毕业设计（论文）-基于S3C44B0电子称设计.doc

基于s3c44b0电子称设计摘要电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显。电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎。本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。电子称主要以s3c44b0作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。s3c44b0控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。关键词：电子称；s3c44b0；称重传感器electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, such as digital technology integrated into a modern new weighing apparatus. it closely combining with our daily life become a convenient, fast and weighing precision tool, widely used in business, factory factory, bazaar, supermarket, shopping malls, and information display in public places such as retail. electronic said not only accurate measurement, fast, convenient, more important, automatic weighing, digital display, the impact on peoples lives more and more big, popular.this system to electronic says the automatic weighing, data processing and so on has carried on the design and manufacture. main s3c44b0 as center control unit, electronic analog-to-digital conversion unit by the weighing sensor, in the match with the keyboard, display circuit and powerful software to component. in this paper, on the basis of the intelligent electronic hardware design is given, electronic said software control method are analyzed in detail. s3c44b0 control electronic says simple structure, low cost and was deeply loved by people, this article will be discussed in detail.目录1绪论41.1称重技术的发展41.2 电子秤的组成41.2.1电子秤的基本结构41.2.2电子秤的工作原理51.2.3电子秤的计量性能51.3设计思路52系统方案论证与选型62.1控制器部分72.2数据采集部分72.2.1传感器的选择72.2.2放大电路选择83 硬件设计83.1 总体规划83.2 主控制器电路83.3 传感器放大电路83.4 显示电路93.5 jtag接口93.6晶振电路设计103.7电源和复位电路设计113.8按键部分124 软件设计124.1系统应用程序组成124.2 主程序流程图134.3 程序设计144.4称重数据处理技术205 总结与展望21致 谢22参考文献23附录 电路图241绪论1.1称重技术的发展称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。电子秤的发展过程与其它事物一样，也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。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，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。1.2 电子秤的组成 1.2.1电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以下三部分组成：(1)承重、传力复位系统它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。(2)称重传感器按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。(3)测量显示和数据输出的载荷测量装置即处理称重传感器信号的电子线路（包括放人器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。 1.2.2电子秤的工作原理当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模数(a/d)器进行转换，数字信号再送到微处器的cpu处理，cpu不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，cpu发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、a/d转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。1.2.3电子秤的计量性能电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。(1)量程：电子衡器的最大称量max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。(2)分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。(3)分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。电子衡器的最大称量max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即max=nd1.3设计思路目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：体积大、成本高、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤为杆秤或以弹簧、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。弹簧盘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，只是一种暂时的代用品，也被列入逐渐取消的行列。微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用，电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。本系统在设计过程中，除了能实现系统的基本功能外，还增加了打印和通讯功能，可以实现和其他机器或设备（包括上位pc机和数据存储设备）交换数据，除此之外，系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的s3c44b0，在系统更新换代的时候，只需要增加很少的硬件电路，甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。综上所述，本设计的主要思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。主要技术指标为：称量范围0600g，分度值1kg，精度等级iii级，电源ac220v。这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。2系统方案论证与选型按照本设计功能的要求，系统由5个部分组成：控制器部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图1所示。压力传感器放大电路按键s3c44b0电源lcd显示图1设计思路框图测量部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送s3c44bo中的a/d转换引脚，将模拟量转化为数字量输出，控制器接受来自a/d转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数宁信号转换为物体的实际重量信号，并将其送到显示单元中。2.1控制器部分本设计由于要求必须使用s3c44b0作为系统的主控制器，而且以s3c44b0为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。2.2数据采集部分电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路电路，因此对于这部分的论证主要分两方面。2.2.1传感器的选择综合考虑，本设计采用电阻应变式传感器，其最人量程为1kg.称重传感器由应变计构成，具有过载保护装置。由于惠斯登电桥具诸如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，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图2所示。图2称重传感器本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。其测量原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。2.2.2放大电路选择称重传感器输出电压振幅范围020mv。而a/d转换的输入电压要求为02v，因此放大环节要有100倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调的（70150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。按照输入电压20mv，分辨率20000码的情况，漂移要小于1旧。由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（li.lv），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。考虑所以要求最终选择主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放人器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放op07做成一个差动放大器。3 硬件设计3.1 总体规划该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；再进行放大，然后送入s3c44b0模数转换处理和数据处理。由传感器模块、主机接口模块、按键与显示模块组成。3.2 主控制器电路主控制器是s3c44b0，要加上晶振电路和电源工作。3.3 传感器放大电路传感器放大电路由两级组成，前级由两个同相比例运算电路组成，后级是一个差动比例运算电路。传感器信号首先进过前级进行初步放大，接着进入后级。由于前级的对称性直接影响后级的共模抑制比，考虑到元件阻值的误差，r2,r4选用多圈精密可调电阻。为了提高后级对共模信号的抑制，反馈电阻r3也采用精密多圈可调电阻。传感器放大电路如图3所示图3传感器放大电路3.4 显示电路lcd12864模块的引脚连线如图4所示，第2脚为lcd的驱动电源；通过在bla和blk之间接一个10k多圈可调电阻，中间抽头接vo。图4 lcd12864模块引脚接线图3.5 jtag接口 jtag（joint test action group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。 jtag技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路tap（test access port，测试访问口），通过专用的jtag测试工具对内部节点进行测试。目前大多数比较复杂的器件都支持jtag协议，如arm、dsp和fpga器件等。标准的jtag接口是4线：tms、tck、tdi和tdo，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。如图5所示图5 jtag 电路3.6晶振电路设计晶振电路用于向cpu及其他电路提供工作时钟，s3c44b0x的时钟源来自晶振，也可以是外部时钟。s3c44b0x的内部时钟发生器可产生cpu和外设所需要的时钟信号。如图6所示。图6晶振电路3.7电源和复位电路设计设计电源时要考虑的因素：a.输出的电压、电流、功率；b.输入的电压、电流；c.安全因素；d.输出纹波；e.电磁兼容和电磁干扰；f.体积、功耗、成本限制。 系统采用dc5v稳压电源进行供电，电源输入后经过两个稳压芯片产生3.3v和2.5v 电压，给mcu的i/o和arm内核供电，电路如图7所示图7电源电路3.8按键部分 按键部分采用33键盘，并且引入中断模式，电路图如图8所示。图8 按键电路4 软件设计4. 1系统应用程序组成软件主要三个方面：一是初始化系统；二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。这三个方面的操作分别在主程序中来进行。程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。程序结构如图9所示主程序显示模块初始化模块ad转换模块键盘模块数据处理模块 图9程序结构图4.2 主程序流程图本设计的程序流程图如图10所示。开始 调零程序置零键按下ad转换数据处理显示初始化 图10 流程图4.3 程序设计功能：向12864写数据函数名：writedatalcd()说明：入口参数：wdlcd返回值：无*/voidwritedatalcd(unsignedcharwdlcd)readstatuslcd();/检测忙lcd_data=wdlcd;lcd_rs=1;lcd_rw=0;lcd_e=0;/若晶振速度太高可以在这后加小的延时lcd_e=0;lcd_e=0;/延时lcd_e=1;/*函 数 名：writecommandlcd()功能：向12864写指令说明：入口参数：wdlcd，buysc返回值：无*/voidwritecommandlcd(unsignedcharwclcd,buysc)/buysc为0时忽略忙检测 if(buysc)readstatuslcd();/根据需要检测忙 lcd_data=wclcd;lcd_rs=0;lcd_rw=0;lcd_e=0;lcd_e=0;lcd_e=0;lcd_e=1;/*函数名：readdatalcd()功能：从12864读数据说明：入口参数：无返回值：lcd_data*/unsignedcharreaddatalcd(void)lcd_rs=1;lcd_rw=1;lcd_e=0;lcd_e=0;lcd_e=0;lcd_e=1;return(lcd_data);/*函数名：readstatuslcd()功能：读取12864状态说明：如果为忙，则一直等到非忙为止入口参数：无返回值：lcd_data*/unsignedcharreadstatuslcd(void)lcd_data=0xff;lcd_rs=0;lcd_rw=1;lcd_e=0;lcd_e=0;lcd_e=0;lcd_e=1;delay_18b20(200);/delay5ms();/检测忙信号proteus仿真时，延迟5ms，关闭while循环while(lcd_data&busy)/硬件使用时，不延迟，打开while循环return(lcd_data);/*函数名：lcdinit()功能：12864初始化说明：入口参数：无返回值：无*/voidlcdinit(void) lcd_data=0;writecommandlcd(0x38,0);/三次显示模式设置，不检测忙信号delay5ms();writecommandlcd(0x38,0);delay5ms();writecommandlcd(0x38,0);delay5ms(); writecommandlcd(0x38,1);/显示模式设置,开始要求每次检测忙信号 writecommandlcd(0x08,1);/关闭显示writecommandlcd(0x01,1);/显示清屏 writecommandlcd(0x06,1);/显示光标移动设置writecommandlcd(0x0c,1);/显示开及光标设置 /*函数名：displayonechar()功能：按指定位置在12864显示一个字符说明：x为列，y为行，ddata为字符入口参数：x，y，ddata返回值：无*/按指定位置显示一个字符voiddisplayonechar(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharddata) y&=0x1;x&=0xf;/限制x不能大于15，y不能大于1if(y)x|=0x40;/当要显示第二行时地址码+0x40;x|=0x80;/算出指令码writecommandlcd(x,0);/这里不检测忙信号，发送地址码writedatalcd(ddata);/*函数名：displaylistchar()功能：按指定位置在12864显示一串字符说明：x为列，y为行，*ddata为字符串入口参数：x，y，ddata返回值：无*/voiddisplaylistchar(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharcode*ddata) unsignedcharlistlength;listlength=0;y&=0x1;x&=0xf;/限制x不能大于15，y不能大于1while(ddatalistlength!=0)/若到达字串尾则退出if(x=0xf)/x坐标应小于0xfdisplayonechar(x,y,ddatalistlength);/显示单个字符listlength+;x+;/*函数名：delay5ms()功能：5ms延时说明：入口参数：无返回值：无*/voiddelay5ms(void) unsignedinttempcyc=5552;while(tempcyc-); /*函数名：delay400ms()功能：400ms延时说明：入口参数：无返回值：无*/voiddelay400ms(void)unsignedchartempcyca=5;unsignedinttempcycb;while(tempcyca-)tempcycb=7269;while(tempcycb-); 4.4称重数据处理技术测量精度和可靠性是电子秤设计的关键，引入软件数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节硬件本身的缺陷或弱点，使原来靠硬件电路难以实现的信号处理可以得到解决，提高电子秤的综合性能。在电子称重系统中，主要的数据处理技术有：无效物理量的消除、零漂处理、标度