山東省電子設計大賽(電子稱)

1、山東省電子設計大賽（2014年）實用電子秤（C）編號：C甲1009參賽學校： 指導教師： 設計者： 2004年9月13號摘 要本系統(tǒng)采用單片機AT89S52為控制核心，實現(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、人機交互界面三大部分。最小系統(tǒng)部分主要是擴展了外部數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉換部分組成。人機界面部分為鍵盤輸入 ，12864點陣式液晶顯示，可以直觀的顯示中文，使用方便。軟件部分應用單片機C語言實現(xiàn)了本設計的全部控制功能，包括基本的稱重功能，和發(fā)揮部分的顯示購物清單的功能，可以設置日期和重新設定10種商品的單價，具有超重報警功能

2、，由于系統(tǒng)資源豐富，還可以方便的擴展其應用第一部分：方案論證與比較一、控制器部分本系統(tǒng)基于51系列單片機來實現(xiàn)，因為系統(tǒng)需要大量的控制液晶顯示和鍵盤。不宜采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷篊PLD、FPGA來實現(xiàn)。（因為大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷话闶鞘褂脿顟B(tài)機方式來實現(xiàn)，即所解決的問題都是規(guī)則的有限狀態(tài)轉換問題。本系統(tǒng)狀態(tài)較多，難度較大。）另外系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，我們最終選擇了AT89S52通用的比較普通單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)設計。內部帶有8KB的程序存儲器，在外面擴展了32K數(shù)據(jù)存儲器，以滿足系統(tǒng)要求。 二、數(shù)據(jù)采集部分（1）、傳感器題目要求稱重范圍9.999Kg，重量誤差不大于Kg，考慮到秤臺自重、振

3、動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重。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。其原理如下圖所示：稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓可由下式給出：（2）、前級放大器部分壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：方案一、利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。由于A/D轉換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會

4、直接影響最后的測量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二、由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器。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：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可以調節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調放大倍數(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，比較符合應用要求。缺點：此電路要求R3、R4相等，誤差將會影響輸出精度，

5、難度較大。實際測量，每一級運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,接口如下圖所示： 放大器增益，通過改變的大小來改變放大器的增益。基于以上分析，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126。 （3）、A/D轉換器由上面對傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉換器誤差應在以下12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g考慮到其他部分所帶來的干擾,12位A/D

6、無法滿足系統(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轉換器，如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型A/D轉換，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轉換器件。高精度逐次逼近型A/D轉換器一般都帶有內部基準源和內部時鐘，基于89C52構成的系統(tǒng)設計時僅需要外接幾個電阻、電容。但考慮到所轉換的信號為一慢變信號，逐次逼近型A/D轉換器的快速的優(yōu)點不能很好的發(fā)揮，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轉換器：如：ICL71

7、35、ICL7109等。雙積分型A/D轉換器精度高，但速度較慢(如：ICL7135),具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于），可自動調零，超量程信號，全部輸出于TTL電平兼容。雙積分型A/D轉換器具有很強的抗干擾能力。對正負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，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轉換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤，系統(tǒng)對AD的轉換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉換

8、器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。綜合的分析其優(yōu)點和缺點，我們最終選擇了ICL7135。三、人機交互界面（1）、鍵盤輸入鍵盤輸入是人機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。我們采用了專用的鍵盤顯示芯片ZLG7289。Intel8279是一種比較成熟的可編程鍵盤/顯示芯片，可以滿足小系統(tǒng)的要求。ZLG7289是周立功單片機公司設計的串行輸入輸出可編程鍵盤/顯示芯片有強大的鍵盤顯示功能，支持64鍵控制。可以比較方便的擴展系統(tǒng)。另外ZLG7289內部有譯碼電路，大大簡化了程序。我們選擇功能更好的ZLG7289作為鍵盤掃描顯示芯片（2）、顯示輸出雖然ZLG7289

9、具有控制數(shù)碼管顯示的功能，但考慮到本題目要求中文顯示，數(shù)碼管無法滿足，只能考慮用帶有中文字庫的液晶顯示器。由于可以分頁顯示，無需太大屏幕，我們選擇了點陣式128×64型LCDOCM4X8C。第二部分：具體實現(xiàn)方案一、硬件組成：（一）、硬件結構框圖如下：（二）、各部分硬件電路實現(xiàn)(1)、基于AT89S52的主控電路圖主控電路以89C52為核心擴展32K RAM；單片機使用6M晶振，P0口外接上拉電阻，增大了帶負載能力；A12A15接74LS138譯碼器，輸出作外部片選信號。 擴展了幾個接口用于其它部分于單片機的通信（2）前端信號處理INA126構成的放大器及濾波電路：通過調節(jié)的阻值來改

10、變放大倍數(shù)。微弱信號Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉換器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，可將接成的滑動變阻器。由于ICL7135對高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對工頻及其低次諧波引入的干擾。因為壓力信號變化十分緩慢，所以濾波電路可以把頻率做得很低。（3）A/D轉換器基于ICL7135的A/D轉換器實現(xiàn)電路：基準源選用芯片MC1403 2.5V分壓得到：由于ICL7135內部沒有振蕩器，所以需要外接。但A/D轉換器精度與時鐘頻率的漂移無關。正向積分時間T1和反向積分時間

11、T2按相同比例增加并不影響測量的結果。ICL7135的時鐘頻率典型值為200kHz最高允許為1200kHz，時鐘頻率越高，轉換速度越快。每輸出一位BCD碼的時間為200個時鐘周期，選通脈沖位于數(shù)據(jù)脈沖的中部，如果時鐘頻率太高，則數(shù)據(jù)的接受程序還沒有接受完畢，數(shù)據(jù)就已經消失了?？紤]到此系統(tǒng)頻率要求不是太高，且單片機的工作頻率也不是很高，因此我們取時鐘頻率的典型值：200kHz。由于頻率比較低，對時鐘漂移要求不高，我們采用阻容方式實現(xiàn)了基本的振蕩電路。如下：振蕩頻率約為160kHz。此外ICL7135外部還需要外接積分電阻、積分電容，但A/D轉換器精度與外接的積分電阻、積分電容的精度無關，故可以降

12、低對元件質量的要求。不過積分電容和積分電容的介質損耗會影響到A/D轉換器的精度，所以應采用介質損耗較小的聚丙乙烯電容ICL7135還需要外接基準電源，這是因為芯片內部的基準源一般容易受到溫度的影響，而基準電源的變化會直接影響轉換精度。所以當精度要求較高時，應采用外接基準源。一般接其典型值1V。(4)、人機交互界面(a)、鍵盤接口圖：鍵盤控制芯片ZLG7289控制鍵盤的掃描，當監(jiān)測到有鍵按下后ZLG7289的9腳便產生一個低電平通知單片機，單片機可以采用查詢或者中斷方式將數(shù)據(jù)通過P1.5以串行方式讀入。因為查詢方式會浪費大量的時間,所以本系統(tǒng)采用的是中斷方式。(b)、LCD顯示接口電路.LCD復

13、位信號通過反相器接到單片機的RESET上，上電或手動復位時將隨單片機同時復位。由于復位后并行口輸出高電平，LCD處于選中狀態(tài)，此時LCD將輸出內部狀態(tài)字，將會影響數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸。所以外接一個反相器。二、軟件組成：（一）、流程圖主程序流程如圖所示：中斷服務程序流程圖如下：（2）、軟件說明由于涉及到大量數(shù)據(jù)的運算，程序不宜采用匯編語言，C語言大大縮短了開發(fā)時間，且程序可讀性非常好。程序中對AD采入的數(shù)據(jù)進行了數(shù)字濾波，進一步減小AD讀入數(shù)據(jù)的誤差。7289鍵盤控制采用中斷方式，加快了程序的執(zhí)行效率。詳細的操作過程見使用說明。第三部分：測試及結果分析一、 測試結果及誤差分析：砝碼重量（g）實際

14、顯示重量1（g）實際顯示重量2（g）實際顯示重量3（g）1009999981501481471492001951971982502442462443002952962943503423443434003933953964504434434445004934944955505525515536005905935946506416416427006896926937507407407418007907917908508398408429008878888889509389389381000986987987注：由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，程序中對實測數(shù)據(jù)進行了線性補償。誤差分析：經校準，

15、非線性補償后，誤差已基本達到要求。所用測量儀器：總重1Kg的砝碼，萬用表，示波器第四部分：使用操作說明本系統(tǒng)采用32鍵鍵盤來實現(xiàn)，分為數(shù)字鍵：0-9，商品1-商品10，6個控制鍵。本系統(tǒng)開機顯示公司名稱，后提示輸入收銀員編號和當前日期。正確輸入后，進入稱重顯示。數(shù)字鍵和小數(shù)點鍵：用于輸入單價；累加鍵：相當于確認，可以將當然信息保存至購物清單；并且將金額累加，得到所購買商品的總金額。去皮鍵：用于去除皮重；清單價：用于輸入的單價錯誤的時候，重新輸入；購物清單鍵：當需要顯示當前顧客的總的購物清單時，可以連續(xù)按下購物清單鍵，分頁顯示所購買的商品信息，并且若以達到最后一頁，則顯示總計金額，收銀員編號，和

16、公司名稱，當然日期。運行中如果顧客購買已存入的10種商品，只需按下相應的商品鍵，既可以將商品的名稱和單價以中文的形式顯示，同樣累加鍵保存此商品的信息，包括其重量，金額和當前累計金額。另外，已存入的10種商品的單價均可重新設置，直接輸入其單價即可，方便實用。如果所稱重物超過了系統(tǒng)最大量程10Kg,則蜂明器發(fā)出報警聲音。第五部分：附錄電子秤的信號采集、處理、顯示的程序.#include <reg52.h>#include<absacc.h>/ad控制線#define ad_244 XBYTE0xbfff;sbit ad_stb=P33;sbit ad_start=P11;/

17、lcd控制線sbit lcd_di=P17;sbit lcd_rw=P12;sbit lcd_e=P10;/7289控制線sbit cs7289=P13;sbit clk7289=P14;sbit dio7289=P15;/sbit key7289=P16; /7289查詢方式sbit key7289=P32; /7289中斷方式sbit 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 lcd

18、d_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，編號，日期void ini();void error1(void);void nop1()void change(s)int dealy; /全局變量short sh=0; /商品號short dot=0; /小數(shù)點標志bit list=0;short qb=0;char xdata shuju7=""short xdata bcd5;c

19、har xdata s116="單價: 元"char xdata s216="重量: Kg"char xdata s316="金額: 元"char xdata s416="累計: 元"char code message0="信息學院 山東大學"char code message1="輸入收銀員代號:"char code message2="輸入日期:"char code message316=" -山東大學- "char code me

20、ssage516="垃圾公司歡迎您!"char xdata bianhao16="收銀員： "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="單價","蘋果","梨 ","花生","

21、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=0x0,0x0,0x0,0xfe,0x0,0x0; / 0.00short xdata xiuzheng=0,2,5,6,7,8,9,12,13;char s16;s6=shuju0; s7=shuju1; s8=sh

22、uju2; 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); /總清 屏 ini(); /初始頁面,收銀員編號，日期 lcdi_send(0x1); /

23、總清 屏 EA=1;EX0=1; /中斷 /EX1=1; /ad_start=1; while(1) if(list)lcdi_send(0x80); /顯示單位名稱 for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(message3i); x=qingdan00; /商品名 單價 for(i=0;i<4;i+) s1i=shangpinxi; x=qingdan01; d_change(x); change(s1); lcdi_send(0x90); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s1i); x=qingdan02; /顯示重量 d_change

24、(x); change(s2); s210=s29;s29='.' if(s28=32) s28=0x30; lcdi_send(0x88); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s2i); x=qingdan03; d_change(x); change(s3); lcdi_send(0x98); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s3i); /以上為第一頁 EA=0;EX0=0; /關鍵盤中斷 for(j=1;j<qb;j+) while(key7289); x=qingdanj2; d_change(x); chan

25、ge(s2); /顯示數(shù)據(jù) s210=s29; s29='.' if(s28=32) s28=0x30; lcdi_send(0x90); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s2i); x=qingdanj1; d_change(x); change(s1); x=qingdanj0; for(i=0;i<4;i+) s1i=shangpinxi; lcdi_send(0x80); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s1i); x=qingdanj3; d_change(x); change(s3); lcdi_send

26、(0x88); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s3i); lcdi_send(0x98); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(0x20); lcdi_send(0x98); while(key7289=0); while(key7289); d_change(zongjia); change(s4); lcdi_send(0x80); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s4i); lcdi_send(0x90); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(bianhaoi); lcdi_send

27、(0x88); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(message5i); lcdi_send(0x98); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(riqii); list=0; while(key7289=0); while(key7289=1); while(key7289=0); EA=1;EX0=1; else y=0; /* duilie2=duilie1; /數(shù)字濾波 duilie1=duilie0; y=ad1(); duilie0=y>>1; x=duilie0; x=x<<1; x=x+duilie1+du

28、ilie2; */ zhongliang=ad1(); shizhong=zhongliang-pizhong; /數(shù)據(jù)轉換 x=danjiash; jine1=shizhong*x; jine=jine1/1000; d_change(shizhong); change(s2); /顯示數(shù)據(jù) s210=s29; s29='.' if(s28=32) s28=0x30; lcdi_send(0x90); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s2i); d_change(danjiash); change(s1); for(i=0;i<4;i+) s

29、1i=shangpinshi; lcdi_send(0x80); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s1i); d_change(jine); change(s3); lcdi_send(0x88); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s3i); d_change(zongjia); change(s4); lcdi_send(0x98); for(i=0;i<16;i+) lcdd_send(s4i); lcdi_send(0x98); /while(1); void keyin(void) interrupt 0 using 0 /

30、中斷0服務程序char X,i; long int y; send7289(0x15); /接收數(shù)據(jù) X=receive(); cs7289=1; X=X&0x1f;switch(X) case 0xf : zongjia=zongjia+jine; qingdanqb0=sh; qingdanqb1=danjiash; qingdanqb2=shizhong; qingdanqb3=jine; qb+; sh=0;dot=0; danjia0=0; for(i=0;i<6;i+) jiagei=0; break; /累加 case 0xe : pizhong=zhonglian

31、g; break; /去皮 case 0xd : danjiash=0;dot=0; break; /清單價 case 0xc : zongjia=0;jine=0;dot=0;list=0;qb=0;pizhong=0; if(sh=0) danjiash=0; break; /總清 case 0xa : dot=1;break; /點 case 0xb : list=1;break; /清單 case 0x19 : sh=10;break; case 0x18 : sh=9;break; case 0x17 : sh=8;break; case 0x16 : sh=7;break; cas

32、e 0x15 : sh=6;break; case 0x14 : sh=5;break; case 0x13 : sh=4;break; case 0x12 : sh=3;break; case 0x11 : sh=2;break; case 0x10 : sh=1;break; case 0x1f : case 0x1e : case 0x1d : case 0x1c : case 0x1a : break; case 0x1b : dot=1;break; default : if(dot=0) jiage0=jiage1;jiage1=jiage2;jiage2=X; if(dot=1)

33、 jiage4=X;dot+; else if(dot=2) jiage5=X; dot+; else if(dot>2) break; / lcdi_send(0x84); y=jiage0; y=y*10+jiage1; y=y*10+jiage2; y=y*10+jiage4; danjiash=y*10+jiage5; while(key7289=0); /等待鍵盤松開 /*void ad(void) interrupt 2 using 1short x,y; x=ad_244; y=x; if(x&0x80) baojing(); else x=x>>4;

34、y=y&0xf; bcdx=y; */ /初始頁面void ini() / 輸入收銀員編號,日期short i,j; char X; lcdi_send(0x80); /提示輸入收銀員編號 i=0; while(message1i) lcdd_send(message1i+); for(i=8;i<12;i+) while(key7289); send7289(0x15); /接收數(shù)據(jù) X=receive(); cs7289=1; bianhaoi=X+0x30; lcdi_send(0x93); for(j=8;j<16;j+) lcdd_send(bianhaoj);

35、while(key7289=0); lcdi_send(0x88); /提示輸入日期 i=0; while(message2i) lcdd_send(message2i+); for(i=0;i<10;i+) /輸入日期 if(i=4|i=7) i+; while(key7289=1); send7289(0x15); /接收數(shù)據(jù) X=receive(); cs7289=1; riqii=X+0x30; j=0; lcdi_send(0x9a); for(j=0;j<10;j+) lcdd_send(riqij); while(key7289=0); while(key7289);

36、 nop1(); while(key7289=0); nop1(); lcdi_send(0x1);/LCD子程序void ini_lcd() /LCD初始化子程序 lcdi_send(0x30); lcdi_send(0x1); /總清 lcdi_send(0xc); lcdi_send(0x2); /光標右移，AC+1void lcdd_send(short X) /LCD發(fā)送數(shù)據(jù)子程序chk_busy(); nop1(); lcd_di=1;lcd_rw=0;lcd_e=0; P0=X; for(dealy=0;dealy<5;dealy+);/ lcd_e=1; X=X; P0=

37、0xff;void lcdi_send(short X) /LCD發(fā)送指令子程序chk_busy(); nop1(); lcd_di=0;lcd_rw=0;lcd_e=0; P0=X; for(dealy=0;dealy<5;dealy+);/ lcd_e=1; X=X; P0=0xff; void chk_busy()short i=0xff; while(i&0x80) lcd_di=0; lcd_rw=1; lcd_e=0; i=P0; lcd_e=1; /7289子程序void ini_7289()short i; cs7289=1; key7289=1; dio7289

38、=1; /7289初始化子程序 for(i=0;i<50;i+) for(dealy=0;dealy<5000;dealy+); /延時25ms send7289(0xa4); cs7289=1;void send7289(short X) /7289發(fā)送數(shù)據(jù)子程序short i,j=1; cs7289=0; for(dealy=0;dealy<6;dealy+); /延時50us for(i=7;i>=0;i-) j=j<<i; dio7289=X&j; j=1;j=1;clk7289=1; for(dealy=0;dealy<1;dealy

39、+) ; /延時10us clk7289=0; for(dealy=0;dealy<1;dealy+) ; /延時10us dio7289=0;short receive() /7289接收數(shù)據(jù)子程序short i,X=0; dio7289=1; for(dealy=0;dealy<6;dealy+); /延時50us for(i=0;i<=7;i+) clk7289=1; for(dealy=0;dealy<1;dealy+); /延時10us X=X<<1; if(dio7289)X+; clk7289=0; for(dealy=0;dealy<1;dealy+); /延時10us dio7289=0; return(X);/ad/AD子程序int ad1()short k,x; int ad_zhi=0,xz; EA=0; ad_start=1; for(k=0;k<5;k+) while(ad_stb); x=ad_244; x=x&0xf; ad_zhi=ad_zhi*10+x; ad_start=0; EA=1;EX0=1; ad_zhi=ad_zhi>>1; xz=ad_zhi-50; xz=xz/100; ad_zhi=ad_zhi+xiuzhengxz; return