基于CS16312称重仪表人机界面设计

　　人机交互面板是工业称重仪表的一个重要部件,用户所有的控制指令都是通过它传到微控制器进行处理.同时工业称重仪表在工作的过程中有许多重要的信息要通过显示面板上的显示器显示出来.仪器仪表的显示屏以往常采用LED数码管.LED因其元器件多,面积大,功耗高,接口电路复杂,集成度低,显示信息简单等缺点,逐渐被液晶显示屏LCD和真空荧光显示屏VFD所代替[1].

　　真空荧光显示屏(Vacuum fluorescent display,VFD)是一种特殊变体的三级真空管,其电子从负极(灯丝)发射出来,通过栅网加速后撞击正极表面附着的磷光体从而发光.VFD的主要性能是:自动发光、高清晰度和高亮度显示、低压操作、低功耗、可靠且使用寿命长、有从红色到蓝色多种色彩(使用滤色器可获得更多色彩)、宽视角、反应速度快等[2].

　　考虑到成本、显示亮度及工业称重仪表的工作环境等因素,最终采用7位段码VFD和16位5*7点阵VFD作为该称重仪表的显示屏.其中7段码VFD用来实时显示称重的数值,由一片CS16312芯片驱动;5*7点阵VFD可以显示的信息比较丰富,用来显示称重仪表的系统设置等相关的辅助信息,由3片CS16311芯片驱动.本文以CS16312为例对人机交互系统的软硬件设计及其在工业称重仪表中的应用做详细的论述.

　　1　系统硬件设计

　　本电路采用微控制器AT89C52和VFD驱动电路16312构架.通过VFD显示、按键和LED标识构成工业仪表的人机界面.整体硬件架构如图1所示.

　　1.1　电源电路

　　电源采用工业市电经变压器降压和整流后产生灯丝电压(F1,F2)、CS16312的下拉电压VEE(-24 V)和电压VDD(+5 V).电源电路部分如图2所示.

　　为了让阴极加热到设定的温度值,以获得良好的热电子发射,需要对灯丝通电加热,灯丝电压(Ef)的施加方法有交流驱动和直流驱动两种工作方式.其中直流驱动由于灯丝加热电压在灯丝上有一个电位分布,存在左高右低的梯度.亮度也就同样会产生右高左低的现象.为了获得均匀的亮度,必须对荧光显示屏的栅极和灯丝间的实际距离进行设计补偿.由于设计补偿的范围是有限的,故直流驱动,一般只限于灯丝较短的荧光显示屏.交流驱动有单侧接地和中心抽头接地两种方法.灯丝单端接地的方式所需的截止偏压,比灯丝变压器中心抽头接地方式更大.故本电路采用带有中心抽头的交流驱动工作方式[3].

　　在阳极、栅极上相对灯丝电位加上正电压,笔段就会被点亮.若要完全消除显示,必须使阳极或栅极的任何一方相对灯丝为零电位或更负的电位.消除显示的电压称为截止电压,为了完全消除漏光,必须施加截止偏压.CS16312采用负压输出,阳栅脚在逻辑0时输出负压,在逻辑1时输出电平为0 V.为驱动VFD,须下拉灯丝绕组中心抽头电位.稳压管D1的稳压值由VFD截止电压决定.