自动称重系统.doc

1、西华大学课程设计 摘 要随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成，加上显示单元，此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。本系统以AT89C51单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。可以说,此设计所完成的电子秤很大程度上满足了应用需求。关键

2、词：单片机；称重传感器；A/D转换器；LCD显示Abstract With the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatuss control system w

3、ith intelligence and automation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more func

4、tion, consume less energy, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on.The system is mainly controlled by the microcontroller AT89C51, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and

5、 weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus.KEYWORDS:SP20C-G501，AT89S52，ponderation sensor，A / D converter，LCDDisplay 目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 多功能称重系统的分类11.2 多功能称重系

6、统的组成结构11.3 多功能称重系统的主要功能21.4 多功能称重系统的工作原理31.5 多功能称重系统的设计要求32 总体方案设计42.1 具体方案选择42.2.1 传感器42.1.2 A/D 转换器52.1.3 显示器的选择方案62.1.4 键盘的选择方案62.1.5 单片机的选择82.2 总体方案框图82.3 小结93 硬件电路的设计103.1 采集电路的设计和实现103.1.1 传感器电路103.1.2 放大电路113.1.3 AD转换电路123.1.4 采集电路153.2 LCD显示模块153.2.1 LCD1602简介153.2.2 LCD1602引脚功能153.2.3 LCD16

7、02与89C51的接口163.3 时间模块163.3.1 DS1302的结构及工作原理163.3.2 DS1302的引脚功能173.4 键盘模块173.4.1 矩阵键盘173.4.2 矩阵键盘中的键功能183.4.3 键盘与89C51的接口183.5 蜂鸣器模块183.6 电源电路193.6.1 外接电源193.6.2 内置电池193.7 通讯接口213.7.1 串行通信的原理213.7.2 MAX232简介213.7.3 MAX232引脚图及功能223.7.4 MAX232构成的串口通信电路233.8 本章小结234 软件系统设计244.1编程语言及开发工具244.2 LCD显示程序模块24

8、4.4 键盘模块304.5 本章小结325 仿真及实验调试335.1 Proteus简介335.2 原理图335.3 仿真图345.4 本章小结356 总论36参 考 文 献37致 谢38附录A 程序清单38附录B 原理图42 431 绪论 在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，人们对于称的要求也越来越高，因此电子称重系统逐步发展成熟。现代电子秤向高精度、低成本、多功能方向发展。通过分析近年来电子称重产品的发展情况及国内外市场的需求，

9、电子称重总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化。 多功能称重系统即为电子称。电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的快速、准确、连续、自动称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。其主要功能包括欠电压自动关机、零位自动跟踪、键盘标定、置零、去皮、累计、保持、超载报警。1.1 多功能称重系统的分类 电子秤是用电子技术的方法测量、显示和控制物料质量的称重仪表。电子秤用于需要快速、远距离测量以及数字显示、打印、自动控制等场合。称量范围可从几克到几百吨，称量精确度可达 0.0010.0001以上

10、。电子称重系统的分类（1）按功能分 计数秤、计价秤、计重秤；（2）按用途分 工业秤、商业秤、特种秤； （3）按放置位置分类 桌面秤：指全称量在30Kg以下的电子秤； 台秤：指全称量在30-300Kg以内的电子秤； 地磅：指全称量在300Kg以上的电子秤；（4） 按精确度分类 I级：特种天平精密度1/10万II级：高精度天平1/1万精密度1/10万III级：中精度天平1/1000精密度1/1万IV级：普通秤1/100精密度1/1000。1.2 多功能称重系统的组成结构多功能称重系统主要由称重传感器、AD转换器、单片机、称重显示单元、电源、上限报警单元、输入键盘、通信接口等。结构简图如下： 电源报

11、警器日历显示 结果显示传感器 CPUAD转换 键盘输入通信接口 图1.1 电子称重系统的组成结构1.3 多功能称重系统的主要功能 多功能称重系统的主要功能包括欠电压自动关机、零位自动跟踪、置零、去皮、累计、保持、超载报警等。 （1）零位自动跟踪 称重系统再未称重时具有自动调零的功能，无需手动调零。减少了称重过程中的误差。 （2）置零 称重系统在称重过程中，对称重结果具有自动保持的功能，如果需要再次称重时，需要对输出结果进行置零，再称重。 （3）去皮 称重系统在称重过程中，对于零散的物件进行称重时，需要一个容器来盛装，这是就需要去皮，就直接得出物件的质量。 （4）累计 称重系统在称重过程中对于物

12、件不能一次完成称重时，需要几次称重完成，就需要累计，来计算出输出结果。 （5）保持 称重系统在称重过程中，对称重结果具有自动保持的功能。 （6）超载报警称重系统在称重过程中，当被称重的物体的质量大于等于称重系统的称重上限时，称重系统发出报警。（7） 欠电压自动关机 当称重系统没有外接电源时，使用备用电池时，当电源的电压不足时电子称重系统就会自动关机。1.4 多功能称重系统的工作原理 当被称物体放置在称重系统的秤台上时，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

13、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，得出相应的算法。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。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。1.5 多功能称重系统的设计要求 设计一多功能称重系统，能实现对重量的测量和实时显示，可根据设计的上下限输出报警及显示，具有RS485或RS232总线接口。设计完整的电路原理图和相关程序。具体要求如下 （1）采用平行梁称重传感器； （2）用LED显示； （3）具有欠电压

14、自动关机、零位自动跟踪、置零、去皮、累计、保持、超载报警的功能； （4）具有数据记录存储的功能； （5）使用RS485或RS232通信； （6）使用PROTEUS对功能进行仿真。根据以上设计的要求可设计一个称重范围：09.99Kg；误差不大于0.01Kg的多功能电子称重系统。其误差为0.1%。2 总体方案设计本设计设计的是多功能称重系统，不能只使用一种器件实现，也不是一种简单的电路能实现的。所以设计时可将硬件电路分为几个模块，再分别考虑各个模块能实现的方案，综合每个方案的优缺点，选择合适的方案，为后面具体的硬件电路设计打下基础。再根据各个模块的功能编写相应的程序代码。完成后将几个模块连接起来，

15、连接时需要考虑级与级之间连接平衡问题。本课题将设计一个多功能电子称重系统，以单片机作为系统的CPU。在外围电路中需要显示单元、键盘输入、电源、通信接口、传感器、报警器。2.1 具体方案选择 2.2.1 传感器 传感器的定义：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。方案一 压电传感器压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、

16、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点：高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。 方案二 电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。 虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：（1）小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几

17、皮法至几十皮法。因C太小，故容抗=1/C很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=C ，C很小，则P也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。（2）初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。 方案三 电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后，由于应变量

18、及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。通过以上对传感器的比较分析，最终选择了方案三，使用电阻应变式传感器。2.1.2 A/D 转换器A/D转换器选用的原则：1、A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。2、A/D 转换器的转换速率。不同类型的A/D 转换器的转换速率大不相同。积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D 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A

19、/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。3、是否加采样/保持器。4、A/D 转换器的有关量程引脚。有的A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。一般A/D 转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由CPU提供。转换结束后A/D 转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平。通知微处理器读取转换结果。目前市面上的A/D转换器大致可分为3类方案一 逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805、ADS7804等。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

20、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51系列单片机构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。方案二 双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等。双积分型ADC是间接型A/D转换器，其基本原理是首先对未知的输入电压进行固定时间的积分，然后转向对标准电压进行反相积分至积分输出电压为零（返回起始值）， 则标准电压积分的时间正比与输入电压。输入电压越大，反向积分时间越长。用高频率时钟脉冲来测量标准电压积分时间，即可得到输入电压对应的数字代码。 双积分型A/D转换器虽然速度较慢，但转换精度高(如：ICL7135)，具有精

21、确的差分输入。其输入阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出与TTL电平兼容。双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力特强，对高于工频干扰（例如噪声电压）也具有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。方案三 -型A/D转换器，如：AD7703-型A/D转换器的内部集成了精密比较器，积分器，精密基准电压源，电子开关和脉冲源等功能部件。一直被认为是最具有发展前景的模/数转换器结构。随着微小尺

22、寸CMOS工艺的发展，以及一些新功能的添加，如无闲杂音，高速，定制的数字滤波器，简化的处理器界面以及模拟与数字功能的进一步集成等使其性能进一步提高。目前商业化的-型A/D转换芯片转换精度可达到1824位，完成转换所需时间为1001000us，达到中速A/D转换器的水平，而其精度是其他类型A/D转换器无法比拟的。根据模拟输入电压的误差为0.1%可知，应该选用10位以上的A/D转换器。根据系统的要求，对于转换时间没有严格的要求。对于以上的A/D转换器的优点和缺点进行分析，最终选ICL7135作为AD转换。2.1.3 显示器的选择方案方案一：采用LED（数码管）显示。LED（数码管）是light-e

23、mitting diode的缩写，它经过合理的设置可以完成显示被测物质量、单价、总价以及可测上限值的任务，并且经济耐用。同时LED具有高亮度，高刷新率的优点，能提供宽达160的视角，可以在较远的距离上看清楚。但是它的显示存在信息量少，显示不直观，不易理解，连线复杂等缺点。方案二：采用LCD（液晶屏）显示。LCD（液晶屏）是Liquid Crystal Display的缩写，它具有字符显示的功能，不但可以同时显示被测物质量、单价、总价以及可测上限值，还可以同时显示相应的控制命令、指示符号及单位等，信息量丰富且直观易懂。另外，液晶显示有功耗低，体积小，质量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。综合

24、比较二者的优缺点，本设计最终采用LCD1602作为显示器。2.1.4 键盘的选择方案 键盘是一组按键的集合，操作者通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话以完成对智能仪器的操作和控制，具有使用方便、简单可靠、软件修改键义容易的特点，是智能仪器最常见的输入设备。键盘一般分为编码键盘和非编码键盘。方案一：采用编码键盘。编码键盘内含编码器，软件简单，主要由硬件电路完成键监视和键识别，同时产生选通脉冲与CPU进行联络。因此硬件电路较为复杂。方案二：采用非编码独立式键盘。其特点为一键一线，即每个按键单独占有一根输入口线。其优点是结构简单，各检测线相互独立，按键容易识别；缺点为占线较多的输入口线，适用于

25、按键较少的场合，不方便组成大型键盘。 图2.11 独立式键盘方案三：采用非编码矩阵式键盘。在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 图2.12 矩阵式键盘综合比较3种方案的优缺点，本设计最终采用矩阵式键盘。2.1.5

26、单片机的选择 单片机：全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。 目前的单片机种类很多，而且大都针对某个特定的应用，嵌入式系统应根据具体应用情况选择单片机。在需要进行微功耗设计的应用中，可以根据下面的规则来选择：（1） 选择尽可

27、能减少外部电路的单片机。（2） 不但要考虑其工作电流，还要仔细考虑其在休眠状态下的静态电流。（3） 在满足设计要求的情况下，尽可能使用单片机内部的ROM、RAM。（4） 选择合适的工作时钟频率。在较低的时钟频率下，单片机功耗也较低。（5） 选择合适的I/O管脚数，单片机驱动的I/O管脚数越多，其功耗也就越大。依据上面所述的选型原则，选择合适的单片机，实现真正意义上单片化，可以省去了大量的硬件开发调试工作，提高了工作效率，系统的可靠性、抗干扰能力得到了显著的改善，同时使系统成本降低，更加适合微型化和便携化，对降低系统功耗有着决定性的作用。本设计中采用51单片机系列中AT89C51单片机.2.2

28、总体方案框图 总体方案的框图如下图2.21 电源 显示电路 采集电路 CPU(单片机） 报警器 键盘图2.21 总体方案框图2.3 小结本章主要介绍了系统设计总体方案，其中包括外部硬件电路的主要器件的选取和总体方案的框图，介绍了各种器件的优缺点，综合得到选取结果。其中包括了单片机，显示电路、键盘、AD转换器、传感器的选取。3 硬件电路的设计 根据以上设计方案，硬件电路的设计就是多功能称重系统的CPU的外围电路和它们之间的连线。本章将讲述整个称重系统的硬件设计，其中包括采集电路、LCD显示模块、时间模块、键盘模块、蜂鸣器模块、电源电路、通讯接口共7个模块的硬件设计。3.1 采集电路的设计和实现C

29、PU采集电路即为采集被称重物的数据的电路，由传感器、放大电路、AD转换电路组成。其结构简图如下 传感器AD转换电路 放大电路图3.11 采集电路3.1.1 传感器电路根据分析已选择电阻应变式传感器。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源E： 图3.12 传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有： = （3.1）当满足条件R1R3=R2

30、R4时，即（3.2）=0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2），则电桥输出为 (3.3) 因此传感器的输入压力与输出电压成一次函数（y=kx+b 其中k0）关系。3.1.2 放大电路 本设计使用差分放大电路作为信号的放大电路。差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。 差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入

31、状态。当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。此时，外输入信号称为差模输入信号，以vId表示，且有:当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vIC表示，且 :当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。(1)对差模输入信号的放大作用当差模信号vId输入(共模信号vIc=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差动对管电

32、流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压vod1、vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vod1vod2=2vod1=vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。要注意的是：差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起(负反馈)作用。(2)对共模输入信号的抑制作用当共模信号vIc输入(差模信号vId=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即vI1=vI2=vIc,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压voc1、voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压vo=voc1voc2=0,可见，差放对共模输

33、入信号具有很强的抑制能力。此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。图3.13 差分放大电路 其中R1=R2=100K，R3=R4=10K,Rf=R5=100K,Rg为01K。放大倍数 (3.3)可通过Rg调节放大倍数Av。3.1.3 AD转换电路从设计分析中可知选用ICL7135作为AD转换。ICL7135的内部电路有模拟电路和数字电路部分组成。模拟电路部分由模拟信号输入 振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。 下图为数字电路部分的结构。他由时钟振荡器、异步通讯握手逻辑、转换控制逻辑以及计数器、锁存器、三态门组成。选用74HC74触发器作为ICL7

34、135的脉冲信号。74HC74是一款高速CMOS器件，引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC74遵循JEDEC标准no.7A。是双路D 型上升沿触发器 ，带独立的数据（D）输入、时钟 （CP）输入、设置（SD）和复位（RD）输入、以及互补的Q和Q输出。设置和复位为异步低电平有效，且不依赖于时钟输入。74HC74数据输入口的信息在时钟脉冲的上升沿传输到Q口。为了获得预想中的结果，D输入必须在时钟脉冲上升沿来临之前，保持稳定一段就绪时间。74HC74时钟输入的施密特触发功能使得电路对于缓慢的脉冲上升和下降具备更高的容差性。 ICL7135为DIP28封装,芯片引脚排列如图所示 图3

35、.14 ICL7135引脚图ICL7135引脚功能及含义如下:(1)与供电及电源相关的引脚(共7脚).-V:ICL7135负电源引入端,典型值-5V,极限值-9V;.+V:ICL7135正电源引入端,典型值+5V,极限值+6V;.DGND:数字地,ICL7135正,负电源的低电平基准;.REF:参考电压输入,REF的地为AGND引脚,典型值1V,输出数字量=10000×(VIN/VREF);.AC:模拟地,典型应用中,与DGND(数字地)一点接地;.INHI:模拟输入正;.INLO:模拟输入负,当模拟信号输入为单端对地时,直接与AC相连.(2)与控制和状态相关的引脚 (共12脚).

36、CLKIN:时钟信号输入.当T=80ms时,fcp=125kHz,对50Hz工频干扰有较大抑制能力,此时转换速度为3次/s.极限值fcp=1MHz时,转换速度为25次/s.REFC+:外接参考电容正,典型值1F.REFC-:外接参考电容负.BUFFO:缓冲放大器输出端,典型外接积分电阻.INTO:积分器输出端,典型外接积分电容.AZIN:自校零端.LOW: 欠量程信号输出端,当输入信号小于量程范围的10%时,该端输出高电平.HIGH:过量程信号输出端,当输入信号超过计数范围(20001)时,该端输出高电平.STOR:数据输出选通信号(负脉冲),宽度为时钟脉冲宽度的一半,每次A/D转换结束时,该

37、端输出5个负脉冲,分别选通由高到低的BCD码数据(5位),该端用于将转换结果打到并行I/O接口.R/H:自动转换/停顿控制输入.当输入高电平时;每隔40002个时钟脉冲自动启动下一次转换;当输入为低电平时,转换结束后需输入一个大于300ns的正脉冲,才能启动下一次转换.POL:极性信号输出,高电平表示极性为正.BUSY:忙信号输出,高电平有效.正向积分开始时自动变高,反向积分结束时自动变低.(3)与选通和数据输出相关的引脚(共9脚).B8B1:BCD码输出.B8为高位,对应BCD码;.D5:万位选通;.D4D1:千,百,十,个位选通.如下图3.15所示即为AD转换器与51单片机的接线图。图3.

38、15 ICL7135的接线3.1.4 采集电路根据以上各个环节的设计的采集电路如下图3.15和图3.16所示图3.16 放大电路 3.2 LCD显示模块3.2.1 LCD1602简介1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。3.2.2 LCD1602引脚功能如图即为LCD1602。图3.21 LCD1602 1602采用标准的16脚接口，其中：VSS为电源地；VCC接5V电源正极 ；

39、V0为液晶显示器对比度调整端；RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 E(或EN)端为使能(enable)端。D0D7为8位双向数据端。空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。3.2.3 LCD1602与89C51的接口 LCD1602与AT89C51的接线如下图3.22所示。 图3.22 LCD1602的接线图 3.3 时间模块 DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作

40、电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。3.3.1 DS1302的结构及工作原理 DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制

41、逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。3.3.2 DS1302的引脚功能 X1 X2 32.768KHz 晶振管脚 GND 地 RST 复位脚 I/O 数据输入/输出引脚 SCLK 串行时钟 Vcc1,Vcc2 电源供电管脚 图3.31 DS1302的接线图3.3.3 DS1302与89C5

42、1的接口 3.4 键盘模块 本设计采用矩阵键盘。3.4.1 矩阵键盘 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 3.4.2 矩阵键盘中的键功能 键盘中各键的功能如下图3.41所示123置零456保持789时间0去皮累计

43、待机图3.41 键功能3.4.3 键盘与89C51的接口 图3.42 键盘与89C51的接线3.5 蜂鸣器模块 用一个蜂鸣器与相关电路组成，由一个I/O控制。其具体结构如下图所示。 图3.51 蜂鸣器3.6 电源电路 本设计为了使用者使用方便采用内置电池与未接220v交流电源并用的方式。当使用者在靠近家用电源的地方使用时，可用插头连接家用电源使用。再没有家用电源的地方，这时就可使用内置电池来供电。3.6.1 外接电源 使用家用220v交流电时，使用变压器将220v交流变压为5v的交流电，在用整流电电路将交流变为直流，使用两个大电感来使电流平稳。电路如下图 图3.61 电源电路3.6.2 内置电

44、池 内置电池使用5V锂电池。锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。 锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中，液态锂离子电池是指 Li +嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2或LiMnO2，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量