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1、题 目： 铅酸蓄电池充电器设计 1摘 要本系统采用单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和 A/D 转换部分组成。人机界面部分为键盘输入 ，12864 点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。软件部分应用单片机 C 语言实现了本设计的全部控制功能，包括基本的称重功能，和发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和重新设定 10 种商品的单价，具有超重报警功能，由于系统资源丰富，还可以方便的扩展其应用关键词：单片机 AT89S
2、52 压力传感器2目录1、引言3 2、数据采集部分3 2.1 传感器3 2.2 前级放大器部分3 3、人机交互界面6 4、具体实现方案6 4.1 硬件组成6 4.2 软件组成105、测试及结果分析13 结论14 致谢15 参考文献16 附录1731 1、引言、引言本系统基于 51 系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件：CPLD、FPGA 来实现。 （因为大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。 ）另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了 AT89S52 通用的比较普通
3、单片机来实现系统设计。内部带有8KB 的程序存储器，在外面扩展了 32K 数据存储器，以满足系统要求。 2 2、数据采集部分、数据采集部分2.12.1 传感器传感器设计要求称重范围 9.999Kg，重量误差不大于Kg，考虑到秤台自重、005. 0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。我们选择的是 L-PSIII 型传感器，量程 20Kg，精度为，Kg999. 9%01. 0满量程时误差0.002Kg。可以满足本系统的精度要求。其原理如下图所示：称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下
4、式给出：EinR4R4 R3R3 R2R2 R1R1 )42(42E RRRRout2.22.2 前级放大器部分前级放大器部分压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。我们考虑可以采用以下几种方案可以采用：方案一、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。4普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二、由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如 OP07)做成一个差动放大器。电阻 R1、R2 电容 C1
5、、C2、C3、C4 用于滤除前级的噪声，C1、C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰，C3、C4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器 R6 可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。缺点：此电路要求 R3、R4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。方案三：采用专用仪表放大器，如：INA126，INA121 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
6、度也非常好，且外部接口简单。以 INA126 为例,接口如下图所示： 5放大器增益，通过改变的大小来改变放大器的增益。GRKG805GR基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器INA126。 （3） 、A/D 转换器由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D 转换器误差应在以下%03. 012 位 A/D 精度：10Kg/4096=2.44g14 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 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。方案一、逐次逼近型 A/D 转换器，如：ADS7805、AD
7、S7804 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89C52 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。方案三、双积分型 A/D 转换器：如：ICL7135、ICL7109 等。双积分型 A/D 转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),
8、具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于） ，可自动调零，超量程信号，全部输出于 TTLM310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较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。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6廉的
9、价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了 ICL7135。3 3、人机交互界面、人机交互界面（1） 、键盘输入键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。我们采用了专用的键盘显示芯片 ZLG7289。Intel8279 是一种比较成熟的可编程键盘/显示芯片，可以满足小系统的要求。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。可以比较方便的扩展系统。另外ZLG7289 内部有译码电路，大大简化了程序。我们选择功能更好的 ZLG7289 作为键盘扫描显示芯片（2） 、显示输出虽然 ZLG7289
10、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 12864 型 LCDOCM4X8C。4 4、具体实现方案、具体实现方案4.14.1 硬件组成硬件组成（一） 、硬件结构框图如下：（二） 、各部分硬件电路实现(1)、基于 AT89S52 的主控电路图7主控电路以 89C52 为核心扩展 32K RAM；单片机使用 6M 晶振，P0 口外接上拉电阻，增大了带负载能力；A12A15 接 74LS138 译码器，输出作外部片选信号。 扩展了几个接口用于其它部分于单片机的通信（2）前端信号处理IN
11、A126 构成的放大器及滤波电路：通过调节的阻值来改变放大倍数。微弱信号 Vi1 和 Vi2 被分别放大后从GRINA126 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8右，可将接成的滑动变阻器。GRK1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，所以滤波电路可以把频率做得很低。（3）A/D 转换器基于 ICL7135 的 A/D 转换器实现电路：基准源选用芯片 MC1403 2.5V 分压得到：由于
12、ICL7135 内部没有振荡器，所以需要外接。但 A/D 转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间 T1 和反向积分时间 T2 按相同比例增加并不影响测量的结果。ICL7135 的时钟频率典型值为 200kHz 最高允许为 1200kHz，时9钟频率越高，转换速度越快。每输出一位 BCD 码的时间为 200 个时钟周期，选通脉冲位于数据脉冲的中部，如果时钟频率太高，则数据的接受程序还没有接受完毕，数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高，且单片机的工作频率也不是很高，因此我们取时钟频率的典型值：200kHz。由于频率比较低，对时钟漂移要求不高，我们采用阻容方式实现了基本的振荡电路。如
13、下：振荡频率约为 160kHz。此外 ICL7135 外部还需要外接积分电阻、积分电容，但 A/D 转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关，故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到 A/D 转换器的精度，所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容ICL7135 还需要外接基准电源，这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时，应采用外接基准源。一般接其典型值 1V。(4)、人机交互界面(a)、键盘接口图：键盘控制芯片 ZLG7289 控制键盘的扫描，当监测到有键按下后 ZLG7289 的9 脚便产生一个低
14、电平通知单片机，单片机可以采用查询或者中断方式将数据10通过 P1.5 以串行方式读入。因为查询方式会浪费大量的时间,所以本系统采用的是中断方式。(b)、LCD 显示接口电路LCD 复位信号通过反相器接到单片机的 RESET 上，上电或手动复位时将随单片机同时复位。由于复位后并行口输出高电平，LCD 处于选中状态，此时 LCD将输出内部状态字，将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器4.24.2 软件组成软件组成（一） 、流程图主程序流程如图所示：11中断服务程序流程图如下12（2） 、软件说明由于涉及到大量数据的运算，程序不宜采用汇编语言，C 语言大大缩短了开发时间，且程序可读性非常
15、好。程序中对 AD 采入的数据进行了数字滤波，进一步减小 AD 读入数据的误差。137289 键盘控制采用中断方式，加快了程序的执行效率。详细的操作过程见使用说明。5 5、测试及结果分析、测试及结果分析一、 测试结果及误差分析：砝码重量（g）实际显示重量 1（g）实际显示重量 2（g）实际显示重量 3（g）1009999981501481471492001951971982502442462443002952962943503423443434003933953964504434434445004934944955505525515536005905935946506416416427006896926937507407407418007907917908508398408429008878888889509389389381000986987987注：由于传感器和其他器件本
