毕业论文_高精度电子计重秤

毕业论文_高精度电子计重秤 毕业设计,论文,任务书 专业,班,, 姓名, , 课题名称、主要内容和基本要求 课题名称, 高精度电子计重秤 主要内容, 设计一个电子衡器，能够准确的称量珠宝，化学物品， 实验室用品等小物体。 基本要求, 1. 最大称量300.00g，最小分辨度为0.01g。 2. 显示精度为?0.01% 。 3. 有标定,去皮,计量单位转换,计数等功能。 , 进度安排 周次 工作内容 执行情况 第1周 查找收集相关资料 完成 第2-3周 熟悉开发工具，熟悉开发语言。 完成 第3-5周 了解CSU1220的使用。完成 第5-13完成软件的框架设计,完成软件的编完成 周 写。 第14-16完成 结合硬件测试软件功能。 周 , 指导教师评语 指导教师签名, , 评阅教师评语 评阅教师签名, , 毕业设计,论文,成绩 委员会主任签名, 摘要 随着电子技术的快速发展，电子秤在生活中随处可见，特别是在商业方面。但我国电子衡器产业与发达国家相比还有较大差距，其主要差距包括技术不够先进、开发能力不足、功能不全、稳定性和可靠性较差等。因此，开发小型化、高精度、智能化、低功耗、低成本的电子秤，有利于促进我国电子衡器产业的发展，本系统的设计就是此类电子秤中应用很广的高精度电子计重秤。 本系统的开发以采用电阻式双孔梁式压力传感器作为敏感探测元件以进行信号提取，采用深圳市芯海科技有限公司的SOC-CSU1220作为控制器，并利用其内部集成的24高精度ADC将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，再将数字信号输入单片机以进行数据处理、计算重量、送显等操作。 高精度电子秤的主要性能指标:称量范围0,300g;分度值0.01g;电源DC 2.5V;误差范围小于0.01%。本系统实现高精度称量、计算数量等基本功能，之外本系统还设有5个功能按键，以进行单位转换、单重设定、置零、去皮、标定等功能操作。 高精度电子秤体积小、计量准确、操作简单、称量速度快，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求，具有广阔的应用前景。 关键词: 传感器 CSU1220 LCD 高精度 计重秤 ABSTRACT With the development of electronic technology, electronic scales are used in our life, especially in commerce. But weighing apparatus industry in our country is far behind developed country, incarnating technology is not advanced, the exploiture ability is not enough, less functions, stability and reliability is bad. So, the exploitation of smaller、high precision、intelligentized、low cost scales is important , and this will do good to weighing apparatus industry in our country . My design is electronic count scales with high precision. CSU1220 is used as controller in this design,hign precision sensor is used to distill signal,CSU1220 is also used to deal with analog signal,and then digital signals will be sent to MCU to process,convert weight,display in the LCD and so on. Its technical indictors include 300g maximal measuring range, 0.01g division value, 2.5V work voltage. Electronic scales with high precision can weigh with high precision and quantity account, besides ,there are five key-presses to realize different function. Electronic scales with high precision can measure mass rapidly and accurately and communicate value. Furthermore, it is small, simply structured, easy to operate and convenient to carry. The instrument is able to meet the needs of commercial trade and residents, so its application has a bright future. Keywords: Sensor CSU1220 LCD High Precision Scales 目录 摘要..................................................................................................................... 1 ABSTRACT ........................................................................................................ 2 第一章 概述 .................................................................................................... 7 第一节 称重技术和衡器的发展 ............................................................... 7 第二节 电子秤的发展现状 ...................................................................... 8 第三节 现有电子秤、计重秤的不足 ....................................................... 9 第四节 项目研究背景 ............................................................................ 10 第五节 本文的主要创新 ........................................................................ 10 第二章 电子计重秤电路设计 ....................................................................... 11 第一节 高精度电子计重秤电路构成..................................................... 11 第二节 传感器 ....................................................................................... 11 第三节 电源电路 ................................................................................... 15 第四节 放大电路、模数转换电路 ........................................................ 16 第五节 单片机系统设计 ........................................................................ 17 第六节 E2prom电路 .............................................................................. 19 第七节 键盘输入模块 ............................................................................ 21 第八章 LCD显示模块 ........................................................................... 22 第三章 软件设计 .......................................................................................... 24 第一节 主程序 ....................................................................................... 24 第二节 滤波 ........................................................................................... 26 第三节 重量计算 ................................................................................... 29 第四节 标定 ........................................................................................... 30 第五节 按键扫描 ................................................................................... 31 第六节 EEPROM读写 .......................................................................... 33 第七节 误差分析 ................................................................................... 36 第八节 系统工程设计及经济设计 ........................................................ 37 第四章 主要工作 .......................................................................................... 39 第一节 硬件电路设计 ............................................................................ 39 第二节 软件设计 ................................................................................... 39 第三节 出现的问题及解决办法 ............................................................ 40 第四节 成果展示 ................................................................................... 42 结论................................................................................................................... 45 第5页 共50页 致谢................................................................................................................... 46 参考文献 ........................................................................................................... 47 附录................................................................................................................... 48 第6页 共50页 第一章 概述 质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。本次毕业设计的是高精度电子计重秤，具有低成本、高精度等特点。 第一节 称重技术和衡器的发展 衡器是通过作用于被测量物体的重力来确定该物体质量的计量器具。在整个衡器的发展过程中，先后主要出现了六种类型的衡器:架盘天平、不等臂平台秤、吊车秤、倾斜象限杆秤、弹簧秤和自动秤。其中，不等臂平台秤(―十进秤‖)是当今动态轨道衡的鼻祖，至今它仍是最通用的一种秤。 第一次世界大战后，由于贸易和工业发展的需要，机械式衡器在此期间得到很大的发展。当时以倾斜杠杆案秤占绝大多数。 第二次世界大战后出现了电子衡器，它主要由称重显示控制器、称重传感器和电器控制等部分组成，其发展过程与其它事物一样，经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。早期出现了称重过程自动化;60年代初期，出现了机电结合式电子衡器。近几十年来，从工业控制到日程生活，人们都离不开能输出电信号的电子衡器。这是因为电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。电子衡器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点，计量精度高，而且实现了多功能、多用途。电子衡器已被广泛应用于各个行业，近年来愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中， 使现代称重技术和数据系统成为工业生产和日常生活中不可缺少的组成部分。电子衡器种类繁多，且涉及到贸易结算和广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为我国强制管理的法制计量器具。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。因此研究电子秤是很具有价值的。 目前电子衡器主要分为非自动衡器和自动衡器。我国电子衡器经过40多年的不断改进与完善，从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智 第7页 共50页 能型。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到新的水平。电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展;计量方法从模拟测量向数字测量发展;测量特点从单参数测量向多参数测量发展， 特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、持续开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。电子衡器已从过去的引进技术进入了自行开发和设计的时期，尤其是用于非自动衡器方面的称重显示控制器的开发突飞猛进。而市场上普遍使用的是非自动衡器，它主要用于贸易结算方面，也是群众接触最多的电子衡器，例如其中普遍使用的电子计价秤、电子计数秤、电子台秤和电子汽车衡;本次毕业设计选取的题目就是定位于与群众有亲密接触的电子计重秤，而且市面上的电子计重秤精度不高的问题在本次毕业设计中也得到了很好的解决。 第二节 电子秤的发展现状 电子秤是载于秤的台座、盘、钩上的物品的重量由传感器蠕变反应平衡，而由仪器数字显示的电子衡器。电子秤集机、电、仪于一体，具有多功能、高精度、快速和动态计量、稳定可靠等特征，代表了衡器产品发展的方向。电子秤属于日用衡器，为劳动密集型产品。电子秤产品总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的―智能化‖功能;其应用性能趋向于综合性和组合性。电子秤发展到现在，已经出现了几大特点: (1)小型化 近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了体积小、高度低、重量轻(即小、薄、轻)的发展方向。 (2)模块化 对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。 本次毕业设计的计重秤也是从硬件电路的设计到软件的设计，都是根据了模块话的思想进行的，具有很强的可读性和可修改性。 第8页 共50页 (3)集成化 某些品种和结构的例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。这样的话一个集成的模块就可以实现功能的要求，这就是集成化的目的所在。 (4)智能化 电子秤的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使电子秤在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子秤与采用智能化称重显示控制器的电子秤的根本区别。 (5)综合性 电子称重技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还远远不够，现代商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合，使称重、计价、进库、销售管理一体化实现管理自动化。这就要求电子计价秤能与电子计算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。本次电子计重秤的设计就是电子秤综合性的一次很好的体现，计重秤集成了计单重、计数等综合性的功能。 (6)组合性 在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定;硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展;软件能按一定的程序进行修改和扩展;输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。我国衡器行业使用面最广、产销量最大的计量产品是非自动衡器。国际法制计量组织76号国际建议OIMLR76-非自动衡器(它是目前国际上唯一的非自动衡器通用国际标准)中，明确规定非自动衡器按大类分为非自动天平与非自动秤;按能否直接读出称量结果划分，可分为有分度衡器与无分度衡器，目前我国在用的绝大多数机械、电子衡器均属于能直接读出称量结果，故为有分度衡器，本次毕业设计中设计的电子计重秤是具有一定的组合性的有分度衡器，测量范围、硬件、软件都可以进行组合性的修改。 第三节 现有电子秤、计重秤的不足 第9页 共50页 现有的便携秤为杆秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户使用的基本是杆秤。 弹簧秤制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，以至损坏，影响到称重的准确性和可靠性。 与弹簧度盘秤相比，台式电子计价秤具有反应灵敏、准确度高、功能齐全、显示直观、使用方便等特点，在商业贸易中的使用已相当普遍，但又存在较大的局限性:体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。而且，目前台式电子秤行业混乱、无序的状况也引起了国家有关部门的高度重视。因此，开发小型化、高精度、智能化、低功耗、低成本的电子秤，有利于促进我国电子衡器产业的发展。 此外，市面上的电子计重秤的精度都不是很高，而本次高精度电子计重秤的设计从传感器的选择、硬件电路的设计、高精度ADC芯片的选择到高效数据处理方法上进行了深入的研究，实现计重秤高精度的要求。 第四节 项目研究背景 本项目研究一种用单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。这种高精度智能电子计重秤体积小、计量准确、携带方便，集质量称量功能与数量、单重计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。 电子秤的性能是由传感器性能、硬件电路的性能、ADC芯片性能以及数据处理方法等方面共同决定的，任何一方面的缺陷都会导致电子秤系统不可使用。因此，设计高性能的电子秤系统，要从器件性能开始考虑，注重硬件电路的电气特性，同时要有适当的数据处理方法，使电子秤系统不仅能准确反应物体重量，而且能够实时地反应物体重量，而且通过特定的程序达到计算单重、计算数量等效果。因此不论是从传感器的选取、ADC芯片的选取、硬件电路设计到数据处理方法，都得进行重点的考虑与统筹。 第五节 本文的主要创新 本文的创新工作在于:本文系统地研究了高精度电子计重秤技术，并在企业硬件与软件的平台上设计出了一种结构简单、功能齐全、耗电少、价格低的高精度电子计重秤，在价格与高精度这两块具有很强的竞争力。这种小巧轻便、智能功能强的高精度电子计重秤，具有广阔的市场应用前景。 第10页 共50页 第二章 电子计重秤电路设计 第一节 高精度电子计重秤电路构成 电子计重秤由电源，传感器，外部EEPROM，SOC，按键，LCD组成;其中SOC集成了放大电路，ADC电路，LCD驱动电路和CPU。电路结构框图如图2-1所示: EEPROM 电源 LCDSOC 传感器 按键 图2-1 第二节 传感器 1. 总述 日常生活中常用电子秤来秤量物体的质量，它以较高的精确度得到大 家的信赖。下面就电子秤的结构和原理作些介绍。 电子秤主要是由电桥电路及电阻应变式传感器组成，在现代测量技术 中常常需要将非电量利用传感器转变成电量后再进行测量。电阻应变式 传感器是一种利用金属电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器[2]。 它一般分为金属丝式和箔式两类，这里分别介绍其结构和工作原理，其 结构如图2-2、图2-3所示: 第11页 共50页 图2-2 金属丝式应变片 图2-3 金属箔式应变片 根据国际计量联合会的会议录，应变式称重传感器占总称重传感器的90%以上。在自动称量及电子衡器方面，国外有80%使用电阻应变式称重传感器，国内的使用量约占90%,95%以上。原因是电阻应变式称重传感器无论是敏感元件——电阻应变计，还是传感器弹性体结构设计、弹性体材料加工处理、线路补偿以及检测仪表等方面，技术都比较成熟，测量精度比较高，稳定性也比较好，并且更有利于产业化和规模化生产。 2. 应变式电阻传感器原理 测量力时，可将电阻应变片粘贴在承受被测力的弹性元件上。当力作用在弹性元件上时，它将产生应变，通过粘贴胶将此应变传递给电阻应变片，使应变片的电阻产生变化，此现象称为电阻应变效应。因为弹性元件的应变与所承受的力的大小成比例，所以应用桥式测量电路测出电阻应变片的电阻变化值即可测出力的大小。 导体的电阻值可以用下式计算 lR,,S 当此应变片两端受拉或受压以后，它将发生变化，对上式进行微分，得 ,,,,RlS,,,，RlS, 最后通过简化得到 ,R,,KR ,l,,l其中K称为应变片的灵敏系数，对于一定材料，它是常数，称为应变。通过上式可看出，电阻变化与应变片的应变是成比例的。通过测量电阻的变化，就可测出应变，也就可以测出受力了。接下来通过介 第12页 共50页 绍非平衡电桥的工作原理了解怎样测量电阻的变化。 3. 非平衡电桥的工作原理 在测量中常常会因为待测信号很小，所以用一般的测量仪表较难直接测量，因此常把它转换成电压变化后再用电测仪器进行测定，这正是利用电桥电路来进行这种变换的。 R，,RR,,RR,,RR，,R22112211UU00 RR3R,,RR，,R43344 UU 图2-5 半桥差动电路 图2-6 全桥差动电路 非平衡电桥是利用电桥输出电流或电压与电桥各参数间的关系进行测量的，常用来测量动态对象。为了消除非线性误差，在实际中常采用差动电桥。差动电桥分差动半桥和全桥两种形式，电路图如图2-5、图2-6所示。 在图2-5中有两个应变片，一个受拉，一个受压，它们的阻值变化大小相等，符号相反。工作时将两个应变片接在电桥相邻臂内，这种结构为半桥差动电路。 在图2-6中粘贴四个工作应变片，两个受拉两个受压，两个形变符号相同的应变片接到电桥的相对臂内，符号不同的接到相邻臂内，这种结构为全桥差动电路。 RR,RR,,,,RR123412当对称时，即,且，可导出半桥差动电路的输出 电压为 1,R1UU,0半2R1 同理，全桥差动电路的输出电压为 ,R1UU,0全R1 第13页 共50页 这样当载荷W作用时，产生了 ,RUUKU,,,0R ,,AW其中应变,A为常数。 CKAU,若保持U不变，令，可得 UCW,0全 同理 1UCW,0半2 U0这样，通过测量输出电压，就可以测量出W。 4. 方案选择 上面介绍了传感器的测量原理，从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置;简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置[3]。所以它由敏感元器件(感知元件)和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为(1)物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。(2)化学类，基于化学反应的原理。(3)生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。 称重传感器属力敏元件，实际上是一种将非电量的质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。目前主要有以下几种分类方式: (1)根据传感器的工作原理分类有:电阻应变式、差动变压式、电 容式、压磁式、压电式、振弦式等; (2)根据其受力的情况分类有:正应力式、剪应力式; (3)根据其结构形式分类有:悬臂梁式、桥式、S形式、箱式、柱式等; (4)根据传感器弹性体的材料不同有:合金钢式、铝合金式等。 第14页 共50页 本次毕业设计采用的是目前常用并且比较成熟的双孔梁式传感器，如 图2-7所示4片电阻应变片，图2-7中1234粘贴在双孔梁的应变区在称 重时双孔梁在由被称物体产生的压力P和系统底盘对双孔梁的支持力N 的作用下产生平行四边形形变由这4片应变片接成的惠斯通Wheatstone 电桥在供桥电压的激励下随重量不同而输出不同的电压信号通过放大电 路将电桥送来的微弱信号进行放大后送给A/D转换电路之后单片机对 ADC的结果处理后显示重量。 图2-7 双孔梁式传感器 图2-8 称重系统结构图 图2-8是一般使用双孔梁式称重传感器构成称重系统的结构示意图 它主要由:秤盘、称重传感器、底盘三部分组成带有秤盘的双孔梁式称 重传感器型秤有以下基本特点: (1)同样载荷情况下梁的应变量和电桥的输出电压是个常量且与载 荷在秤盘的位置无关; (2)梁的应变量和电桥的输出电压与载荷成正比。 第三节 电源电路 本设计电源部分，采用HT7325作为稳压输出2.5V，供整个系统工作。 HT7325是采用COMS技术的三端口高电流低电压稳压器。最大能输出250mA电流，允许输入电压可达12V，能输出2.5V的稳定电压。COMS技术确保了它的低压降和低静态电流。尽管它主要被应用为固定电压的调节器，但通过外围元件也能获得可变的电压和电流。特征:低功耗;低压降;低温度系数;高输入电压(可达12V);高输出电流:250mA;输出电压精确:容差?3%;HT7325在HOLTEK采用TO92/SOT89封装。 电源电路原理图如图2-9所示: 第15页 共50页 图2-9 第四节 放大电路、模数转换电路 本设计采用深圳芯海科技有限公司研发的SOC-CSU1220，其内部集成高分辨率ADC，可将压力传感器连接电路输出的模拟信号放大并转换为数字信号。CSU1220是高精度、低功耗的SOC，其分辨率为24bit，有效分辨率可达21位(PGA=1)。可以广泛使用在工艺控制、量重、液体/气体化学分析、血液分析、智能发送器、便携测量仪器领域。 一般说来，传感器输出的电压值都非常小，基本上都是毫伏级甚至微伏级。在设计高精度电子秤时，需要放大电路来获得足够的增益。而深圳市芯海科技公司的CS1220的内部就有低噪声、低失调的运算放大器,称为可编程增益放大器(PGA)，选择不同的PGA值，就可以获得设计者所需要的增益，从而将输入信号放大到所需要的幅度，免除了以往外搭运放的麻烦。内部的电压增益放大器可以编程配置增益为1，64，128，256。通过使用PGA可以提高有效转换精度。 传感器单元测量电路(即模拟信号输入模块)如图2-10所示: 第16页 共50页 图2-10 第五节 单片机系统设计 MCU使用的是深圳芯海科技有限公司研发的CSU1220，是整个数据处理控制的核心部件，负责对ADC进行配置，读取AD值，之后送出LCD显示;之外读取按键值，进行相应的处理操作。 CSU1200 是一个8 位CMOS 单芯片MCU，内带4K 的16 位一次性可编程(OTP)ROM， 带有2 通道的24 位全差分输入ADC，低噪声放大器及4×24 或8×22 的LCD 驱动。 CSU1200 最适合的应用场合是:高端脂肪秤，口袋秤，计价秤，仪表，传感器或变换器的 测量应用等。 CSU1220的特性如下: , 高性能的RISC CPU , 8 位单片机MCU; , 内带 4K×16 位一次性可编程存储器(OTP ROM); , 256 字节数据存储器(SRAM); 第17页 共50页 , 只有 37 条单字指令; , 8 级存储堆栈; , 外围特性 , 24 位双向I/O 口; , 2 路PDM 脉冲密度调制器输出; , 1 路蜂鸣器输出; ×24、8×22 的LCD 驱动; , 可选 4 , 2 通道的24 位全差分输入ADC; , 4 级内置PGA; , 2 个外部中断; , 低电压检测引脚; , 内置温度传感器; , 模拟特性 , 提供 2 对差分模拟信号输入或4 路单端模拟信号输入(以AIN4 为 共模电平)，24 位分辨率，有效精度20 位(PGA 为1 时)。 , 内部集成的可编程增益放大器能提供 1、64、128、256 等不同倍率 的增益， 适合用于各种信号量场合; , 提供3.8Hz~488Hz等不同倍率的ADC输出速率; , 低噪声 PGA; , 专用微控制器的特性 , 外部 32768Hz 晶振(RTC); , 内带低电压复位(LVR)及低电压检测器(LVD)(注:LVR 的工作 温度为-40ºC~60ºC，当工作温度超过60ºC 时，请使用复位芯片); , 内带电荷泵(倍压器)及稳压器(3.0V 的自调整输出); , 内带基准电压源(典型值:2.2V?50mV，可以配置为2.5、2.8、3.0V); , 4 个中断源(外部中断:2 个，内部中断:2 个); , 看门狗(WDT); , 内带 1MHz 振荡器; , 封装:65-PIN dice，64-PIN LQFP; , CMOS技术 , 电压工作范围:2.4V~3.6V; 第18页 共50页 , 工作电流小于 3mA;休眠模式下的电流大约为3uA; , 应用场合 , 传感器或变换器测量应用; , 电子厨房称，人体称，脂肪秤，额温枪，低功耗计价秤; , 数字仪表; , 家电控制; , CSU1220管脚图 第六节 E2prom电路 本设计采用ATMEL公司的串行存储芯片AT24C02作为外部数据掉电不易失存储。该芯片是一个2K位串行CMOS EEPROM，内部含有256字节，ATMWL公司的先进CMOS技术减少了器件的功耗，有一个16字节页写缓冲器，该芯片通过IIC总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。 AT24C02的特性如下: 第19页 共50页 , 与400KHzIIC总线兼容 , 1.8到6.0伏工作电压范围 , 低功耗CMOS技术 , 写保护功能:当WP为高电平时进入写保护状态 , 页写缓冲器 , 自定时擦写周期 , 1,000,000编程/擦除周期 , 可保存数据100年 , 8脚DIP、SOIC或TSSOP封装 , 温度范围:商业级、工业级和汽车级 管脚配置如下: 管脚名称 功能 A0、A1、A2 器件地址选择 SDA 串行数据/地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 Vcc +1.8V – 6.0V工作电压 Vss 地 存储电路原理图如图2-11所示: 第20页 共50页 图2-11 第七节 键盘输入模块 本方案设计采用5个按键，每个按键对应一个I/O口，如图2-12所示 图2-12 功能说明: (1) ON/OFF:开/关机; (2) PCS: 进入计数模式，长按为计数基数选择模式; (3) UNIT:切换计量单位; (4) UCAL:标定，在关机状态下，长按ON/OFF+UCAL进入标定模式。 (5) ZERO:置零，使显示为零; 第21页 共50页 第八章 LCD显示模块 本方案设计的显示模块采用4COM*15SEG的LCD，外观图如图2-13所示: 图2-13 段码图如图2-14所示: 图2-14 逻辑表如下: PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 COM1 COM1 1D P1 2D P2 3D COM2 COM2 1E 1C 2E 2C 3E COM3 COM3 1G 1B 2G 2B 3G COM4 COM4 1F 1A 2F 2A 3F 接上: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 第22页 共50页 P3 4D P4 5D P5 6D S4 PCS 3C 4E 4C 5E 5C 6E 6C S3 S6 3B 4G 4B 5G 5B 6G 6B S2 S5 3A 4F 4A 5F 5A 6F 6A S1 LCD显示电路原理图如图2-15所示: 图2-15 第23页 共50页 第三章 软件设计 本设计的开发软件采用深圳市芯海科技有限公司开发的CSU-IDE工具，具有程序编辑，编译，在线仿真，在线烧录等功能，编程语言为汇编，具有程序执行效率高，程序空间易控制等优点。 本设计在软件上采用子程序模块化结构，根据功能，分为滤波，重量稳定判断，自动追零，重量计算，按键扫描，按键处理，读写EEPROM，标定，计数，数据显示等子程序。 第一节 主程序 主程序主要完成系统上电初始化，及根据功能要求循环调用各功能子程序。初始化过程包括单片机内部各种资源的配置，例如单片机的时钟频率，指令周期，I/O端口的状态，ADC配置等，复位各功能标志位，复位显示。当初始化完成后，循环调用各功能子程序。主程序流程图3-1所示: 第24页 共50页 开始A系统刚上电?按键处理是 根据系统模式标志位系统初始化 进入对应的模式系统循环开 始 称重模式计数模式标定模式 否有新的AD数据吗, 计量单位转 是换 滤波二进制数据 转换成十进 制 AD数据转化 重量 显示重量稳定判 断返回到循环体自动追零 超重判断 按键扫描第25页 共50页 接A 图3-1 第二节 滤波 滤波是用来滤除外界对信号源及芯片自身噪声干扰的措施，常用的方法有一下10种: 1. 限幅滤波法 A、方法:首先确定两次采样允许的最大偏差值(设为R)，每次检测到新采样值时与上次采样值做比较:若本次采样值与上次采样值的差值不大于R,则本次采样值有效;若本次采样值与上次采样值的差值大于R,则本次采样值无效,去掉本次采样值,用上次采样值代替本次采样值。 B、优点:能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。 C、缺点:无法抑制那种周期性的干扰;平滑度差。 2. 中位值滤波法 A、方法:连续采样N次(N取奇数)，把N次采样值按顺序排列，取中间值为本次有效值。 B、优点:能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。 C、缺点:对流量、速度等快速变化的参数不宜。 3. 算术平均滤波法 A、方法:连续取N个采样值进行算术平均运算，N值较大时:信号平滑度较高，但灵敏度较低，N值较小时:信号平滑度较低，但灵敏度较高。 B、优点:适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这种信号的特点是在某一数值范围附近上下波动。 C、缺点:对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用。 4. 滑动平均滤波法 A、方法:把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。 B、优点:对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。 C、缺点:灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消 第26页 共50页 除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合;比较浪费RAM。 5. 中位值平均滤波法 A、方法:即“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”，连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。 B、优点:融合了中位值滤波法、算术平均滤波法两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。 C、缺点:测量速度较慢;比较浪费RAM。 6. 限幅平均滤波法 A、方法:即“限幅滤波法”+“滑动平均滤波法”，每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理。 B、优点:融合了限幅滤波法、滑动平均滤波法两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。 C、缺点:比较浪费RAM。 7. 一阶滞后滤波法 A、方法:取a=0~1，本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。 B、优点:对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合。 C、缺点:相位滞后，灵敏度低，滞后程度取决于a值大小;不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。 8. 加权滑动平均滤波法 A、方法:是对滑动平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权。通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低。 B、优点:适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。 C、缺点:对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号，不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。 9. 消抖滤波法 A、方法:设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较:若采样值等于当前有效值，则计数器清零;若采样值不等于当前有效值，则计数 第27页 共50页 器+1，并判断计数器是否大于上限N(溢出)，若计数器溢出,则将本次值替换当前有效值，并将计数器清零。 B、优点:对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，可避免在临界值附近控制器的反复跳动或显示器上数值抖动。 C、缺点:对于快速变化的参数不宜;若在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。 10. 限幅消抖滤波法 A、方法:即“限幅滤波法”+“消抖滤波法”，先限幅,后消抖。 B、优点:继承了“限幅”和“消抖”的优点，改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统 C、缺点:对于快速变化的参数不宜。 本方案设计根据实际应用的需要，采用滑动平均法进行滤波。流程图如图3-2所示: 变量: Xt:当前AD值; Xt-1:前一个AD值; …… Xt-n:前第N-1个AD值; N:AD数据个数; X:滤波器输出。 第28页 共50页 滑动滤波 快速响应条件计算 NY快速响应, Xt=Xt-1Xt=XtXt-1=Xt-21=XtXt-„„„„ „„ „„Xt-n=Xt-Xt-n=Xt(n-1) X=(Xt+Xt-1+„„+Xt-n)/N 完成 图3-2 第三节 重量计算 重量计算是将AD数据转换成重量的一个过程，对于电子秤来说，压力传感器输出的模拟信号与放在压力传感器上的重量基本成线性关系，而输入ADC的模拟信号与ADC输出的数字信号(AD值)成线性关系，所以AD值与重量基本成线性关系。AD值与重量关系曲线如图3-3所示: 图3-3 第29页 共50页 zreg为无重量时从ADC读到的AD值，而f为标定的重量，freg为标定重量对应的AD值，AD_x为放上待称重物所对应的AD值，x为等待计算的重量，由图可以得到以下等式: x,0AD_x,zreg,f,0freg,zreg (4-1) 变形得到: fx,(AD_x,zreg)*freg,zreg (4-2) fslope,freg,zreg设，即AD值与重量关系曲线的斜率，则可得到如下计算 x,(AD_x,zreg)*slope重量的等式: (4-3) zreg和slope是通过标定过程得到的。 第四节 标定 在科学测量中，标定是一个不容忽视的重要步骤，它的主要作用是: (1) 确定仪器或测量系统的输入-输出关系，赋予仪器或测量系统分 度值; (2) 确定仪器或测量系统的静态特性指标; (3) 消除系统误差，改善仪器或系统的准确度。 标定的流程图如图3-4所示: 第30页 共50页 开始 进入标定程序 按键1按下 记录零点AD值 放上标定重量 按键1按下 记录标定重量 的AD值 将零点和标定重量 点的AD值写进 EEPROM里 图3-4 结束第五节 按键扫描 按键操作是人机交互的重要组成部分，其操作上的舒适性和人性化是使用者能够很直接感受到的，既不能反应迟钝，也不能反应太灵敏。接按键的I/O口是处于带上拉输入状态，常态为高电平，当按键被按下时，I/O输入端被短接到地，所以单片机可以采样到低电平，从而识别按键被按下。但是按键是带有机械抖动的，会让单片机误判按键被按下，产生误操作，因此按键 第31页 共50页 去抖动是按键操作的关键。 按键去抖动的方法一般有两种:硬件去抖，软件去抖。简单的硬件去抖就是在按键上并联一个小电容，常用是0.1uF，可以过滤一大部分抖动，但是这样会增加成本。在低成本的方案中，往往采用的是纯软件去抖。软件去抖的常用方法就是延时，当检测到按键被按下时，进行一定延时，一般为32ms，过后再进行一次按键判断，如果此时状态与上次状态一样，就认为此次按键 -6所示: 按下有效，执行相应的功能程序。按键扫描的流程图如图3 开始 A=读按键口 不是判断当前有无清B，清零扫描标按键按下志位 是 扫描标志位是否为0 不是判断A是否与BA=>B，设置去抖时相等间 是 不是去抖时间到了吗, 是 B,,执行按键值置位扫描标志位 返回 图3-6 第32页 共50页 第六节 EEPROM读写 由于电子秤的标定数据需要掉电保存，所以本设计采用AT24C02作为外部数据存储。AT24C02通讯采用现在有广泛应用的IIC总线协议，其主要特征如下: , 只要求两条总线线路:一条串行数据线(SDA);一条串行时钟线 (SCL)。 , 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的 主机/从机关系软件设定地址;主机可以作为主机发送器或主机接收 器。 , 它是一个真正的多主机总线，如果连个或更多主机同时初始化数据传 输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。 , 串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s，快读模 式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。 , 片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波，保证数据完整。 , 连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容400pF限制。 AT24C02数据传输定义如下: 1. 数据的有效性:SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定数据 线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟。 2. 起始信号:当时钟线保持高电平期间，数据线电平从高到低的跳变为起始信号。 3. 停止信号:当时钟线保持高电平期间，数据线电平从低到高的跳变为停止信号。 第33页 共50页 4. 应答信号:IIC总线数据传送时，每成功地传送一个字节数据后，接收器 都必须产生一个应答信号。应答的器件在第9个时钟周期将SDA拉低， 表示其已收到一个8位数据。 5. 字节写:在字节写模式下，主器件发送起始命令和从器件地址信息(R/W 位置零)给从器件，在从器件应答信号后，主器件发送AT24C02的字节 地址，主器件在收到从器件的另一个应答信号后，再发送数据到被寻址 的存储单元。AT24C02再次应答，并在主器件产生停止信号后开始内部 数据的擦写，在内部擦写的过程中，AT24C02不再应答主器件任何请求。 6. 读操作:读操作的初始化方式和写操作一样，仅把R/W位置为1，有三 种不同的读操作方式:立即地址读，选择读和连续读。 第34页 共50页 7. 立即地址读:AT24C02的地址计数器内容为最后操作字节的地址加1， 说如果上次读/写的操作地址为N，则立即读的地址从地址N+1开始，如 果N=255则计数器将翻转到0且继续输出数据AT24C02接收到从器件地 址信号后(R/W 位置1)，它首先发送一个应答信号，然后发送一个8 位 字节数据。主器件不需发送一个应答信号，但要产生一个停止信号。 8. 选择读:选择性读操作允许主器件对寄存器的任意字节进行读操作，主 器件首先通过发送起始信号、从器件地址和它想读取的字节数据的地址 执行一个伪写操作。在AT24C02应答之后主器件重新发送起始信号和从 器件地址，此时R/W 位置1，CATWC02响应并发送应答信号, 然后输 出所要求的一个8 位字节数据, 主器件不发送应答信号但产生一个停止 信号。 9. 连续读:连续读操作可通过立即读或选择性读操作启动。在AT24C02发 送完一个8 位字节数据后，主器件产生一个应答信号来响应，告知 AT24C02主器件要求更多的数据，对应每个主机产生的应答信号 第35页 共50页 AT24C02将发送一个8 位数据字节。当主器件不发送应答信号而发送停 止位时结束此操作。 第七节 误差分析 高精度电子秤属于静态称重的电子秤，其误差来源于称重传感器、电子设备(即二次仪表——包括称重传感器输出信号的传输系统及数据处理系统)和机械承重系统(即秤体)三个方面。 (1)称重传感器的误差 电容式称重传感器的误差，主要是由传感器本身的非线性、不重复性 和滞后等特性所造成。在使用过程中，由于周围环境变化还会引起传感 器的零点漂移和传感器系数的改变。所有上述误差在制作传感器时，都 已通过各种补偿措施将其降到尽可能小的程度，其剩余部分已不易进行 补偿和修正，可作为偶然误差处理。 (2)电子设备的误差 高精度数字仪表和高精度芯片在电子秤中的应用，使电子设备的误差 在电子秤中的总误差中所占的比例甚低于传感器。电子设备要排除温度 变化造成的干扰和电磁干扰的影响。 (3)机械承重系统的误差 机械承重系统支承被测物重量，并通过它将载荷作用于称重传感器。 但机械承重系统在力的传递过程中，由于机械结构方面的某些不良因素， 在防止振动等措施上由于摩擦阻力过大，或多或少不能将其所承受的力 全部传递给称重传感器，或者传递的力不是作用于传感器的中心轴线造 成偏载，或者传递的力与传感器受力轴线之间有一夹角，造成作用力不 真实，因此机械承重系统在传递过程中会有误差。 机械承重系统的误差、电源波动引入的误差以及称重传感器与测量线 路之间引线带来的误差等不易定量计算，这些误差只能通过合理的设计 第36页 共50页 安装来削弱，并在误差分配时给予一定的冗余量来保证。因此在机械装配上要注意保证载荷重量能垂直作用于传感器，其作用力的方向应与传感器的受力轴线相吻合，不产生附加力矩或水平分力。在机械承重系统中若没有将称重传感器安装在最妥善的地方，或者没有把外部干扰力对称重传感器的影响控制到最小限度，就不能确保预想精度，甚至由于稳定性不好而不能使用。 根据误差理论，考虑误差的传播特点，并结合实际的设计经验，设计电子秤进行误差分配时，一般将传感器误差取为总误差的70%，电子设备等部分的误差总和为总误差的30%。 因此除采取妥善安装称重传感器、合理地选择元器件、采用接地和屏蔽等抗干扰措施外，还必须利用电子设备部分的精度冗余来保证总误差。 第八节 系统工程设计及经济设计 便携式智能仪器设计应当遵守低功耗原则，但是还应该考虑成本问题。低功耗与经济原则贯穿电子计重秤设计的全过程，本毕业设计主要从元器件选取、电路设计、软件设计三方面介绍仪器的低功耗设计. (1)元器件选取 仪器的电路在工作时会受到环境温度的影响以及本身器件过流 发热的影响，这是可靠性设计须注意的问题。本文基于低功耗、低成 本、高精确度的设计思想选用芯片，并且综合考虑了体积、重量、稳 定性和通用性等因素。选用低(微)功耗器件、设计低功耗电路是降 低电子秤功耗的最直接方法和主要设计原则。 ?采用COMS型单片机 微处理器本身是电子秤的主要功耗源。本文采用CMOS低功耗 SOC CSU1220作为计数电子秤的信息处理核心单元，性价比较高， 有利于仪器的低功耗设计和经济设计。 ?选用微功耗段式LCD显示 本次设计中的专用段式液晶显示器(LCD)功耗低，显示清晰， 体积小且价格适中。 (2)软件低功耗设计 本文软件设计应用了两个中断外部中断INT0(用于读取AD值)、 定时器0中断(用于键盘扫描)。中断的使用有效地减少了CPU的运 第37页 共50页 行时间，降低了功耗。 第38页 共50页 第四章 主要工作 第一节 硬件电路设计 本设计的硬件电路主要包括电源电路，传感器，CSU1220外围电路，AT24C02应用电路。其中CS1220外围电路和AT24C02应用电路，主要是参考各自官方公布的经典应用电路进行设计，这样即方便，又不容易出现错误，节约开发时间。 电源电路的设计如图2-9所示，在稳压芯片前后都加了两个电容，其中0.1uF电容是滤除电源里的高频干扰，10uF是滤除电源里的低频干扰，这样就能为系统的工作提供稳定的电源。 对于高精度电子秤，由于其称量要求准确稳定，对于称重传感器的要求比较高，所以需要慎重地选择称重传感器。选择称重传感器的时候，主要考虑这几个参数:输出灵敏度，输出阻抗，蠕变，滞后，重复性，温度漂移，分辨率，静态误差，非线性，量程范围。根据系统要求，综合考虑称重传感器的参数指标，折衷选择称重传感器。 第二节 软件设计 对于高精度电子秤，在软件上，滤波和自动追零是整个软件设计的难点，尤其是滤波。 软件滤波，是一个滤除信号噪声干扰的装置，其设计的好坏将直接影响称量的稳定性。本设计在滤波前，先进行限幅处理，滤除偶然因素引起的干扰，再进行滑动平均滤波，滤除周期性干扰，这样就能够得到干扰较小的信号进行相应运算，最终实现稳定称重。 自动追零，是一个系统对零点进行跟随的装置。由于环境的变化，各方面的干扰，电子秤的零点不是恒定的，是改变的，为了称量的准确必须对改变的零点进行跟踪。自动追零是有严格的条件限制的，以防误追零导致称量不准确。本设计自动追零的条件为: ? 当前重量在设定范围内; ? 当前重量稳定，且稳定时间达到1s以上; ? 跟踪速率为2d/s。 由以上本条件所限制的自动追零装置，能够避免误追零，实现准确称量。 第39页 共50页 第三节 出现的问题及解决办法 1. 称量不准确 当软件编写完成后，进行测试后，发现称量时准确时不准确，误差大于设计要求的?0.01% 。先从软件入手，寻找问题。在软件上能够影响重量计算的子程序有:加减乘除运算子程序，重量换算子程序和自动追零。经仔细验证检查后，发现上述的前两个因素都是正确的，自动追零条件不严，有误追现象，这就是称量不准确的原因。 解决办法是:在不影响称重的情况下，增加自动追零的限制条件。 2. 称量不稳定 在实际测试过程中，发现正常称重时显示会跳数，即称量不稳定。 高精度测量的 稳定性是非常考验ADC芯片的性能和软件处理能力的。CSU1220的适用范围包括高精度电子秤，所以芯片性能是可以满足高精度测量的要求的，软件需要提高。在软件上，影响称量稳定性最大的是滤波。发现问题的时候，采用的滤波只是简单的8次滑动平均滤波，不能把偶然性干扰滤除。经过思考，在滤波前端加上一个限幅处理，就可以把偶然性干扰滤除，但是这个限幅的量不能随便确定。为了确定限幅的量，对CSU1220进行样品噪声测试，描绘出图形，确定限幅量。根据最后调试确定，限幅处理再加上两级8次滑动平均能够实现称量的稳定性。 3. 非线性 在实际调试过程中，发现称量在某一段量程是正确，例如0.00g-150.00g，但是超出这一段量程之后，称量会出现偏差，如200.00g的砝码会显示199.97g。经过仔细的研究与同事讨论，发现问题是由于称重传感器和ADC非线性造成的误差。 称重传感器的非线性是指输入与输出的关系并不是完全线性关系。称重传感器理想的输入与输出曲线如图4-1所示: 第40页 共50页 输出 输入 0 满量程 图4-1 但是实际上，称重传感器的输入与输出曲线如图4-2所示: 输出 输入 0 满量程 图4-2 解决方法:采用两点标定，即分两段斜率计算重量，如图4-3所示: 输出 B A 输入 0 满量程 图4-3 当输入信号小于A时，采用0A段斜率来计算重量;当输入大于A时，采用AB段斜率来计算重量;这样就能比满量程都用0B段斜率 第41页 共50页 计算重量准确得多。 第四节 成果展示 1. 称重传感器 2. 称重传感器+秤盘 3. 砝码 第42页 共50页 4. 主控板 5. 100.00g称重 第43页 共50页 第44页 共50页 结论 本毕业设计论文立足于社会需求，涉及传感器、计算机、信息处理、工程设计等多学科领域。设计的新型电子计重秤面向千家万户及广大贸易市场，自己在项目方案制订、硬件设计和软件开发等方面进行了比较充分、细致的考虑;在吸收前人的经验的基础上，设计出合适的硬件电路图，此外自己编出高精度电子计重秤的软件，并最终设计出实品。通过这一次毕业设计的锻炼，自己学到了―在实践中学习‖这种学习方法;而且自己对电子秤硬件电路开发及电子秤软件开发的认识达到了一个新的高度，这对自己以后的工作是很有帮助的。在毕业设计的实施过程中，尤其是在设计软件滤波的时候，遇到较大困难，走了许多弯路，因为高精度电子秤需要较强的滤波技巧，而本人对数字信号处理不熟悉，也是第一次接触电子秤行业，花费的时间精力是有经验工程师的几倍。虽然过程很辛苦，但是每一次的解决困难都是本人在技术上的提升，意志力上加强。 经过这次毕业设计，让我从一个学生转变为社会人迈出了第一步。在学校做电子设计的时候，从来不考虑成本，不考虑功耗，不考虑环境因素的影响，只要完成功能要求即可。往往这样的设计，不能够贴近实际，实用性差。但是本毕业设计在完成功能要求的同时，既考虑了成本，也考虑了功耗，实现高精度电子计重秤低成本，低功耗的创新。 受研究时间和本人知识结构的制约，本文的研究工作也存在一些不足: (1)第一次做完整的方案，有许多不熟悉的地方，因为时间的关系， 虽然全部的功能都可以实现，但是没有把系统做成好的循环，没 有把方案做好、做全，颇为遗憾，但是自己会在以后的工作中将 会接着进行研究。 (2)由于对实际工程设计不熟悉，设计过程中不可避免地存在一些问 题，如湿度影响、电磁干扰影响、温度影响等，有待今后不断学 习、提高。 (3)由于时间有限，本文的设计内容只进行了系列的理论与试验研究。 第45页 共50页 致谢 本课题的相关研究工作是在校外指导教师林宁耀和校内指导教师温国忠老师的共同指导及督促下完成的。在这期间，从课题方案的拟定到硬件和软件系统的开发设计以及毕业论文的撰写，校外及校内指导教师都给予了很多支持及宝贵的意见;而且，校外指导教师及校内指导教师经常询问相关研究工作的进展情况，以确保毕业设计工作顺利完成。在此，两位老师的支持和帮助，表示由衷的感谢。 感谢我的父母和我的亲人;感谢在本高精度电子计重秤方案的开发过程给予本人支持和帮助的所有人。 第46页 共50页 参考文献 [1] 张海霞.新型便携式电子秤的研究:[硕士学位论文].湖南大学:湖南大学，2005 [2] 李燕.电子秤的结构和工作原理.物理通报，2006年，第六期:55-56 [3] 北京衡达衡器.电子衡器工作原理.北京:北京恒达衡器公司，2006:1-10 [4] 刘迎春等.传感器原理设计与应用.长沙:国防科技大学出版社，2002:1-10 [5] 深圳市芯海科技有限公司.CSU1220中文版用户手册.深圳:深圳市芯海科 技有限公司，2009:1-85 [6] .Protel 99SE 原理图与PCB设计教程.北京:电子工业出版社，2001:1-269 [7] 张伟.Protel 99SE高级应用.北京:人民邮电出版社，2007:1-269 [8] 康华光等.电子技术基础.第五版.北京:高等教育出版社，2005:1-523 [9] 张延庆等.半导体集成电路设计.北京:电子工业出版社，1986:1-254 [10] IIC总线协议.广州周立功单片机发展有限公司，2008:1-16 [11] HT7325用户手册.盛扬半导体有限公司，2009:1-17 第47页 共50页 附录 INTRODUCTION TO THE I2C-BUS SPECIFICATION For 8-bit oriented digital control applications, such as those requiring microcontrollers, certain design criteria can be established: , A complete system usually consists of at least one microcontroller and other peripheral devices such as memories and I/O expanders , The cost of connecting the various devices within the system must be minimized , A system that performs a control function doesn’t require high-speed data transfer , Overall efficiency depends on the devices chosen and the nature of the interconnecting bus structure. To produce a system to satisfy these criteria, a serial bus structure is needed. Although serial buses don’t have the throughput capability of parallel buses, they do require less wiring and fewer IC connecting pins. However, a bus is not merely an interconnecting wire, it embodies all the formats and procedures for communication within the system. Devices communicating with each other on a serial bus must have some form of protocol which avoids all possibilities of confusion, data loss and blockage of information. Fast devices must be able to communicate with slow devices. The system must not be dependent on the devices connected to it, otherwise modifications or improvements would be impossible. A procedure has also to be devised to decide which device will be in control of the bus and when. And, if different devices with different clock speeds are connected to the bus, the bus clock source must be defined. All these criteria are involved in the specification of the I2C-bus. THE I2C-BUS CONCEPT The I2C-bus supports any IC fabrication process (NMOS, CMOS, bipolar). Two wires, serial data (SDA) and serial clock (SCL), carry 第48页 共50页 information between the devices connected to the bus. Each device is recognized by a unique address (whether it’s a microcontroller, LCD driver, memory or keyboard interface) and can operate as either a transmitter or receiver, depending on the function of the device. Obviously an LCD driver is only a receiver, whereas a memory can both receive and transmit data. In addition to transmitters and receivers, devices can also be considered as masters or slaves when performing data transfers. A master is the device which initiates a data transfer on the bus and generates the clock signals to permit that transfer. At that time, any device addressed is considered a slave. 第49页 共50页 介绍I2C 总线 对于面向8 位的数字控制应用，譬如那些要求用微控制器的，要建立一些设计标准: , 一个完整的系统通常由至少一个微控制器和其他外围器件例如存储 器和I/O 扩展器组成。 , 系统中不同器件的连接成本必须最小。 , 执行控制功能的系统不要求高速的数据传输。 , 总的效益由选择的器件和互连总线结构的种类决定。 产生一个满足这些标准的系统需要一个串行的总线结构，尽管串行总线 没有并行总线的数据吞吐能力，但它们只要很 少的配线和IC 连接管脚。然而，总线不仅仅是互连的线还包含系统通讯的所有格式和过程。 串行总线的器件间通讯必须有某种形式的协议避免所有混乱、数据丢失和妨碍信息的可能性。快速器件必须可以和慢速器件通讯。系统必须不能基于所连接的器件，否则不可能进行修改或改进。应当设计一个过程决定哪些器件何时可以控制总线。而且，如果有不同时钟速度的器件连接到总线，必须定义总线的时钟源。所有这些标准都在I2C 总线的规范中。 I2C 总线的概念 I2C 总线支持任何IC 生产过程(NMOS、CMOS、双极性)。两线――串行数据(SDA)和串行时钟(SCL)线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别(无论是微控制器、LCD、驱动器、存储器或键盘接口)，而且都可以作为一个发送器或接收器(由器件的功能决定)。很明显，LCD驱动器只是一个接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了发送器和接收器外，器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时，任何被寻址的器件都被认为是从机。 第50页 共50页