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1、 实用用电子称称（A） 设设 计计 报报告学院： 参赛赛队员： 指导导老师：一、 引言 （摘要要）为满足实实用电子子称的要要求，经经过对各各个单元元电路方方案的比比较论证证及确定定。本系系统采用用单片机机STCC89CC52为为控制核核心，实实现电子子称的基基本控制制功能。系系统的硬硬件部分分基本包包括最小小系统板板、数据据采集、人人机交互互界面三三大部分分。最小小系统部部分主要要是扩展展了外部部数据存存储器，数数据采集集部分由由压力传感感器、信信号处理理部分和和A/DD转换部部分组成成。人机机界面部部分为键键盘输入入，122864点点阵式液液晶显示示，可以以直观的的显示中中文。同同时在此此基
2、础上上本系统统增加了了报警电电路，以以免测量量量超出出测量范范围。 软件部部分应用用单片机机C语言言实现本本设计的的全部控控制功能能，包括括基本的的称重功功能，去去皮功能能，总额额累加计计算和发发挥部分分的显示示购物清清单的功功能，可可以设置置日期并并显示购购物日期期、收银银员编号号、售货货单位和和重新设设定100种商品品的单价价，具有有超重报报警功能能。 此电子子称具备备了功能能多、性性能价格格比高、功功耗低、系系统设计计简单、使使用方便便直观、速速度快、测测量准确确、自动动化程度度高等特特点。技术报告告以电子子称的设设计为主主线，包包括电子子称的软软硬件设设计，以以及控制制算法研研究等，共
3、共分为六六章。其其中，第第一部分分为引言言部分；第二部部分主要要介绍了了电子称称的总体体方案的的选取，对对单片机机资源的的分配作作了说明明。第四四部分对电子称称的硬件件设计进进行了详详细的介介绍，主主要介绍绍了电路路的设计计；第五五部分描述述了电子子称的软软件设计计和相关关算法。第第六部分分中叙述述了我们们在设计计过程中中遇到的的问题和和解决方方法。二、 电电子称整整体设计计方案论论证 按按照设计计功能的的要求，本本系统由由5个部分分组成：控制器器部分、数数据采集集部分、人人机交互互界面、时时钟日历历电路和和报警电电路。系系统设计计总体方方案框图图如图22.1所所示：数据采集集部分是是利用称称
4、重传感感器检测测压力信信号，得得到微弱弱的电信信号，而而后经放放大电路路部分处处理后送送入A/D转换换器，将将模拟信信号转换换为数字字量输出出。控制制器部分分接受来来自A/D转换换器输出出的数字字信号，经经过复杂杂的运算算，将数数字信号号转换为为物体的的实际重重量信号号，并将将其储存存到外部部储存器器中。在在人机交交互部分分，控制制器还要要通过对对扩展II/O的的控制，对对键盘进进行扫描描，而后后通过一一些程序序实现对对整个系系统的控控制，并并根据需需要通过过数据显显示器显显示功能能。报警系统统部分，当当称量物物体的重重量超出出称量范范围时，系系统发出出警告信信息。2.1 控制器器选取方案一：
5、采用大大规模可可编程逻逻辑器件件来实现现，因为为系统需需要大量量控制液液晶显示示器和键键盘。由由于大规规模可编编程逻辑辑器件一一般是使使用状态态机方式式来实现现，即所所解决的的问题都都是规则则的有限限状态转转换问题题。本系系统状态态较多，难难度系数数较大。故故不宜采采用大规规模可编编辑逻辑辑器件：CPLLD、FFPGAA来实现现。方案二：采用551系列列单片机机来实现现。因为系系统需要要大量控控制液晶晶显示器器和键盘盘，另外系系统没有有其他高高标准的的要求，有有考虑到到本设计计中程序序部分比比较大，根根据总方方案设计计的分析析，可以以选用带带EPRROM的的单片机机，由于于应用程程序不大大，应
6、用用程序直直接储存存在片内内，不用用在外部部扩展存存储器中中，可一一定程度度上简化化电路。IINTEEL公司司的80051和和87551都可可以使用用，在这这里选用用STCC公司生生产的AAT899SXXX系列单单片机。SSTC889CXXX系列列与MCCS-551相比比有两大大优势：第一，片片内储存存器采用用闪速存存储器，使使程序写写入更方方便；第第二，提提供了更更小尺寸寸的芯片片，使整整个硬件件电路体体积更小小。此外外，价格格低廉、采采用800C511核心处处理器单单元，具具有1KK字节RRAM；64/32/16/8kBB片内FFlassh程序序存储器器，支持持12时时钟(默默认)或或6时
7、钟钟模式，4个88位I/O接口口。这些些设备能能够很好好地实行行本仪器器的测量量和控制制要求。最后我们们最终选选择了方方案二，并并采用SSTC889C552这个个单片机机来实现现系统的的功能要要求。内内部带有有8KBB的程序序存储器器，在外外面扩展展了322K数据据存储器器，以满满足系统统要求。2.2数数据采集集方案的的选取2.2.1传感感器部分分方案一：采用电电阻应变变式称重重传感器器电阻应变变式称重重传感器器包括两两个主要要部分，一一个是弹弹性敏感感元件：利用它它将被测测的重量量转换为为弹性体体得应变变值；另另一个是是电阻应应变计：它作为为传感元元件井弹弹性体的的硬币，同同步地转转换为电电
8、阻值的的变化。在在电阻应应变式称称重传感感器中通通过桥式式电路将将电阻的的变化转转换为电电压变化化。它包包含一个个具有至至少两个个可变桥桥臂的44电阻结结构的电电桥，其其中由由由所称重重量引起起的电阻阻变化可可产生一一个叠加加在电源源电压的的一半共共模电压压之上的的差分电电压。电电阻应变变式传感感器工作作原理框框图如图图2-22所示：电压敏感元件应变片测量电桥载荷p应变电阻变化R输出图2-2电阻应变式称重传感器工作原理框图电阻应变变式称重重传感器器桥式测测量电路路如图22-3所所示：R1、RR2、RR3、RR4为44个应变变片电阻阻，组成成了桥式式测量电电路，RRm为温温度补偿偿电阻，ee为激
9、励励电压，VV为输出出电压。图2-3桥式测量电路当弹性体体承受载载荷产生生变形时时，输出出信号电电压可由由下式给给出：由于测量量电桥采采用惠更更斯电桥桥，且惠惠更斯电电桥具有有抑制温温度变化化的影响响，抑制制干扰，补补偿方便便等优点点。所以以该传感感器测量量精度高高，温度度特性好好，工作作稳定等等优点。同同时全桥桥式等臂臂电桥的的灵敏度度最高，各各臂参数数一致，各各种干扰扰的影响响容易相相互抵消消，所以以在本设设计中我我们采用用该方案案。方案二：采用压压磁式称称重传感感器它是一种种力电转换换的无源源传感器器。它的的工作原原理是利利用压磁磁效应，将将被称重重量的变变化变换换成传感感器导磁磁体的导
10、导磁率变变化并输输出电信信号。压压磁传感感器具有有输出信信号大、抗抗干扰性性能好、过过载能力力强、不不均匀载载荷对测测量准确确度的影影响小，但但准确度度低、反反应速度度慢。所所以不采采用该方方案。方案三：采用电电容式称称重传感感器它是以各各种不同同类型的的电容器器作为转转换元件件，是一一个具有有可变参参数的电电容器。电电容式传传感器由由于它存存在输出出特性的的非线性性、寄生生电容和和分布电电容对灵灵敏性和和称重精精度的影影响、传传感器联联接电路路比较复复杂等原原因，直直接影响响到它的的可靠性性，所以以不采用用该方案案。通过对三三种方案案的分析析和比较较，又因因为本系系统要求求最大称称重为99.
11、9999公斤斤，重量量误差不不大于00.0005公斤斤，且考考虑到称称台自重重、振动动和冲击击分量，还还有避免免超重损损坏传感感器，所所以传感感器量程程必须大大于额定定称重99.9999公斤斤。综上上我们最最终采用用矽普电电子HLL-8型型称重传传感器，额额定量程程为155Kg,精度为为0.001%，满满程误差差为0.0055kg。可可以满足足本系统统的精度度要求。表一 称称重传感感器技术术参数量程（KKg）3， 155综合误差差（%FF.S）0.055额定输出出温度漂漂移（%F.SS/100）0.115灵敏度（mmv/vv）1.00.11零点输出出（mvv/v）0.11非线性（%F.SS）0
12、.055输入电阻阻（）1000050重复性（%F.SS）0.055输出电阻阻（）1000050滞后（%F.SS）0.055绝缘电阻阻（M）20000（1100VVDC）蠕变（%F.SS/3mmin）0.055推荐激励励电亚（VV）5100零点漂移移（%FF.S/1miin）0.055工作温度度范围（）-10+500零点温度度漂移（%F.S/110）0.2过载能力力（%FF.S）1502.2.2A/D转换换器部分分因为本系系统设计计要求最最大称重重为9.9999公斤，重重量误差差不大于于0.0005KKg,所所以要求求精度达达到0.05%FS。A/D转转换器位位数的选选择：12位AA/D精精度：
13、110Kgg/()=0.00224Kgg14位AA/D精精度：110Kgg/()=0.000061KKg考虑到其其他部分分所带来来的干扰扰，要满满足系统统精度要要求需要要14位位或精度度更高的的A/DD。方案一：并行比比较A/D转换换器：如如ADCC08008。并并行比较较ACDD是现今今速度最最快的模模/数转转换器，采采样速率率在1GGSPSS以上，通通常称为为“闪烁式式”ADCC。它由由电阻分分压器、比比较器、缓缓冲器及及编码器器四种分分别组成成。这种种结构的的ADCC所有位位的转换换同时完完成，其其中转换换时间主主要取决决于比较较器的开开关速度度、编码码器的传传输时间间延迟等等。缺点点是
14、：并并行比较较式A/D转换换的抗干干扰能力力差，由由于工艺艺限制，其其分辨率率一般不不高于88位，因因此并行行比较式式A/DD只适合合于数字字示波器器等转换换速度较较快的仪仪器中，不不适合本本系统。方案二：逐次逼逼近型AA/D转转换器：如ADDS78805、AADS778044等。逐逐次逼近近型ADDC是应应用广泛泛的模/数转换换方法，这这一类型型ADCC的优点点：高速速，采样样速率可可达1MMSPSS；与其其他ADDC相比比，功耗耗相当低低；在分分辨率低低于122位时，价价格较低低。缺点点：在高高于144位分辨辨率情况况下价格格较高；传感器器产生的的信号在在进行模模/数转转换之前前需要进进行
15、调理理，包括括增益级级和滤波波，这样样会明显显增加成成本。故故该方案案不可采采用。方案三：积分型型A/DD转换器器：如IICL771355。积分分型ADDC又称称为双斜斜率或多多斜率AADC，是是应用比比较广泛泛的一类类转换器器。它的的基本原原理是通通过两次次积分将将输入的的模拟电电压转换换成与其其平均值值成正比比的时间间间隔。于于此同时时，在此此时间间间隔内利利用计数数器对时时钟脉冲冲进行计计数，从从而实现现A/DD转换。积积分型AADC两两次积分分的时间间都是利利用同一一个时钟钟发生器器和计数数器来确确定，因因此所得得到的表表达式与与时钟频频率无关关，其转转换精度度只取决决于参考考电压VVR。此此外，由由于输入入端采用用了积分分器，所所以对交交流噪声声的干扰扰有很强强的抑制制能力。若若把积分分器定时时积分的的时间取取为工频频信号的的整数倍倍，可把把由工频频噪声引引起的误误
