1、機電系統(tǒng)課程設計西科大制造學院先進制造技術(shù)教研室教師：侯志紅電話：6637201郵箱：課程設計要求 1.每1-3位同學一組，通過查閱一定量的科技文獻，設計一個機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品，題目自定，內(nèi)容與機電專業(yè)相關即可。 2. 不同小組的論文若有雷同，則成績按不及格處理。 設計論文的格式 題目班級、學號、姓名摘要 （要求100200字） 摘要內(nèi)容 關鍵詞格式：*，*，*，*正文內(nèi)容（2000-3000字）1、引言2、原理（含公式、原理圖）3、內(nèi)容4、數(shù)據(jù) 5、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果6、結(jié)束語（對結(jié)果的分析與討論）參考文獻具體參考文獻 如：1邱淑榮，王素紅，文立軍.大學物理實驗教程.鄭州：河南科學技術(shù)出版社，

2、1999 實用電子秤 摘 要 本系統(tǒng)采用單片機AT89S52為控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能。 系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)板，數(shù)據(jù)采集、人機交互界面三大部分。 最小系統(tǒng)部分主要是擴展了外部數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號的前級處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。人機界面部分為鍵盤輸入 ，12864點陣式液晶顯示，可以直觀的顯示中文，使用方便。 軟件部分應用單片機C語言實現(xiàn)了本設計的全部控制功能，包括基本的稱重功能，和發(fā)揮部分的顯示購物清單的功能，可以設置日期和重新設定10種商品的單價，具有超重報警功能，由于系統(tǒng)資源豐富，還可以方便的擴展其應用第一部分：方案論證與比較一、控制器部分本系統(tǒng)基于

3、51系列單片機來實現(xiàn)，因為系統(tǒng)需要大量的控制液晶顯示和鍵盤。另外系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，我們最終選擇了AT89S52通用的比較普通單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)設計。內(nèi)部帶有8KB的程序存儲器，在外面擴展了32K數(shù)據(jù)存儲器，以滿足系統(tǒng)要求。 二、數(shù)據(jù)采集部分（1）、傳感器題目要求稱重范圍9.999Kg，重量誤差不大于0.005Kg，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重9.999Kg。我們選擇的是L-PSIII型傳感器，量程20Kg，精度為0.01%，滿量程時誤差0.002Kg。可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。其原理如下圖所示：稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電

4、纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出：（2）、前級放大器部分壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：方案一、利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器。普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。由于A/D轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二：采用專用儀表放大器，如：INA126，INA121等。此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。以INA126為例,接口如下圖所

5、示： 放大器增益，通過改變的大小來改變放大器的增益。基于以上分析，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126。 （3）、A/D轉(zhuǎn)換器由上面對傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉(zhuǎn)換器誤差應在0.03%以下12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g考慮到其他部分所帶來的干擾,12位A/D無法滿足系統(tǒng)精度要求。所以我們需要選擇14位或者精度更高的A/D。方案：采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL7135、ICL7109等。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高，但速度較慢(如：ICL7135),具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于），可自

6、動調(diào)零，超量程信號，全部輸出于TTL電平兼容。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強的抗干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤，系統(tǒng)對AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。綜合的分析其優(yōu)點和缺點，我們最終選擇了ICL7135。三、人機交互界面（1）、鍵

7、盤輸入鍵盤輸入是人機交互界面中最重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。我們采用了專用的鍵盤顯示芯片ZLG7289。1.Intel8279是一種比較成熟的可編程鍵盤/顯示芯片，可以滿足小系統(tǒng)的要求。2.ZLG7289是串行輸入輸出可編程鍵盤/顯示芯片有強大的鍵盤顯示功能，支持64鍵控制?？梢员容^方便的擴展系統(tǒng)。另外ZLG7289內(nèi)部有譯碼電路，大大簡化了程序。我們選擇功能更好的ZLG7289作為鍵盤掃描顯示芯片（2）、顯示輸出雖然ZLG7289具有控制數(shù)碼管顯示的功能，但考慮到本題目要求中文顯示，數(shù)碼管無法滿足，只能考慮用帶有中文字庫的液晶顯示器。由于可以分頁顯示，無需太大屏幕，我們選

8、擇了點陣式12864型LCDOCM4X8C。第二部分：具體實現(xiàn)方案一、硬件組成：（一）、硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：（二）、各部分硬件電路實現(xiàn)(1)、基于AT89S52的主控電路圖主控電路以89C52為核心擴展32K RAM；單片機使用6M晶振，P0口外接上拉電阻，增大了帶負載能力；A12A15接74LS138譯碼器，輸出作外部片選信號。 擴展了幾個接口用于其它部分于單片機的通信（2）前端信號處理INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路：（3）A/D轉(zhuǎn)換器基于ICL7135的A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電路：基準源選用芯片MC1403 2.5V分壓得到：由于ICL7135內(nèi)部沒有振蕩器，所以需要外接?？紤]到此系統(tǒng)頻率要求

9、不是太高，且單片機的工作頻率也不是很高，因此我們?nèi)r鐘頻率的典型值：200kHz。由于頻率比較低，對時鐘漂移要求不高，我們采用阻容方式實現(xiàn)了基本的振蕩電路。如下：ICL7135還需要外接基準電源，這是因為芯片內(nèi)部的基準源一般容易受到溫度的影響，而基準電源的變化會直接影響轉(zhuǎn)換精度。所以當精度要求較高時，應采用外接基準源。一般接其典型值1V。4)、人機交互界面(a)、鍵盤接口圖：鍵盤控制芯片ZLG7289控制鍵盤的掃描，當監(jiān)測到有鍵按下后ZLG7289的9腳便產(chǎn)生一個低電平通知單片機，單片機可以采用查詢或者中斷方式將數(shù)據(jù)通過P1.5以串行方式讀入。因為查詢方式會浪費大量的時間,所以本系統(tǒng)采用的是中

10、斷方式。(b)、LCD顯示接口電路LCD復位信號通過反相器接到單片機的RESET上，上電或手動復位時將隨單片機同時復位。由于復位后并行口輸出高電平，LCD處于選中狀態(tài)，此時LCD將輸出內(nèi)部狀態(tài)字，將會影響數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸。所以外接一個反相器。二、軟件組成：（一）、流程圖主程序流程如圖所示：中斷服務程序流程圖如下：由于涉及到大量數(shù)據(jù)的運算，程序不宜采用匯編語言，C語言大大縮短了開發(fā)時間，且程序可讀性非常好。程序中對AD采入的數(shù)據(jù)進行了數(shù)字濾波，進一步減小AD讀入數(shù)據(jù)的誤差。7289鍵盤控制采用中斷方式，加快了程序的執(zhí)行效率。（2）、軟件說明第四部分：使用操作說明本系統(tǒng)采用32鍵鍵盤來實現(xiàn)，分

11、為數(shù)字鍵：0-9，商品1-商品10，6個控制鍵。本系統(tǒng)開機顯示公司名稱，后提示輸入收銀員編號和當前日期。正確輸入后，進入稱重顯示。數(shù)字鍵和小數(shù)點鍵：用于輸入單價；累加鍵：相當于確認，可以將當然信息保存至購物清單；并且將金額累加，得到所購買商品的總金額。去皮鍵：用于去除皮重；清單價：用于輸入的單價錯誤的時候，重新輸入；購物清單鍵：當需要顯示當前顧客的總的購物清單時，可以連續(xù)按下購物清單鍵，分頁顯示所購買的商品信息，并且若以達到最后一頁，則顯示總計金額，收銀員編號，和公司名稱，當然日期。運行中如果顧客購買已存入的10種商品，只需按下相應的商品鍵，既可以將商品的名稱和單價以中文的形式顯示，同樣累加鍵

12、保存此商品的信息，包括其重量，金額和當前累計金額。另外，已存入的10種商品的單價均可重新設置，直接輸入其單價即可，方便實用。如果所稱重物超過了系統(tǒng)最大量程10Kg,則蜂明器發(fā)出報警聲音。參考書目：電子電路設計與實踐 山東科學技術(shù)出版社 姚福安著新型集成電路西安電子科技大學出版社楊振江著8051單片機實踐與應用清華大學出版社吳金戎著積分式A/D轉(zhuǎn)換器其他專用集成電路分冊科學技術(shù)文獻出版社梁廷貴著AbstractThe design is based on the microcontroller AT89S52 system, has reliably actualized the meterage of weigh from 10g to 10Kg，and has the part of sampling circuit composed of ICL7135、 a differential measuring amplifier .Our system can accurately measure weigh, and calculate the price .The data collected are processed by the microcontroller and then displayed in the LCD. In addition, to make