实用电子秤

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 ， 128 64 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

第一部分： 方案论证与比较

一、控制器部分

二、数据采集部分

（ 1 ）、传感器

题目要求称重范围 9.999Kg ，重量误差不大于 Kg ，考虑到秤台自重、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 ，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式给出：

（ 2 ）、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。

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 OP0

7) 做成一个差动放大器。 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。 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，精度也非常好，且外部接口简单。

以 INA126为例,接口如下图所示：

放大器增益 ，通过改变 的大小来改变放大器的增益。

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 14 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：ADS780

5、ADS7804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

二、双积分型 A/D转换器：如：ICL71

3

5、ICL7109等。

双积分型 A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL71

3

5),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TTL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，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135。

三、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 ZLG 7289。

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 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 128 × 64 型 LCD — OCM4X8C 。

第二部分：具体实现方案

一、硬件组成：

（一）、硬件结构框图如下：

（ 二）、各部分硬件电路实现 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；A12～A15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

INA126构成的放大器及滤波电路： 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： 由于 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

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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