智能電子稱設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

題目智能電子秤設(shè)計(jì)第一章功能說(shuō)明本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，為了更好地采用模塊化設(shè)計(jì)法，分步設(shè)計(jì)了各個(gè)單元功能模塊。系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)部分、數(shù)據(jù)采集部分、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源四大部分。最小系統(tǒng)部分主要包括AT89S52和擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器，信號(hào)的前期處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，包括運(yùn)算放大器AD620和A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135；人機(jī)界面部分為鍵盤輸入，四位LED數(shù)碼顯示器，可以直觀的顯示重量的具體數(shù)字以及方便的輸入數(shù)據(jù)，使用方便；系統(tǒng)電源以LM317和LM337為核心設(shè)計(jì)電路以提供系統(tǒng)正常工作電源。系統(tǒng)的軟件部分應(yīng)用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了該設(shè)計(jì)的全部控制功能。該電子秤可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能（稱重范圍為09999KG，重量誤差不大于0005KG）,并發(fā)揮部分的顯示購(gòu)物清單的功能，可以設(shè)置日期和設(shè)定十種商品的單價(jià)，還具有超量程和欠量程的報(bào)警功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能齊全，精度高，具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。稱重傳感器原理即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。對(duì)稱重傳感器的基本要求是輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要?。荒茉谳^差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。傳感器下的定義是“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。其中敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。此外傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占電子秤整機(jī)誤差的5070。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們?cè)O(shè)計(jì)電子秤時(shí)，正確地選用稱重傳感器非常重要。稱重傳感器的種類很多，根據(jù)工作原理來(lái)分常用的有以下幾種電阻應(yīng)變式、電容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。（本設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變式）電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件利用它將被測(cè)的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是電阻應(yīng)變計(jì)它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電阻應(yīng)變片所感受的機(jī)械應(yīng)變量一般為106102，隨之而產(chǎn)生的電阻變化率也大約在106102數(shù)量級(jí)之間。這樣小的電阻變化用一般測(cè)量電阻的儀表很難測(cè)出，必須采用一定形式的測(cè)量電路將微小的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來(lái)。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中通過(guò)橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖如圖21所示載荷P應(yīng)變電阻變化R輸出電壓如圖22電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖當(dāng)傳感器不受載荷時(shí)，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時(shí)，即彈性敏感元件受載荷P時(shí)，應(yīng)變片就會(huì)發(fā)生變形，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。如圖23橋式測(cè)量電路R1、R2、R3、R4為4個(gè)應(yīng)變片電阻，組成了橋式測(cè)量電路，RM為溫度補(bǔ)償電阻，E為激勵(lì)電壓，V為輸出電壓。若不考慮RM，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為VER4321由于橋臂的起始電阻全等，即R1R2R3R4R，所以V0。當(dāng)應(yīng)變片的電阻R1、R2、R3、R4變成RR1、RR2、RR3、RR4時(shí)，電橋的輸出電壓變?yōu)閂ERR4321通過(guò)化簡(jiǎn)，上式則變?yōu)槊舾性?yīng)變片測(cè)量電橋V4ERR4321也就是說(shuō)，電橋輸出電壓的變化與各臂電阻變化率的代數(shù)和成正比。如果四個(gè)橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同，且K，則上式又可寫成RV1234）4EK式中K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，為應(yīng)變量。上式表明，電橋的輸出電壓和四個(gè)轎臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個(gè)敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，R1、R3正值，R2、R4被壓縮，阻值減小，R2、R4為負(fù)值。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對(duì)值相同，即R1R3R或13R2R4R或24因此，V4EK。若考慮RM，則電橋的輸出電壓變成4KVERMR22KEEM令SU，則SUKV2SU稱為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。對(duì)于一個(gè)高精度的應(yīng)變傳感器來(lái)說(shuō)，僅僅靠4個(gè)應(yīng)變片組成橋式測(cè)量電路還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。由于彈性梁材料金相組織的不均勻性及熱處理工藝、應(yīng)變片性能及粘貼工藝、溫度變化等因素的影響，傳感器勢(shì)必產(chǎn)生一定的誤差。為了減少傳感器隨溫度變化產(chǎn)生的誤差，提高其精度和穩(wěn)定性，需要在橋路兩端和橋臂中串入一些補(bǔ)償元件。如初始不平衡值的補(bǔ)償、零載輸出溫度補(bǔ)償、輸出靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)?。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)21電子秤設(shè)計(jì)的要求1稱重范圍不超過(guò)9999KG2測(cè)量精度0005KG3顯示方式LCD顯示所稱量的物品重量，同時(shí)還可顯示物品的名稱，數(shù)量，單價(jià)，金額和所有物品的總金額。4使用操作鍵盤輸入數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)單方便。5特殊功能具有去皮功能以及能將金額累加計(jì)算；當(dāng)物品重量超過(guò)電子秤量程，即過(guò)載情況或者是物品重量小于A/D轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換的最小精度，即欠量程的時(shí)候，具有超重報(bào)警功能。22電子秤設(shè)計(jì)的基本思路將電子秤大致能劃分為三大部分，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊和人機(jī)交互界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成對(duì)該數(shù)字量的處理，驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。此外添加了一個(gè)過(guò)載、欠量報(bào)警提示的特殊功能。如圖21（上圖為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖）23單片機(jī)的選型AT89S52單片機(jī)是AT89S系列中的增強(qiáng)型高檔機(jī)產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲(chǔ)器容量是AT89S51的一倍，即片內(nèi)8KB的FLASH程序存儲(chǔ)器和256B的RAM。另外，它還增加了一個(gè)功能極強(qiáng)的、具有獨(dú)特應(yīng)用的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器2等多種功能。在工程應(yīng)用中AT89S52有一顯著的優(yōu)勢(shì)不需要燒寫器，只借助PC機(jī)的并口輸出和極為簡(jiǎn)單的下載電路，便可將程序通過(guò)串行方式寫入單片機(jī)。并且下載電路可設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，可以隨時(shí)修改單片機(jī)的軟件而不對(duì)硬件做任何改動(dòng)。由此，通過(guò)對(duì)目前主流型號(hào)的比較，我們最終選擇了AT89S52通用的普通單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。AT89S52是一種兼容MCS51微控制器，工作電壓40V到55V，全靜態(tài)時(shí)鐘0HZ到33MHZ，三級(jí)程序加密，32個(gè)可編程I/O口，2/3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6/8個(gè)中斷源，全雙工串行通訊口，低功耗支持IDLE和POWERDOWN模式，POWERDOWN模式支持中斷喚醒,看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。另外在外擴(kuò)展了32K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以滿足系統(tǒng)要求。24A/D轉(zhuǎn)換器介紹A/D轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流成與它成正比的數(shù)字量，也就是說(shuō)能把被控對(duì)象的各種模擬信息變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。A/D轉(zhuǎn)換器種類較多，從原理上可分為四種雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、并行A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器及型A/D轉(zhuǎn)換器。在電子秤的設(shè)計(jì)中用的比較多的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器和型A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分ADC的基本原理是對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。如圖26所示是電子秤中常用的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換電路，它由積分器、比較器、模擬電子開(kāi)關(guān)，積分電阻、積分電容、自動(dòng)回零電阻、電容組成。其中VG是模擬地，VFR是基準(zhǔn)電壓（相對(duì)于VG為負(fù)值），VX是檢測(cè)電壓。如圖26雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路其次雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)正負(fù)對(duì)稱的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì)50HZ的工頻干擾抑制能力特強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）也具有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對(duì)濾波電路的要求。作為電子秤，系統(tǒng)對(duì)AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強(qiáng)的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價(jià)格。最終選擇了精度為10KG/2000005G的ICL7135。25鍵盤輸入鍵盤輸入是人機(jī)交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。鍵盤是由若干個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)斷開(kāi)。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤接口信號(hào)是輸入信號(hào)。ZLG7289是周立功單片機(jī)公司設(shè)計(jì)的串行輸入輸出可編程鍵盤顯示芯片，有強(qiáng)大的鍵盤顯示功能，支持64鍵控制，可以比較方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)。另外ZLG7289內(nèi)部有譯碼電路，大大簡(jiǎn)化了程序。最終選擇ZLG7289作為鍵盤掃描顯示芯片。26輸出顯示采用可以設(shè)置顯示單價(jià)，金額，中文，購(gòu)物日期等的LCD，它具有低功耗、可視面大、畫面友好及抗干擾能力強(qiáng)等功能，其顯示技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。LCD顯示器的工作原理液晶顯示器的主要材料是液態(tài)晶體。它在特定的溫度范圍內(nèi)，既具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的某些光學(xué)特性，其透明度和顏色隨電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光照度等外界條件變化而變化。因此，用液晶做成顯示器件，就可以把上訴外界條件的變化反映出來(lái)從而形成現(xiàn)實(shí)的效果。雖然ZLG7289具有控制數(shù)碼管顯示的功能，但考慮到本題目要求中文顯示，數(shù)碼管無(wú)法滿足，只能考慮用帶有中文字庫(kù)的液晶顯示器。由于可以分頁(yè)顯示，無(wú)需太大屏幕，最終選擇點(diǎn)陣式12864型LCDOCM4X8C。第三章硬件設(shè)計(jì)與制作31AT89S52芯片AT89S52單片機(jī)是ATMEL公司新近推出的高檔型AT89S系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品。ATMEL公司是美國(guó)20世紀(jì)80年代中期成立并發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體公司。該公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于推出FLASH存儲(chǔ)器技術(shù)和高質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)，它率先將獨(dú)特的FLASH存儲(chǔ)技術(shù)注入于單片機(jī)產(chǎn)品中。其推出的AT89系列單片機(jī)，在世界電子技術(shù)行業(yè)中引起了極大的反響，在國(guó)內(nèi)也受到廣大用戶歡迎。AT89S52是一個(gè)低功耗,高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBYTESISPINSYSTEMPROGRAMMABLE的可反復(fù)擦寫1000次的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S52具有如下特點(diǎn)40個(gè)引腳，8KBYTESFLASH片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0HZ，并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性見(jiàn)下表兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫1000次）ISPFLASHROM32個(gè)雙向I/O口4555V工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率033MHZ全雙工UART串行中斷口線256X8BIT內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針如表31AT89S52功能引腳封裝如下圖所示如圖31AT89S52的引腳圖32主控電路的設(shè)計(jì)P1口和P20P26口作為地址總線，其中P1口作為低地址線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，P20P26口做高地址線。P27作為62256的片選控制總線，ALE接鎖存器74LS373的使能端。P36和P37作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫/讀選通信號(hào)輸出端分別接62256的/WE和/OE端。主控電路圖如下如圖32主控電路設(shè)計(jì)圖33信號(hào)處理電路以下為濾波放大電路圖如圖33信號(hào)濾波放大圖上圖中電容C5、C6用來(lái)濾除采樣信號(hào)電壓中的高頻噪聲，選用01UF的普通獨(dú)石電容；電容C7、C84用來(lái)濾除采樣信號(hào)電壓中的低頻噪聲，選用22UF的普通獨(dú)石電容。電阻R3、R4選用較小的阻值，因?yàn)椴蓸有盘?hào)電壓值只有毫伏級(jí)，所以其阻值不宜太大，否則導(dǎo)致放大器由于輸入電流太小而放大效果不明顯。微弱信號(hào)VI1和VI2被分別放大后從AD620的第6腳輸出。A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的輸入電壓變化范圍是2V2V，傳感器的輸出電壓信號(hào)在020MV左右，因此放大器的放大倍數(shù)在200300左右，可將R9接成1K的滑動(dòng)變阻器。由于ICL7135對(duì)高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對(duì)工頻及其低次諧波引入的干擾。因?yàn)閴毫π盘?hào)變化十分緩慢，所以濾波電路可以把頻率做得很低。圖中的LM741的輸出端與AD620的地端相連，LM741的2腳與6腳相連構(gòu)成電壓跟隨器，R15與正負(fù)電源相接，通過(guò)改變R15的阻值可使VO與RET之間的壓差變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)零、去皮的功能。ICL7135與單片機(jī)的接口在讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果時(shí)，選用數(shù)據(jù)選擇器作為數(shù)據(jù)讀取的控制器，這樣簡(jiǎn)化了ICL7135與單片機(jī)的接口電路，便于硬件設(shè)計(jì)與軟件編程的實(shí)現(xiàn)。在ICL7135進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后輸出的/STRB負(fù)脈沖引起AT89S52中斷。同時(shí)在第一個(gè)/STB負(fù)脈沖時(shí)由軟件將P17口置0，因而使S0，使74LS157的Y（1Y，2Y，3Y，4Y）A（4A，3A，2A，1A）。AT89S52讀P10P13口便讀得BCD碼，此時(shí)D51。此后，D4，D3，D2，D1輪流為“1”，即可讀得千位、百位、十位和個(gè)位的BCD碼。前端信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)如下圖如圖34信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換圖ICL7135的輸出時(shí)序圖如圖35輸出時(shí)序圖在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后立即更新輸出鎖存器并不斷地掃描輸出BCD碼。在A/D轉(zhuǎn)換期間BUSY為低電平，轉(zhuǎn)換完畢后BUSY變?yōu)楦唠娖?。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后立刻順序并連續(xù)不斷地輸出位驅(qū)動(dòng)信號(hào)D5、D4、D3、D2、D1（均為正脈沖）。當(dāng)D5為高電平時(shí)，B8、B4、B2、B1是萬(wàn)位BCD碼。同樣當(dāng)D4為高電平時(shí)，B8、B4、B2、B1是千位BCD碼。同理D3、D2、D1為正脈沖時(shí)各對(duì)應(yīng)百、十、個(gè)位的BCD碼。在A/D轉(zhuǎn)換完畢后，還連續(xù)輸出5個(gè)/STB負(fù)脈沖，它們分別位于D5、D4、D3、D2、D1正脈沖的中間，脈沖寬度為T/2。在設(shè)計(jì)時(shí)，還考慮過(guò)使用另一種接口電路，它巧妙地運(yùn)用了ICL7135地“BUSY”端功能，只要一個(gè)I/O口和單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器就可把ICL7135的數(shù)據(jù)送人單片機(jī)，可以節(jié)省大量的單片機(jī)資源，減小系統(tǒng)的體積。原理如下“BUSY”輸出端（ICL7135的21腳）高電平的寬度等于積分和反積分時(shí)間之和。ICL7135內(nèi)部規(guī)定積分時(shí)間固定為10001個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間，反積分時(shí)間長(zhǎng)度與被測(cè)電壓的大小成比例。如果利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)ICL7135的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，利用“BUSY“作為計(jì)數(shù)器門控信號(hào)，控制計(jì)數(shù)器只要在BUSY為高電平時(shí)計(jì)數(shù)，將這段BUSY高電平時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)的內(nèi)容減去10001，其余數(shù)等于被測(cè)電壓的數(shù)值。33人機(jī)交互界面模塊設(shè)計(jì)331鍵盤輸入控制電路如表32ZLG7289引腳說(shuō)明引腳號(hào)名稱說(shuō)明1，2VDD正電源3，5NC懸空4VSS接地6/CS片選輸入端此引腳為低電平時(shí)可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)7CLK同步時(shí)鐘輸入端向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效8DATA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端當(dāng)芯片接收指令時(shí)此引腳為輸入端當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)此引腳在讀指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?/KEY按鍵有效輸出端平時(shí)為高電平當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖?016SGSA段G段A驅(qū)動(dòng)輸出17DP小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出1825DIG0DIG7數(shù)字0數(shù)字7驅(qū)動(dòng)輸出26OSC2振蕩器輸出端27OSC1振蕩器輸入端28/RESET復(fù)位端低電平有效SPI串行接口工作方式介紹ZLG7289采用串行方式與微處理器通訊,串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?，DATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入ZLG7289的緩沖寄存器。ZLG7289的指令結(jié)構(gòu)有三種類型1、不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為8個(gè)BIT即微處理器需發(fā)送8個(gè)CLK脈沖；如圖36純指令時(shí)序圖2、帶有數(shù)據(jù)的指令寬度為16個(gè)BIT即微處理器需發(fā)送16個(gè)CLK脈沖；如圖37帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序圖3、讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令寬度為16個(gè)BIT，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到ZLG7289的指令，后8個(gè)BIT為ZLG7289返回的鍵盤代碼，執(zhí)行此指令時(shí)ZLG7289的DATA端在第9個(gè)CLK脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接收下一個(gè)指令。圖38讀鍵盤指令時(shí)序圖下圖為電路圖圖39鍵盤接口圖圖中P15口接/CS；P16口接CLK；P10口接DIO；P32口接/KEY，利用中斷0通知AT89S52讀數(shù)。鍵盤控制芯片ZLG7289控制鍵盤的掃描，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有鍵按下后ZLG7289的9腳便產(chǎn)生一個(gè)低電平通知單片機(jī)，單片機(jī)可以采用查詢或者中斷方式將數(shù)據(jù)通過(guò)P30口以串行方式讀入。因?yàn)椴樵兎绞綍?huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，所以本系統(tǒng)采用的是中斷方式。2、參數(shù)選擇參考如下8只下拉電阻和8只鍵盤連接位選線DIG0DIG7的8只位選電阻應(yīng)遵從一定的比例關(guān)系，下拉電阻應(yīng)大于位選電阻的5倍而小于其50倍，典型值為10倍，下拉電阻的取值范圍是10K100K，位選電阻的取值范圍是1K10K。所以取上拉電阻為10K，下拉電阻為100K。ZLG7289需要一外接晶體振蕩電路供系統(tǒng)工作,其典型值分別為F16MHZC15PF。實(shí)際使用時(shí)取F12MHZ，C15PF。332LCD顯示電路OCM4X8C是具有串/并接口，其內(nèi)部含有中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。該模塊的控制/驅(qū)動(dòng)器采用臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司的ST7920，因而具有較強(qiáng)的控制顯示功能。OCM4X8C的液晶顯示屏為12864點(diǎn)陣，可顯示4行、每行8個(gè)漢字。為了便于簡(jiǎn)單、方便地顯示漢字，該模塊具2MB的中文字型CGROM，該字型ROM中含有8192個(gè)1616點(diǎn)陣中文字庫(kù)；同時(shí)，為了便于英文和其它常用字符的顯示，具有16KB的168點(diǎn)陣的ASCII字符庫(kù)；為便于構(gòu)造用戶圖形，提供了一個(gè)64256點(diǎn)陣的GDRAM繪圖區(qū)域，且為了便于構(gòu)造用戶所需字型，提供了4組1616點(diǎn)陣的造字空間。利用上述功能，OCM4X8C可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示。為便于和多種微處理器、單片機(jī)接口，模塊提供了4位并行、8位并行、2線串行、3線串行多種接口方式。該模塊具有27V55V的寬工作電壓范圍，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可滿足系統(tǒng)各種工作電壓及便攜式儀器低功耗的要求。液晶模塊顯示負(fù)電壓，也由模塊提供，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。模塊同時(shí)還提供LED背光顯示功能。除此之外，模塊還提供了畫面清除、游標(biāo)顯示/隱藏、游標(biāo)歸位、顯示打開(kāi)/關(guān)閉、顯示字符閃爍、游標(biāo)移位、顯示移位、垂直畫面旋轉(zhuǎn)、反白顯示、液晶睡眠/喚醒、關(guān)閉顯示等操作指令。如表33引腳功能說(shuō)明電路圖中PSB接低電平，進(jìn)入串行接口模式；串行數(shù)據(jù)線SID接P31口；串行時(shí)鐘線SCLK接P16；RS固定接高電平。此為典型二線串行模式。字符顯示RAM地址與字符顯示位置關(guān)系如表34RAM地址與字符顯示位置關(guān)系80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH2/3線串行接口方式當(dāng)模塊的PSB腳接低電平時(shí)，模塊即進(jìn)入串行接口模式。串行模式使用串行數(shù)據(jù)線SID與串行時(shí)鐘線SCLK來(lái)傳送數(shù)據(jù)，即構(gòu)成2線串行模式。OCM4X8C還允許同時(shí)接入多個(gè)液晶顯示模塊以完成多路信息顯示功能。此時(shí)，要利用片選端“CS”構(gòu)成3線串行接口方式，當(dāng)“CS”接高電位時(shí)，模塊可正常接收并顯示數(shù)據(jù)，否則模塊顯示將被禁止。通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)僅使用一個(gè)液晶顯示模塊時(shí)，“CS”可連接固定的高電平。引腳號(hào)名稱說(shuō)明1VSSGND（0V）2VDD邏輯電源（5V）3V0LCD電源（懸空）4RS（CS）H數(shù)據(jù)，L指令5R/W（SID）H讀，L寫6E（SCLK）使能7DB0數(shù)據(jù)08DB1數(shù)據(jù)19DB2數(shù)據(jù)210DB3數(shù)據(jù)311DB4數(shù)據(jù)412DB5數(shù)據(jù)513DB6數(shù)據(jù)614DB7數(shù)據(jù)715PSBH并行，L串行16NC空腳17RST復(fù)位（低電平有效）18NC空腳19LEDA背光源正極（LED5V）20LEDK背光源負(fù)極（LED0V）模塊2線串行工作操作時(shí)序如下圖所示如圖3102線串行時(shí)序圖由圖312可以看出，單片機(jī)與液晶模塊之間傳送1字節(jié)的數(shù)據(jù)共需24個(gè)時(shí)鐘脈沖。首先，單片機(jī)要給出數(shù)據(jù)傳輸起始位，這里是以5個(gè)連續(xù)的“1”作數(shù)據(jù)起始位，如模塊接收到連續(xù)的5個(gè)“1”，則內(nèi)部傳輸被重置并且串行傳輸將被同步。緊接著，“RW”位用于選擇數(shù)據(jù)的傳輸方向（讀或?qū)懀?，“RS”位用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定為“0”。在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1個(gè)字節(jié)后，下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令將被分為2個(gè)字節(jié)來(lái)串行傳送或接收。數(shù)據(jù)或指令的高4位，被放在第2個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)的高4位，其低4位則置為“0”；數(shù)據(jù)或指令的低4位被放在第3個(gè)字節(jié)的高4位，其低4位也置為“0”，如此完成一個(gè)字節(jié)指令或數(shù)據(jù)的傳送。需要注意的是，當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)或指令要傳送時(shí)，必須要等到一個(gè)指令完成執(zhí)行完畢后再傳送下一個(gè)指令或數(shù)據(jù)，否則，會(huì)造成指令或數(shù)據(jù)的丟失。這是因?yàn)橐壕K內(nèi)部沒(méi)有發(fā)送/接收緩沖區(qū)。34報(bào)警電路的設(shè)計(jì)下圖為系統(tǒng)報(bào)警電路原理圖，用于超載和欠量程提示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)發(fā)光二極管作為超載和欠量程指示燈，使系統(tǒng)更加完善。當(dāng)系統(tǒng)判斷為超載或欠量程時(shí)，ICL7135給輸出一個(gè)高電平信號(hào)OR（超載）或UR（欠量程），經(jīng)非門后形成低電平從而驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光提示。如圖311報(bào)警電路原理圖第四章軟件設(shè)計(jì)軟件流程圖及程序設(shè)計(jì)為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，程序設(shè)計(jì)采用自上而下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，把總的編程過(guò)程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。本設(shè)計(jì)按任務(wù)模塊劃分的程序主要有初始化程序、主程序，A/D轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序、鍵盤處理子程序。41初始化程序設(shè)計(jì)流程圖單片機(jī)系統(tǒng)上電后，進(jìn)入初始化程序，完成單片機(jī)片內(nèi)各模塊的設(shè)置和A/D轉(zhuǎn)換器的功能設(shè)置初始化，然后進(jìn)入主程序。如圖41初始化程序設(shè)計(jì)流程圖42主程序設(shè)計(jì)流程圖單片機(jī)完成初始化程序后進(jìn)入主程序，主程序主要完成對(duì)存儲(chǔ)參數(shù)的讀取，對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，鍵處理，顯示處理等。如圖42主程序設(shè)計(jì)流程圖42主程序設(shè)計(jì)及其相關(guān)程序設(shè)計(jì)421程序清單UINTMAX_WEIGHT/最大稱量UCHARDSEL/分度值UCHARDP/小數(shù)點(diǎn)FLOATBEILV/倍率ULONGZERO_SAVE/傳感器零位值BDFUINTCODENUM_TEN41,10,100,1000UCHARCODEADCOUNT242,4,5/數(shù)據(jù)處理進(jìn)平均次數(shù)UCHARCODETAB_DSEL41,2,5,10/分度值表/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9UCHARCODETAB0XB7,0X03,0XD6,0XC7,0X63,0XE5,0XF5,0X83,0XF7,0XE7,/A,B,C,D,E,F,暗,T,P0XF3,0X75,0XB4,0X57,0XF4,0XF0,0X00,0X40,0X74,0XF2,/H,L,O,J,R,N,U,I0X73,0X34,0X55,0X07,0X50,0X51,0X37,0X44,0X04,0X01/顯示位碼表/0,1,2,3,4,5,6UCHARCODEDIGIT0XFE,0XDF,0XEF,0XFD,0XFB,0XBF,0XF7/顯示位碼表SBITP_OEP21/顯示控制SBITP_LEP20SBITBUZ0P36/蜂鳴器SBITBUZ1P37/BITB_FOLLOW/啟動(dòng)零位跟蹤標(biāo)記BITB_SERIAL/串口發(fā)送完標(biāo)記BITB_FOLLOWDELAY/第一次不進(jìn)行零位跟蹤BITB_STEADY/穩(wěn)定標(biāo)記/VOIDDATATASKVOID/函數(shù)指針變量，接受下一步要做的任務(wù)UINTIDATAFENDUSHU/分度數(shù)UCHARWEIGHT_LED6/重量窗顯示緩存UCHARIDATATEMP_VARUCHARWEIGHT_DP/小數(shù)點(diǎn)位數(shù)UCHARFU_NUMBER/負(fù)號(hào)顯示位置UCHARWDCOUNT/穩(wěn)定計(jì)數(shù)UCHARADUP_COUNT/異常值計(jì)數(shù)UCHARADDCOUNT3/累加次數(shù)/EXTERNVOIDKEY_SCANVOID/按鍵掃描EXTERNVOIDWEIGHT_DISPVOID/重量計(jì)算，超載報(bào)警EXTERNVOIDSTART_SETVOID/單片機(jī)初始化設(shè)置EXTERNVOIDADCVOID/讀取AD值EXTERNVOIDAD_PROCESSORVOID/AD數(shù)據(jù)濾波處理EXTERNVOIDFUN_WEIGHTVOID/正常稱重狀態(tài)EXTERNVOIDBD_STARTVOID/重量或電壓標(biāo)定選擇EXTERNVOIDDY_DISPVOID/電壓顯示EXTERNVOIDLED_DISPULONGTEMP,UCHARNUMEXTERNUCHARGET_JIAOYANUCHARADDRESS,UCHARNUM/計(jì)算校驗(yàn)字EXTERNVOIDNEIMAVOIDVOIDDELAY60MSUCHARTIME/40MS延時(shí)VOIDFENDU_VALVOID/分度數(shù)運(yùn)算VOIDCHECK_CANSHUVOID/讀參數(shù)，并校驗(yàn)是否正確VOIDVER_DISPVOID/顯示版本號(hào)VOIDSEG_CHECKVOID/筆畫檢測(cè)/VOIDMAINVOIDSTART_SET/單片機(jī)初始化BEEP_TIME3/開(kāi)機(jī)鳴叫FLASH_NUM6/沒(méi)有閃爍位SPI_SYS/AD芯片初始化CHECK_CANSHU/讀參數(shù)，并校驗(yàn)是否正確IFBDFSHUDUVAL2/若是異常值，用默認(rèn)值BDFSHUDUVAL1ADDCOUNT34BDF_DP_TEMPBDFDP/保存小數(shù)點(diǎn)（標(biāo)定修改參數(shù)時(shí)用）BDF_DSEL_TEMPBDFDSEL/保存分度值（標(biāo)定修改參數(shù)時(shí)用）KEY_SCAN/標(biāo)定按鍵掃描SWITCHKEY_TEMP/功能鍵處理函數(shù)CASE0XC0B_BIAODING1TASKBD_STARTBREAK/DEFAULTBDFDP0VER_DISP/顯示版本號(hào)SEG_CHECK/筆畫檢測(cè)FENDU_VAL/分度數(shù)運(yùn)算ZERO_CURRENTAD_STEADY/保存當(dāng)前零位值TASKFUN_WEIGHTBREAKDO/主循環(huán)程序ADC/A/D采樣AD_PROCESSOR/數(shù)據(jù)處理ZERO_FOLLOW/零位跟蹤程序NEIMA/內(nèi)碼計(jì)算WEIGHT_DISP/重量顯示KEY_SCAN/按鍵掃描TASK/任務(wù)切換函數(shù)WHILE1/VOIDFENDU_VALVOID/分度數(shù)運(yùn)算UCHARIULONGTEMPTEMPULONGBDFMAX_WEIGHTNUM_TENBDF_DP_TEMPFENDUSHUTEMP/BDFDSELIFENDUSHU/3000IFI0I1HALF_SEL_BOUND5/BDFBEILV/半個(gè)分度的原始碼FOLLOW_BOUNDIHALF_SEL_BOUND/計(jì)算零位跟蹤時(shí)的原始碼，按3000分度TIME_WEIGHT200/VOIDVER_DISPVOID/顯示版本號(hào)及最大量程WEIGHT_LED07/7WEIGHT_LED11/1WEIGHT_LED22/2WEIGHT_LED317/WEIGHT_LED40/0WEIGHT_LED55/5FUN_LED0XFFDELAY60MS15/40MS延時(shí)BEEP_TIME3LED_DISPBDFMAX_WEIGHT,5/顯示最大量程WEIGHT_LED015/FDELAY60MS20/40MS延時(shí)42信號(hào)采樣與A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)產(chǎn)生新的A/D值與上一次值累加累加次數(shù)到N否取平均值遞推放入數(shù)組中新值與上一次穩(wěn)定值比較是否接近穩(wěn)定累加次數(shù)N增加提高精度重量送顯示返回A/D數(shù)據(jù)處理采用數(shù)組平均值法YYNN表示是上升過(guò)程表示是上升或下降A(chǔ)/D值變化不大如圖43信號(hào)采樣與A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)EXTERNUCHARCODEADCOUNT23EXTERNBITBAD/已產(chǎn)生AD值EXTERNBITB_WARNLEDEXTERNBITB_STEADYEXTERNBITB_UP_LASTEXTERNUCHARADUP_COUNTEXTERNULONGIDATAAD_STEADY/AD數(shù)據(jù)處理后的穩(wěn)定值EXTERNUCHARADD_COUNT/AD累加計(jì)數(shù)器EXTERNULONGIDATAADD_VAL/AD累加值EXTERNUCHARWDCOUNTEXTERNUCHARADUP_COUNT/AD異常值計(jì)數(shù)EXTERNUCHARADDCOUNT3EXTERNULONGIDATAUP_VALEXTERNULONGIDATAADVAL/AD芯片采樣值EXTERNULONGIDATALVBO6EXTERNUCHARIDATAFOLLOW_TIME/零位跟蹤時(shí)間EXTERNUCHARIDATATIME_WE