电子称毕业设计 - 图文(5)

南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）

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A/D转换器无法满足系统精度要求。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 逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805、ADS7804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，功耗比较低，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源和内部时钟，基于51系列单片机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AD足以满足精度要求，太高的精度就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。

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。其输入阻抗高，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转换器可大大降低对滤波电路的要求。

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。

2.6人机交互部分

2.6.1 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

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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。

方案一 Intel8279是一种为8位微处理器设计的比较成熟的通用键盘/显示器接口芯片，其功能有：接收来自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。但是在与单片机的连接时占用较多的接口资源。

方案二 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。

2.6.2 输出显示

方案一 全部采用数码管显示，数码能显示时钟，以及被测物体的重量等信息。此方案显示直观，而且编程简单，但若要同时显示单价，金额售货员编号等诸多信息则需要要大量的数码管，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。

方案二 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。

2.7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）。

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，用来衡量输出直

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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。

方案一 采用三端固定稳压芯片7805和7812为系统提供稳定的电源。这个部分由整流电路、滤波电路、稳压电路等组成。如下图：

图2.10 +5V电源电路图

在这里只给出了＋5V电源电路，+12V电源电路与+5V相似，因此不再画出。 78系列是输出电压固定的三端集成稳压器，输出为正电压，输出电流可达1A。

方案二 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。

LM317是一种外接很少元件就能工作的三端可调式集成稳压器，它的三个接线端分别称为输入端、输出端和调整端。它的内部电路有比较放大器、偏置电路、恒流源电路和带隙基准电路等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约1.2V）接至比较放大器的同相端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1、R2后，输出电压为

VVO ?VREF?(REF?Iadj)R2R1

R= V REF (1?2)?IadjR2 (2.9)

R1LM317的VREF =1.2V, I adj =50?A，由于调整端电流I adj??I1, 故可以忽略，式（2.9）可简化为

R （2.10） VO?VREF(1?2)R1

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图2.11 LM317 结构图

LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器，它的工作原理和电路结构与LM317相似。

LM系列的特性有：可调整输出电压低到 1.25V；保证 1.5A 输出电流；典型线性调整率 0.01%；典型负载调整率 0.1%；80dB 纹波抑制比；输出短路保护；过流、过热保护；调整管安全工作区保护。

系统的传感器部分，传感器电源的设计直接影响系统的稳定性和精确度。实践证明，若桥电源采用一级稳压，稳压器采用78系列，称重误差为10%，屏幕显示的称重数据变化较大，各部分之间协调性较差。若采用二级稳压，稳压器采用78系列，称重误差为3%左右，各部分之间协调性较好。由此可见电桥电压的重要性。经反复试验发现，采用差动式电源可将电源的波动部分中和掉，大大提高电桥输出精度及稳定性。另外，系统要求扩大输出电压的调节范围，故使用它很不方便。

所以，具体设计时考虑到运算放大器的放大能力与工作电压的大小关系，以及电源芯片的自身优势等因素，最终选用了性价比比较高的LM317和LM337来设计电源电路，给系统提供正、负电压，满足系统正常工作电源的要求。

2.8 具体实施方案简介

根据以上设计方案，硬件部分采用51系列单片机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

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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，虽然转换速度慢，但精度高，输入阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出的TTL电平信号兼容。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广州周立功单片机公司生产的专用键盘控制芯片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。

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