電子秤指導(dǎo)書

1、智能電子秤實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一 設(shè)計(jì)要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)本題目最好采用廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司贊助提供EasyARM2103主機(jī)板為主控器，設(shè)計(jì)并制作一個多功能電子計(jì)價秤。顯示器其它功能測量控制器EasyARM2103主機(jī)板稱重傳感器及變換電路 (0-2V)鍵盤 圖1.1 系統(tǒng)框圖1.2制作要求1.2.1基本部分：（1）能用鍵盤設(shè)置單價，稱重后能同時顯示重量、單價和總額；電子計(jì)價秤：最大稱重為15.000公斤，重量誤差不大于±0.1；（2）具有數(shù)碼顯示，顯示重量、單價、總額等信息。a.重量顯示為5位數(shù)碼，單位為公斤，最大重量顯示值為99.999公斤；b.單價金額顯示為5位數(shù)碼，單位為元，最

2、大單價金額顯示值值為999.99元；c.總價金額顯示為6位數(shù)碼，單位為元，最大總價金額顯示值值為9999.99元，總價金額誤差不大于0.01元；（3）具有去皮功能和總額累加計(jì)算功能；（4）能預(yù)存10種商品的單價；可以隨意調(diào)出使用；（5）測量并顯示環(huán)境溫度，溫度測量誤差不大于1；（6）自制可以連續(xù)可調(diào)高穩(wěn)定度0-2V直流電源，用于模擬稱重傳感器輸出的稱重信號源。采用0-2V模擬0-20kg稱重；（7）制作工藝。二 系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求，該多功能電子計(jì)價秤，包括控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、打印模塊、實(shí)時時鐘模塊、溫度測量報(bào)警模塊和存儲模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。 圖2.

3、1 系統(tǒng)總體布局框圖 系統(tǒng)的各模塊中，除了微控制器模塊已經(jīng)確定用周立功公司贊助的PHILIPSLPC2103外其余模塊還需要我們論證比較不同的設(shè)計(jì)方案。2.1稱重傳感器的原理及選用 題目要求稱重范圍15.000Kg，重量誤差不大于0.015Kg，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，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15Kg。我們選擇的是L-PSIII型傳感器，量程20Kg，精度為，滿量程時誤差0.002Kg。可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。其原理如圖2.2所示： 圖 2.2 稱重傳感器原理圖稱重傳感器主要由彈性體、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（彈性元件，敏

4、感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程，輸出信號電壓可由下式給出：，各組成部分的原理如下：(1)電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。下面介紹的是它的意義。設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作，這種材料的泊松系數(shù)是。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：R = L/S（）

5、 （21）當(dāng)他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長L，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少r。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作，對式（2-1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：R = L/S + L/S SL/S2 （22）用式（2-1）去除式（2-2）得到R/R = / + L/L S/S （23）另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = r2，則 s = 2r*r，所以S/S = 2r/r （24）從材料力學(xué)我們知道r/r = -L/L （25）其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是縮小的。是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。

6、把式（24）（25）代入（2-3），有R/R = / + L/L + 2L/L =（1 + 2（/）/（L/L）*L/L = K *L/L (2-6) 其中K = 1 + 2 +（/）/（L/L） (2-7)式(26)說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.73.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。(2)彈性體彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作

7、用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。以SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式 = （3Q（1+）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2-8）其中：Q-截面上的剪力；E-揚(yáng)氏模量：泊松系數(shù)；B、b、H、h為

8、梁的幾何尺寸。（3）檢測電路檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。2.2 前級放大器部分的選擇壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運(yùn)算放大器要求很高。我們有以下幾種方案可以采用：方案一：利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級放大器普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。由于A/D轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所

9、以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。方案二：由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動放大器差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如OP07)做成一個差動放大器，如圖2.3： 圖2.3 差動放大電路圖電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。優(yōu)點(diǎn)：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要

10、求。缺點(diǎn)：此電路要求R3、R4相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。實(shí)際測量，每一級運(yùn)放都會引入較大噪聲。對精度影響較大。方案三：采用專用儀表放大器（如：INA126，INA121等）此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。以INA126為例,其接口如圖2.4所示： 圖2.4 INA126放大電路圖放大器增益，通過改變的大小來改變放大器的增益。結(jié)合本題對精度的要求，對比以上方案，我們決定采用方案二由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動放大器。 2.3 AD轉(zhuǎn)換模塊當(dāng)前市場上賣的AD轉(zhuǎn)換芯片品種較多，可供我們選擇的方案也較多。方案一：采用雙積分型A

11、/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），可自動調(diào)零，超量程信號，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。對正負(fù)對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。方案二：逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換，一般具有采樣/保持

12、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)部時鐘，基于ARM2103構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時僅需要外接幾個電阻、電容。但考慮到所轉(zhuǎn)換的信號為一慢變信號，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，所以此方案并不是理想的選擇。方案三:選用美國CRYSTAL公司生產(chǎn)的一種20bit串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5531。它的線性誤差僅為0.0007%FS，無噪聲分辨率最大可達(dá)到23 位，其校準(zhǔn)后可選輸入范圍為- 5mV 5V，操作時只使用簡單三線串行接口，簡單易行，容易短時間內(nèi)掌握其用法。題目的基本要求為最大稱重為15.000

13、公斤，重量誤差不大于±0.1；如采用10位A/D轉(zhuǎn)換模塊其精度為：15Kg/1024=14.6g，如采用20位A/D轉(zhuǎn)換模塊其精度為：15Kg/1048575=0.01g。作為電子秤，系統(tǒng)對AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不很高，滿足基本的測量要求即可。另外考慮到作品成本、抗干擾性能等諸多方面的因素我們最終選擇了CS5531A/D轉(zhuǎn)換器。2.4鍵盤模塊鍵盤模塊是實(shí)現(xiàn)多功能電子計(jì)價秤多種功能的重要模塊，由于該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展成熟，可供我們采用的鍵盤方案也很多。方案一：用一塊74LS138譯碼器輸出8路掃描信號，4路掃描返回信號線接I/O口輸入(我們設(shè)計(jì)是4*8的鍵盤)。這種設(shè)計(jì)方案電路設(shè)計(jì)非常的簡單，

14、但是軟件的編程要考慮軟件的去抖等，會比較復(fù)雜而且占用大量的CPU資源。方案二：采用技術(shù)成熟的PS/2鍵盤，讀鍵盤程序相對簡單，僅占用2個I/O口，符合國際標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)鍵盤接口，且替換性好，價格低。但鍵盤接口與ARM2103連接不便，鍵盤管理協(xié)議不統(tǒng)一，需要熟悉標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的協(xié)議，短時間內(nèi)難以熟練使用。 方案三：采用并行鍵盤控制芯片8279。8279是總線型數(shù)碼管和鍵盤管理芯片，編程比較麻煩，而且是并行工作方式，占用相當(dāng)多的GPIO。方案四：選用自備鍵盤。采用ZLG7290可擴(kuò)展64個按鍵，64 只按鍵中，前56 個按鍵是普通按鍵K1K56，最后8 個為功能鍵F0F7。鍵盤電阻R86R93 的典型值

15、是3.3K。在多數(shù)應(yīng)用當(dāng)中可能不需要太多的按鍵，這時可以按行或按列裁減鍵盤。ZLG7290B 可以掃描管理多達(dá)64 個按鍵，s1s16 為普通按鍵，普通按鍵還有連擊檢測功能。ZLG7290B 的I2C 總線器件地址是70H（寫操作）和71H（讀操作）。訪問內(nèi)部寄存器要通過“子地址”來實(shí)現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中要用到大量按鍵，但按鍵數(shù)目太多顯得系統(tǒng)龐雜不美觀。綜合以上各方案我們采用ZLG7290的16個按鍵并采用按鍵功能復(fù)用技術(shù)即方案四。 2.5顯示模塊方案一：只應(yīng)用LED顯示管。LED數(shù)碼管顯示器，顯示數(shù)字直觀，成本低廉，但其只能顯示少量字符和數(shù)字，且消耗功率大，不適用于該多功能電子計(jì)價秤的大量信息顯示

16、。方案二：采用金鵬OCMJ4×8C字符型液晶顯示屏。OCMJ4×8C液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及其圖形，可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。而且具有多種功能：光標(biāo)顯示，畫面移位，睡眠模式等，可在系統(tǒng)中作為顯示屏。方案三：采用LCM240×128ZK點(diǎn)陣圖形型液晶作為主液晶顯示屏。LCM240×128ZK液晶顯示模塊是240×128點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)容15×8行，內(nèi)含7602個簡體中文字型，支持4/8位6800/80

17、80MPU接口，提供中英文文字對齊功能，內(nèi)建粗體字形與行距設(shè)定，對比度軟件調(diào)節(jié)，用戶可自建字庫，但其設(shè)計(jì)復(fù)雜，造價較高，不適宜選用。顯示模塊是多供能電子計(jì)價秤的重要組成部分?？紤]到ZLG7290可驅(qū)動8為LED數(shù)碼顯示、顯示功耗、大量實(shí)時信息的顯示等因素，在本系統(tǒng)中我們選用金鵬OCMJ4×8C液晶屏顯示商品單價、品種、重量、實(shí)時時鐘和溫度等信息；選用ZLG7290驅(qū)動的8段LED數(shù)碼管顯示金額信息。這種顯示組合方式能夠很好的降低系統(tǒng)的功耗且能夠充分利用已有資源，是最優(yōu)的顯示方案。2.6打印模塊題目要求可打印最近存儲的100組購物清單，包括：購貨日期、收銀員編號、商品名稱、數(shù)量、單價、

18、金額、本次購物總金額等信息。因此需要擴(kuò)展打印機(jī)模塊可供選用的方案如下：方案一：直接使用微型打印機(jī)的機(jī)芯，微控制器直接控制機(jī)芯工作。采用這種方案可以減少設(shè)備的體積，也可以降低成本但開發(fā)難度很大，同時因?yàn)楦鞣N打印機(jī)的機(jī)芯不統(tǒng)一，帶來一定的采購風(fēng)險。方案二：使用針式微型打印機(jī)?？蛇x用并行、串行多種接口，可選用內(nèi)置漢字庫的打印機(jī)打印。設(shè)備體積較小，打印機(jī)的選用范圍比較大，各種打印機(jī)接口也比較統(tǒng)一。但是噪音比較大，打印的質(zhì)量不是很理想。方案三：采用擴(kuò)展噴墨打印機(jī)，打印機(jī)效果較好，且接口簡單，但控制命令未知。短時間內(nèi)很難熟練掌握。從實(shí)用和價格等多方面考慮，我們選用方案二使用針式微型打印機(jī)。2.7實(shí)時時鐘模

19、塊方案一：選用低功耗實(shí)時時鐘/日歷CMOS PCF8563芯片，與采用并行總線的實(shí)時時鐘芯片相比，雖然PCF8563節(jié)省了CPU資源，外圍電路簡潔，但LPC2103的I2C采用中斷發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，與鍵盤模塊的外部中斷會產(chǎn)生影響，降低了系統(tǒng)可靠性。方案二：選用實(shí)時時鐘芯片DS1032。DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)，通過I/O口與ARM2103進(jìn)行通信，操作方便，

20、簡單易行，且具有掉電保護(hù)功能，穩(wěn)定可靠，是實(shí)現(xiàn)各種時鐘功能的理想選擇。方案三：選用ARM2103內(nèi)置RTC，它的秒、分、小時、日、月、年和星期及其定時報(bào)警寄存器可以直接被CPU讀寫，降低了系統(tǒng)開銷。而且它的功耗超低，具有獨(dú)立的電源和時鐘源，支持電池或其他的3.3V電源供電，特別適用于不需要連續(xù)工作的系統(tǒng)。時鐘源靈活，指定的32.768HZ的振蕩器和可編程VPB時鐘預(yù)分頻器均可作為時鐘源。 比較以上三種方案，最初我們選擇的是方案二，但程序調(diào)了好長時間始終沒能夠調(diào)通，后來我們才發(fā)現(xiàn)方案三其實(shí)是實(shí)現(xiàn)這一功能的最佳方案。最終我們選擇了方案三。 2.8溫度測量報(bào)警模塊方案一：1.采用PT100作為測溫電

21、路的溫度傳感器。PT100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進(jìn)行測溫的，具有抗震動，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高，耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。但使用起來比較復(fù)雜。方案二：采用DS18B20作為測溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過“一線”總線這種獨(dú)特的方式，可以使多個DS18B20方便的組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組網(wǎng)提供了更大可能性。它在測溫精度，轉(zhuǎn)換時間，傳輸距離，分辨率等方面比其它溫度傳感器有了很大的進(jìn)步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。方案三：采用LM35溫度傳感器。LM35溫度傳感器是NS公司生產(chǎn)的，他具有很高的工作精度和較寬的線性工作

22、范圍，他的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，即0時輸出為0 V，每升高1，輸出電壓增加10 mV。且無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±14的常用的室溫精度。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的測量，單電源模式在25下電流約為50 mA，非常省電。LM35電壓與溫度轉(zhuǎn)換公式如下：  由于該多功能電子計(jì)價秤要求的測溫顯示誤差不大于1，選擇LM35已能夠滿足測溫的需要，且LM35的電路結(jié)構(gòu)、與ARM接口方式及編程方式都較簡單。所以我們選用方案三，用LM35作為溫度傳感器和溫度監(jiān)控器（溫度超限報(bào)警），并使用單電源供電。2.9存儲模塊電子計(jì)價秤

23、系統(tǒng)包含著大量的商品數(shù)據(jù)，因此一個大的存儲空間和一個好的存取算法對整個系統(tǒng)的功能和速度都會產(chǎn)生舉足輕重的影響。所以存儲器的選用至關(guān)種重要。方案一：采用256K位的非易失性鐵電隨機(jī)存儲器。該存儲器有256K位的非易失性鐵電隨機(jī)存儲器，32768*8位的結(jié)構(gòu)容量，100億次的讀寫次數(shù)，掉電數(shù)據(jù)保持10年，且寫數(shù)據(jù)無延時。，相對于EEPROM或其他非易失性存儲器，該存儲器具有系統(tǒng)可靠性更高，結(jié)構(gòu)更簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)方案二：采用ARM2103最小系統(tǒng)板自帶的存儲器CAT1025。它是具有256字節(jié)存儲空間、I2C接口的專用電源監(jiān)控復(fù)位芯片，容量大，足夠用來存儲大量商品的單價信息了。另外， Vcc電壓監(jiān)控電

24、路提供了硬件數(shù)據(jù)保護(hù)功能，防止在Vcc降到低于復(fù)位閾值電壓或上電時Vcc上升到復(fù)位閾值電壓之前對存儲器執(zhí)行寫操作。運(yùn)用ARM2103實(shí)驗(yàn)板自帶的存儲器還可以節(jié)省資源，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。題目要求能夠存儲100組購物清單并顯示，數(shù)據(jù)具有掉電保護(hù)，清單內(nèi)容包括：購貨日期、收銀員編號、商品名稱、數(shù)量、單價、金額、本次購物總金額等信息。因此需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的存儲，且具有掉電保護(hù)，綜合考慮100組購物清單存儲所需要的容量等因素我們選擇了方案案一，擴(kuò)展256K位的非易失性鐵電隨機(jī)存儲器FM24C256來存儲最近100種商品的銷售信息。三 主要單元電路設(shè)計(jì)3.1電源及電池充電模塊電路該多功能電子計(jì)價秤采用雙

25、電源供電：220V市電和蓄電池。由于該電子計(jì)價秤正常工作所需要的電源為5伏直流電源，在220V市電的供電電路的設(shè)計(jì)中我們采用逐次降壓的方法將220伏市電轉(zhuǎn)換為5V直流電。在電池供電電路的設(shè)計(jì)中考慮到電池電壓隨著使用時間的延長而降低，在電路設(shè)計(jì)時我們采用7805將電池電壓穩(wěn)定在5V上。在設(shè)計(jì)時我們還設(shè)計(jì)了蓄電池的充電電路，在使用市電供電時系統(tǒng)自動對蓄電池充電。該模塊電路原理圖如圖3.1所示。 圖3.1 電源及掉電保護(hù)原理圖 3.2可調(diào)高穩(wěn)定度0-2V直流電源該電源主要用來模擬稱重傳感器輸出的稱重信號源，要求具有較高的穩(wěn)定度且電壓在0-2V連續(xù)可調(diào)。我們采用LM35產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓。然后用2

26、.5K歐高精度電阻和10K歐的高精度電位器進(jìn)行分壓，電位器兩端的電壓即為連續(xù)可調(diào)高穩(wěn)定度0-2V直流電源。其電路原理圖如圖3.2所示： 圖3.2 0-2V的可調(diào)高穩(wěn)定電源3.3 AD采樣轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)中時刻須采樣壓力并通過AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到可應(yīng)用的數(shù)字信號。電路如圖3.3所示： 圖3.3 AD采樣電路3.4 顯示電路本系統(tǒng)中采用金鵬OCMJ4×8C字符型液晶顯示屏，可實(shí)現(xiàn)顯示漢字，圖形等多種功能，七管腳連接如圖3.4所示： 圖3.4 液晶顯示電路3.5 7290鍵盤電路 ZLG7290是具有I2C串行接口功能的，可同時驅(qū)動8位共陽式數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同

27、時還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能，并且內(nèi)含去抖電路，按鍵比較穩(wěn)定。考慮到在電子稱中無需用全部的按鍵，我們僅用ZLG7290的16個鍵來控制電子稱的各種功能電路圖如圖3.5所示： 圖3.5 7290鍵盤電路原理圖3.6 打印機(jī)驅(qū)動電路 本系統(tǒng)中采用RD系列微型打印機(jī)，此種打印機(jī)應(yīng)用了與RS232C標(biāo)準(zhǔn)兼容的串行接口，可由ARM主機(jī)板直接控制，操作方便，連線簡單，命令易懂。 打印機(jī)采用串行的DB-9芯孔座，接口電路如圖3.6所示： 圖3.6 打印機(jī)串口電路連接3.7 溫度測量報(bào)警模塊電路 本電路采用LM35來測試電子秤系統(tǒng)的過溫保護(hù)，防止室溫超過電子稱所

28、能承受的溫度范圍。溫度測量系統(tǒng)電路連接原理圖如圖3.7： 圖3.7 溫度測量電路原理圖3.8 前級放大器模塊電路 稱重傳感器輸出信號的幅值在毫伏級無法驅(qū)動CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，必須經(jīng)過前級放大將信號幅值放大到0-2V的標(biāo)準(zhǔn)信號才能輸入到CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因此在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必須設(shè)計(jì)前級放大電路，其電路原理圖3.8所示： 圖3.8 前幾放大電路原理圖 四 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及流程圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖本系統(tǒng)采用LPC2103微處理器作為主控制單元系統(tǒng)復(fù)位后首先對各功能部件初始化，然后在主程序中不斷循環(huán)讀鍵值，并作相應(yīng)處理，控制顯示內(nèi)容，顯示方式，幾個鍵所對應(yīng)的不同操作。流程圖如圖4.1： 圖4.1

29、 系統(tǒng)流程圖4.2 I2C總線協(xié)議ZLG7290和24C256存儲器與ARM2103的接口形式都是I2C 串行總線，因此有必要簡要地介紹一下I2C 總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。(1)I2C 總線簡介飛利浦（Philips）于20 多年前發(fā)明了一種簡單的雙向二線制串行通信總線，這個總線被稱為Inter-IC 或者I2C 總線。目前I2C 總線已經(jīng)成為業(yè)界嵌入式應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，被廣泛地應(yīng)用在各式各樣基于微控器的專業(yè)、消費(fèi)與電信產(chǎn)品中，作為控制、診斷與電源管理總線。多個符合I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)的器件都可以通過同一條I2C 總線進(jìn)行通信，而不需要額外的地址譯碼器。由于I2C 是一種兩線式串行總線，因此簡單的操作特性

30、成為它快速崛起成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵因素。I2C 總線只需要由兩根信號線組成，一根是串行數(shù)據(jù)線SDA，另一根是串行時鐘線SCL。一般具有I2C 總線的器件其SDA 和SCL 引腳都是漏極開路（或集電極開路）輸出結(jié)構(gòu)。因此實(shí)際使用時，SDA 和SCL 信號線都必須要加上拉電阻（Rp，Pull-Up Resistor）（圖4.3）。上拉電阻一般取值310K。開漏結(jié)構(gòu)的好處是：當(dāng)總線空閑時，這兩條信號線都保持高電平，幾乎不消耗電流；電氣兼容性好，上拉電阻接5V 電源就能與5V 邏輯器件接口，上拉電阻接3V 電源又能與3V 邏輯器件接口；因?yàn)槭情_漏結(jié)構(gòu)，所以不同器件的SDA 與SDA 之間、SCL 與SC

31、L 之間可以直接相連，不需要額外的轉(zhuǎn)換電路。發(fā)送器（Transmitter）：發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件；接收器（Receiver）：從總線接收數(shù)據(jù)的器件；主機(jī)（Master）：初始化發(fā)送、產(chǎn)生時鐘信號和終止發(fā)送的器件；從機(jī)（Slave）：被主機(jī)尋址的器件。I2C 總線是雙向傳輸?shù)目偩€，因此主機(jī)和從機(jī)都可能成為發(fā)送器和接收器。如果主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則主機(jī)是發(fā)送器，而從機(jī)是接收器；如果主機(jī)從從機(jī)讀取數(shù)據(jù)，則主機(jī)是接收器，而從機(jī)是發(fā)送器。I2C 總線的通信速率受主機(jī)控制，能快能慢。但是最高速率是有限制的，I2C 總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式（Standard-mode）下最快可達(dá)100Kb/s。I2

32、C 總線上數(shù)據(jù)的有效性（Data validity）（圖4.4）數(shù)據(jù)線SDA 的電平狀態(tài)必須在時鐘線SCL 處于高電平期間保持穩(wěn)定不變。SDA 的電平狀態(tài)只有在SCL 處于低電平期間才允許改變。但是在I2C 總線的起始和結(jié)束時例外。某些其它的串行總線協(xié)議可能規(guī)定數(shù)據(jù)在時鐘信號的邊沿（上升沿或下降沿）有效，而I2C 總線則是電平有效(2)起始條件和停止條件（START and STOP conditions）起始條件：當(dāng)SCL 處于高電平期間時，SDA 從高電平向低電平跳變時產(chǎn)生起始條件?？偩€在起始條件產(chǎn)生后便處于忙的狀態(tài)。起始條件常常簡記為S。圖4.2 I2C總線電路圖 圖4.3 I2C總線數(shù)

33、據(jù)有效性示意圖停止條件：當(dāng)SCL 處于高電平期間時，SDA 從低電平向高電平跳變時產(chǎn)生停止條件?？偩€在停止條件產(chǎn)生后處于空閑狀態(tài)。停止條件簡記為P。圖4.4 I2C總線數(shù)據(jù)起始條件和停止條件示意圖4.3 UART協(xié)議 LPC2103微控制器包含有兩個符合16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的異步串行口（UART）UART0和UART1。其中，UART0僅提供TXD和RXD信號引腳，UART1增加了一個調(diào)制解調(diào)器（Modem）接口。UART1僅僅比UART0多了一個Modem接口，其余方面兩者都是完全相同的。 Uart協(xié)議特點(diǎn)包含:(1)16字節(jié)收發(fā)FIFO；(2)寄存器位置符合16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)； (3)接

34、收器FIFO觸發(fā)點(diǎn)可為1、4、8和14字節(jié)； (4)內(nèi)置帶波特率功能的波特率發(fā)生器； (5)包含使能實(shí)現(xiàn)軟件和硬件流控制的機(jī)制； (6)UART1含有標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器接口信號，且硬件完全支持流控制（auto-CTS/RTS）。UART管腳描述如圖所示： 圖4.5 UART管腳描述ARM2103與其他設(shè)備的通信原理如下： 圖4.6 UART通信原理圖2008年山東省“ZLG杯”大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽4.2 AD采樣轉(zhuǎn)換及程序流程圖 在本系統(tǒng)中AD采樣速度較快且所采數(shù)據(jù)不是很穩(wěn)定，所以采樣后的數(shù)據(jù)處理，即濾波算法，在本系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，常用濾波方法及其精度計(jì)算如下： (1) 防脈沖干擾平均值濾波 此種算法是最常使用的基本算法之一，即采集一定個數(shù)的數(shù)據(jù)后，將其最大的和最小的數(shù)去掉后求剩余數(shù)的平均值。這是最簡單的、最易實(shí)現(xiàn)的方法，也是最常用的方法，但其精度不高，在本系統(tǒng)中使用很難達(dá)到題目的精度要求。 (2)加權(quán)遞推平均濾波法具體方法是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，