基于lpc单片机的电子秤设计

基于lpc单片机的电子秤设计内容摘要：

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秤的一次仪表。 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 所示： 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。 由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出： （22）EinR432R1)42(E △△△△out 放大器的选择称重传感器输出电压振幅范围 0～20mV。 而 A/D 转换的输入电压要求为 0～2V，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（70～150 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 基于 LPC 单片机的电子秤设计 8 输入电压 20mV，分辨率 20200 码的情况，漂移要小于 1181。 V。 由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（177。 1181。 V） ，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。 由 中称重传感器的称量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成 ΔR/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值 120Ω，灵敏系数 K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为 1000ε，应变电阻相对变化量为：ΔR/R = Kε= 2100010－6 = （23）由式 23 可以看出电阻变化只有 ，其电阻变化率只有 %。 这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。 因此，必须采用转换电路，把应变计的 ΔR/R 变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被 A/D 转换芯片接收的信号。 方案一、利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。 由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。 所以，此种方案不宜采用。 方案二、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；差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如 OP07)做成一个差动放大器。 其设计电路如图 22 所示： 基于 LPC 单片机的电子秤设计 9 +++A1A2A3R310KR420KR310KR210KR44KR220KR420KU1+ U2U0方案（三）：采用专用仪表放大器，如：INA126，INA121 等构成前级处理电路。 下面举例用 INA128 仪用仪表放大器来实现。 1. 前级采用运放 A1 和 A2 组成并联型差动放大器。 理论上不难证明，在运算放大器为理想的情况下，并联型差动放大器的输入阻抗为无穷大，共模抑制比也为无穷大。 更值得一提的是，在理论上并联型差动放大器的共模抑制比与电路的外围电阻的精度和阻值无关。 2． 阻容耦合电路放在由并联型差动放大器构成的前级放大器和由仪器放大器构成的后级放大器之间，这样可为后级仪器放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比提供了条件。 同时，由于前置放大器的输出阻抗很低，同时又采用共模驱动技术，避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称（匹配）导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。 基于 LPC 单片机的电子秤设计 10 3. 后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。 由于阻容耦合电路的隔直作用，后级的仪器放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。 从理论上计算整个电路的共模抑制比为： 212121cd2c1 21Total CMR0gACMRCRACMRCMRdTotalddd或 (24)式中：CMR Total 或 CMRRTotal－放大器的总共模抑制比； CMR1－第一级放大器的共模抑制比；CMR2 或 CMRR2－第二级放大器的共模抑制比；A1d、A1c、A2d 和 A2c－分别为第一级放大器和第二级放大器的差模增益和共模增益。 经过实际测量，图 所示的电路采用图中所给出的参数时，电路的共模抑制比在120dB 以上。 有以上分析以及基于电子秤的要求精确度不是很高，所以选择由普通放大器所组成的差动放大器作为本设计的信号放大电路。 10 位逐次逼近型 A/D 转换器A/D 转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。 基于 LPC 单片机的电子秤设计 11 此 A/D 转换器为 LPC1114 自带的 10 位逐次逼近式模数转换器；这一类型 ADC 的优点：高速，采样速率可达 1MSPS,与其它 ADC 相比，功耗相当低 在 8 个管脚间实现输入多路复用；  掉电模式；  测量范围：0~，不超出 VDD(3V3)的电压；  10 位转换时间≥；  一个或多个输入的突发转换模式；  可选择由输入跳变或定时器匹配信号触发转换；  每个 A/D 通道的独立结果寄存器减少了中断开销。 ADC 应用说明：1) ADC 内部带有输出锁存器。 2) 初始化时，使 ST 和 OE 信号全为低电平。 3) 送要转换的哪一通道的地址到 A，B，C 端口上。 4) 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 5) 是否转换完毕，我们根据 EOC 信号来判断。 6) 当 EOC 变为高电平时，这时给 OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 键盘/LCD 显示电路设计 键盘处理部分由于电子秤需要设置单价（十个数字键） ，还具有确认、删除等功能，总共需设置 17个键（包括一个复位键）。 键盘的扩展有使用以下方案：采用矩阵式键盘：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。 图 给出了一个 44 的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。 44 矩阵式键盘共可以安装 16 个键，但只需要 8 条测试线。 当键盘的数量大于 8 时，一般都采用矩阵式键盘。