《检测技术》课程设计基于应变片的电子秤设计.doc

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1、检测技术课程设计题目：基于应变片的电子秤设计1、 背景介绍质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科技发展的必然规律。低成本、高智能的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，衡器技术在不断进步和提高。从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤电子秤是日常生活中常用的衡量器件，广泛应用于超市、大中型商场。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具

2、。相比于传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点。我们所要研究的任务是：基于应变片的电子秤设计， 称重范围010Kg,满量程量误差不大于0.005Kg，同时具有自动去皮计算物重，并能计价，具有键盘、显示功能。2、 方案设计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。我们的设计原则是：采用模块化的设计方法，各模块、部分也尽量应用集成芯片，这

3、样及保证了精度有可使设计简单化。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。电子秤模块设计图2.1、 传感器的选择传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量

4、与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。传感器动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传

5、感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 目前对于压力测量的传感器件大致有：压电传感器、电容传感器、电阻应变片传感器等下面对传感器的选取进行论证2.1.1 压电传感器压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点：高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。所以不适合作为电子秤的敏感原件。2.1.

6、2 电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：（1）小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因C太小，故容抗=1/C很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=C ，C很小，则P也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。（2）初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。所以电容式传感器也 不适

7、合作为电子秤的敏感原件2.1.3 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。应变片式传感器有如下特点：（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。通过以上几种传感器对比分析，最终选择电阻应变

8、片式传感器。2.2、 设计分析2.2.1 应变片的测量电路电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源E：当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有：= （2.2）当满足条件R1R3=R2R4时，即（2.3）=0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变

9、所引起的电阻变化有关。若差动工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2），则电桥输出为 题目要求称重范围010Kg,满量程量误差不大于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5Kg。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为10Kg，精度为0.01% ，满足本系统的精度要求。2.2.2 前级放大器部分 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。如AD620,接口如下图所示：AD620仪表放大结构图电

10、路的工作原理：A1，A2工作在负反馈状态，其反相输入端的电压与同相输入端的电压相等。即RG两端的电压分别为VIN+,VIN-。因此Ig=Vin+-Vin-/RG设电阻R1=R2=R，则A1，A2两输出端的电压差为U12= Ig（R1+R2+Rg） =(Vin+-Vin-)(1+2R/Rg)比较两式可得：VO=-U12=-(Vin+-Vin-)(1+2R/Rg)则放大器的增益Av为Av=Uo/(Vin+-Vin-) =-(1+2R/Rg)可见，仅需要调整一个电阻Rg就可以方便的调整放大器的增益，由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。在接口图中，通过改变可变电阻R3的阻值，来改变放大器

11、的增益，放大器的计算公式如下：G=49.4K/R3+1AD620具有体积小，功耗低，精度高，噪声低，和输入偏置电流偏低的特点。其最大输入偏置电流为20nA，这一参数反应了他的高输入阻抗。AD620在外接电阻R0时，可实现1到1000内的任意增益，工作电源范围为+-2.3到+-18V，最大电源电流为1.3mA，最大输入失调电压为125uV，频带宽度为120Khz（在G=120）2.2.3 A/D转换模块 A/D转换器选用的原则：1、A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。2、A/D 转换器的转换速率。不同类型的A/D

12、转换器的转换速率大不相同。积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速A/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。3、是否加采样/保持器。4、A/D 转换器的有关量程引脚。有的A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。一般A/D 转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由CPU提供。转换结束后A/D 转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平。通知微处理器读取转换结果。6、A/D 转

13、换器的晶闸管现象。其现象是在正常使用时，A/D 转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。为防止这种现象，可采取如下措施：（1）加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；（2）加强电源稳压滤波措施， 在A/D 转换器电源入口处加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容；（3）在A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。选择A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题：（1）工作电源电压是否稳定；（2）外接时钟信号的频率是否合适；（3）工作环境温度是否符合器件

14、要求；（4）与其它器件是否匹配；（5）外接是否有强的电磁干扰；（6）印刷线路板布线是否合理。由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D转换器误差应在3g以下。12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g；14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g；考虑到其他部分所带来的干扰，12位的A/D转换器无法满足要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D转换器。方案一 逐次逼近式A/D转换器，如：ADC0809等。 逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高，功率比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准和内部时钟，基

15、于51系列单片机结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，逐次逼近型A/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，14位A/D足以满足精度要求，太高的精度反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。方案二 双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等。双积分型ADC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向积分至积分输出电压为零（返回起始值），则标准电压的时间正比于输入电压。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积分时间，即可得到输入电压对应的数字代码

16、。双积分型A/D转换器虽然速度较慢，但转换精度高（如：ICL7135），具有精确的差分输入。其输出阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出与TTL电平兼容。双积分型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50HZ的工频干扰抑制能力特强，对高于工频干扰（例如噪声电压）也具有良好的滤波作用。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，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/D转化器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤，系统对AD转换速度要求并不高，精度上14位的A/D足以满足要求。另外双积分型A/D转化器具有：抗干扰

17、能力强和精确差分输入，低廉的价格等优势。综合分析其优点和缺点，我们最终选择了精度为10Kg/+-20000=+-0.5g的ICL7135。2.2.4 控制模块 在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。再着，AT89C51、AT89

18、S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。8051系列单片机的内部结构是各种逻辑单元及其之间的互连构成的。其主要由中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、串行接口、并行I/0接口、定时/计数器、中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线组成。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，

19、AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机特点能与MCS-51 兼容，有 4K字节可编程闪烁存储器，寿命能够达到1000写/擦循环，数据可以保留时间长达10年，全静态工作：0Hz-24MHz，三级程序存储器锁定，1288位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。所以AT89C51符合本次设计的主控芯片。2.2.5 显示模块显示部分主要可以分为：LED数码管显示，LCD液晶显示。但是由于虽然LED数码管显示实现原理简单，显

20、示直观，编程简单，但显示内容单一，若要同时显示单价，金额等诸多信息则需要大量的数码管，而且不能显示中文，由此增加了电路的复杂程度，也加大了编程的难度。而LCD可以设置显示单价，金额，中文等信息，它具有低功耗，可视面大，画面友好及抗干扰能力强等功能，其显示技术已经得到广泛的应用。下面具体介绍LCD显示。液晶显示器各种图形的显示原理（1）线段的显示：点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏

21、的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。（2）字符的显示：用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的

22、不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。（3）汉字的显示：汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到

23、一个完整汉字。1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符，芯片工作电压:4.55.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。由于本次设计的显示模块需要显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会占用多个单片机I/O口,使得电路变得更为复杂。所以选用液晶显示，1602LCD符合基本条件，能够采用。2.2.6 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

24、接途径。操作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。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。矩阵式键盘设计 矩阵式键盘又叫行列式键盘。用 I/O 口线组成行、列结构，按键设置在 行列的交点上。例如，用 22 的行列结构可构成 4 个键的键盘，44 行列结构可构成 16 个键的 键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省

25、I/O 口线。相对于专用芯片式可以节省成本，且更 为灵活。缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。 下图为 44 矩阵键盘 考虑到成本方面，我决定采用矩阵键盘。2.2.7 电源模块 系统需要多种电源，单片机需要5V,A/D转换需要5V，+1V，传感器需要+10V以上的线性电压。稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用

26、来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等 此次设计的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 电源模块我们采用：采用7805,7905，7812和7912组成稳压电路7805，7905固定式三端稳压器可输出5V,固定式三端可调稳压器7812和7812组装电路可对称输出12v,其电路图如图所示. 此设计方案由：由三端可调式稳压器和三端固定式稳压器共同组成, 所用器件较多,但电路组装简单,不会增添麻烦,同时由于是集成化得模块，保证了电压的稳定性。该电路可直接得到+5v和12的输出电压.使用时比较方便2.2.8 本部分总结根据以上设计方案

27、，硬件部分采用51系列单片机AT89C51为控制核心部件，实现电子秤的基本控制功能。AT89C51是一款8位的内带4K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AT89C51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。系统的硬件部分不仅包括以单片机AT89C51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

28、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。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/

29、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A/D转换器ICL7135，虽然转换速度慢，但精度高，输入阻抗高，具有超量程信号，作为电子秤，系统对A/D转换的速度要求不高，而且ICL7135的转换精度足以满足系统的误差要求。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44键盘控制。显示用的LCD我们根据要求选用了字符点阵式液晶显示器LCD1602，可以一次满屏幕显示多个个中文字符或英文字符，满足电子秤在称物时的购物清单显示要求。2.3、 电路原理图 硬件结构框图单片机控制模块数据采集模块162个字符型的LCD1602字符型LCD44 矩阵键盘单

30、片机AT89C2051A/D转换器ICL7135放大器AD620滤波电路称重传感器 人机交换界面2.3.1 传感器 YHC-106组合式荷重传感器 产品介绍：荷重传感器采用组合式S梁作为弹性体，具有精度高、滞后小、通用性强、结构精巧等特点，广泛应用于皮带秤、调速秤等过程控制的场合。量程（Kg）：0.5 1 2 3 5 10 20 30 50 100 200。外型尺寸图: 电气技术参数: 参数单位技术指标灵敏度mV/V2.00.01非线性 %FS0.03滞后 %FS0.03重复性 %FS0.03蠕变 %FS / 30min0.03零点输出 %FS1零点温度系数 %FS / 100.03灵敏度温度

31、系数 %FS / 100.03工作温度范围-20 +80 输入电阻3802输出电阻3502安全过载%FS150%FS绝缘电阻M5000 M（50 VDC）推荐激励电压V10V 15V 2.3.2 信号转换放大部分 AD620是一种低耗高精度仪表放大器。仅需要一个外接电阻即可得到11000范围内的任意增益；+-2.3V+-18V的，电源电压；低功耗，最大电源电流1.3MA,最大输入失调电压125uV，最大温度漂移1Uv/c,最大输入偏移电流20nA；最小共模抑制比93dB（增益=10）；输入电压噪声9nV（1KHz）；0.28uV噪声（0.1Hz10Hz）；带宽120KHz(增益=100)；建立

32、时间15us（0.01%）。AD620的增益是用电阻Rg来决定的，即用引脚1和8之间的阻抗来决定的。使用0.1%1%的电阻，AD620就能提供精确增益，对G（增益）=1，Rg引脚不连接（即Rg为无穷大）。其他任何增益可按G=49.4K/Rg+1 计算。 信号滤波放大电路上图中电容C5、C6用来滤除采样信号中的高频噪声，选用0.1uF的普通独石电容。电容C7、C8用来消除采样信号中的低频噪声电阻，选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

33、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020mv左右，因此放大器的放大倍数在200300左右，可以将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V0与RET之间的压差变化，从而实现调零、去皮的功能。2.3.3 A/D转换部分（ICL7315） ICL7315是一种双

34、积分式4位半单片A/D转换器，其工作原理是将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（俯冲频率），再通过定时器（计数器）获得数字信号。其内部结构分为模拟部分和数字部分。其中模拟电路受逻辑电路控制，通过12个模拟开关以导通和截止状态将一个转换周期分为4段：自校零段，被测电压积分采样段，参考电压回积段和积分器加零段。特点：1， 输入阻抗可以达到1000M2， 自动校零3， 有精确的差分输入4， 自动判别信号极性5， 有超量程，欠量程输出信号6， 采用位扫描与BCD码输出7， 输出全部与TTL兼容ICL7135的电参数参数电源电压VccVin时钟频率基准电容Cr校零电容Caz参数值+-5V+-2V4

35、0KHZ1MHZ1uF1uF外围电路的参数选择与设定 信号数模转换电路图1、 时钟频率Fck的选择Fck=N*Ff/K式中，Ff为干扰信号的频率，最大的干扰信号一般为供电电源的干扰，其频率为50Hz。对于ICL7135，取N=10000，并取K=1，则Fck=500KHz.2、 积分电阻Rint Rint=Vxm/2uA式中，Vxm为满量程电压，取2V，则Rint=100K。3、 积分电容 CintCint=N*20Ua/FckVm对于ICL7135，N=10000，取Vm=4V,Fck=500KHz,所以Cint=0.1Uf2.3.4 单片机控制部分 AT89C51简介芯片功能介绍及设计：A

36、T89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件

37、复位为止。AT89C51 最小系统电路图2.4、 软件设计电子称软件设计均采用模块化设计，整个程序包括主程序、定时中断程序、INTO中断程序按键程序、数据处理子程序(双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序)、LCD十六位液晶静态显示子程序等模块。所有程序均采用C汇编语言编写。电子计价秤的软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化，计算单价木单重(单价和单重分别在定时中断程序和INT0外部中断程序中获得)，并时时显示十进制的单重，单价，总价。设定T0为计数工作方式，T1为定时工作方式。其中R0为标志位寄存器当为OOH时为正常显示方式。当为01H时为累计显示方式，在T1定时中断程序中。一秒

38、钟采样物料重量(已转成脉冲频率)，并赋值重量计算RAM区和显示RAM区。在INTO外部中断程序中，采样单价并赋值单价计算。2.4.1 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。主程序流程图2.4.2 ICL7135中断程序流程图2.4.3 键盘输入中断流程图3、课设小结：本次电子秤的设计1.使我们初步理解了分析问题的方法，步骤。采用面向对象的思想，分层次、分模块构建设计的总体框架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.熟悉了软件设计的模块化的思路存在的问题:1、电子电路的设计中对各

39、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。比如系统的超量程信号直接由单片机送入报警电路，没有设计保护电路再入单片机处理后送入报警电路。3、没有扩展更多电路，如日历时钟电路、通讯接口电路等。日历时钟电路可以显示购货日期，通讯接口电路可以与上位机（PC机）进行通讯，从而将大量的商品数据存于上位机，然后通过串口或并口通讯与电子称相连，达到远距离控制的目的。4、对各种实用芯片价格了解不够，选择上任有欠缺，如所选的称重传感器价格较贵。5、参考文献1.基于单片机的多功能电子秤设计（PDF格式） 郑州轻工学院 来源：百度文库2.51单片机的电子秤课程设

40、计论文（WORD格式）来源：百度文库3. icl7135中文资料 来源：百度文库附录：源程序：#include #include/ad控制线#define ad_244 XBYTE0xbfff;sbit ad_stb=P33;sbit ad_start=P11;/lcd控制线sbit lcd_di=P17;sbit lcd_rw=P12;sbit lcd_e=P10;/7289控制线sbit cs7289=P13;sbit clk7289=P14;sbit dio7289=P15;/sbit key7289=P16; /7289查询方式sbit key7289=P32; /7289中断方式sb

41、it baoj=P35;/7289子程序void ini_7289(void);void send7289(short);short receive(void);void keyin(void);/lcd子程序void ini_lcd(void);void lcdd_send(short);void lcdi_send(short);void chk_busy(void);/ad子程序void ad(void);void baojing(void);void d_change(long);/初始化，编号，日期void ini();void error1(void);void nop1()voi

42、d change(s)int dealy; /全局变量short sh=0; /商品号short dot=0; /小数点标志bit list=0;short qb=0;char xdata shuju7=;short xdata bcd5;char xdata s116=单价: 元;char xdata s216=重量: Kg;char xdata s316=金额: 元;char xdata s416=累计: 元;char code message0=南京航空航天大学;char code message1=输入收银员代号:;char code message2=输入日期:;char xdata

43、 bianhao16=收银员： ;char xdata riqi16= - - ;long int xdata zongjia=0,jine=0,jine1=0;int xdata shizhong=0,pizhong=0,zhongliang=0;long int xdata qingdan204;char code shangpin114=单价,苹果,梨,花生,大米,桃子,塑料,瓜子,桔子,香蕉,玉米;long int xdata danjia11=0,2000,3635,5502,6660,3320,5502,660,3210,6600,5600;char xdata jiage6=0x

44、0,0x0,0x0,0xfe,0x0,0x0; / 0.00short xdata xiuzheng=0,2,5,6,7,8,9,12,13;char s16;s6=shuju0; s7=shuju1; s8=shuju2; s9=shuju3; s10=shuju4; s11=shuju5; s12=shuju6;/*void main()short i,j; long int x,z; int y; int xdata duilie3=0; P1=0xff; ini_lcd(); /初始化LCD lcdi_send(0x8a); while(message0i) lcdd_send(message0i+); ini_7289(); /初始化7289 pizhong=ad1(); lcdi_send(0x1); /总清 屏 ini(); /初始页面,收银员编号，日期 lcdi_send(0x1); /总清 屏 EA=1;EX0=1; /中断 /EX1=1; /ad_start=1; while(1) if(list)lcdi_send(0x80); /显示单位名称