畢業(yè)設計論文多功能電子計價秤

1、編號：a甲0603多功能電子計價秤（a）參賽院校：青島理工大學自動化工程學院參賽學生：指導教師： 摘要：本系統(tǒng)采用廣州周立功單片機發(fā)展有限公司贊助的arm2103最小系統(tǒng)板為多功能電子計價秤的控制核心，可以實現(xiàn)稱重、顯示、計數(shù)、去皮、累計總額、打印、語音播報、溫度顯示、掉電存儲、調(diào)取售貨信息等功能。本系統(tǒng)利用串行通信的標準ps/2鍵盤，可完成商品代號的輸入并確定商品名稱和種類。結合打印機的使用，可打印銷售清單；利用懸臂梁應變片式全橋壓力傳感器和a/d轉換部分組成的模擬信號采集部分，完成了20位數(shù)字量的轉換輸出；利用鐵電24c512進行掉電商品存儲，可以防止因突然掉電帶來的不便及商品的提前錄入；

2、arm2103內(nèi)部時鐘采用獨立晶振作為精確的時鐘源，使用方便準確；利用語音芯片isd4004出色的完成了語音播報功能。并有溫度、日期顯示和打印等功能。關鍵詞： easyarm2103 ps/2 電子秤 掉電存儲 語音播報abstract:this system employs arm2103 minimum system sponsored by guangzhou-mcu development co., ltd., as a central control unit of multi-functional electronic pricing system .it can implemen

3、t weighing, displaying,counting,peeling, accumulative total, printing, broadcasting voice, thermometric, power-down storage, retrieval of sales information and other functions. the standard ps/2 keyboard,which is at serial communication,is used to complete importing the code of goods and determine t

4、he name and type of goods.with the use of printer, it can print account sales.by using the part of collecting the analog signals,which includes pressure sensor and a/ d converter components, it can complete adc of the 20 digital conversion and output.ferroelectric 24c512 is used as the memorizer for

5、 merchandise store,preventing the inconvenience for sudden power-down,at the same time the information of the goods can be stored early. thanks to the independent internal clock which is used as a precise crystal clock source in arm2103, it makes things convenient and accurate; the voice chip isd400

6、4 completed a remarkable voice broadcast feature.the system also has temperature measured,date displayed and receipt printed.key words: easyarm2103；ps/2；electronic scale；power-down storage；voice broadcast一、 系統(tǒng)總述本系統(tǒng)包括：主控芯片arm2103部分、a/d測量轉換部分、鍵盤控制部分、02v可調(diào)電源部分、液晶顯示部分、數(shù)字測溫部分、打印部分、鐵電存儲部分和isd4004語音部分。系統(tǒng)框圖

7、如下：二、方案論證與比較：2.1單片機主控芯片的選擇：方案一：采用傳統(tǒng)8位mcs-51系列的單片機作為主控器，價格便宜，使用簡單，應用廣泛，但處理速度較慢。本系統(tǒng)需要擴展的外圍器件較多，存儲容量較小，無法滿足系統(tǒng)設計對運算速度及精度的要求。 方案二：采用32位的arm2103作為電子秤的主控芯片。arm2103是基于一個支持在線仿真的32位arm7 tdmi-s cpu的微控制器，并帶有32kb嵌入的高速flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，讀寫速度快?？梢允褂?6位的thumb模式將代碼規(guī)模降低30%，而性能的損失卻很小。32kb的f

8、lash存儲系統(tǒng)可以用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲。arm2103支持8位、16位和32位的訪問，可操作性強，并具有豐富的i/o資源，片內(nèi)集成10位逐次逼近式ad轉換功能器，并可通過軟件設置在310位之間進行選擇，而且其外圍電路簡單,在片內(nèi)即可實現(xiàn)控制，簡化了整個系統(tǒng)的復雜程度，方便靈活。綜上比較，采用方案二。2.2鍵盤分析方案的選擇方案一：采用矩陣式鍵盤。該鍵盤采用行列掃描讀取鍵值，每行每列都需與p口相連，耗費較多cpu資源，當按鍵較多時占用大量的i/o口。本系統(tǒng)因需要按鍵較多，矩陣式鍵盤不適合。方案二：采用技術比較成熟的ps/2鍵盤。讀鍵盤程序相對簡單，僅占用2個i/o口，采用串行通信，節(jié)約了cpu

9、資源。規(guī)格統(tǒng)一，符合國家標準，替換性好，價格低，通用性好。 綜上比較，采用方案二。2.3顯示模塊的選擇：方案一：采用8*8點陣顯示。利用4片8*8點陣模塊組成的16*16的點陣來顯示中文和數(shù)字，但若顯示的內(nèi)容較多，需較多的恒流器件和移位寄存器，浪費資源且處理速度慢，而且所占空間較大，造成系統(tǒng)不夠協(xié)調(diào)。方案二：采用七段數(shù)碼管進行顯示。七段數(shù)碼管可以很好的顯示售貨商品的價格、數(shù)量等，但無法顯示商品名稱。方案三：采用帶字庫的lcm128645zk。該顯示模塊可實現(xiàn)漢字、數(shù)碼的同屏顯示，性能穩(wěn)定。中文顯示模塊具有上、下、左、右移動當前顯示屏幕及清楚屏幕的命令，具有光標顯示、閃爍控制及關閉顯示命令，還可

10、調(diào)節(jié)背光亮度等。綜上比較，選擇方案三。2.4溫度傳感器的選擇：方案一：采用傳統(tǒng)模擬信號的溫度傳感器，熱電偶、熱電阻等。使用這類傳感器可以采集的溫度范圍廣，可以達到精確控制的目的。但是傳感器的電壓信號需要經(jīng)過a/d轉換才能進入單片機，經(jīng)過單片機復雜的程序處理才能最終得到溫度信息。方案二：采用先進的數(shù)字量輸出溫度傳感器ds18b20。ds18b20為增強型單總線數(shù)字溫度傳感器，內(nèi)部集成了a/d轉換和信號處理系統(tǒng)，通過單線總線直接將溫度值信號傳到單片機。可測量的溫度信號為55125，可編程設計912位的分辨率，最小精度為0.0625度，占用單片機的資源少，使用起來極為方便。綜上所述，選擇方案二。2.

11、5時鐘模塊的選擇方案一：采用ds1302等外部時鐘芯片為時鐘源，提供時鐘的實時顯示。采用ds1302時鐘芯片，需要將ds1302時鐘芯片的控制端接在單片機的兩個端口上，通過讀端口地址才能實現(xiàn)時鐘顯示，而且掉電后自動復位，沒有記憶功能。方案二：采用arm2103內(nèi)部的實時時鐘rtc?？蛇x擇使用外部晶振和獨立電源供電，為系統(tǒng)提供精確的時間和日期信息，并且實時時鐘（rtc）提供一套計數(shù)器在系統(tǒng)上電和關閉操作時對時間進行測量。lpc2101/02/03 的 rtc 時鐘可由獨立的 32.768khz 振蕩器或基于 vpb 時鐘的可編程預分頻器來提供,可實現(xiàn)掉電保護功能。綜上所述，采用方案二。2.6模數(shù)

12、轉換器的選擇：方案一：采用easyarm內(nèi)帶的10位a/d轉換模塊，雖不需擴展外圍電路，但其精度較小，不能達到題目要求。 方案二：采用12位的7135a/d轉換，但因其外圍電路比較復雜，受干擾較大，操作比較麻煩。 方案三：在基本部分采用7705，發(fā)揮部分采用20位的ads1230。ad7705是16位轉換器，可以接收直接來自傳感器的低電平的輸入信號。ads1230集成了板載低噪聲可編程增益放大器（pga）及振蕩器等部件，為精確的模數(shù)轉換提供了前端解決方案，具有簡單的引腳驅動控制和雙線數(shù)字接口，受干擾小。綜上所述，采用方案三。2.7掉電存儲的選擇：方案一：采用sd卡進行掉電存儲。sd卡是分扇區(qū)存

13、取數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時需要確定每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)、每簇所占的扇區(qū)數(shù)、保留扇區(qū)和隱藏扇區(qū)等，讀寫格式比較復雜，不易實現(xiàn)。方案二：采用鐵電24c512進行存儲。鐵電存儲時，讀寫速度快，比傳統(tǒng)存儲器快5000倍，功率消耗小100倍，可擦寫次數(shù)可達1萬億次以上，具有超低功耗，fram的靜態(tài)工作電流小于10a，讀寫電流小于150a。本設計要求存儲量不大，64k鐵電存儲器足以滿足系統(tǒng)要求，而且鐵電存儲器讀寫簡單。綜上所述，采用方案二。2.8存儲器存取算法的選擇： 電子秤系統(tǒng)要求包含大量的商品數(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。 方案一：所有的商品數(shù)據(jù)都在程序

14、初始化時導入靜態(tài)ram。實際情況是商品的而存儲數(shù)據(jù)量會比較大，而系統(tǒng)是必須要求一定的堆?？臻g和其它數(shù)據(jù)空間。這樣既不能滿足題目要求，又占據(jù)了大量的系統(tǒng)資源。 方案二：參考windows系統(tǒng)的內(nèi)存管理算法，采取了一種動態(tài)的sram分配方案。系統(tǒng)在商品輸入時將最常用的10條商品信息存儲在鐵電的最低地址處，在系統(tǒng)初始化時將這些信息導入sram，并且設立一個容量為10的數(shù)組，作為各種商品的計數(shù)。商品銷售一次，對應的計數(shù)增加一次。當指定的商品不在sram中時，才查詢鐵電存儲中相應的信息，用它來置換商品銷售計數(shù)數(shù)組數(shù)值最小的一個對應的sram空間，既節(jié)約了sarm空間，又解決了系統(tǒng)信息量大而內(nèi)存相對較小的

15、矛盾。 綜合比較，采用方案二。2.9語音播報單元的選擇： 為突出人性化設計，在系統(tǒng)中增加了語音模塊。 方案一：采用分立元件組成的語音錄放電路。經(jīng)過話筒輸入、放大濾波電路、a/d轉換、數(shù)據(jù)存儲等過程進行錄音，放音時經(jīng)過d/a轉換、帶通濾波、功率放大，經(jīng)揚聲器輸出。這種設計的優(yōu)點是設計靈活，缺點是電路復雜，控制不方便，并且因為存儲時的壓縮造成音質一般，受干擾情況比較嚴重。方案二：采用集成可錄放語音芯片isd4004。具有8kb的存儲空間，單片可錄放8至16分鐘語音，內(nèi)置微控制器串行通信接口，采用多電平直接模擬量存儲計數(shù)，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)閃爍存儲器中，能夠非常真實、自然的再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)

16、和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。采樣頻率可達8khz，音質好，放音平滑，無需外加存儲器。接口為spi總線接口，控制方便。綜合比較，采用方案二。2.10壓力傳感器的選擇： 方案一：采用金屬應變式壓力傳感器。由于它存在遲滯、蠕變及溫度性能差等缺點，其應用場合受到了很大的限制。 方案二：采用懸臂梁應變片式全橋壓力傳感器。壓阻式傳感器是將應變計粘貼在彈性敏感元件上，以適當?shù)姆绞浇M成電橋，從而將物體的質量轉換成電信號。將被測物體的壓力轉換為彈性體的應變值，并同步的轉換為電阻值的變化。綜上比較，采用方案二。2.11電壓模塊的選擇方案一：用普通三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，再通過運

17、放處理得到02v的電壓，由于普通電源不穩(wěn)定，經(jīng)三端穩(wěn)壓器后波動仍然很大。方案二：選擇晶體管設計恒流源，5v恒流源串聯(lián)電位器分壓，通過改變可變電位器阻值的大小來得到相應的電壓，硬件電路比較容易實現(xiàn)，精度較好。綜上比較，采用方案二。三、系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn)：3.1液晶顯示模塊接口設計:因串行數(shù)據(jù)對時序要求比較嚴格，為簡單起見，本設計采用并行數(shù)據(jù)傳輸。引腳“v r”和“v 0”之間接可變電阻( 01 0 千歐 )，一端接v r，調(diào)整端接v0,另一端懸空；可變電阻需調(diào)到顯示區(qū)域的底色剛剛顯示出來為止。當psb腳接高電時(模塊背面sp的短路電阻在 “p”側)，模塊將進入并行傳輸模式；主控制系統(tǒng)配合( r

18、s，rw，e ，db0db7) 來完成傳輸動作。接線圖見附頁一 圖1。3.2鍵盤輸入模塊： 采用了技術成熟的標準ps/2鍵盤，mcu通過ps/2串行協(xié)議進行信息通訊，實現(xiàn)各個預設功能，并能完成商品名的漢字輸入。 在進行數(shù)據(jù)同步串行協(xié)議時，每次數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù)并且每在時鐘線上發(fā)送一個脈沖就被讀入。主機對總線有控制權，可以通過將clock線置低電平來禁止ps/2設備與主機的通信，同時將總線初始化。當ps/2設備要向主機發(fā)送信息時，必須先檢查clock線是否為高電平，如果不是高電平則說明主機禁止ps/2設備向它發(fā)送數(shù)據(jù)。這時ps/2設備要一直等到clock信號線變?yōu)楦唠娖讲拍芟蛑鳈C發(fā)送數(shù)據(jù)。ps

19、/2發(fā)送數(shù)據(jù)的時序及鍵盤硬件接口圖見附頁一 圖2、3、4。 3.3ds18b20測溫模塊：ds18b20數(shù)字溫度計提供9位（二進制）溫度讀數(shù)，指示器件溫度。從主機cpu到ds18b20僅需要一條線。ds18b20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。測量范圍從-從-55到+125，增量值為0.5，可在1s內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。i/o線上不要求強的上拉電阻，總線上主機不需要向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平，允許了變換期間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上的傳送。接線圖見附頁一 圖5。3.4電壓源模擬稱重模塊：電壓源稱重模塊選擇晶體管設計恒流源，5v恒流源串聯(lián)電位器分壓，通過改變可變電位器阻值的大小來得

20、到相應的電壓，硬件電路比較容易實現(xiàn)，精度較好。電位器對電壓進行調(diào)節(jié)，使其在02v之間連續(xù)可調(diào)并輸出，以模擬稱重傳感器輸出的信號源。3.5壓力傳感器傳感器采用懸臂梁式應變片傳感器，全橋均貼應變片以提高測量精度。彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產(chǎn)生變形，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應的測量電路把電阻變化轉換為電信號，從而完成了將外力變換為電信號的過程。內(nèi)部原理圖如左圖：稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： 3.5打印機電路模塊：采用熱敏式通用打印機

21、，該打印機采用了通用25 幀并行接口。其中stb為數(shù)據(jù)選通脈沖，上升沿時讀入數(shù)據(jù)。ack為應答脈沖，低表示已接受；busy為忙線，高表示打印機忙，不能接收數(shù)據(jù)。data1data8為并行數(shù)據(jù)輸入端口。因為并行接口占用大量i/o口線資源，打印機是慢速外設，對數(shù)據(jù)傳輸速率要求很低，因此采用 74hc595進行串并行轉換節(jié)約管腳資源。電路連接圖見附頁一 圖6。3.6語音播報模塊isd4004的音頻輸出端（aud out）是提供音頻輸出，可驅動5千歐的負載。在串行輸入端，主控器在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供isd輸入。而對于串行輸出端，當isd未被選中時，是呈高阻態(tài)的。isd的時鐘輸入

22、端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步mosi和miso的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在sclk上升沿鎖存到isd，在下降沿移出isd。電路連接圖見附頁一 圖7。3.7a/d轉換模塊 基本部分采用可調(diào)直流電源輸出電壓模擬稱重信號源，并采用雙通道全差分模擬輸入的ad7705進行a/d轉換。din和dout接上拉電阻后dout接p0.1最為數(shù)據(jù)輸出。sclk接p0.0最為時鐘信號口。發(fā)揮部分采用高精度的ads1230，所有特性均由專用引腳控制。該器件可通過易于隔離的串行接口輸出數(shù)據(jù)。硬件接線時，ads1230的為復位端，通過軟件給以相應的脈沖，sclk為脈沖端，與easyarm2103的一個口相接。/drdy/dout為

23、數(shù)據(jù)口，當sclk端有正確時序時有數(shù)據(jù)輸出，硬件圖見附頁一 圖8、9。 四、系統(tǒng)軟件設計 軟件設計采用模塊化設計，每一個模塊對應一個流程圖，各個模塊之間再進行耦合，比較容易修改維護。鍵盤、打印機和語音播報等采用中斷方式，加快了程序的執(zhí)行速度。部分程序流程圖見附頁二。五、系統(tǒng)測試與調(diào)試5.1測試儀器：pc機、示波器、萬用表ut60b、數(shù)字電壓源ca18303d、數(shù)字式萬用表ds1102c、 h-jtag仿真器5.2測試方法（1）各個模塊進行測試，對于設計的每一個模塊都要進行單獨測試；（2）試完全符合要求后再進入下一個模塊的開發(fā)設計。先后開發(fā)測試模塊有：液晶顯示模塊、時鐘模塊、打印機模塊、ps/2

24、鍵盤輸入模塊、ds18b20測溫模塊、isd4004語音播報模塊、24c512存儲器讀寫模塊、0-2v電源調(diào)節(jié)模塊、ad轉換及測量重量模塊；系統(tǒng)整合后進行了整機測試，通過不斷的修改和調(diào)試，最終獲得完全符合要求的系統(tǒng)5.3測試內(nèi)容：1. 開機后界面為當前時間和溫度顯示。掉電后由于掉電存儲，時鐘仍能夠維持運行，確保任何時候開機都可知道當前時間，無需再次調(diào)整；通過18b20測量當前溫度值，與實際溫度計測量相差不大。功能鍵numlock可實現(xiàn)顯示界面與售貨界面的切換。2. 進入售貨界面后，測量稱重的精度。ad測試誤差控制在+/-0.01%內(nèi)；數(shù)據(jù)精確到0.5g；數(shù)據(jù)處理完全滿足系統(tǒng)要求，總價金額誤差小

25、于0.01元。而且數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間小于2s3. 商品信息可以手動輸入，也可按數(shù)字鍵09分別調(diào)取10種不同的商品單價。4. 可通過漢字輸入在鐵電中存儲100種商品信息和100組購物信息，并可以隨時調(diào)取其中一組。5. 當按下打印功能鍵，打印機工作，打印小票包括日期、時間、購物信息、收銀員編號、流水號等信息。6. 打印時可以選擇是否需要語音播報。功能鍵按下時進行語音播報。7. 用功能鍵控制去皮和累加功能，可在售貨時隨時選取。5.4測試數(shù)據(jù)： 測量次數(shù) 砝碼重量自制電子秤稱得重量 偏差值 1 5g 5.3g 0.3 2 10g 10.1g 0.1 3 20g 20.3g 0.3 4 50g 49.9g -

26、 0.1 5 100g 99.8g -0.2 6 200g 200.1g 0.1 7 500g 499.8g -0.2 8 1000g 1000.2g 0.2 9 5kg 5000.1g 0.1 10 10kg 10000.2g 0.25.5誤差分析：從上述測試數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)存在一定的誤差。由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，傳感器在一定程度上受環(huán)境溫度的影響程序中對實測數(shù)據(jù)進行了線性補償。經(jīng)校準，非線性補償后，誤差已基本達到要求。5.6各個按鍵及功能說明：（1）功能切換鍵numlock：程序進行后默認為時間顯示界面，按一下numlock可進入售貨界面，再按則重新進入默認界面。（2）時間修改

27、功能鍵“/”：當在時間界面時按此鍵，可進行時間的修改，手動輸入當前時間并回車確認即可。（3）f1、f2中英文切換鍵：在商品存儲界面，可以按數(shù)字鍵輸入商品價格，并可通過f1和f2實現(xiàn)中英文的切換。此時按“/”可以進行換行。（4）售貨稱重界面：在此界面可通過按“/”鍵在手動輸入單價與預存單價之間切換，手動輸入0-9普通數(shù)字調(diào)取十種預存單價（5）“ +”累計價格功能鍵：按下此鍵可進行本次售后的總額計算并累計。本次售貨完畢時，按enter鍵打印本次售貨清單記錄保存。（6）“1”功能鍵：若需要調(diào)取前100種售貨清單，可按下此鍵。六、結束語 在老師的辛苦指導下，經(jīng)過四天的艱苦奮戰(zhàn)，我們最終不但完成了本次大賽題目的基本要求，而且完成了發(fā)揮部分。基本部分：液晶顯示屏的效果很好，亮度適中，無閃爍現(xiàn)象，實時顯示所稱商品重量和環(huán)境溫度。ps/2鍵盤輸入穩(wěn)定，可設置商品單價、進行功能切換。發(fā)揮部分：成功實現(xiàn)了實時時鐘顯示和掉電保護。擴展了高精度a/d轉換器進行稱重，測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。能預存10種商品信息和單價，可以保存100組購物清單并顯示，數(shù)據(jù)具有掉電保存。并可實現(xiàn)商品信息的漢字輸入和購物清單的打印。另外，為系統(tǒng)添加了具有特色的語音播報功能。本次競賽，我們充分