智能儀器設(shè)計(jì)

1、 前 言隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，智能化已經(jīng)成為我們生活的一部分。它是現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，許多嵌入式系統(tǒng)，電子技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的新技術(shù)被應(yīng)用于智能儀器儀表的設(shè)計(jì)，尤其是許多嵌入式系統(tǒng)的許多新理念極大的促進(jìn)了智能儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，智能儀器已開(kāi)始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識(shí)處理發(fā)展。使智能儀器的功能向更高的層次發(fā)展。同時(shí)，人工智能的創(chuàng)始者之一，諾貝爾金獎(jiǎng)?wù)哒J(rèn)為，人工智能的研究可以視為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的分支。本次設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案共分為4個(gè)部分：（1）電子秤的設(shè)計(jì)方案（2）設(shè)計(jì)思路（3）部分電路設(shè)計(jì)（4）軟件組成，這4個(gè)部分涵蓋了本次設(shè)計(jì)的全部過(guò)程。本系統(tǒng)采用單片機(jī)A

2、T89S52為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)板，數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面三大部分。最小系統(tǒng)部分主要是擴(kuò)展了外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和A/D 轉(zhuǎn)換部分組成。人機(jī)界面部分為鍵盤(pán)輸入和12864點(diǎn)陣式液晶顯示，可以直觀的顯示中文，使用方便。設(shè)計(jì)過(guò)程中還有許多不足之處，望老師給予批評(píng)指正。第一章幾種軟件的介紹1.1 MATLAB概述應(yīng)用MATLAB的Simulink仿真實(shí)驗(yàn)方法可以建立仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。直接應(yīng)用MATLAB工具箱中的測(cè)量?jī)x器或構(gòu)建滿足工作需要的測(cè)量?jī)x器，既能提高仿真實(shí)驗(yàn)工作的效率，又使仿真實(shí)驗(yàn)豐富多彩。本章介紹應(yīng)用Simuli

3、nk構(gòu)建和使用測(cè)量?jī)x器的方法。1.2 電壓測(cè)量 正弦波示波器用計(jì)算機(jī)仿真的示波器應(yīng)用的是數(shù)字技術(shù)，可以觀測(cè)單次現(xiàn)象，正確設(shè)置參數(shù)后，可以保持結(jié)束時(shí)的波形。如圖1-1所示圖1-1 正弦波仿真框圖正弦波的示波顯示如圖1-2所示圖1-2 正弦波示波顯示1.2.2數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表取自LED（自發(fā)光）二極管模塊 如圖1-3所示圖1-3數(shù)字式電壓表仿真框圖1.2.3 指針式電壓表指針式儀表將輸入的量值用圖形化的指針與相應(yīng)的刻度表示出來(lái)，并通過(guò)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框來(lái)設(shè)置儀表的外觀、量程、刻度、顏色及字型等。如圖1-4所示圖1-4指針式電壓表1.2.4多蹤示波器（Scope）的仿真示波器顯示七蹤信號(hào)的仿真。

4、如下圖所示： 圖1-5多蹤示波器仿真框圖圖1-6多蹤示波器仿真顯示圖1.3 proteus概述Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)

5、計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加 Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。其功能特點(diǎn)Proteus軟件具有其它EDA工具軟件(例：mulTIsim)的功能。這些功能是：(1)原理布圖(2)PCB自動(dòng)或人工布線(3)SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：(1)互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分

6、SPI器件，部分IIC器件。(2)仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。具有4大功能模塊：(1)智能原理圖設(shè)計(jì)(ISIS)豐富的器件庫(kù)：超過(guò)27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件;智能的器件搜索：通過(guò)模糊搜索可以快速定位所需要的器件;智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間;支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰;可輸出高質(zhì)量圖紙：通過(guò)個(gè)性化

7、設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、PowerPOINT等多種文檔使用。(2)完善的電路仿真功能(Prospice) ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真; 超過(guò)27000個(gè)仿真器件：可以通過(guò)內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件; 多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻(使用wav文件)、指數(shù)信號(hào)、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入; 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信

8、號(hào)發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬 終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等; 生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件(如電機(jī)、顯示器件、按鈕)的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng); 高級(jí)圖形仿真功能(ASF)：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進(jìn)行一致性分析;(3)獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能(VSM) 支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、d

9、sPIC33、HC11、 BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器; 支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED七段顯示模塊、鍵盤(pán)/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其COMPIM(COM口物理接口模型)還可以使仿真電路通過(guò)PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信; 實(shí)時(shí)仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、*/E*仿真; 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語(yǔ)言的編輯/編譯

10、/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境(如IAR、Keil和Hitech)結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試;(4)實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái) 原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì); 先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的自動(dòng)/人工布局;支持無(wú)網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線;支持引腳交換/門(mén)交換功能使PCB設(shè)計(jì)更為合理; 完整的PCB設(shè)計(jì)功能：最多可設(shè)計(jì)16個(gè)銅箔層，2個(gè)絲印層，4個(gè)機(jī)械層(含板邊)，靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，3D 可視化預(yù)覽; 多種輸出格式的支持：可以輸出

11、多種格式文件，包括Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它PCB設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)(如protel)和PCB板的設(shè)計(jì)和加工。Proteus提供了豐富的資源：(1)Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。(2)Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。(3)除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能

12、更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。(4)Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。電路功能仿真：在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手：PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它

13、的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門(mén)重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)?？墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中PROT

14、EUS也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。使用Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì), 是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力;在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，我們使用 Proteus 開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。PROTEUS設(shè)計(jì)單燈閃爍電路圖電路原理圖如圖1-7所示XTAL218XTAL1

15、19ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1A

16、T89C51C130PFC230PFC31vFX1CRYSTALR110kD1LED-YELLOWU2NOT圖1-7單燈閃爍的單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)圖1.4Keil介紹Keil是德國(guó)知名軟件公司Keil（現(xiàn)已并入ARM 公司）開(kāi)發(fā)的微控制器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，是目前ARM內(nèi)核單片機(jī)開(kāi)發(fā)的主流工具。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些功能組合在一起。uVision當(dāng)前最高版本是uVision3,它的界面和常用的微軟VC+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。因此很多開(kāi)

17、發(fā)ARM應(yīng)用的工程師，都對(duì)它十分喜歡。使用Keil來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式軟件，開(kāi)發(fā)周期和其他的平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)周期是差不多的，大致有以下幾個(gè)步驟：1.創(chuàng)建一個(gè)工程，選擇一塊目標(biāo)芯片，并且做一些必要的工程配置。2.編寫(xiě)C或者匯編源文件。3.編譯應(yīng)用程序。4.修改源程序中的錯(cuò)誤。5.聯(lián)機(jī)調(diào)試。uVision3 是一款集編輯，編譯和項(xiàng)目管理于一身的基于窗口的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。uVision3集成了C語(yǔ)言編譯器，宏編譯，鏈接/定位，以及HEX文件產(chǎn)生器。uVision3具有如下特性：功能齊全的源代碼編輯器，用于配置開(kāi)發(fā)工具的設(shè)備庫(kù)，用于創(chuàng)建工程和維護(hù)工程的項(xiàng)目管理器，所有的工具配置都采用對(duì)話框進(jìn)行，集成了源碼級(jí)的仿真調(diào)

18、試器，包括高速CPU和外設(shè)模擬器，用于往Flash ROM下載應(yīng)用程序的Flash編程工具，完備的開(kāi)發(fā)工具幫助文檔，設(shè)備數(shù)據(jù)表和用戶使用向?qū)?。uVision3具有良好的界面風(fēng)格，下圖是一個(gè)典型的調(diào)試時(shí)的窗口如圖1-8所示圖1-8典型的調(diào)試時(shí)的窗口第二章 設(shè)計(jì)方案1.設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用電子稱電路。要求用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行驗(yàn)證，使其滿足：能用簡(jiǎn)易鍵盤(pán)設(shè)置單價(jià)，對(duì)采集到的代表重量的信號(hào)能同時(shí)顯示重量、金額和單價(jià)；重量顯示的單位為公斤，最大稱重為9.999公斤；單價(jià)和總價(jià)的單位為元，最大金額數(shù)值為9999.99元；具有去皮功能和總額累加計(jì)算功能。自擬10種商品名稱，能顯示購(gòu)物清單，清單內(nèi)容包括：商品

19、名稱，數(shù)量，單價(jià)，金額，本次購(gòu)物總金額、購(gòu)貨日期、收銀員編號(hào)和售貨單位名稱，具有中文顯示功能。2.方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先要實(shí)現(xiàn)電子秤的稱重基本功能，需要通過(guò)重量傳感器采集到的重量信號(hào)，經(jīng)處理后由模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此每一數(shù)字量就對(duì)應(yīng)著一個(gè)物體的重量（在一定精度范圍內(nèi)），所以只要將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與物體重量建立映射的關(guān)系即可完成稱重的要求。而其他功能這可通過(guò)程序運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。總體結(jié)構(gòu)框圖如下：2.2設(shè)計(jì)方案2.2.1.控制器部分本系統(tǒng)基于51系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)需要大量的控制液晶顯示和鍵盤(pán)。不宜采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷喝鏑PLD 、 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)。（因?yàn)榇笠?guī)?？删?程

20、邏輯器件一般是使用狀態(tài)機(jī)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即所解決的問(wèn)題都是規(guī)則的有限狀態(tài) 轉(zhuǎn)換問(wèn)題。本系統(tǒng)狀態(tài)較多，難度較大。）另外系統(tǒng)沒(méi)有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們最終選擇了AT89S52 通用的比較普通單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其內(nèi)部帶有8KB的程序存儲(chǔ)器，可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。2.2.2數(shù)據(jù)采集部分1） 傳感器題目要求稱重范圍 9.999Kg ，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重9.999Kg 。我們選擇的是 L-PSIII 型傳感器，量程20Kg，精度為，滿量程時(shí)誤差0.002Kg?？梢詽M足本系統(tǒng)的精度要求。其原理如下圖2-1所示：圖2-1傳感器稱重傳感器主要由

21、彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出：2） 前級(jí)放大器部分壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很高。 通過(guò)綜合考慮我們采用專用儀表放大器芯片，如： INA126 ， INA121 等。此類芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高、差模輸入阻抗大、增益高、線性度好，并且外部接口電路簡(jiǎn)單。以 INA126為例，引腳電路如下圖所示：放大器增益，通過(guò)改變的大小來(lái)改變放大器的增益。2.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器由上面對(duì)傳感器量程和精度的分析可知： A/D 轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在以下。12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.

22、44g14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g考慮到其他部分所帶來(lái)的干擾 ,12 位 A/D 無(wú)法滿足系統(tǒng)精度要求。 所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 。方案一、逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，如： ADS7805 、 ADS7804 等。逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型 A/D 轉(zhuǎn)換器件。高精度逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時(shí)鐘，基于89C52 構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)僅需要外接幾個(gè)電阻、電容。但考慮到所轉(zhuǎn)換的信號(hào)為一慢變信號(hào)，逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的快速的優(yōu)點(diǎn)不能很好的發(fā)揮

23、，且根據(jù)系統(tǒng)的要求，14 位AD足以滿足精度要求，太高的精度就反而浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。所以此方案并不是理想的選擇。方案二、雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如： ICL7135 、 ICL7109 等。雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器精度高，但速度較慢 ( 如： ICL7135 ), 具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于），可自動(dòng)調(diào)零，超量程信號(hào)，全部輸出于 TTL 電平兼容。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較強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）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

24、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。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。綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們最終選擇了 ICL7135 。2.3 人機(jī)交互部分2.3.1 鍵盤(pán)輸入鍵盤(pán)輸入是人機(jī)交互界面中最重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。 我們通過(guò)綜合考慮采用了專用的鍵盤(pán)管理芯片74C922。在電子計(jì)價(jià)秤中，帶有16個(gè)按鍵矩陣組設(shè)置，其中09數(shù)字鍵用于輸入單價(jià)及商

25、品代碼，DEL用于單價(jià)清空，累計(jì)鍵用于費(fèi)用累計(jì)，去皮鍵用于重量去皮，還設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)換鍵和退出鍵。鑒于此，我們采用專用鍵盤(pán)管理芯片74C922。74C922為CMOS工藝技術(shù)制造，工作電壓為315V，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三芯輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)線相連，內(nèi)部振蕩器完成44矩形鍵盤(pán)掃描，有按鍵時(shí)，DA變高，通過(guò)非門(mén)接到AT89C51的INT1口，并且設(shè)INT1為邊沿觸發(fā)方式，當(dāng)DA變高時(shí)，經(jīng)過(guò)非門(mén)變?yōu)榈碗娖教儺a(chǎn)生INT1外部中斷，使AT89S52從數(shù)據(jù)總線讀按鍵值，判斷鍵值從而完成相應(yīng)的程序功能。根據(jù)接線圖及74C922芯片真值表，我們可以將數(shù)字鍵09、鍵DEL、轉(zhuǎn)換鍵、退出鍵、累加

26、鍵和去皮鍵與ABCD輸出（00001111）建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，接線圖見(jiàn)下圖。2.3.2 顯示輸出由于設(shè)計(jì)題目要求中文顯示 ，而數(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，我們選擇了點(diǎn)陣式12864型 LCD 。第三章 電路的設(shè)計(jì)1.部分電路設(shè)計(jì)3.1 前端信號(hào)處理INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路：通過(guò)調(diào)節(jié)的阻值來(lái)改變放大倍數(shù)。微弱信號(hào)Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的輸入電壓變化范圍是-2V+2V，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，可將接成的滑動(dòng)變阻器。由于I

27、CL7135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。3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路基于ICL7135的A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電路：由于ICL7135內(nèi)部沒(méi)有振蕩器，所以需要外接。ICL7135的時(shí)鐘頻率典型值為200kHz最高允許為1200kHz，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換速度越快。每輸出一位BCD碼的時(shí)間為200個(gè)時(shí)鐘周期，選通脈沖位于數(shù)據(jù)脈沖的中部，如果時(shí)鐘頻率太高，則數(shù)據(jù)的接受程序還沒(méi)有接受完畢，數(shù)據(jù)就已經(jīng)消失了?？紤]到此系統(tǒng)頻率要求不是太高，且單片機(jī)的工作頻率也不是很高，因此我們?nèi)r(shí)鐘頻率的典型值：200kHz。此外ICL71

28、35外部還需要外接積分電阻、積分電容，由于A/D轉(zhuǎn)換器精度與外接的積分電阻、積分電容的精度無(wú)關(guān)，因而可以降低對(duì)元件質(zhì)量的要求。ICL7135還需要外接基準(zhǔn)電源，這是因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的基準(zhǔn)源一般容易受到溫度的影響，而基準(zhǔn)電源的變化會(huì)直接影響轉(zhuǎn)換精度。所以當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)采用外接基準(zhǔn)源。一般接其典型值1V。第四章 軟件組成4.1程序流程如下圖4-1程序流程圖所示：圖4-1程序流程4.2 鍵盤(pán)服務(wù)程序鍵盤(pán)段程序采用中斷方式，單有鍵按下時(shí)，引入一個(gè)外部中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后立即查詢所按鍵值，并對(duì)應(yīng)存入相應(yīng)的全局變量中。中斷返回后，通過(guò)在主程序中不斷判斷個(gè)功能標(biāo)志位的值來(lái)實(shí)現(xiàn)在各個(gè)功能間的切換；數(shù)字鍵則

29、用來(lái)輸入單價(jià)和選擇商品名稱。4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的處理，包括轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)、等待轉(zhuǎn)換完成并讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的換算，使之與所要達(dá)到的要求建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。4.4使用操作說(shuō)明本系統(tǒng)采用16鍵鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，分為10個(gè)數(shù)字鍵0-9及6個(gè)控制鍵。數(shù)字鍵：用于輸入單價(jià)和選擇所存商品；累加鍵：相當(dāng)于確認(rèn)，可以將當(dāng)前信息保存至購(gòu)物清單；并且將金額累加，得到所購(gòu)買(mǎi)商品的總金額。去皮鍵：用于去除皮重；清除鍵：用于輸入單價(jià)錯(cuò)誤的時(shí)，重新輸入；退出鍵：用于退出當(dāng)前模式，回到普通模式；模式轉(zhuǎn)換鍵：按下后可直接輸入商品代碼，并可以顯示購(gòu)物清單。另外，已存入的10種商品的單價(jià)均

30、可重新設(shè)置，直接輸入其單價(jià)即可，方便實(shí)用。如果所稱重物超過(guò)了系統(tǒng)最大量程10Kg,則蜂明器發(fā)出報(bào)警聲音。4.5調(diào)試與檢測(cè)通過(guò)分塊調(diào)試和整體調(diào)試相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)不足并逐步調(diào)整，最后各部分工作正常。所設(shè)計(jì)的電子秤仿真系統(tǒng)能基本的滿足設(shè)計(jì)要求，能較好的實(shí)現(xiàn)普通稱重、累加計(jì)費(fèi)、去皮以及輸入商品并顯示購(gòu)物清單的功能。以下為部分功能下的LCD顯示：設(shè)計(jì)小結(jié)本仿真設(shè)計(jì)雖能基本上滿足設(shè)計(jì)要求，但很大程度上仍需較大的改進(jìn)。首先，數(shù)模轉(zhuǎn)換只能作為演示程序以實(shí)現(xiàn)功能之用，而要使精度達(dá)到要求，至少要使用14位或以上的AD；其次，程序比較冗雜，仍需優(yōu)化。再次，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，深感一個(gè)團(tuán)隊(duì)的重要性。由于組隊(duì)倉(cāng)促，再加上相互間了

31、解不多，以至同組隊(duì)員中途放棄。個(gè)人之力總有局限，難以完成所有要求。附錄1附錄1 仿真電路圖附錄2 部分源程序1. LCD顯示程序：void pulse()e=1;e=0;void busy_check(char right)P0=0xff;if (right=1)P2=0x13; /P2=0x13;while(!busy);if(right=0)P2=0x0b; /0bwhile(!busy);void cmd_w(char cmd,char right)busy_check(right);if (right=1)P2=0x10;if (right=0)P2=0x08;P2=0x08;P0=c

32、md;pulse();void data_w(char dat,char right)busy_check(right);if(right=1)P2=0x14; /0x14if(right=0)P2=0x0c; /0cP0=dat;pulse();void lcd_init()uint i;cmd_w(0x3e+1,0);/顯示開(kāi)關(guān)cmd_w(0xc0+0,0);/修改顯示起始行cmd_w(0xb8+0,0);/修改頁(yè)地址cmd_w(0x40+0,0);/修改列地址cmd_w(0x3e+1,1);cmd_w(0xc0+0,1);cmd_w(0xb8+0,1);cmd_w(0x40+0,1);f

33、or(i=0;i256;i+)data_w(0x00,0);cmd_w(0xb8+4,0);cmd_w(0x40+8,0);for(i=0;i256;i+)data_w(0x00,0);for(i=0;i256;i+)data_w(0x00,1);cmd_w(0xb8+4,1);cmd_w(0x40+8,1);for(i=0;i256;i+)data_w(0x00,1);char chang(char a)char temp,i;for(i=0;i8;i+)temp=1;return(temp);2. 鍵盤(pán)服務(wù)程序void key()uchar a;delay(60);a=P3&0x0f0;a=a4;switch(a)case 0:bii=7;break;case 1:bii=4;break;case 2:bii