单片机在商用电子秤中的应用毕业设计

1、 本 科 毕 业 论 文题 目 单片机在商用电子秤中的应用 学 院 工业制造学院 专 业 测控技术与仪器 学生姓名 李金汉 学 号 200810114103 年级 2008级 指导教师 赵悦 职称 副教授 2012 年 06 月 1 日单片机在商用电子秤中的应用专 业：测控技术与仪器 学 号：200810114106学 生：李 金 汉 指导老师：赵 悦摘要：近年来，电子称重技术取得了突飞猛进的发展，电子称在称重计量领域中占有越来越重要的地位。尤其是商用电子称，由于其具有准确度高、反应灵敏、结构简单等优点，被广泛应用于工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域。目前，机械秤正在逐步被电子秤取代，这就促使

2、电子秤的研究需要进一步的深入。本文设计的电子秤以单片机为主要部件，可大致分为：数据采集部分、信号放大部分、模数转换部分、单片机控制部分、人机接口部分。通过重力传感器取得重量信息，用信号放大电路实现将采集的信息放大，利用ad转换器把输入的模拟信号转换成数字信号送入单片机中进行处理，单片机将送入的信息通过运算和处理进行相应的控制。最后与led显示器、键盘和蜂鸣器能实现调节单价、去皮处理、显示总价格、超值警报等功能使他智能化，符合现代社会要求。关键字：单片机；电子秤；传感器；秤重技术、single chip microcomputer application in commercial electr

3、onic scalespecialty : measurement and control student number : 200810114106technology and instruments student : li jinhan suprvisor : zhao yueabstarct: in recent years, electronic weighing technology has made make a spurt of progress and the electronic occupies an increasingly important position,esp

4、ecially for commercial electronics, due to its high accuracy, sensitive reaction, simple structure and other advantages,they are widely used in industrial and commercial trade, light food, medicine and other fields. at present, the mechanical scale is gradually being replaced by electronic scales, w

5、hich requires further study in this field. in this paper, the design of the electronic scale uses single chip microcomputer as main components, which can be roughly divided into six part as following: data acquisition, signal amplifying part, a/d conversion part, and a singlechip control part, part

6、of the man-machine interface. the gravity sensor gains weight information,then,the signal amplification circuit realizes information amplification, and the ad converter sends the digital that is converted from analog signal into the microcontroller for processing.by zhen, the microcontroller sends i

7、nformation through the operation and processing of the corresponding control. finally ,with the keyboard, led display and buzzer,it can to achieve price regulation, peeling process, displaying the total price, value alarm function and many other intelligent functions to meet the requirements of mode

8、rn society.keyword: single chip microcomputer; electronic scale; sensor; weighing technology目录第一章 绪论11.1 引言11.2 研究背景11.3 研究的目的与意义11.4 课题的的研究任务2第二章 方案论证42.1数据采集部分42.2前级放大部分42.3 a/d转换器42.4 控制器部分52.5键盘输入52.6 显示输出5第三章 硬件组成631硬件结构框图632传感器63.2.1传感器的定义及应用63.2.2称重传感器的工作原理73.2.3称重传感器的结构73.3前端信号处理83.4 a/d转换器9

9、3.4.1数模转换器的分类93.4.2 adc的分类103.4.3模数转换器ad574a103.5 at89c51单片机133.6显示电路部分153.6.1 led结构原理153.6.2 动态显示 led 显示器接口153.6.3 按字段扫描的七段led驱动接口153.7报警电路部分163.8行列键盘的输入17第四章 称量误差194.1传感器和放大器误差194.2传感器和放大器误差194.3 a/d转换器的误差194.3.1量化误差194.3.2偏移误差204.3.3满刻度误差204.3.4非线性误差20第五章 系统的软件设计215.1软件设计构想215.1.1软件设计总体结构215.1.2键

10、盘处理子程序流程22第六章 结 论25附录126附录227参考文献28致谢29第一章 绪论1.1 引言随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。20世纪90年代以来，随着科学技术的进步，工业生产自动化、智能化水平的提高，各行业对称重计量提出了许多新要求，归纳起来主要是：称重技术从静态称重向动态称重方向发展；测

11、量方法从模拟测量向数字测量方向发展；测量特点从单参数测量向多参数测量方向发展；电子衡器产品的技术性能向高速率、高准确度、高稳定性、高可靠性方向发展1.2 研究背景作为重量测量仪器，电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。随着数字信息时代的到来，在工业过程检测和称重计量与控制系统中，数字化电子称和数字称重系统的应用越来越多。1.3 研究的目的与意义单片机(scm)是微型计算机的一个分支，因其主要组成部分集成在一个芯片上而得名。在20世纪，单片机的应用已极为广泛，主要应用于控制领域，用以实现各种测试

12、及控制系统，为了强调其控制属性，也可以把单片机称为微控制器mcu(micro controller unit)。单片机控制能提高经济效益、改善产品质量与减轻劳动强度，将会发挥越来越大的作用。单片机就是把中央处理器cpu(central processing unit)、随机存储器ram(random access memory)、只读存储器rom(read only memory)、中断系统、定时器/计数器以及i/o(input/output)口电路等主要部件，集成在一块芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它以具有了计算机系统的属性，为此称它为单片微型计算机scmc(singl

13、e chip micro computer ),简称单片机。由于单片机在应用时通常是处于被控系统的核心地位并融于其中，即以嵌入的方式进行使用，为了强调其“嵌入”的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器emcu(embedded micro controller unit)。根据控制应用的需要，可以将单片机分为通用型和专用型两种类型。通用型单片机的内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需求。专用型单片机是专门针对某个特定产品的，例如电度表和ic卡读写器上的单片机等。单片机在控制系统中的在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路，使计算机位于其中并成为控制系统、测试系统或信号处

14、理系统的一个组成部分。通常把这种带计算机的控制系统称为计算机控制系统。为了满足对计算机的体积小、功耗低、价格廉及控制功能强等要求，应当使用单片机。在我国，随着改革开放的深入，零售业的引入，我国经济与国际经济的接轨，定量包装也将成为公众贸易的主要商品计量形式。因此，如何精确、快速进行物品的秤重就成为一个重要课题。目前，国内的称重式系统的控制部分主要是采用单片机或plc系统，单片机或plc具有稳定性好、抗干扰能力强、系统易扩展、配置典型，容易构成各种规模的应用系统等优点，并能提供更强的数据处理能力，可以实现复杂的控制算法。近年来，电子称重技术取得了突飞猛进的发展，电子称在称重计量领域中占有越来越重

15、要的地位。尤其是商用电子称，由于其具有准确度高、反应灵敏、结构简单等优点，被广泛应用于工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域。目前，机械秤正在逐步被电子秤取代，这就促使电子秤的研究需要进一步的深入。称重工具从机械到电子的智能化转变，将给人们日常生活带来便捷，给全国乃至世界带来效益的提高、经济的发展。1.4 课题的的研究任务技术要求：1. 重量 0-30kg，最小称量8g。2. 显示重量、单价和总价；有置零、去皮、累计和清零功能。任务的内容：1. 控制系统的整体方案确定；2. 检测重量电路设计；3. 显示和键盘电路设计；4. a/d转换电路设计；5. 电源电路设计；第二章 方案论证2.1数据采集部分

16、由于考虑到称重范围为30kg，重量误差不大于8g，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的30kg。所以根据设计要求，选择了l-psii-10型传感器，为双孔悬臂梁形式，是电子计价秤的专用产品，也可以用于制造传感器构成的电子案秤，台秤及专用衡器等，其各项指标较为优秀。可以满足本设计的精度要求。称重传感器有弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷体产生形变时，输出信号电压10。2.2前级放大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

17、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，此种方案不宜采用。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，可以利用普通运放做成一个差动放大器。优点：输入级加入跟随放大器，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。故选择此种方式作为前级放大部分7。2.3 a/d转换器由任务要求可知：a/d转换器误差应在0.03

18、以下12位a/d精度：30kg/4096=7.32g14位a/d精度：30kg/16384=0.18g考虑到其他部分所带来的干扰，12位a/d就能满足系统精度要求。所以我们需要选择12位或者精度更高的a/d。同时逐次逼近型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89c51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，12位a/d足以满足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统

19、资源。故选用12位逐次逼近型a/d转换器，如:ad574。2.4 控制器部分本系统基于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at89c51通用的比较普通单片机来实现系统设计。其性能参数足以满足系统要求。2.5键盘输入 键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分。本系统的键盘采用4×4键盘，用单片机的p1口来进行信号采集，判断是否有键按下，然后根据按

20、键动作来进行下一步的操作。2.6 显示输出 采用led显示器进行显示，采用74ls154进行串/并转换数据传输。采用74ls154是因为本设计采用较多的led显示器，芯片数量太多往往会导致led亮度不够，但74ls154可以很好的解决这一问题，故选择74ls154来完成本设计。第三章 硬件组成31硬件结构框图单片机at89c51键盘控制led显示称重传感器前端信号处理a/d转换器报警装置 图 3-1 系统框图32传感器3.2.1传感器的定义及应用能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转

21、换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。载荷和力传感器是试验技术和工业测量中用得较多的一种传感器。在本系统中，传感器将被测物料的重量转化为适于传输和测量的电信号，它处于整个称重系统的最前端，其性能将会影响整个系统的工作状态和称量结果的精度。在各种

22、测力传感器中，电阻应变式传感器是应用最为广泛的传感器之一，虽然新型传感器不断出现，为测控技术开拓了新的领域，但是由于电阻应变测量技术具有结构简单、使用方便、性能稳定可靠、灵敏度高、易于实现测控过程自动化、测量速度快等独特的优点，可以预见在以后它仍将是一种主要的测试手段。3.2.2称重传感器的工作原理电阻应变式传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形，起表面产生应变。而粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。这样，通过测量电阻应变片的电阻值变化，就可以确定被测物料的重量。电阻应变片的工作原理是基于金属

23、的应变效应。金属丝的电阻值()与材料的电阻率()及其几何尺寸(长度和面积)有关，在承受机械变形(拉伸或压缩)的过程中，这三者都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。3.2.3称重传感器的结构根据电阻应变式传感器弹性元件的不同，力传感器可以分为柱式、梁式、环式、框式等几种类型。本系统所使用的称重传感器是一种特殊梁式力传感器，为了改变梁的特性(在提高其特性的同时也增加其灵敏度)，将梁做成特殊形状，以改变其应力分布并增加刚度。在板状梁上有两个孔，当梁的端部有集中力作用时，孔内承受弯曲变形。将应变片粘贴在孔的内壁，应变片处于相反的应力区内，当两边的变形为拉伸时，另两边为

24、压缩变形，四个应变片组成差动电桥，输出特性的线形度好；另外，这种梁的刚度比单梁好，故动态特性好，滞后小。桥路内自动补偿，从而提高传感器精度，使用时对力点位置的要求也降低了，这种梁在小量程工业电子秤和商业电子秤中得到了广泛的应用3。本设计选用称重传感器如图3-2所示：图3-2 传感器实物图相关参数如表3-1所示：表3-1 传感器相关参数额定载荷：15，30，50，100，200kg绝缘电阻：5000m灵敏度：1.80.002 mv/v工作温度范围：-30+70综合性误差：0.02f.s安全过载：150f.s蠕变（30分钟）：0.03f.s极限过载：250f.s零点平衡：1f.s推荐激励电压：10

25、12v dc零点温度影响：0.02f.s/10最大激励电压：15v dc输出温度影响：0.02f.s/10密封等级：ip67输入阻抗：42010（ohms）导线规格：5*1000 mm输出阻抗：3522（ohms）最大台面尺寸：600*800 mm*mm3.3前端信号处理被测量由传感器转换为电信号，在没有干扰的情况下，信号源为单一有效信号直接加到放大器上将微弱信号放大。但在许多场合，传感器输出的微弱电信号还包含有工频，静电和电磁藕合等干扰信号(噪声)，有时甚至是与有效信号相同频率的干扰信号。称上述噪声为共模干扰。对这种含有共模干扰的信号的放大需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和

26、高输入阻抗的特点。习惯上将这种放大器称作测量放大器闭。测量放大器电路结构的两个差动输入端是两个输入阻抗和电压增益对称的同相输入端，由于性能对称，其漂移将大大减小，加上高输入阻抗和高共模抑制比，对微小差模电压很敏感，因而适宜与传感器配合使用15。在差分放大电路中，阻抗匹配问题是影响共模抑制比的主要因素。如果用分立运算放大器来做测量电路，难免有电阻值的差异，因而造成共模抑制比的降低和增益的非线性。采用厚膜工艺制作的集成测量放大器解决了上述匹配问题，此外集成芯片较分立放大器具有性能优异、体积小、结构简单、成本低的优点8。信号放大系统电路如图3.4所示：图3-3 前级信号放大电路 3.4 a/d转换器

27、经采样/保持电路得到的模拟量必须转换成数字量，才能由计算机处理。能完成模拟量转换成数字量的器件称作模数转换器(adc)。它是模拟量信号源与数字计算机之间的接口，因此，它的转换速率和进度应满足整个系统对采样频率和精度的要求。3.4.1数模转换器的分类adc可以分为两大类：直接型和间接型。直接型adc是将输入的电压信号直接转换成数字码。间接型adc是将输入的电信号先转换成中间变量(如时间、频率、脉冲宽度等)，再把中间变量转换成数字码。adc的基本原理是基于时间间隔数字变换、频率数字变换及电压数字变换等，根据原理的不同，常用的adc又可分为双积分型、跟踪型、逐次逼近型、和(积分增量)调制型。3.4.

28、2 adc的分类超大规模集成电路技术的发展，使集成adc发展迅速、品种繁多、性能各异。各种adc的主要技术指标由芯片的器件手册上给出，如何选择adc应考虑以下原则：1）adc的位数adc的位数决定了其分辨率的高低，8位以下为低分辨率；10位和12位为中分辨率；14位和16位为高分辨率。一个测控系统的精度受多个环节的影响，作为其中之一，adc的位数选择，至少要比总精度要求的最低分辨率高一位，总精度对于adc的转换精度要求不等于对分辨率(位数)的要求，但转换精度包括分辨率大小所决定的量化误差及相关的偏移误差。选择位数过多没有意义，且价格较高。2）adc的转换速率adc的转换速率应满足不失真地重现被

29、测信号的要求，具体地说应满足采样定理(shannon定理)对采样频率的要求。采样定理指出，实现采样信号完全恢复被测模拟信号的最小频率为(为采样频率，为被测模拟信号中最高谐波分量的频率)，而实际应用中由于被测信号并不完全具备上式在推导过程中被假设为“有限带宽”的条件，通常至少取为4，将采样频率选取为理论值的10倍也是很平常的。不同类型的adc的转换速率大不相同。积分和跟踪比较型的转换速率低，转换时间从几毫秒到几十毫秒，只能构成低速的转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速adc，转换时间为微秒级，用于多通道过程控制和声频数字转换系统。并列型是高速adc，转换时间仅

30、为20100ns，适用于实时瞬态记录、数字通讯、视频数字转换系统等6。此外，在选择adc时还应考虑是否需要使用采样/保持器、adc的供电电压、adc的量程、引脚、工作现场的环境条件等问题。3.4.3模数转换器ad574a根据系统的设计要求，选择了12位模数转换器ad574a作为模数转换部件。ad574a为逐次逼近型adc，它的突出特点是芯片内部包含微机接口控制逻辑电路和三态输出缓冲器，可以直接与8位、12位或16位微处理器的数据总线相连。读写及转换命令由控制总线提供，输出可以是12位一次读出或分两次读出:先读高8位，再读低4位。输入电压可有单极性和双极性两种。对外可提供一个10伏基准电压，最大

31、输出电流1.5ma。有较宽的温度范围1。芯片引脚功能:ad574a采用28脚双列直插式封装，引脚图及各引脚的功能如图3.5所示：图3-4 ad574引脚图：12位数据输出。：数据模式选择，此线输入信号为“1”时，12条输出线均有效：此线输入信号为“0”时，12位分成高8位和低4位两次输出。：字节地址/短周期。在读数状态，如果为低电平，当=0时，则输出高8位数；当=1时，则输出低4位数，禁止高8位输出；如果为高电平，则的状态不起作用。的另一功能是控制转换周期，在转换状态，当=0时，产生12位转换，转换周期位25s；当=1时，产生8位转换，转换周期位16us。：芯片选择。当0时，芯片被选中。：读/

32、转换信号。当=1时，允许读取a/d转换结果；当=0时，允许启动a/d转换。ce：芯片允许。ce=7允许转换或读a/d转换结果，从此端输入启动脉冲。sts：状态信号。sts=1时，表示正在a/d转换；sts=0时，表示a/d转换已经完成。refout:基准电压输出。芯片内部基准电压源为l0v。refin:基准电压输入。如果itijfout通过电阻接至refin，则可用来调量程。bipout：双极性补偿。若输入模拟信号为双极性(-5v+5v或-10v+10v)则要同时使用此脚；此脚还可用于调零点。10：l0v量程输入端。20：20v量程输入端。上述ce，和sts是ad574a与微机连接时的主要接口

33、信号线。ce，五个控制信号组合的作用如表所示。表3.6 ad574a控制信号组合的作用ce工作状态0*不工作*不工作10*0启动12位转换10*1启动8位转换111接5v*并行输出12位数字111接地0并行输出高8位数字111接地1并行输出低4位数字工作时序与工作方式ad574a工作于两种不同的工作状态：一是a/d转换过程：另一是数据读出过程。转换过程的控制主要是转换的启动过程，启动过程完成后，控制信号在转换过程中无效。而控制过程分为转换启动过程和数据读出过程。ad574a可在两种方式下工作：一种是0v+10v的单极性工作方式，另一种是+5v-5v的双极性工作方式。 单极性工作方式时，ad57

34、4a输出的数字量是二进制码；双极性工作方式时，ad574a输出的是偏移二进制码。3.5 at89c51单片机at89c51芯片图如下：图3.8 at89c51 的引脚图vcc：供电电压。     gnd：接地。     p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 

35、0;   p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。      p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或

36、16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。  p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输

37、出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信

38、号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。  /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），

39、不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。   xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出2。3.6显示电路部分在实际使用时,特别是有微处理器的系统中，如果用多位的led显示,一般采取动态扫描方式、分时循环显示，即多个发光管轮流交替点亮。这种方式的依据是利用人眼的滞留现象，只要在1秒内一个发光管亮24次以上，每次点亮时间维持1ms以上，则人眼感觉不到闪烁，宏观上仍可看到多位led同时显示的效果。动

40、态显示可以简化硬件、降低成本、减小功耗。3.6.1 led结构原理发光二极管显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成显示的字段。当二极管导通时相应的一个点或一个笔划发光，就能显示出各种字符。led 数码显示器有两种结构：将所有发光二极管的阳极连在一起，称为共阳接法，公共端 com 接高电平，当某个字段的阴极接低电平时，对应的字段就点亮；而将有发光二极管的阴极连在一起，称为共阴接法，公共端 com 接低电平，当某个字段的阳极接高电平时，对应的字段就点亮。每段所需电流一般为 515ma，实际电流视具体的 led 数码显示器而定。3.6.2 动态显示 led 显示器接口

41、所谓的动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器，对每一位显示器而言，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度跟导通的电流有关，也和点亮的时间与间隔的比例有关。为了保护各段led不被损坏，需外加限流电阻。3.6.3 按字段扫描的七段led驱动接口常见的扫描显示驱动接口都是按显示位扫描的，这种显示方式的优点是硬件和显示程序都较简单。但在显示位数较多时，字符的显示亮度就明显下降，甚至到了不能实际使用的程度。一般显示位数超过12位，显示亮度就明显下降。因为这时七段led显示器每一位显示时间很少，只有超过显示时间的十二分之一。如果显示位再增加，那么按显示位扫描的驱动方式就很难胜任了。按字段扫描的驱动方式则可以

42、解决这个问题。适用于较多显示位的led显示器的驱动。由于时按字段扫描，即使加上小数点字段也只有8段，所以无论有多少位的led显示器，扫描显示的时间和间隔的时间都是不变的。每一段的led工作电流都是平均电流的8倍。七段led的公共端电流等于每一段的工作电流，比按显示位扫描时小，总的字段电流由每一字段的工作电流和显示位数的多少决定。最大电流等于每一字段工作电流与显示位的乘积11。所以我们采用74ls164来解决这一问题，接线如图3-6所示：图3-6 74ls164接线图3.7报警电路部分一个完美的电路设计,不但只是能够保证系统能够在正常条件下稳定运行,还要能够使系统在非正常情况下向用户发出警告,以

43、便使用户发现问题。为此，在设计系统后，又添加了报警部分，把报警电路引线接到单片机pc3口，当传感器检测到的信号经过模数转换和单片机处理后大于系统的称重范围时，发出报警信号12。图3-73.8行列键盘的输入计算机控制系统中，数据和控制信号的输入丰要使用键盘。的软件处理方法是影响系统使用和操作性能的重要因素。键盘接口及其软件的任务主要包括以下几个方面：l 检测并判断是否有键按下。l 按键开关的延时消抖功能。l 计算并确定按键的键值。l 程序根据计算出的键值进行一系列的动作处理和执行。(1)行列式键盘的基本结构行列式键盘中的键实际上就是一个机械开关，位下行线和列线的交点处，当键被按下时，其交点的行线

44、和列线接通，使相应行线或列线上的电平发生变化，根据电平变化情况确定被按下的键。(2)键盘接口方式选择常用的键识别方法有：行扫描法、线翻转法和利用8279键盘接口的中断法。前两种方法相当于查询法，需要反复查询按键的状态，会占用大量的cpu时间：后种方法在响键按下时向cpu申请中断，平时并不需要占用cpu时间。在本系统中，完全可以不使用中断法完成键盘接口，这是小系统的特殊性决定的。首先，在本系统而言，以实现便携式的设计，硬件电路使用的器件越少越好。其次，被测信号由外中断引脚输入，未占用单片机4个并行i/o口中的任何一个，系统有足够的资源利用自身i/o口完成接口。最后，只有传感器输出信号频率为空载频

45、率，系统处与空闲的状态下，才允许键盘输入，因此键盘识别占用的cpu时间不会对系统正常工作造成影响。因此直接利用单片机并行接口完成键盘的接口，采用线翻转法进行键盘识别。通常的线翻转法是将行线和列线分别接到两个不向的并行口，通过设置各并行口的状态改变行线和列线的输入输出工作方式，但这样过多地占用了系统的硬件资源，必须进行相应调整。高4位用于列控制，低4位用于行控制，通过软件中的逻辑运算控制使同一个并行口的不同管脚工作在不向的输入输出方式下，来实现线翻转法的键盘识别工作4。键盘接口电路如图3-8所示：图3-8 键盘接口电路第四章 称量误差在本系统中，称重部分由机械传力系统、传感器、放大器和数据采集卡

46、组成，它们本身的固有误差构成了系统固有的称量误差。其中，机械秤体传力系统误差较难消除，只有通过提高设计与制造工艺水平来减小这一部分的误差，而传感器、放大器和ad转换部分的误差取决于本身的精度。4.1传感器和放大器误差在本称重测量系统中用采用的是电阻应变式传感器，其误差的来源和补偿方法在前文中以有详细叙述。需要指出的是，虽然全桥差动电路补偿了由温度引起的漂移和非线性误差，但由于传感器中使用的每个应变片的性能参数并不完全相同，应变片还有横向效应、机械滞后性和蠕变等特性，传感器的误差不可能全部消除。测量放大器ad522是一种高共模抑制的精密放大器，但也存在一定的电压漂移、非线性误差及增益误差，仍会对

47、测量的精度造成一定的影响。4.2传感器和放大器误差在本称重测量系统中用采用的是电阻应变式传感器，其误差的来源和补偿方法在前文中以有详细叙述。需要指出的是，虽然全桥差动电路补偿了由温度引起的漂移和非线性误差，但由于传感器中使用的每个应变片的性能参数并不完全相同，应变片还有横向效应、机械滞后性和蠕变等特性，传感器的误差不可能全部消除。测量放大器ad522是一种高共模抑制的精密放大器，但也存在一定的电压漂移、非线性误差及增益误差，仍会对测量的精度造成一定的影响。4.3 a/d转换器的误差4.3.1量化误差放大电路输出的模拟信号由a/d转换器对其进行数字化处理，这个过程即是量化。量化过程产生的误差就称

48、为量化误差。量化误差是由a/d转换时，有限的分辨率引起的。它和分辨率是统一的。这种由于有限数字对模拟量进行离散取值(量化)起的量化误差，理论上为一个单位分辨率，(最低有效位)，对12位转换器ad574a而言，量化误差(相对值)为10.012%满刻度，这是在不考虑其他误差条件下得出的。4.3.2偏移误差a/d转换器同时涉及模拟量和数字量两个部分，所以整个a/d转换的精度也必须同时考虑两个部分的误差。数字量误差由系统的分辨率决定，即量化误差。模拟量误差为偏移误差或零值误差，即指输入电压为零时，输出信号不为零的值，它是由adc中的比较器输入的偏移电压或偏移电流引起的。假定a/d转换没有非线性误差，则

49、其转换曲线各阶梯中点的连线必定是直线，该直线与横轴的交点所对应的输入电压值就是偏移误差。一般讲，adc的模拟量误差和数字量的大小为同一数量级，adc的总误差应该包括这两项的累加。偏移误差可用满刻度的百分数表示。如i2位adc的量化误差约为0.025%满刻度，相应的模拟量部分也可控制为0.025%满刻度，则由这两项组成的总误差为0.05%满刻度14。4.3.3满刻度误差adc的满刻度误差是满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。一般来说，满刻度误差的调节在偏移误差的调整之后进行。满刻度误差又称做增益误差。4.3.4非线性误差任何一个理想的a/d转换器，当模拟输入电压线性增加时，它所

50、输出的离散量亦线性增加，也就是说，其转换特性是一条直线。而实际的a/d转换器在满量程标定后，任何一位转换码上的实际模拟输入电压偏离上述理想转换器的程度即非线性误差，也叫作线性误差，用满刻度的百分数或lsb的个数表示。ad574a的非线性误差约为6。第五章 系统的软件设计5.1软件设计构想系统控制软件系统的软件功能主要有数据采集、数据滤波、数据处理及控制电磁阀开关等。系统的软件结构按功能分为两部分，即预处理程序和测控程序。预处理程序完成测控程序之前的准备工作，包括初始化。测控程序直接完成系统的主要测量、处理和控制，包括数据采样、数字滤波、数据处理等功能。5.1.1软件设计总体结构系统软件由采样滤波子程序、数据处理子程序、控制执行子程序和键盘/显示子程序组成。首先初始化键盘显示，然后有键盘键入物品单价，秤重传感器信号有前级放大后传给a/d转换，a/d转换器进行转换，然后进行物品的重量与总价显示，完成后进行清零，继续下一次称重。主程序流程如图5-1所示：初始化键盘显示开始键入物品价格启动8255读a/d转换数据超重y报警结束计算金额和总价n清零yn显示单价重量等信息图5-1 主程序流程图5.1.2键盘处理子程序流程键盘上有很