智能仪器电子台秤设计2013

中小型超市电子台秤
第一章设计要求
1.该台秤用于中小型超市散装货物的称量、计价，并把称量数据传到系统控制机（计算机）行统计。

2.称重范围0~20千克，精度万分之五以上。

采用电阻应变式传感器，电桥电路。

3.能显示重量、单价、合计等数据。

4.能通过小键盘进行单价设置、去皮等操作。

5.能打印数据标签。

6.能与系统控制机（计算机）通讯，报告每次称重的货物名称、重量、价格等。

7.一台系统控制机能同时监视16台电子台秤。

8.能设置、更改系统基本参数，如传感器的系统误差修正值等（通过键盘或网络）。

9.完成开机自检，错误报告，错系统要具有较高的可靠性，能误恢复等功能。

第二章设计任务
1.分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。

2.分析每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。

分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。

3.根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。

4.画出设计系统的元件原理图（用Protel）。

5.分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。

6.编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。

7.画出设计系统的电路布线图（用Protel）。

第三章总体设计框图
外部总线
（连接计算机，
打印机）传感器输出
第四章硬件的选择
一．硬件选择
1.传感器：电阻式应变片传感器，为了提高灵敏度和进行温度补偿，采用四臂差动电桥电路。

2．前置放大器选择：采用仪用放大器
方案一:双运放高共模抑制比放大电路
有较高输入阻抗，但不能抑制共模信号
方案二：差动放大器
输入阻抗较低，可以抑制共模信号
方案三：三运放高共模抑制比放大电路
有较高输入阻抗，可以抑制共模信号但电阻不易达到所要要求
方案四：仪用放大器
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
3.A/D转换器：选用双积分式A/D转换器
方案一;逐次逼近式A/D转换器：速度快，精度不好
方案二：并行比较A/D转换器：超高速，抗干扰差，成本高
方案三：双积分式A/D转换器：速度慢，抗干扰好
由于这里需要较高精度，对速度要求不高，综合考虑，选择双积分式A/D转换器
4.由于采用双积分式A/D装换器速度较慢，因此需要一个采样保持电路
5.处理芯片采用89c51单片机
6.显示采用LED显示
7.键盘采用矩阵式键盘
二．具体芯片选择
1.放大器：INA126 具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。

其最大输入偏置电流为20nA。

INA126在外接电阻RG时，可实现1~1000范围内的任意增益；工作电源范围为±
2.3~±18V；最大电源电流为1.3mA；最大输入失调电压为125 V；频带宽度
为120kHz（在G=100时）
2.A/D转换器：
精度：万分之五以上,量程20kg
20000g*5/10000=10g
10/3=3.3g
40000g/(2^14)=2.4g
综合各种其他部分可能带来的误差，因此选用16位的A/D转换器,即用4 1/2放大器ICL7135 CL7135是美国Intersil公司推出的全MOS工艺4位半双积分式A／D转换器，因其具有精度高（相当于14bit）、自动校零、自动极性输出、单基准电压、自动量程控制信号输出、动态字位扫描BCD码输出、使用方便和价格低等特点
3．显示
方案一LED显示
LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。

它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

LED显示器结构：
基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。

可实现0～9的显示。

其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等
LED显示器与显示方式:
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。

通常使用的是七段LED。

这种显示块有共阴极与共阳极两种。

共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。

当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。

在设计中使用LED显示块构成N位LED显示器。

N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。

根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。

段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。

LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。

我们使用的为动态显示方式。

在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的I/O口线控制。

其中两片74LS244分别用于段信号和位信方案二LCD显示
比LED要好的多，但是价钱较其贵，显示的主要是数字、专用符号和图形。

在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。

发光管和LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单，在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：
（1）显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。

因此，液晶显示器画
质高且不会闪烁。

（2）数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。

（3）体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

（4）功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。

液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，可以实现（1）线段的显示（2）字符的显示（3）汉字的显示
我们以1602LCD字符型液晶显示器为例。

1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符，芯片工作电压:4.5—5.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm[19]。

由于本次设计的显示模块需要显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会占用多个单片机I/O口,使得电路变得更为复杂,同时还要显示一些代码和数字。

所以选用液晶显示，1602LCD 符合基本条件，能够采用。

2.2.6 键盘输入
键盘接口信号是输入信号。

方案一专用芯片式设计
专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，甚至还集成了显示接口功能。

列如Intel8279是一种为8位微处理器设计的比较成熟的通用键盘/显示器接口芯片，其功能有：接收来自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。

专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，口简单，使用方便，适合处理按键较多的情况。

但在很多应用场合，考虑成本因素，可能并不是最佳选择。

方案二矩阵式键盘设计
矩阵式键盘又叫行列式键盘。

用I/O口线组成行、列结构，按键设置在
行列的交点上。

例如，用2×2的行列结构可构成4个键的键盘，4×4行列结构可构成16个键的键盘。

因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。

相对于专用芯片式可以节省成
本，且更为灵活。

缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。

考虑到成本方面，我决定采用矩阵键盘。

电源模块
系统需要多种电源，单片机需要＋5V电源，运放需要±5V，传感器需要＋5V以上的线性电源。

稳压电源的设计，此次设计的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图
方案一采用LM317、LM337共地可调式三端稳压器电源
LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻（R）和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路，输出电压为：Vo=1.25(1+RP/R)。

LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。

电路图如下所示：
方案二: 采用7805,7905，7812和7912组成稳压电路
7805，7905固定式三端稳压器可输出±5V,固定式三端可调稳压器7812和7812组装电路可对称输出±12v,其电路图如图所示.
方案一的电路由三端可调式稳压器LM317和LM337组装而成,可输出范围为±1.25 -±12连续可调,通过对滑动变阻器的调整可输出+5V,±12,(3-9)V连续可调.其电路组装比较简单,但输出所需电压时需要调整可变电阻,不能直接输出,因此使用时不方便.方案二由三端可调式稳压器和三端固定式稳压器共同组成,所用器件比方案一多,但电路组装简单,不会增添麻烦,在方案二中可直接得到+5v和±12的输出电压.使用时比较方便,综上所述,方案二比方案一合理,因此选择方案二。

第五章原理图。