杂程度，便利灵活。
综上比较，采取筹划二。
2.2键盘分析筹划的选择
计整洁：
采取矩阵式键盘。
该键盘采取行列扫描读取键值，每行每列都需与P口相连，消费较多CPU资本，当按键较多时占用大年夜量的I/O口。
本体系因须要按键较多，矩阵式键盘不合适。
筹划二：
采取技巧比较成熟的PS/2键盘。
读键盘法度榜样相对简单，仅占用2个I/O口，采取串行通信，节约了CPU资本。
规格同一，相符国度标准，调换性好，价格低，通用性好。
综上比较，采取筹划二。
2.3显示模块的选择：
计整洁：
采取8*8点阵显示。
应用4片8*8点阵模块构成的16*16的点阵来显示中文和数字，但若显示的内容较多，需较多的恒流器件和移位存放器，白费资本且处理速度慢，同时所占空间较大年夜，造成体系不敷调和。
筹划二：
采取七段数码管进行显示。
七段数码管能够专门好的显示售货商品的价格、数量等，但无法显示商品名称。
筹划三：
采取带字库的LCM128645ZK。
该显示模块可实现汉字、数码的同屏显示，机能稳固。
中文显示模块具有上、下、左、右移动当前显示屏幕及清晰屏幕的敕令，具有光标显示、闪耀操纵及封闭显示敕令，还可调剂背光亮度等。
综上比较，选择筹划三。
2.4温度传感器的选择：
计整洁：
采取传统仿照旌旗灯号的温度传感器，热电偶、热电阻等。
应用这类传感器能够采集的温度范畴广，能够达到精确操纵的目标。
然则传感器的电压旌旗灯号须要经由A/D转换才能进入单片机，经由单片机复杂的法度榜样处理才能最终获得温度信息。
筹划二：
采取先辈的数字量输出温度传感器DS18B20。
DS18B20为加强型单总线数字温度传感器，内部集成了A/D转换和旌旗灯号处理体系，经由过程单线总线直截了当将温度值旌旗灯号传到单片机。
可测量的温度旌旗灯号为－55℃～＋125℃，可编程设计9~12位的辨论率，最小精度为0.0625度，占用单片机的资本少，应用起来极为便利。
综上所述，选择筹划二。
2.5时钟模块的选择
计整洁：
采取DS1302等外部时钟芯片为时钟源，供给时钟的及时显示。
采取DS1302时钟芯片，须要将DS1302时钟芯片的操纵端接在单片机的两个端口上，经由过程读端口地址才能实现时钟显示，同时掉落电后主动复位，没有经历功能。
筹划二：
采取ARM2103内部的实不时钟RTC。
可选择应用外部晶振和自力电源供电，为体系供给精确的时刻和日期信息，同时实不时钟（RTC）供给一套计数器在体系上电和封闭操作时对时刻进行测量。
LPC2101/02/03的RTC时钟可由自力的32.768kHz振荡器或基于VPB时钟的可编程预分频器来供给,可实现掉落电爱护功能。
综上所述，采取筹划二。
2.6模数转换器的选择：
计整洁：
采取EasyARM内带的10位A/D转换模块，虽不需扩大外围电路，但其精度较小，不克不及达到标题要求。
筹划二：
采取12位的7135A/D转换，但因其外围电路比较复杂，受干扰较大年夜，操作比较苦恼。
筹划三：
在全然部分采取7705，发挥部分采取20位的ADS1230。
AD7705是16位转换器，能够接收直截了当来自传感器的低电平的输入旌旗灯号。
ADS1230集成了板载低噪声可编程增益放大年夜器（PGA）及振荡器等部件，为精确的模数转换供给了前端解决筹划，具有简单的引脚驱动操纵和双线数字接口，受干扰小。
综上所述，采取筹划三。
2.7掉落电储备的选择：
计整洁：
采取SD卡进行掉落电储备。
SD卡是分扇区存取数据，读取数据时须要确信每个扇区的字节数、每簇所占的扇区数、储存扇区和隐藏扇区等，读写格局比较复杂，不易实现。
筹划二：
采取铁电24C512进行储备。
铁电储备时，读写速度快，比传统储备器快5000倍，功率消费小100倍，可擦写次数可达1万亿次以上，具有超低功耗，FRAM的静态工作电流小于10μA，读写电流小于150μA。
本设计要求储备量不大年夜，64K铁电储备器足以知足体系要求，同时铁电储备器读写简单。
综上所述，采取筹划二。
2.8储备器存取算法的选择：
电子秤体系要求包含大年夜量的商品数据，是以一个大年夜的储备空间和一个好的存取算法对全部体系的功能和速度都邑产生举足轻重的阻碍。
计整洁：
所有的商品数据都在法度榜样初始化时导入静态RAM。
实际情形是商品的而储备数据量会比较大年夜，而体系是必须要求必定的客栈空间和其它数据空间。
如许既不克不及知足标题要求，又占据了大年夜量的体系资本。
筹划二：
参考Windows体系的内存治理算法，采取了一种动态的SRAM分派筹划。
体系在商品输入时将最常用的10条商品信息储备在铁电的最低地址处，在体系初始化时将这些信息导入SRAM，同时设立一个容量为10的数组，作为各类商品的计数。
商品发卖一次，对应的计数增长一次。
当指定的商品不在SRAM中时，才查询铁电储备中响应的信息，用它来置换商品发卖计数数组数值最小的一个对应的SRAM空间，既节约了SARM空间，又解决了体系信息量大年夜而内存相对较小的抵触。
综合比较，采取筹划二。
2.9语音播报单位的选择：
为凸起人道化设计，在体系中增长了语音模块。
计整洁：
采取分立元件构成的语音录放电路。
经由话筒输入、放大年夜滤波电路、A/D转换、数据储备等过程进行灌音，放音时经由D/A转换、带通滤波、功率放大年夜，经扬声器输出。
这种设计的长处是设计灵活，缺点是电路复杂，操纵不便利，同时因为储备时的紧缩造成音质一样，受干扰情形比较严峻。
筹划二：
采取集成可录放语音芯片ISD4004。
具有8kb的储备空间，单片可录放8至16分钟语音，内置微操纵器串行通信接口，采取多电平直截了当仿照量储备计数，每个采样值直截了当储备在片内闪耀储备器中，能够或许专门真实、天然的再现语音、音乐、音调和后果声，幸免了一样固体灌音电路因量化和紧缩造成的量化噪声和“金属声”。
采样频率可达8KHz，音质好，放音腻滑，无需外加储备器。
接口为SPI总线接口，操纵便利。
综合比较，采取筹划二。
2.10压力传感器的选择：
计整洁：
采取金属应变式压力传感器。
因为它存在迟滞、蠕变及温度机能差等缺点，其应用处合受到了专门大年夜的限制。
筹划二：
采取悬臂梁应变片式全桥压力传感器。
压阻式传感器是将应变计粘贴在弹性敏锐元件上，以恰当的方法构成电桥，从而将物体的质量转换成电旌旗灯号。
将被测物体的压力转换为弹性体的应变值，并同步的转换为电阻值的变更。
综上比较，采取筹划二。
2.11电压模块的选择
计整洁：
用通俗三端稳压器稳压，再经由过程运放处理获得0~2V的电压，因为通俗电源不稳固，经三端稳压器后波动仍旧专门大年夜。
筹划二：
选择晶体管设计恒流源，5V恒流源串联电位器分压，经由过程改变可变电位器阻值的大年夜小来获得响应的电压，硬件电路比较轻易实现，精度较好。
综上比较，采取筹划二。
三、体系的具体设计与实现：
3.1液晶显示模块接口设计:
因串行数据对时序要求比较严格，为简单起见，本设计采取并行数据传输。
引脚“VR”和“V0”之间接可变电阻（0～10千欧），一端接VR，调剂端接V0,另一端悬空；可变电阻需调到显示区域的底色方才显示出来为止。
当PSB脚接高电时（模块后头S／P的短路电阻在“P”侧），模块将进入并行传输模式；主操纵体系合营（RS，RW，E，DB0~DB7）来完成传输动作。
接线图见附页一图1。
3.2键盘输入模块：
采取了技巧成熟的标准PS/2键盘，MCU经由过程PS/2串行协定进行信息通信，实现各个预设功能，并能完成商品名的汉字输入。
在进行数据同步串行协定时，每次数据线上发送一位数据同时每在时钟线上发送一个脉冲就被读入。
主机对总线有操纵权，能够经由过程将Clock线置低电平来禁止PS/2设备与主机的通信，同时将总线初始化。
当PS/2设备要向主机发送信息时，必须先检查Clock线是否为高电平，假如不是高电平则说明主机禁止PS/2设备向它发送数据。
这时PS/2设备要一向比及Clock旌旗灯号线变为高电平才能向主机发送数据。
PS/2发送数据的时序及键盘硬件接口图见附页一图2、3、4。
3.3DS18B20测温模块：
DS18B20数字温度计供给9位（二进制）温度读数，指导器件温度。
从主机CPU到DS18B20仅须要一条线。
DS18B20的电源能够由数据线本身供给而不须要外部电源。
测量范畴从-从-55℃到+125℃，增量值为0.5℃，可在1s内把温度变换成数字。
I/O线上不要求强的上拉电阻，总线上主机不须要向上连接便在温度变换时代使线保持高电平，许可了变换时代内其它数据在单线上的传送。
接线图见附页一图5。
3.4电压源仿照称重模块：
电压源称重模块选择晶体管设计恒流源，5V恒流源串联电位器分压，经由过程改变可变电位器阻值的大年夜小来获得响应的电压，硬件电路比较轻易实现，精度较好。
电位器对电压进行调剂，使其在0~2V之间连续可调并输出，以仿照称重传感器输出的旌旗灯号源。
3.5压力传感器
传感器采取悬臂梁式应变片传感器，全桥均贴应变片以进步测量精度。
弹性体（弹性元件，敏锐梁）在外力感化下产生弹性变形，使粘贴在其别处的电阻应变片（转换元件）也相伴产生变形，它的阻值将产生变更，再经响应的测量电路把电阻变更转换为电旌旗灯号，从而完成了将外力变换为电旌旗灯号的过程。
内部道理图如左图：
称重传感重视要由弹性体、电阻应变片电缆线等构成，内部线路采取惠更斯电桥，当弹性体遭受载荷产生变形时，输出旌旗灯号电压可由下式给出：
3.5打印机电路模块：
采取热敏式通用打印机，该打印机采取了通用25帧并行接口。
个中STB为数据选通脉冲，上升沿时读入数据。
ACK为应答脉冲，低表示已接收；BUSY为忙线，高表示打印机忙，不克不及接收数据。
DATA1～DATA8为并行数据输入端口。
因为并行接口占用大年夜量I/O口线资本，打印机是慢速外设，对数据传输速度要求专门低，是以采取74HC595进行串并行转换节约管脚资本。
电路连接图见附页一图6。
3.6语音播报模块
ISD4004的音频输出端（AUDOUT）是供给音频输出，可驱动5千欧的负载。
在串行输入端，主控器在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供ISD输入。
而关于串行输出端，当ISD未被选中时，是呈高阻态的。
ISD的时钟输入端，由主操纵器产生，用于同步MOSI和MISO的数据传输。
数据在SCLK上升沿锁存到ISD，在降低沿移出ISD。
电路连接图见附页一图7。
3.7A/D转换模块
全然部分采取可调直流电源输出电压仿照称重旌旗灯号源，并采取双通道全差分仿照输入的AD7705进行A/D转换。
DIN和DOUT接上拉电阻后DOUT接P0.1最为数据输出。
SCLK接P0.0最为时钟旌旗灯号口。
发挥部分采取高精度的ADS1230，所有特点均由专用引脚操纵。
该器件可经由过程易于隔离的串行接口输出数据。
硬件接线时，ADS1230的为复位端，经由过程软件给以响应的脉冲，SCLK为脉冲端，与EasyARM2103的一个口相接。
/DRDY/DOUT为数据口，当SCLK端有精确时序时稀有据输出，硬件图见附页一图8、9。
四、体系软件设计
软件设计采取模块化设计，每一个模块对应一个流程图，各个模块之间再进行耦合，比较轻易修改爱护。
键盘、打印机和语音播报等采取中断方法，加快了法度榜样的履行速度。
部分法度榜样流程图见附页二。
五、体系测试与调试
5.1测试仪器：
PC机、示波器、万用表UT60B、数字电压源CA18303D、数字式万用表DS1102C、H-JTAG仿真器
5.2测试方法
（1）各个模块进行测试，关于设计的每一个模块都要进行零丁测试；
（2）试完全相符要求后再进入下一个模块的开创设计。
先后开创测试模块有：
液晶显示模块、时钟模块、打印机模块、PS/2键盘输入模块、DS18B20测温模块、ISD4004语音播报模块、24C512储备器读写模块、0-2V电源调剂模块、AD转换及测量重量模块；体系整合落后行了整机测试，经由过程赓续的修改和调试，最终获得完全相符要求的体系
5.3测试内容：
1.开机后界面为当前时刻和温度显示。
掉落电后因为掉落电储备，时钟仍能够或许保持运行，确保任何时刻开机都可明白当前时刻，无需再次调剂；经由过程18B20测量当前温度值，与实际温度计测量相差不大年夜。
功能键NumLock可实现显示界面与售货界面的切换。
2.进入售货界面后，测量称重的精度。
AD测试误差操纵在+/-0.01%内；数据精确到0.5g；数据处理完全知足体系要求，总价金额误差小于0.01元。
同时数据稳准时刻小于2S
3.商品信息能够手动输入，也可按数字键0~9分别调取10种不合的商品单价。
4.可经由过程汉字输入在铁电中储备100种商品信息和100组购物信息，并能够随时调取个中一组。
5.当按下打印功能键，打印机工作，打印小票包含日期、时刻、购物信息、收银员编号、流水号等信息。
6.打印时能够选择是否须要语音播报。
功能键按下时进行语音播报。
7.用功能键操纵去皮和累加功能，可在售货时随时拔取。
5.4测试数据：
测量次数
砝码重量
克己电子秤称得重量
误差值
1
5g
5.3g
0.3
2
10g
10.1g
0.1
3
20g
20.3g
0.3
4
50g
49.9g
-0.1
5
100g
99.8g
-0.2
6
200g
200.1g
0.1
7
500g
499.8g
-0.2
8
1000g
1000.2g
0.2
9
5kg
5000.1g
0.1
10
10kg
10000.2g
0.2
5.5误差分析：
从上述测试数据来看，体系存在必定的误差。
因为传感器和其他器件本身并非幻想线性，传感器在必定程度上受情形温度的阻碍法度榜样中对实测数据进行了线性补偿。
经校准，非线性补偿后，误差已全然达到要求。
5.6各个按键及功能说明：
（1）功能切换键Numlock：
法度榜样进行后默认为时刻显示界面，按一下Numlock可进入售货界面，再按则从新进入默认界面。
（2）时刻修改功能键“/”：
当在时刻界面时按此键，可进行时刻的修改，手动输入当前时刻并回车确认即可。
（3）F1、F2中英文切换键：
在商品储备界面，能够按数字键输入商品价格，并可经由过程F1和F2实现中英文的切换。
现在按“/”能够进行换行。
（4）售货称重界面：
在此界面可经由过程按“/”键在手动输入单价与预存单价之间切换，手动输入0-9通俗数字调取十种预存单价
（5）“+”累计价格功能键：
按下此键可进行本次售后的总额运算并累计。
本次售货完毕时，按ENTER键打印本次售货清单记录储存。
（6）“1”功能键：
若须要调取前100种售货清单，可按下此键。
六、停止语
在师长教师的辛劳指导下，经由四天的困难奋战，我们最终不只完成了本次大年夜赛标题标全然要求，同时完成了发挥部分。
全然部分：
液晶显示屏的后果专门好，亮度适中，无闪耀现象，及时显示所称商品重量和情形温度。
PS/2键盘输入稳固，可设置商品单价、进行功能切换。
发挥部分：
成功实现了实不时钟显示和掉落电爱护。
扩大了高精度A/D转换器进行称重，测量误差小，数据稳固。
能预存10种商品信息和单价，能够储存100组购物清单并显示，数据具有掉落电储存。
并可实现商品信息的汉字输入和购物清单的打印。
别的，为体系添加了具有特点的语音播报功能。
本次竞赛，我们充分发挥了团队的合作精力，才顺利完成了设计。
因此过程是困难的，但却加强了我们的分析问题、解决问题的才能和实践才能，使我们受益匪浅。
参考文献：
[1]全国大年夜学生电子设计竞赛组委会。
《全国大年夜学生电子设计竞赛获奖作品选编》
[2]周建功等。
《ARM嵌入式体系差不多教程》.北京:
航空航天大年夜学出版社
[3]周建功单片机成长.《LPC2101/2102/2103应用指南》
[4]周建功单片机成长.《EasyARM2103教材》
[5]谭浩强.《C说话法度榜样设计（第二版）》.清华大年夜学出版社
[6]李正军编著.《运算机操纵体系》机械工业出版社
[7]胡汉才编著.《微型运算机道理及接口技巧》清华大年夜学出版社
[8]电子技巧差不多仿照部分（第四版）.康华光.高等教诲出版社1998
[9]电子技巧差不多数字部分（第四版）.康华光.高等教诲出版社1998
附页1：
图1：
LCM128645ZK硬件道理图
图2：
PS/2引脚连接如下所示（采取Female格局）
图3：
PS/2键盘读取时序图
图4：
键盘硬件图
图5：
DS18B20测温模块硬件电路图
图6：
打印机模块硬件电路图
图7：
语音播放电路
图8：
ADS1230接线图
图9：
AD7705接线图
附页二：
打印机打印流程图LCD显示流程图
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