湖南科技大学电子设计竞赛答卷.doc

实用电子称（A） 设 计 报 告 学院： 参赛队员： 指导老师： 一、 引言 （摘要） 为满足实用电子称的要求，经过对各个单元电路方案的比较论证及确定。本系统采用单片机STC89C52为控制核心，实现电子称的基本控制功能。系统的硬件部分基本包括最小系统板、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、信号处理部分和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。同时在此基础上本系统增加了报警电路，以免测量量超出测量范围。 软件部分应用单片机C语言实现本设计的全部控制功能，包括基本的称重功能，去皮功能，总额累加计算和发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期并显示购物日期、收银员编号、售货单位和重新设定10种商品的单价，具有超重报警功能。 此电子称具备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。 技术报告以电子称的设计为主线，包括电子称的软硬件设计，以及控制算法研究等，共分为六章。其中，第一部分为引言部分；第二部分主要介绍了电子称的总体方案的选取，对单片机资源的分配作了说明。第四部分对电子称的硬件设计进行了详细的介绍，主要介绍了电路的设计；第五部分描述了电子称的软件设计和相关算法。第六部分中叙述了我们在设计过程中遇到的问题和解决方法。 二、 电子称整体设计方案论证 按照设计功能的要求，本系统由5个部分组成：控制器部分、数据采集部分、人机交互界面、时钟日历电路和报警电路。系统设计总体方案框图如图2.1所示： 数据采集部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，而后经放大电路部分处理后送入A/D转换器，将模拟信号转换为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其储存到外部储存器中。在人机交互部分，控制器还要通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过一些程序实现对整个系统的控制，并根据需要通过数据显示器显示功能。 报警系统部分，当称量物体的重量超出称量范围时，系统发出警告信息。 2.1 控制器选取 方案一：采用大规模可编程逻辑器件来实现，因为系统需要大量控制液晶显示器和键盘。由于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，难度系数较大。故不宜采用大规模可编辑逻辑器件：CPLD、FPGA来实现。 方案二：采用51系列单片机来实现。因为系统需要大量控制液晶显示器和键盘，另外系统没有其他高标准的要求，有考虑到本设计中程序部分比较大，根据总方案设计的分析，可以选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接储存在片内，不用在外部扩展存储器中，可一定程度上简化电路。INTEL公司的8051和8751都可以使用，在这里选用STC公司生产的AT89SXX系列单片机。STC89CXX系列与MCS-51相比有两大优势：第一，片内储存器采用闪速存储器，使程序写入更方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。此外，价格低廉、采用80C51核心处理器单元，具有1K字节RAM；64/32/16/8kB片内Flash程序存储器，支持12时钟(默认)或6时钟模式 电阻应变式称重传感器桥式测量电路如图2-3所示： R1、R2、R3、R4为4个应变片电阻，组成了桥式测量电路，Rm为温度补偿电阻，e为激励电压，V为输出电压。 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： 由于测量电桥采用惠更斯电桥，且惠更斯电桥具有抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点。所以该传感器测量精度高，温度特性好，工作稳定等优点。同时全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵消，所以在本设计中我们采用该方案。 方案二：采用压磁式称重传感器 它是一种力—电转换的无源传感器。它的工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。压磁传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量