【正文】 中部，如果時鐘頻率太高，則數(shù)據(jù)的接受程序還沒有接受完畢，數(shù)據(jù)就已經(jīng)消失了。正向積分時間T1和反向積分時間T2按相同比例增加并不影響測量的結(jié)果。由于TLC7135內(nèi)部沒有振蕩器，所以需要外接。其主要性能是：i. 具有高輸入阻抗（109Ω），對被測電路幾乎沒有影響；ii. 具有自動校零和自動判別信號極性；iii. 有超、欠輸出信號；iv. 采用位掃描與BCD碼輸出。圖中的LM741的輸出端與INA126的地端相連，LM741的2腳與6腳相連構(gòu)成電壓跟隨器，R4與正負電源相接，通過改變R4的阻值可使VO與 RET之間的壓差變化，從而實現(xiàn)調(diào)零、去皮的功能。由于TLC7135對高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對工頻及其低次諧波引入的干擾。其放大增益為微弱信號Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。經(jīng)過方案比較和論證，我們選擇了儀用放大器INA126，構(gòu)成的放大器及去皮電路。3絕緣電阻MΩ≥5000供橋電壓V10(DC/AC)　　MAX:15(DC/AC)溫度補償范圍℃－10～＋50允許溫度范圍－20～＋60允許過負荷%FS150連接電纜mmΦ4400連接方式輸入：紅（＋）、黃（－） 輸出：藍（＋）　白（－） 稱重傳感器電橋原理圖LS1稱重傳感器是利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成，當(dāng)外力F直接作用在貼有R1，R2，R3，R4四片應(yīng)變的彈性體上時，彈性體發(fā)生變形，電阻應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，致使電橋發(fā)失去平衡，在RR3輸入額定橋壓時，RR4上剛有與外力成正比的電壓信號輸出?！≥斎腚娮瑕?20177?！×泓c輸出%FS177。（6－25kg）非線性%FS177。 LS1型傳感器的技術(shù)指標(biāo)靈敏度mv/v1177。其量程為20Kg，精度為177。1。999Kg）。從圖中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的核心器件，其中控制器采用Xilinx公司可編程器件FPGA為核心，基于ISE軟件平臺，采用VHDL編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、LED和LCD驅(qū)動、時鐘芯片的I2C通訊、鍵盤控制等模塊，其它單元電路在前面都有所介紹。由上述分析綜合，我們采用了方案二，讓其各自完成相應(yīng)的顯示任務(wù)?？紤]到系統(tǒng)要求顯示的信息量較多，可以用LED與LCD分別顯示不同信息，LED可以顯示時鐘和特重量，LCD采用帶中文字庫的144*32點陣式液晶顯示器系列: LM3037,，可以設(shè)置顯示單介，金額，中文，購物日期等。也加大了編程的難度。方案一 全部采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼能顯示時鐘，以及被測物體的重量等信息，此方案顯示直觀，而且編程簡單，但若要同時顯示單價，金額售貨員編號等諸多信息則需要要大量的數(shù)碼管，而且不能顯示中文。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。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。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強的抗干擾能力。方案二 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：TLC7135/ICL713ICL7109等。但考慮到所轉(zhuǎn)換的信號為一慢變信號，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的快速的優(yōu)點不能很好的發(fā)揮，且根據(jù)系統(tǒng)的要求，14位AD足以滿足精度要求，太高的精度就反而浪費了系統(tǒng)資源。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型A/D轉(zhuǎn)換器件。方案一 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，如：ADS780ADS7804等。 A/D轉(zhuǎn)換器由上本設(shè)計使用的壓力傳感器和精度的分析可知：A/D轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在以下12位A/D精度：10Kg/4096=14位A/D精度：10Kg/16384=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?？梢酝ㄟ^改變的大小來改變放大器的增益。方案三 采用專用儀表放大器INA126實現(xiàn)。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。 高精度運算放大器電路圖電阻RR2電容CCCC4用于濾除前級的噪聲，CC2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，CC4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。方案二 由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。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。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。因此，我們決定采用方案二，即采用FPGA為控制核心。系統(tǒng)集成于一片Xilinx公司的SpartanⅡ系列XC2S100E芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點，可實現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的難度。目前單片機技術(shù)比較成熟，功能也比較強大，被測信號經(jīng)放大整形后送入單片機，由單片機對測量信號進行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系譯碼顯示出被測物體的重量，由于系統(tǒng)需要的按鍵較多，因此要加一個鍵盤顯示管理芯片（ZLG7289）。在擴展功能上，本設(shè)計增加了一個時鐘芯片（PCF8563）用以顯示購物日期/時鐘，一個聲光報警電路用以過載提示。此時的數(shù)字信號送給控制器處理，由控制器完成被測物體重量的判斷、顯示等功能。 設(shè)計的基本思路題目要求設(shè)計一個實用電子稱，按照設(shè)計的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機交互界面模塊。1) 清單內(nèi)容的商品名稱等可使用代號顯示；2) 清單內(nèi)容增加購貨日期和收銀員編號；3) 清單內(nèi)容在（2）的基礎(chǔ)上增加售貨單位名稱（自擬），且全部內(nèi)容采用中文顯示。；3) 單價金額及總價金額顯示：單價金額和總價金額的單位為元，；4) 具有去皮功能和總額累加計算功能。功能齊全，精度高，具有一定的開發(fā)價值。人機界面部分為鍵盤輸入 ，點陣式液晶顯示，軟件基于VHDL語言實現(xiàn)了本設(shè)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，并增加了時鐘、過載提示欠量程提示、語音提示等創(chuàng)新功能。 基于FPGA的電子稱設(shè)計基于FPGA的實用電子稱摘要：該設(shè)計以現(xiàn)場可編程門陣列FPGA為核心控制部件,并基于超高速硬件描述語言VHDL在Xilinx公司的SpartanⅡE系列的XC2S100E芯片上編程實現(xiàn)；系統(tǒng)的硬件部分包括FPGA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。整機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。關(guān)鍵詞：電子稱，計價，壓力傳感器，F(xiàn)PGA，VHDL Design of applied Electronicbalance Based on FPGATutor : Yan WangWeiqing XU Zhengyu Tang Renfu Lan(Electric Engineering College NanHua University Hengyang Hunan,China)Abstract: This is a design for applied electronicbalance which is based on FPGA(Field Programmable Gate Array). The design will be achieved in the SpartanII EXC2S100E chip of Xilinx corporation by programming with the VHDL(Very Highspeed Description Language) The hardware of the system includes the minimum system of FPGA, the data collector, the interface of person and machine . The minimum system’s function mainly is to expand the storage,The data collector is posed of pressure sensor and A/ D convertor,The interface of persom and machine includes keyboard and LCD software will achieve all control functions of this design according to the language of functions is including to weigh the function basically, and the function of the shopping detailed list. Besides, we adding several expanding functions such as displaying clock and prompting when the matter is overload .The structure of the whole machine is simple, the usage is convenience., the accuracy is high, It is worth of empoldering to this applied electronicbalance.Keyword:The electronic balance, Pressure sensor, FPGA, VHDL目錄第一章 系統(tǒng)方案的設(shè)計 4 4 4 發(fā)揮部分 4 4 設(shè)計的基本思路 4 系統(tǒng)方案比較和論證 4 4 5 A/D轉(zhuǎn)換器 6 6 系統(tǒng)組成 7第二章 單元電路設(shè)計 7 稱重傳感器 7 前端信號處理 8 A/D轉(zhuǎn)換電路 9 10 11 11 LCD顯示接口電路 12 LED數(shù)碼管顯示電路 12 日歷時鐘電路 13 電源電路 14 其它擴展電路 14 通訊接口電路 14 語音電路 15 報警電路 16第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 16 16 16 16 VHDL模塊設(shè)計 17 19 程序清單及仿真 19第四章 系統(tǒng)測試 21 21 21 21 21 22第五章 設(shè)計總結(jié) 22參考文獻 22附錄１ 主要元器件清單 23附錄2 印制板圖 23附錄3 程序清單 24第一章 系統(tǒng)方案的設(shè)計 1) 能用簡易鍵盤設(shè)置單價，加重后能同時顯示重量、金額和單價；2) 重量顯示：單位為公斤；，重量誤差不大于177。 發(fā)揮部分能顯示購物清單，自擬10種商品名稱或代號，清單內(nèi)容包括：商品名稱，數(shù)量，單價，金額，本次購物總金額。 創(chuàng)新部分 在完成基本要求和題目所提出的發(fā)揮部分要求的情況下，考慮到電子稱實際應(yīng)用的需要，又增加了時鐘功能，另外由于實際當(dāng)中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此我們還設(shè)計了過載提示功能。其中數(shù)據(jù)采集模塊完成對來自穩(wěn)重傳感器的電壓信號的檢測、放大、AD轉(zhuǎn)換。此部分對軟件的設(shè)計要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。方案一 基于51系列單片機來實現(xiàn)。單片機控制適合于功能比較簡單的控制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體積小算術(shù)運算功能強,編程復(fù)雜。MCUAT89S52放大器AD轉(zhuǎn)換器顯示器鍵盤電路時鐘芯片傳感信號ZLG7289 單片機實現(xiàn)方案原理框圖方案二 采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為控制核心采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為控制核心，利用EDA軟件編程，下載燒制實現(xiàn)。采用FPGA測頻測量精度高，測量頻率范圍大，而且編程靈活、調(diào)試方便，本設(shè)計要求的精度較高，所以要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好，抗干擾能力要強。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。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。所以，此中方案不宜采用。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器。優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。缺點：此電路要求RR4相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。對精度影響較大。此芯片內(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。 INA126外部接線圖基于以上分析，我們決定采用方案三實現(xiàn)前級放大功能，即制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126。所以我們需要選擇14位或者精度更高的A/D。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換，一般具有采樣/保持功能。高精度逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時鐘，基于FPGA構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計時僅需要外接幾個電阻、電容。所以此方案并不是理想的選擇。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高，但速度較慢(如：TLC7135),具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于103MΩ），可自動調(diào)零，超量程信號，全部輸出于TTL電平兼容。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。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。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