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电子称课程设计

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湖南理工学院
课程设计报告

课程名称: 专业综合课程设计
专业班级: 自动化10102班 13号
学生姓名: 成新华
指导教师: 王丽华
完成时间: 6 月 16 日
报告成绩:

评阅意见:

评阅教师 日期 .6.20

目 录
摘 要 1
第一章 绪 论 3
1.1引言: 3
第二章 系统方案的设计 3
2.1 电子秤的设计要求 3
2.1.1 基本要求 3
2.1.2 特色与创新 4
2.2 设计作用与目的: 4
2.3 所用仪器与设备: 4
2.4 设计原理及设计基本思路: 5
2.4.1系统的原理: 5
2.4.2 系统的基本设计思路: 5
2.5 系统总体设计方案选择 5
2.6单片机的选型: 8
2.7输入输出设备指派: 9
2.7.1 键盘输入 9
2.7.2 输出显示 9
2.8系统电源 10
第三章 系统硬件设计 13
3.1 基于AT89S52的主控电路 13
3.1.1芯片介绍 13
3.1.2 主控电路 17
3.2 基于ICL7135的前端信号处理电路 18
3.2.1 芯片介绍 18
3.2.2 信号处理电路 22
3.3 人机交互界面 24
3.3.1 键盘控制电路 24
3.3.2 液晶显示电路 27
3.4 系统电源 29
3.4.1 芯片介绍 29
3.4.2 电源电路 30
3.5 报警电路 31
第四章 软件流程 31
4.1 主程序流程图 31
4.2 主要中断程序流程图 31
第五章 源程序 32
第六章 程序调试 44
课程设计心得 50
参 考 文 献 51

摘 要
该设计以51系列单片机AT89S52为控制核心, 实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时, 为了更好地采用模块化设计法, 分步的设计各个单元功能模块, 系统的硬件部分能够分为最小系统、 数据采集、 人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器; 数据采集部分由压力传感器、 信号的前级处理和A/D转换部分组成, 包括运算放大器AD620和A/D转换器ICL7135; 人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示, 主要使用ZLG7289键盘控制芯片和OCM4x8C显示器, 能够方便的输入数据和直观的显示中文。系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。软件部分应用单片机C语言进行编程, 实现了该设计的全部控制功能。该电子秤能够实现基本的称重功能( 称重范围为0～4.999Kg, 重量误差不大于±0.005Kg) ,并发挥部分的显示购物清单的功能, 能够设置日期和设定十种商品的单价, 还具有超量程和欠量程的报警功能。整个系统结构简单, 使用方便, 功能齐全, 精度高, 具有一定的开发价值。
关键词: 单片机; 采样电路; A/D转换器; 液晶显示

ABSTRACT
The design is based on the microcontroller AT89S52 system as the core to carry out the basic control function of the electronics steelyard. While designing the system, I adopt the mold piece method to divide the hardware of the system into four parts: the minimum system, sampling circuit, I/O interface and the system power supply. The minimum system mainly includes the AT89S52 and the expanded exterior data memory. Sampling circuit is comprised of a pressure sensor, a differential measuring amplifier AD620 and a A/D converter ICL7135. With the usage of ZLG7289 keyboard control chip and OCM4*8C display, we complete the function of the key board input and the LCD manifestation. The power supply system selects the LM317 and LM337 to design the electric circuit to provide the needed power supply. The software part applies a machine C language to carry out all control function. The electronic steelyard can weigh the scope as 0～4.999Kgs, and the weigh error margin is no bigger than ±0.005Kgs. It also has many other functions, such as displaying the shopping detailed list, setting the date and ten kinds of unit prices of merchandise and overweighing alarm. The whole system is simple, well-found, convenient to use and has high accuracy and certain development value.
Key words: microcontroller; sampling circuit; A/D converter;
LCD Manifestation

电子秤设计
第一章 绪论
1 引言:
质量是测量领域中的一个重要参数, 称重技术自古以来就被人们所重视。公元前, 人们为了对货物交换量进行估计, 起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。以后, 又采用简单的秤来测定质量。据考证, 世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及, 最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、 最普及的计量设备, 电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、 高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。
21世纪, 电子产品变得越来越丰富, 给人们带来了很多很多的方便, 其中电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许多工作, 为人们节省了时间, 提高了工作效率。
在超市里的一台电子秤, 它能很精确的称出商品的重量, 还能去除皮重, 更主要的是, 它其中预存了超市里商品的单价, 当称出商品的重量后, 电子秤马上就能算出价格, 不论几种商品都能一一累加, 最后列出清单, 能够说非常的智能化, 而且非常的精确。由此, 顾客在购物的时候非常的放心, 商家的效益也提高了, 因此有了电子秤, 顾客买的放心, 商家也卖的开心了。

第二章 系统方案的设计
电子秤的应用系统是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、 扩展的存储器、 扩展的输入输出设备等部分; 软件是各种工作程序的总称。硬件和软件只有紧密配合、 协调一致, 才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时, 就应考虑相应软件的设计方法, 而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求进行的。
2.1 电子秤的设计要求
2.1.1 基本要求
1、 电子秤称重范围: 0～4.999Kg; 重量误差不大于0.005Kg;
2、 具有清零、 去皮、 累加功能。
3、 采用带汉字显示的LCD显示, 能同时显示重量、 单价和总价。
4、 能用简易键盘设置单价, 并自动计算总价格, 单价的最大金额为99.99元, 总价的最大金额为9999.99元。

2.1.2 特色与创新
1、 使用单片机为控制核心, 大大简化了系统的组成构造, 且单片机可拓展性强, 能够很方便的对系统进行拓展和应用。
2、 使用键盘输入数据, 操作简单, 方便。
3、 中文液晶显示所称量的物品重量, 同时还可显示物品的名称, 数量, 单价, 金额和所有物品的总金额。
4、 具有去皮功能和金额累加计算功能。
5、 当物品重量超过电子秤量程, 即过载情况或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度, 即欠量程的时候, 具有超重报警功能。
2.2 设计的作用与目的:
电子产品变得越来越丰富, 给人们带来了很多很多的方便, 其中电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许多工作, 为人们节省了时间, 提高了工作效率。
在超市里的一台电子秤, 它能很精确的称出商品的重量, 还能去除皮重, 更主要的是, 它其中预存了超市里商品的单价, 当称出商品的重量后, 电子秤马上就能算出价格, 不论几种商品都能一一累加, 最后列出清单, 能够说非常的智能化, 而且非常的精确。由此, 顾客在购物的时候非常的放心, 商家的效益也提高了, 因此有了电子秤, 顾客买的放心, 商家也卖的开心了
2.3 所用仪器与设备:
单片机AT89S52、 压力传感器、 信号的前级处理和A/D转换部分组成, 包括运算放大器AD620和A/D转换器ICL7135; 人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示, 主要使用ZLG7289键盘控制芯片和OCM4x8C显示器, 能够方便的输入数据和直观的显示中文。系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。

2.4设计原理及设计基本思路:
2.4.1系统的原理:
电子秤的工作原理。首先是模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中, 再经过经过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号一般很小, 需要经过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的单片机控制译码显示器, 从而显示出被测物体的重量。在实际应用中, 为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰, 还需要在传感器与A/D芯片之间加上信号调整电路。
2.4.2 系统的基本设计思路:
按照设计的基本要求, 系统可分为三大模块, 数据采集模块、 控制器模块、 人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、 信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理, 由控制器完成对该数字量的处理, 驱动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较高, 系统的大部分功能都需要软件来控制。在扩展功能上, 本设计增加了一个过载、 欠量程报警提示。
2.5 系统总体设计方案选择
前端信号处理时, 选用放大、 A/D转换等措施, 特别在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不但加强了人机交换的能力, 而且满足设计要求, 能够显示购物清单、 所称量的物体信息等相关内容。
结构简图如2.3 图所示:

图2.3 LCD显示的方案
2.7输入输出设备指派:
2.7.1 键盘输入
键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分, 它是系统接受用户指令的直接途径。键盘是由若干个按键开关组成, 键的多少根据单片机应用系统的用途而定。键盘由许多键组成, 每一个键相当于一个机械开关触点, 当键按下时, 触点闭合, 当键松开时, 触点断开。单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。因此, 相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。
方案 ZLG7289是周立功单片机公司设计的串行输入输出可编程键盘/显示芯片, 有强大的键盘显示功能, 支持64键控制, 能够比较方便地扩展系统。另外ZLG7289内部有译码电路, 大大简化了程序。
2.7.2 输出显示
方案 采用能够设置显示单价, 金额, 中文, 购物日期等的LCD, 它具有低功耗、 可视面大、 画面友好及抗干扰能力强等功能, 其显示技术已得到广泛应用。
LCD 显示器的工作原理: 液晶显示器的主要材料是液态晶体。它在特定的温度范围内, 既具有液体的流动性, 又具有晶体的某些光学特性, 其透明度和颜色随电场、 磁场、 光照度等外界条件变化而变化。因此, 用液晶做成显示器件, 就能够把上诉外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。
虽然ZLG7289具有控制数码管显示的功能, 但考虑到本题目要求中文显示, 数码管无法满足, 只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于能够分页显示, 无需太大屏幕, 我们选择了点阵式128×64型LCD—OCM4x8C。
2.8系统电源
系统需要多种电源, 单片机需要＋5V电源, A/D转换器需要±5V, +1V, 传感器需要＋10V以上的线性电源( 不能用开关电源, 否则称重数据不稳定) 。
稳压电源的技术指标分为两种: 一种是特性指标, 包括允许的输入电压、 输出电压、 输出电流及输出电压调节范围等; 另一种是质量指标, 用来衡量输出直流电压的稳定程度, 包括稳压系数、 输出电阻、 温度系数及纹波电压等。
方案 以LM317和LM337型号的芯片为核心来设计电源电路。选用初级220V、 次级18V, 功率为10W的变压器两只提供交流电源, 经过整流稳压滤波后, 再分别由LM317和LM337提供系统所需的直流稳压电源。
LM317是一种外接很少元件就能工作的三端可调式集成稳压器, 它的三个接线端分别称为输入端、 输出端和调整端。它的内部电路有比较放大器、 偏置电路、 恒流源电路和带隙基准电路等, 它的公共端改接到输出端, 器件本身无接地端。因此消耗的电流都从输出端流出, 内部的基准电压( 约1.2V) 接至比较放大器的同相端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1、 R2后, 输出电压为

= (2.9)
LM317的VREF =1.2V, I adj =50A, 由于调整端电流I adjI1, 故能够忽略, 式( 2.9) 可简化为
( 2.10)

图2.11 LM317 结构图
LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器, 它的工作原理和电路结构与LM317相似。
LM系列的特性有: 可调整输出电压低到 1.25V; 保证 1.5A 输出电流; 典型线性调整率 0.01%; 典型负载调整率 0.1%; 80dB 纹波抑制比; 输出短路保护; 过流、 过热保护; 调整管安全工作区保护。
系统的传感器部分, 传感器电源的设计直接影响系统的稳定性和精确度。实践证明, 若桥电源采用一级稳压, 稳压器采用78系列, 称重误差为10%, 屏幕显示的称重数据变化较大, 各部分之间协调性较差。若采用二级稳压, 稳压器采用78系列, 称重误差为3%左右, 各部分之间协调性较好。由此可见电桥电压的重要性。经重复试验发现, 采用差动式电源可将电源的波动部分中和掉, 大大提高电桥输出精度及稳定性。另外, 系统要求扩大输出电压的调节范围, 故使用它很不方便。
因此, 具体设计时考虑到运算放大器的放大能力与工作电压的大小关系, 以及电源芯片的自身优势等因素, 最终选用了性价比比较高的LM317和LM337来设计电源电路, 给系统提供正、 负电压, 满足系统正常工作电源的要求。
系统硬件的结构框图如下所示:
称重传感器 L-PSIII
滤波电路
放大器 AD620
A/D转换器 ICL7135

AT89S52
单片机
片外数据存储器
62256
( 32K)
键盘控制芯片
ZZLG7289
64键
键盘
带有中文字库的点阵式128x64型的LCD
OOCM4X8C

数据采集
部分
人机交互
界面
单片机
控制模块

。

部分, 不包括系统电源部分

图2.12 系统硬件结构框图

第三章 系统硬件设计
根据设计要求以及系统所需要实现的功能, 在设计系统时能够分成以下几个部分: 单片机控制模块, 前端信号采集、 处理、 转换模块, 人机接口界面以及系统电源部分( 为实现系统超量程与欠量程的报警功能, 还扩展了报警电路) 。
3.1 基于AT89S52的主控电路
3.1.1芯片介绍
1、 芯片AT89S52
AT89S52单片机是ATMEL公司新近推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。该公司的技术优势在于推出Flash存储器技术和高质量、 高可靠性的生产技术, 它率先将独特的Flash存储技术注入于单片机产品中。其推出的AT89系列单片机, 在世界电子技术行业中引起了极大的反响, 在国内也受到广大用户欢迎。
 AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机, 片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可重复擦写1000次的Flash只读程序存储器。器件采用ATMEL公司的高密度、 非易失性存储技术制造, 兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元, 功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
    AT89S52具有如下特点: 40个引脚, 8k Bytes Flash片内程序存储器, 256 bytes的随机存取数据存储器( RAM) , 32个外部双向输入/输出( I/O) 口, 5个中断优先级2层中断嵌套中断, 3个16位可编程定时计数器, 2个全双工串行通信口, 看门狗( WDT) 电路, 片内时钟振荡器。
另外, AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz, 并可经过软件设置省电模式。空闲模式下, CPU暂停工作, 而RAM定时计数器、 串行口、 外中断系统可继续工作, 掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据, 停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、 TQFP和PLCC等三种封装形式, 以适应不同产品的需求。

主要功能特性见下表:

表3.1 AT89S52功能
  · 兼容MCS-51指令系统
· 8k可重复擦写(>1000次) ISP Flash ROM
  · 32个双向I/O口
· 4.5-5.5V工作电压
  · 3个16位可编程定时/计数器
· 时钟频率0-33MHz
  · 全双工UART串行中断口线
· 256x8bit内部RAM
  · 2个外部中断源
· 低功耗空闲和省电模式
  · 中断唤醒省电模式
· 3级加密位
  · 看门狗( WDT) 电路
· 软件设置空闲和省电功能
  · 灵活的ISP字节和分页编程
· 双数据寄存器指针
引脚封装如下图所示:

图3.1 AT89S52的引脚图
引脚功能说明:
VCC/GND: 电源/接地引脚;
Port 0:
P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口, 端口置1(对端口写1)时作高阻抗输入端; P0还能够用作总线方式下的地址数据复用管脚, 用来操作外部存储器。在这种工作模式下, P0口具有内部上拉作用。对内部Flash程序存储器编程时, 接收指令字节、 校验程序、 输出指令字节时, 要求外接上拉电阻;
Port 1:
P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口, 输出时可驱动4个TTL。端口置1时, 内部上拉电阻将端口拉到高电平, 作输入用; 另外, P1.0、 P1.1能够分别被用作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和触发输入(P1.1/T2EX); 对内部Flash程序存储器编程时, 接收低8位地址信息;
Port 2:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口; 输出时可驱动4个TTL。端口置1时, 内部上拉电阻将端口拉到高电平, 作输入用; P2口在存取外部存储器时, 可作为高位地址输出; 内部Flash程序存储器编程时, 接收高8位地址和控制信息;
Port 3:
P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口, 输出时可驱动4个TTL。端口置1时, 内部上拉电阻将端口拉到高电平, 作输入用。
P3引脚功能复用见下表:
表3.2 P3引脚功能复用
P3.0
串行通讯输入(RXD)
P3.1
串行通讯输出(TXD)
P3.2
外部中断0( INT0)
P3.3
外部中断1(INT1)
P3.4
定时器0输入(T0)
P3.5
定时器1输入(T1)
P3.6
外部数据存储器写选通WR
P3.7
外部数据存储器写选通RD
RST:
在振荡器运行时, 有两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平出现在此管脚时, 将使单片机复位。只要这个管脚保持高电平, 51芯片便循环复位。复位后P0—P3口均置1, 管脚表现为高电平, 程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时, 芯片为ROM的00H处开始运行程序;
XTAL1、 XTAL2 :
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端, XTAL2则是输出端, 使用外部振荡器时, 外部振荡信号应直接加到XTAL1, 而XTAL2悬空。内部方式时, 时钟发生器对振荡脉冲二分频, 如晶振为12MHz, 时钟频率就为6MHz。晶振的频率能够在1MHz至24MHz内选择, 电容取30PF左右。
ALE/PROG:
访问外部存储器时, ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节, 即使不访问外部存储器, ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6), 在访问外部数据存储器时, 出现一个ALE脉冲;
PSEN:
该引脚是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89S52由外部程序存储器取指令或常数时, 每个机器周期输出2个脉冲, 即两次有效。但访问外部数据存储器时, 将不会有脉冲输出;
EA/Vpp:
外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时, 应输入低电平。要使AT89S52只访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH), 这时该引脚必须保持低电平;
2、 芯片74LS373
锁存器是具有保存功能的芯片, 常见于经过一些引线传送信号时, 保存( 记
忆) 这些引线上在时钟作用前一时刻出现的地址信息, 这种保存地址信息的锁存器称为地址锁存器。
74LS373是典型的锁存器芯片, 它是三态输出的八位锁存器。芯片内含八个D型触发器, 其集成电路引脚如下图:

图3.2 74LS373的引脚图

表3.3 74LS373功能表
输出控制
时钟端CP
数据输入D
三态输出
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
×

1
×
×
高阻态
当时钟端CP=1( 高电平) 时, Q 端输出将随数据输入D而变。
当CP=0( 低电平) 时, D触发器输出将锁存已建立的电平。
当输出控制端E=0( 低电平) 时, 将使八个输出处于正常工作状态( 高电平或低电平输出) 。
当E=1( 高电平) 时, 将使锁存器输出处于高阻状态, 从而不多总线加载, 即不会影响总线上的数据。输出控制端不影响触发器的内部锁存功能, 即已有的锁存数据依然保留, 甚至当输出被关闭, 新的数据也可被置入。
3、 芯片62256
随机存取存储器简称RAM(Random Access Memory)。使用RAM时既能从任一指定地址读取( 取出) 数据, 也能写入( 存入) 数据, 因此又叫读写存储器。它读、 写方便, 但一旦断电, 所存储的数据也随即丢失, 因此不利于数据的长期保存。
数据存储器用于存储数据采集系统采集的原始数据、 运算结果等, 因另外部数据存储器能随机读/写。62256的引脚符号功能如下:
表3.4 62256功能表
引脚符号
功能
A0～A14
地址输入线
D0～D7
双向三态数据线

片选信号输入线, 低电平有效

读选通信号输入线

写选通信号输入线

工作电源+5V
GND
线路接地

3.1.2 主控电路
P1口和P2.0～P2.6口作为地址总线, 其中P1口作为低地址线和数据总线复用, P2.0～P2.6口做高地址线。P2.7作为62256的片选控制总线, ALE接锁存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作为外部数据存储器写/读选通信号输出端分别接62256的/WE和/OE端。
主控电路图如下:

图3.3 主控电路图
3.2 基于ICL7135的前端信号处理电路
3.2.1 芯片介绍
1、 L-PSIII型称重传感器
L-PSⅢ型铝制称重传感器为双孔悬臂梁形式, 是电子计价秤的专用产品, 也可用于制造由单只传感器构成的电子案秤, 台秤及专用衡器等。
主要技术指标参考下表:
表3.5 L-PSIII型称重传感器电气特性
准确度等级
C3 0.02 0.03
额定载荷
kg
3、 6、 10、 20、 30、 50
灵敏度
mV/V
1.8±0.08
非线性
%F.S.
±0.02
滞后
0.02
重复性
0.02
蠕变
%F.S./30min
±0.02
蠕变恢复
零点输出
%F.S.
±1
零点温度系数
%F.S./10℃
±0.02
额定输出温度系数
输入电阻
Ω
415～445
输出电阻
Ω
349～355
绝缘电阻
MΩ
≥5000
供桥电压
V
12( DC/AC)
温度补偿范围
℃
-10～+50
允许温度范围
℃
-20～+60
允许过负荷
%F.S
120
极限过负荷
%F.S
200
四角误差
%F.S
0.03
连接电缆
mm
Φ3.8×300
接线方式
输入( +) : 红 输入( -) :白 输出( +) :绿
输出Output( -) :蓝 屏蔽 : 黄
而我们在具体实现采集的模拟量时, 出于经济方面的考虑并没有在系统中采用L-PSIII型传感器, 而是直接从系统的电源电路中引出一个毫伏级的电压作为待采样的模拟量。
1、 AD620放大器
AD620 是一种低耗高精度仪表放大器。仅需一个外接电阻即可得到1～1000范围内的任意增益; 2.3V～18V的电源电压; 低功耗, 最大电源电流1.3mA , 最大输入失调电压125uV, 最大温度漂移1uV/℃, 最大输入偏移电流20nA; 最小共模抑制比93dB( 增益=10) ; 输入电压噪声9nV( 1KHz) ; 0.28uV噪声 ( 0.1Hz～10Hz) ; 带宽120KHz( 增益=100) ; 建立时间15us( 0.01%) 。AD620的增益是用电阻Rg来决定的, 即用引脚1和8之间的阻抗来决定的。使用0.1%～1%的电阻, AD620就能提供精确的增益。对G( 增益) =1, Rg引脚不连接( 即Rg为无穷大) 。其它的任何增益可按:
( 3.1)

计算。
2、 ICL7135
ICL7135是一种双积分式4位半单片A/D转换器, 其工作原理是将输入电压转换成时间( 脉冲宽度信号) 或频率( 俯冲频率) , 再经过定时器( 计数器) 获得数字信号。其内部结构分为模拟部分和数字部分。其中模拟部分受逻辑电路控制, 经过12个模拟开关以导通和截止状态将一个转换周期分为4段: 自校零段、 被测电压积分采样段、 参考电压回积段和积分器加零段。
芯片引脚封装如下图所示:

图3.4 ICL7135引脚图
其引脚功能如下:
{1}脚( Ｖ－) : －５Ｖ电源端;
{2}脚( ＶＲＥＦ) : 基准电压输入端;
{3}脚( ＡＧＮＤ) : 模拟地;
{4}脚( ＩＮＴ) : 积分器输入端, 接积分电容;
{5}脚( ＡＺ) : 积分器和比较器反相输入端, 接自零电容;
{6}脚( ＢＵＦ) : 缓冲器输出端, 接积分电阻;
{7}脚( ＣＲＥＦ＋) : 基准电容正端;
{8}脚( ＣＲＥＦ－) : 基准电容负端;
{9}脚( ＩＮ－) : 被测信号负输入端;
{10}脚( ＩＮ＋) : 被测信号正输入端;
{11}脚( Ｖ＋) : ＋５Ｖ电源端;
{12}、 {17}～{20}脚( Ｄ１～Ｄ５) : 位扫描输出端;
{13}～{16}脚( Ｂ１～Ｂ４) : ＢＣＤ码输出端;
{21}脚( ＢＵＳＹ) : 忙状态输出端;
{22}脚( ＣＬＫ) : 时钟信号输入端;
{23}脚( ＰＯＬ) : 负极性信号输出端;
{24}脚( ＤＧＮＤ) : 数字地端;
{25}脚( Ｒ／Ｈ) : 运行／读数控制端;
{26}脚( ＳＴＲＢ) : 数据选通输出端;
{27}脚( ＯＲ) : 超量程状态输出端;
{28}脚( ＵＲ) : 欠量程状态输出端。
ICL7135的主要性能特点为:
1、 输入阻抗可达到1000M;
2、 自动校零;
3、 有精确的差分输入;
4、 自动判别信号极性;
5、 有超量程、 欠量程输出信号;
6、 采用位扫描与ＢＣＤ码输出;
7、 输出全部与TTL兼容。
ICL7135的电参数:
表3.6 电参数
参数
电源电压

时钟频率
基准电容
校零电容
参数值
±5V
±2V
40～1M
1
1

ICL7135外围电路的参数选择与整定
由于ICL 7135内部没有振荡器, 因此需要外接。但A/D转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间T1和反向积分时间T2按相同比例增加并不影响测量的结果。ICL7135的时钟频率典型值为200kHz最高允许为1200kHz, 时钟频率越高, 转换速度越快。每输出一位BCD码的时间为200个时钟周期, 选通脉冲位于数据脉冲的中部, 如果时钟频率太高, 则数据的接受程序还没有接受完毕, 数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高, 因此我们取时钟频率值500kHz。对于这个时钟频率, 本设计采用阻容方式实现基本的振荡电路得到。
因为ICL7135芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响, 而基准电源的变化会直接影响转换精度。因此本系统采用外接基准源, 由三端可调稳压器LM317稳压后提供, 接典型值1V。图中C3是基准电容; C1和R2为积分元件; C2为自零电容; R6和C4组成标准的滤波网络。由于A/D转换器精度与外接的积分电阻、 积分电容的精度无关, 故能够降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到A/D转换器的精度, 因此应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容。
1、 时钟频率Fck的选择

( 3.2)
式中, Ff为干扰信号的频率, 最大的干扰信号一般为供电电源的干扰, 其频率为50Hz。对于ICL7135, 取N=10000, 并取K=1, 则Fck=500KHz。
2、 积分电阻Rint

( 3.3)
式中, Vxm为满量程电压, 取2V, 则Rint=100K。
3、 积分电容Cint

( 3.4)
对于ICL7135, N=10000, 取Vm=4V, Fck=500KHz, 因此Cint=0.1uF。
4、 74LS157
74LS157是四2选1数字多路开关( 数据选择器) 。
下表是74LS157的功能表。由表可见, 当输出使能控制端/G=1时, 输出脚4Y～1Y均为0。当/G=0和数据选择控制输入端S( /A B) =0时, 输出Y等于A组输入, 即4Y、 3Y、 2Y、 1Y分别等于4A、 3A、 2A、 1A; 当/G=0和数据选择控制输入端S( /A B) =1时, 4Y、 3Y、 2Y、 1Y分别等于4B、 3B、 2B、 1B。

表3.7 74LS157功能表
输 入
输 出
S G
4A 3A 2A 1A
4B 3B 2B 1B
4Y 3Y 2Y 1Y
Φ 1
Φ Φ Φ Φ
Φ Φ Φ Φ
0 0 0 0
0 0
D3 D2 D1 D0
Φ Φ Φ Φ
D3 D2 D1 D0
1 0
Φ Φ Φ Φ
D3 D2 D1 D0
D3 D2 D1 D0
3.2.2 信号处理电路
1、 滤波放大电路
图3.5 信号滤波放大图
上图中电容C5、 C6用来滤除采样信号电压中的高频噪声, 选用0.1uF的普通独石电容; 电容C7、 C84用来滤除采样信号电压中的低频噪声, 选用22uF的普通独石电容。电阻R3、 R4选用较小的阻值, 因为采样信号电压值只有毫伏级, 因此其阻值不宜太大, 否则导致放大器由于输入电流太小而放大效果不明显。
微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从AD62