编号：A甲0603多功能电子计价秤（A）参赛院校：青岛理工大学自动化工程学院参赛学生：吕卫涛 谢成良 姜兰指导教师：李虹 朱文杰 田艳兵 秦臻 摘要：本系统采用广州周立功单片机发展有限公司赞助的ARM2103最小系统板为多功能电子计价秤的控制核心，可以实现称重、显示、计数、去皮、累计总额、打印、语音播报、温度显示、掉电存储、调取售货信息等功能。本系统利用串行通信的标准PS/2键盘，可完成商品代号的输入并确定商品名称和种类。结合打印机的使用，可打印销售清单；利用悬臂梁应变片式全桥压力传感器和A/D转换部分组成的模拟信号采集部分，完成了20位数字量的转换输出；利用铁电24C512进行掉电商品存储，可以防止因突然掉电带来的不便及商品的提前录入；ARM2103内部时钟采用独立晶振作为精确的时钟源，使用方便准确；利用语音芯片ISD4004出色的完成了语音播报功能。并有温度、日期显示和打印等功能。关键词： EasyARM2103 PS/2 电子秤 掉电存储 语音播报Abstract:This system employs ARM2103 minimum system sponsored by Guangzhou-MCU Development Co., Ltd., as a central control unit of multi-functional electronic pricing system .It can implement weighing, displaying,counting,peeling, accumulative total, printing, broadcasting voice, thermometric, Power-down storage, retrieval of sales information and other functions. The standard PS/2 keyboard,which is at serial communication,is used to complete importing the code of goods and determine the name and type of goods.With the use of printer, it can print account sales.By using the part of collecting the analog signals,which includes pressure sensor and A/ D converter components, it can complete ADC of the 20 digital conversion and output.Ferroelectric 24c512 is used as the memorizer for merchandise store,preventing the inconvenience for sudden power-down,at the same time the information of the goods can be stored early. Thanks to the independent internal clock which is used as a precise crystal clock source in ARM2103, it makes things convenient and accurate; The voice chip ISD4004 completed a remarkable voice broadcast feature.The system also has temperature measured,date displayed and receipt printed.Key words: EasyARM2103；PS/2；electronic scale；power-down storage；voice broadcast一、 系统总述本系统包括：主控芯片ARM2103部分、A/D测量转换部分、键盘控制部分、02V可调电源部分、液晶显示部分、数字测温部分、打印部分、铁电存储部分和ISD4004语音部分。系统框图如下：二、方案论证与比较：2.1单片机主控芯片的选择：方案一：采用传统8位MCS-51系列的单片机作为主控器，价格便宜，使用简单，应用广泛，但处理速度较慢。本系统需要扩展的外围器件较多，存储容量较小，无法满足系统设计对运算速度及精度的要求。 方案二：采用32位的ARM2103作为电子秤的主控芯片。ARM2103是基于一个支持在线仿真的32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并带有32KB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，读写速度快。可以使用16位的Thumb模式将代码规模降低30%，而性能的损失却很小。32KB的Flash存储系统可以用作代码和数据的存储。ARM2103支持8位、16位和32位的访问，可操作性强，并具有丰富的I/O资源，片内集成10位逐次逼近式AD转换功能器，并可通过软件设置在310位之间进行选择，而且其外围电路简单,在片内即可实现控制，简化了整个系统的复杂程度，方便灵活。综上比较，采用方案二。2.2键盘分析方案的选择方案一：采用矩阵式键盘。该键盘采用行列扫描读取键值，每行每列都需与P口相连，耗费较多CPU资源，当按键较多时占用大量的I/O口。本系统因需要按键较多，矩阵式键盘不适合。方案二：采用技术比较成熟的PS/2键盘。读键盘程序相对简单，仅占用2个I/O口，采用串行通信，节约了CPU资源。规格统一，符合国家标准，替换性好，价格低，通用性好。 综上比较，采用方案二。2.3显示模块的选择：方案一：采用8*8点阵显示。利用4片8*8点阵模块组成的16*16的点阵来显示中文和数字，但若显示的内容较多，需较多的恒流器件和移位寄存器，浪费资源且处理速度慢，而且所占空间较大，造成系统不够协调。方案二：采用七段数码管进行显示。七段数码管可以很好的显示售货商品的价格、数量等，但无法显示商品名称。方案三：采用带字库的LCM128645ZK。该显示模块可实现汉字、数码的同屏显示，性能稳定。中文显示模块具有上、下、左、右移动当前显示屏幕及清楚屏幕的命令，具有光标显示、闪烁控制及关闭显示命令，还可调节背光亮度等。综上比较，选择方案三。2.4温度传感器的选择：方案一：采用传统模拟信号的温度传感器，热电偶、热电阻等。使用这类传感器可以采集的温度范围广，可以达到精确控制的目的。但是传感器的电压信号需要经过A/D转换才能进入单片机，经过单片机复杂的程序处理才能最终得到温度信息。方案二：采用先进的数字量输出温度传感器DS18B20。DS18B20为增强型单总线数字温度传感器，内部集成了A/D转换和信号处理系统，通过单线总线直接将温度值信号传到单片机。可测量的温度信号为55125，可编程设计912位的分辨率，最小精度为0.0625度，占用单片机的资源少，使用起来极为方便。综上所述，选择方案二。2.5时钟模块的选择方案一：采用DS1302等外部时钟芯片为时钟源，提供时钟的实时显示。采用DS1302时钟芯片，需要将DS1302时钟芯片的控制端接在单片机的两个端口上，通过读端口地址才能实现时钟显示，而且掉电后自动复位，没有记忆功能。方案二：采用ARM2103内部的实时时钟RTC。可选择使用外部晶振和独立电源供电，为系统提供精确的时间和日期信息，并且实时时钟（RTC）提供一套计数器在系统上电和关闭操作时对时间进行测量。LPC2101/02/03 的 RTC 时钟可由独立的 32.768kHz 振荡器或基于 VPB 时钟的可编程预分频器来提供,可实现掉电保护功能。综上所述，采用方案二。2.6模数转换器的选择：方案一：采用EasyARM内带的10位A/D转换模块，虽不需扩展外围电路，但其精度较小，不能达到题目要求。 方案二：采用12位的7135A/D转换，但因其外围电路比较复杂，受干扰较大，操作比较麻烦。 方案三：在基本部分采用7705，发挥部分采用20位的ADS1230。AD7705是16位转换器，可以接收直接来自传感器的低电平的输入信号。ADS1230集成了板载低噪声可编程增益放大器（PGA）及振荡器等部件，为精确的模数转换提供了前端解决方案，具有简单的引脚驱动控制和双线数字接口，受干扰小。综上所述，采用方案三。2.7掉电存储的选择：方案一：采用SD卡进行掉电存储。SD卡是分扇区存取数据，读取数据时需要确定每个扇区的字节数、每簇所占的扇区数、保留扇区和隐藏扇区等，读写格式比较复杂，不易实现。方案二：采用铁电24C512进行存储。铁电存储时，读写速度快，比传统存储器快5000倍，功率消耗小100倍，可擦写次数可达1万亿次以上，具有超低功耗，FRAM的静态工作电流小于10A，读写电流小于150A。本设计要求存储量不大，64K铁电存储器足以满足系统要求，而且铁电存储器读写简单。综上所述，采用方案二。2.8存储器存取算法的选择： 电子秤系统要求包含大量的商品数据，因此一个大的存储空间和一个好的存取算法对整个系统的功能和速度都会产生举足轻重的影响。 方案一：所有的商品数据都在程序初始化时导入静态RAM。实际情况是商品的而存储数据量会比较大，而系统是必须要求一定的堆栈空间和其它数据空间。这样既不能满足题目要求，又占据了大量的系统资源。 方案二：参考Windows系统的内存管理算法，采取了一种动态的SRAM分配方案。系统在商品输入时将最常用的10条商品信息存储在铁电的最低地址处，在系统初始化时将这些信息导入SRAM，并且设立一个容量为10的数组，作为各种商品的计数。商品销售一次，对应的计数增加一次。当指定的商品不在SRAM中时，才查询铁电存储中相应的信息，用它来置换商品销售计数数组数值最小的一个对应的SRAM空间，既节约了SARM空间，又解决了系统信息量大而内存相对较小的矛盾。 综合比较，采用方案二。2.9语音播报单元的选择： 为突出人性化设计，在系统中增加了语音模块。 方案一：采用分立元件组成的语音录放电路。经过话筒输入、放大滤波电路、A/D转换、数据存储等过程进行录音，放音时经过D/A转换、带通滤波、功率放大，经扬声器输出。这种设计的优点是设计灵活，缺点是电路复杂，控制不方便，并且因为存储时的压缩造成音质一般，受干扰情况比较严重。方案二：采用集成可录放语音芯片ISD4004。具有8kb的存储空间，单片可录放8至16分钟语音，内置微控制器串行通信接口，采用多电平直接模拟量存储计数，每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中，能够非常真实、自然的再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可达8KHz，音质好，放音平滑，无需外加存储器。接口为SPI总线接口，控制方便。综合比较，采用方案二。2.10压力传感器的选择： 方案一：采用金属应变式压力传感器。由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。 方案二：采用悬臂梁应变片式全桥压力传感器。压阻式传感器是将应变计粘贴在弹性敏感元件上，以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。将被测物体的压力转换为弹性体的应变值，并同步的转换为电阻值的变化。综上比较，采用方案二。2.11