CS5532 的高精度電子天平畢業(yè)設(shè)計說明書

無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  1  畢業(yè)設(shè)計說明書目錄  1 引言 3 2 CS5532 的高精度電子天平的組成 3 2.1 基于 CS5532 的高精度 電子天平的任務(wù)分析與實現(xiàn) 3 2.1.1 設(shè)計任務(wù) 3 2 1 2 工作原理 4 2.2 基于 CS5532 的高精度 電子天平的硬件方案設(shè)計 4  2.3 具有多種通訊方式的電子天平的軟件方案設(shè)計 5 3 CS5532 的高精度 的電子天平的硬件設(shè)計 5 3.1 傳感器的選擇 5 3.1.1 應(yīng)變式電阻傳感器的測量原理 5 3.1.2 傳感器的分類和選擇 6 3.2 A/D 轉(zhuǎn)換器 6 3.2.1 ADC 的分類 6 3.2.2 ADC 的選擇 7 3.3CS5532 A/D 轉(zhuǎn)換器 7 3.4 基于 CS5532 的高精度 電子天平的主要硬件部分功能及原理說明 9 3.4.1 電源部分 9 3.4.2 MCU 部分 12  3.4.3 濾波電路與 A/D 轉(zhuǎn)換 部分 13 3.4.4 通訊接口電路 14 3.4.5 顯示電路 17  4 基于 CS5532 的高精度 電子天平的軟件設(shè)計 17  4.1 軟件設(shè)計的任務(wù) 18 4.2 程序流程圖 18 4.2.1 主循環(huán)程序流程圖 18 4.2.2 鍵盤掃描子程序的設(shè)計 19 4.3 CS5532 初始化以及數(shù)據(jù)采樣 20 4.3.1 CS5532 系統(tǒng)初始化函數(shù) 20 4.3.2 采樣函數(shù) 20 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  2  4.4 通訊接口驅(qū)動程序 21 4.4.1 RS232 通訊接口下位機的程序?qū)崿F(xiàn) 21 4.4.2 RS-485 軟件流程和程序清單 22 4.4.3 USB 軟件流程和程序清單 22 5 附錄  6 參考文獻  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  3  基于 CS5532 的高精度電子天平的設(shè)計與制作  摘  要 ： 該設(shè)計利用 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 CS5532 實現(xiàn)稱重數(shù)據(jù)采集 ,采用 具有噪聲過濾的光電檢測模塊和具有相位補償功能的 PID模塊構(gòu)建質(zhì)量稱量閉環(huán)調(diào)節(jié)電路。在稱重數(shù)據(jù)處理中 ,應(yīng)用均值移動濾波、漂移補償和線性化處理技術(shù) ,提高了電子天平的穩(wěn)定性、準確度、可操作性。  關(guān)鍵詞： 最小系統(tǒng)板 ； 高精度 ； 電子天平 ； CS 數(shù)據(jù)采集  1 引言  電子天平是一直那個高精度質(zhì)量計量儀器，是廣泛應(yīng)用于科研 、 高等院校 、 實驗室的質(zhì)量計量標準器具，具有乘涼準確度高 、 響應(yīng)速度快 、 穩(wěn)定性好 、 全自動校準 、 故障自診斷 、 操作方便等 特點。  目前，國內(nèi)生產(chǎn)的電子天平的電路集成度低，大多數(shù)采用由運算放大器 、 比較器等組成的雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器，且采用模擬電路實現(xiàn)非線性修正和溫度補償，存在電路復(fù)雜 、 調(diào)試困難 、 準確度低 、 可靠性差等問題。 本設(shè)計 選用 24 位高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器 CS5532，結(jié)合高性能的基準芯片組成稱重數(shù)據(jù)采集單元，優(yōu)化了閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模擬電路，提高了電子天平的集成度和穩(wěn)定性。運用微處理器 MSP430F449 進行數(shù)字過濾 、 漂移補償和線性化處理，保證測量結(jié)果的穩(wěn)定性 、 重復(fù)性和線性度。并開發(fā)了基于 模擬儀器的上微機系統(tǒng)，提高了電子天平的可操作性。  本 設(shè)計的電子天平量成為 210g,精度達到了 0.1mg，線性度 0.3mg，具有稱量 、 去皮 、 百分比測定 、 計數(shù) 、 凈重 -總和配方 、 參考稱量 、 非公有制單位換算 、 全自動校準 、故障自診斷 、 操作提示等功能。  2 CS5532 的高精度電子天平的組成  2.1 基于 CS5532 的高精度 電子天平的任務(wù)分析與實現(xiàn)  2.1.1 設(shè)計任務(wù)  本 設(shè)計是 進行 高 精度電子衡器的設(shè)計，以電阻應(yīng)變傳送器結(jié)合單片機及外圍電路實現(xiàn)對重物的測量與儲存。  本課題設(shè)計的電子天平的性能與功能要求如下：   最大量程 : 300g 分辨率：  0.01g 具有零位、穩(wěn)定、指示   能選擇  g、 oz 等不同重量單位   具有內(nèi)校和外校兩種校準功能   使用 LCD 顯示器， LED 背光可自動關(guān)斷   具有多種通訊功能  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  4  2 1 2 工作原理  圖 1 基于 CS5532 的高精度 電子天平組成框圖  系統(tǒng)電路以 CIRRUS LOGIC 的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 CS5532 和單片機 AT89C52 為核 心，硬件電路包括電源電路，單片機以及外圍電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路，顯示電路， 鍵盤電路， EEPROM 存儲電路， RS232 通訊電路， RS485 通訊電路， USB 通訊電路 等幾個部分。  當物體放到秤盤上時，由于電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻 值發(fā)生變化，從而引起電壓發(fā)生變化，即電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。利用全橋傳感器測應(yīng)力的變化，可以間接的測量物體的質(zhì)量。傳感器測出的信號經(jīng)過整形濾波電路進入 A/D 放大器、經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器 CS5532 放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 后輸出給單片機，最后通過單片機運行軟件程序進行計算，最后送交 LCD 顯示器 顯示。原理框圖如圖 1 所示 ：  2.2 基于 CS5532 的高精度 電子天平的硬件方案設(shè)計  首先由圖 2了解 高精度的 電子天平的構(gòu)成：  圖 2 高精度的 電子天平的構(gòu)成  根據(jù)任務(wù)的要求，基于 CS5532 的高精度電子天平的硬件部分分成以下幾個部分：   壓力傳感器 :用 全橋傳感器和振動臺實現(xiàn)從非電量（質(zhì)量）到電量（電壓）的 轉(zhuǎn)電源電路  傳感器  A/D 轉(zhuǎn)換器  MCU EEPROM 按鍵  LCD 顯 示  RE232/RS 485/USB 通訊接口  壓力傳感器  濾波電路  A/D 轉(zhuǎn)換器  MCU 89C52 鍵盤控制  LCD 顯 示  通訊接口  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  5  換即  。   濾波電路：主要指濾波電路。傳感器的輸出信號，在實驗條件下會產(chǎn)生噪聲，為了避免干擾消除噪聲，就需要濾波電路。由于全橋傳感器的輸出電壓比較小，只有幾個毫伏，而 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部對電壓進行放大，故運用濾波電路將電壓信號 進行濾波并傳送至 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)放大到所要求的的范圍。   A/D 轉(zhuǎn)換部分：計算機所能處理的是二進制的數(shù)字量，而傳感器經(jīng)過放大器 出來的信號是 模擬量，計算機不能處理，所以需要一個 A/D 轉(zhuǎn)換電路完成從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。   單片機：采集的信號要進行顯示等都要經(jīng)過單片機的處理。單片機主要完成 數(shù)據(jù)處理，使顯示值與稱重值對應(yīng)，并通過通訊接口進行數(shù)據(jù)傳輸。   鍵盤 /顯示電路：控制與稱重值顯示。   低電壓檢測及蜂鳴器電路：當使用電池時，若電量不夠則給出欠壓提示，蜂 鳴器報警。   通訊部分：使用 RS-232、 RS-485、 USB 實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸。  2.3 具有多種通訊方式的電子天平的軟件方案設(shè)計  根據(jù)模塊化設(shè)計程序的思想設(shè)計程序，其中包括：數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè) 計、數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計、鍵盤掃描子程序的設(shè)計、顯示子程序的設(shè)計、濾波子程序的設(shè)計、通訊電路程序的設(shè)計幾大部分。  傳感器輸出值與顯示值之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。 A/D 采樣值為十六進制數(shù)， LCD 顯示需要 BCD 碼，所以數(shù)制之間需要轉(zhuǎn)換。這些過程都需要通過數(shù)據(jù)處理子 程序來完成。  數(shù)據(jù)采集子程序是控制 A/D 轉(zhuǎn)換的程序，通過它啟動轉(zhuǎn)換，并將采集的數(shù)據(jù) 存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這是數(shù)字化電子天平的關(guān)鍵。  鍵盤程序是實現(xiàn)對單片機的控制。  顯示子程序是將測量結(jié)果送顯示器顯示。是電子天平的窗口部件。  3 CS5532 的高精度 的電子 天平的硬件設(shè)計  3.1 傳感器的選擇  3.1.1 應(yīng)變式電阻傳感器的測量原理  應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理：當導(dǎo)體或全導(dǎo)體受到外力作用時，會產(chǎn)生機械變形，從而導(dǎo)致阻值變化。導(dǎo)體與全導(dǎo)體的電阻與電阻率及其幾何尺寸有關(guān)。當導(dǎo)體受外力作用時，電阻率及幾何尺寸的變化會引起電阻的變化。因此，通過測量電阻值的大小，就可以反映外界力的大小。  電阻型應(yīng)變片傳感器的測量電路可采用橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個電阻均可以是應(yīng)變片。  傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組成框圖如圖 3 所示：  圖 3 傳感器組成框圖  敏感元件：感受壓力，輸出與被測量成一定關(guān)系的物理量的元件。  敏感元件  轉(zhuǎn)換元件  轉(zhuǎn)換電路  被測量  電量  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  6  轉(zhuǎn)換元件：把敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成電路參量。  轉(zhuǎn)換電路：把上述電路參量轉(zhuǎn)換成電量輸出。  3.1.2 傳感器的分類和選擇  應(yīng)變片式電阻傳感器按其測量電路（橋式）可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。  所謂全橋，即將電橋的四臂接入四應(yīng)變片。其中：兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。  本方案采用全橋式傳感器。  圖 4 電阻應(yīng)變片式傳感器的基本電路  3.2 A/D 轉(zhuǎn)換器  3.2.1 ADC 的分類  當今世界上有各種類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，如傳統(tǒng)的并行和逐次逼近型，也有 最新發(fā)展起來的 - 型，可根據(jù)具體的要求選擇合適的 A/D 轉(zhuǎn)換器。低功耗、 高速、高分辨率是 A/D 轉(zhuǎn)換器的性能指標，同時也是發(fā)展的方向。但 A/D 轉(zhuǎn)換器 的分辨率越高則轉(zhuǎn)換時間就越長，轉(zhuǎn)換速度也就越慢，故這些指標也是相互制約的。  表 1 各種結(jié)構(gòu) A/D 轉(zhuǎn)換器對比  類型  并行比較型  分級型  逐次比較型   -型  積分型  VFC 主要特點  超高速  高速  速度、精度、價格等綜合性比高  高分辨率、高精度  高分辨率、低 成本、高抗干擾能力  低成本、高分辨率  分辨率  （位）  6-10 8-16 8-16 16-24 12-16 8-16 轉(zhuǎn)換時間  幾十  ns 幾十 -幾百  ns 幾 -幾十 ms 幾十 -幾百ms 幾十 -幾百ms 幾十 -幾百ms 采樣頻率  幾十  MSPS 幾 MSPS 幾十 -幾百KSPS 幾十 KSPS 幾 -幾十KSPS 幾 -幾十KSPS 價格  高  高  中  中  低  低  主要用途  超高速視頻  視頻處理、高速數(shù)據(jù)采集  數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制  音頻處理、數(shù)字儀表  數(shù)字儀表  數(shù)字儀表、簡易 ADC 并行 ADC 是各種 ADC 當中轉(zhuǎn)換速度最快的一種，同時它的缺點是分辨率不高、 功無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  7  耗大、成本高。  逐次逼近型 ADC 速度很高同時功耗相當?shù)?，但分辨率同樣也不高。?12 位 分辨率以上的成本往往相當高。  積分型 ADC 可以具有較高的分辨率，但轉(zhuǎn)換速度很低。  壓頻變換型 ADC 精度同樣可以很高，但和積分型 ADC 一樣，轉(zhuǎn)換速率很低。  流水型 ADC 具有較高的吞吐率，電路結(jié)構(gòu)簡單，但轉(zhuǎn)換速度依然不高。   - 型 ADC 是過取樣的 ADC，它通過過取樣，以時間換取精度，是當今實現(xiàn) 高精度 ADC 的最佳途徑，但它的轉(zhuǎn)換速率同時也是最低的，主要用在音頻 和儀器 儀表等對速度要求不高的領(lǐng)域。電子天平的設(shè)計中一般使用 - 型 ADC。  3.2.2 ADC 的選擇  在進行電子天平的設(shè)計時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）是信號處理的關(guān)鍵部分，因 為 ADC 的性能和位數(shù)直接影響和制約數(shù)據(jù)的采樣精度，以致決定了整個電子天平 的品質(zhì)，因此，選擇一個符合要求的 A/D 轉(zhuǎn)換器，對設(shè)計的實現(xiàn)上至關(guān)重要。對 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇應(yīng)綜合考慮以下幾個要素：系統(tǒng)技術(shù)指標、成本、功耗、安裝 調(diào)試等。綜上所述，本課題選用 - 型 ADC。   - 型 ADC 的類型  電子天平最佳的 ADC 體系結(jié)構(gòu)是 Delta-Sigma ADC,此種結(jié)構(gòu)在更新速率 較低時具有低噪聲和高線性度的優(yōu)點，其噪聲整形和數(shù)字濾波功能集成在片內(nèi)。經(jīng)過集成高頻率調(diào)制器整形處理，數(shù)字濾波只通過低頻信號。 ADC 還應(yīng)包含一個低噪聲可編程增益放大器（ PGA），它具有很高的內(nèi)部 增益來放大來自稱重傳感器的微小電信號，且傳感器可與之直接相連。   - 型 ADC 的位數(shù)  對于 Delta-Sigma ADC，衡量其技術(shù)指標的一個關(guān)鍵因素就是位數(shù)。 位數(shù)越高性能越好，但成本也越高。對于本課題的設(shè)計，要求的分辨率為 1:30,000，使用 16 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器就足夠。但綜 合成本和高精度的 考慮，則選擇 24 位的 CS5532 A/D 轉(zhuǎn)換器。  3.3CS5532 A/D 轉(zhuǎn)換器  CS5532 是高集成度的 - 型 ADC，它通過采用電荷平衡技術(shù)達到了 24 位精度。它適合于測量稱重儀、過程控制、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用中的單 /雙極性小信號。  為了便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微控制器（ MCU）之間的通信，該轉(zhuǎn)換器具有 一個簡單的三線串行接口，它兼容 SPI 和 micro wire，串行時鐘（ SCLK）  輸入有一個施密特觸發(fā)器。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  8  圖 5 CS5532 的引腳描述  圖 6 CS5532 的原理圖   芯片 內(nèi)部有一個極低噪聲的斬波穩(wěn)定增益可編程儀表放大器，其增益可 選擇為 1X、2X、 4X、 8X、 16X、 32X 和 64X。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  9   線性誤差： 0.0007%FS， FS 為最大滿量程誤差。   無噪聲分辨率：最大 23 位。   內(nèi)部有一個 4 階的 - 調(diào)制器，其后跟隨一個數(shù)字濾波器，提供 20 種 可選擇的輸出字速率：  6.25/7.5/12.5/15/25/30/50/60/100/120/200/240/400/480/800/960/1600/1920/3200/3840sps（ MCLK=4.1952MHz）。   內(nèi)部有一個與 SPI 和 micro wire 兼容的三線串行接口，在串行時鐘口 (SCLK)有一個施密特觸發(fā)器。   兩通道差動輸入，每通道都有可讀 /寫的校 準寄存器  3.4 基于 CS5532 的高精度 電子天平的主要硬件部分功能及原理說明  3.4.1 電源部分  電源是整個硬件電路的基石，具有至關(guān)重要的作用，若電源無法提供穩(wěn)定的電壓，則整個系統(tǒng)就無法正常工作。  電源電路分為兩部分：供電電路和低電壓檢測及蜂鳴器電路。   供電電路  圖 7 供電電路部分電路圖  （ 1） 剛上電時 Q1,Q2 截止，當按下 POW_UP 鍵， Q1 的 be 極形成反偏 電壓， Q1 導(dǎo)通，從而使 U2、 U3 輸出 +5V 電壓，分別為 +5VA、 +5VB。 MCU 上電復(fù)位 后開始工作，在MCU 將 P2.0 置為高電平之前，由于 C3 的 “ 惰性 ” ， Q2 的 be 極之間形成正向偏置電壓， Q2 導(dǎo)通。 MCU 將 P2.0 置為高電平之后， Q2 維持導(dǎo)通，從而形成 Q1 總是能夠滿足 be 反向偏置的條件。整個系統(tǒng) 就完成了開機的過程。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  10 （ 2） 當需要關(guān)機時，按下 POW_UP 鍵， K1 處由高電平變成低電平， MCU 探測到 這個變化后將 P2.0 置為低電平， Q2 截止，從而 Q1 截止，整個系統(tǒng)完成 關(guān)機。  圖 8 供電電路部分電路圖  （ 3） 系統(tǒng)采用兩路獨立電源供電，即 +5VA,+5VB。 +5VA 給傳感器提供激勵電 壓并給 A/D 轉(zhuǎn)換器 CS5532 提供電源及參考電壓。 +5VB 為 MCU 及外設(shè)供 電。 +5VA 為采集部分供電電源， +5VB 為系統(tǒng)部分供電電源。二者相互獨 立是為了避免系統(tǒng)電源干擾信號的采集。   低電壓檢測及蜂鳴器電路  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  11 圖 9 低電壓檢測及蜂鳴器電路  （ 1）  蜂鳴器采用電感式， Q3 為驅(qū)動管。每次操作完成后，蜂鳴器都會發(fā) 出提示音。 P2.2 發(fā)出頻率為 100Hz 的脈沖，由 Q3 驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲 音。  （ 2） D3 處于反向擊穿狀態(tài)，當使用電池的時候，如果電量足夠，則 Q4 導(dǎo)通， P2.4 為低電平（ MCU 的 P2.4 端口內(nèi)部有上拉電阻），否則 P2.4 為高電平，并通過 LED 燈給出欠壓提示。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  12 3.4.2 MCU 部分  圖 10 MCU 及外圍電路圖   C12 和 R11 組成上電復(fù)位電路。上電一瞬間，利用電容 C14 的 “ 惰性 ” 在 R11端得到一個瞬間的高脈沖實現(xiàn) AT89C52 的高電平復(fù)位要求。這個高脈沖的持 續(xù)時間和 R*C 的值成正比。   EEPROM 選擇 1K BYTE 的  HT93LC46。   INT 檢測 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 CS5532 是否有數(shù)據(jù)送出，該中斷為下降沿中斷，當電平由高到低時，說明 CS5532 完成一次轉(zhuǎn)換。 MCU 可以去讀取當前轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取完成后，由 MCU 向 CS5532 發(fā)送 “ 清除轉(zhuǎn)換完成標志 ” 指令， CS5532的 SD0 重新保持高電平，直到下一次轉(zhuǎn)換完成。   P2.1,P2.3,P1.2 完成和顯示部分的交互，分別連至 HT1621 的 CS、 WR、 DATA，并將需要顯示的數(shù)據(jù)傳輸至 HT1621。   P1.3,P1.4,P1.5,P3.3 完成和 A/D 采樣部 分的交互 ,分別連至 CS5532_CS、CS5532_SDI、 CS5532_SCLK、 CS5532_SDO,并且 A/D 采樣結(jié)束后將數(shù)字信號傳 送無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  13 至 AT89C52。   RXD， TXD 完成外部通訊功能，使稱重的數(shù)據(jù)通過 RS232/RS485 接口傳至上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。   P2.0, P2.2, P2.4 為控制端，與供電電路的端口連接，主要完成開機，關(guān)機，欠壓提示，驅(qū)動蜂鳴器等功能，具體實現(xiàn)可見上文對電源部分的說明。   P2.5,P2.6,P2.7 加上上拉電阻后完成按鍵功能，其功能分別為去皮、置零、 單位轉(zhuǎn)換。   晶體振蕩器采用 11.0592MHz，便于計算通訊波特率，系統(tǒng)通訊的波特率為9600bit/s。   P0 口與 PDIUSBD12 進行通訊。  3.4.3 濾波電路與 A/D 轉(zhuǎn)換部分   濾波電路  圖 11 濾波電路  （ 1） CONN-H4 為傳感器的為傳感器接入端口， C24,C25,C26 主要抑制高頻差模干擾， L4,L5,L6,L7 主要抑制電源端來的共模高頻干擾。  （ 2） 經(jīng)過濾波的差分信號進入 A/D 轉(zhuǎn)換器 CS5532 的差分信號輸入端 AIN+,AIN-，隨后經(jīng)過差分放大和差分信號轉(zhuǎn)換為單 端信號后 A/D 轉(zhuǎn)換器開始采樣。   A/D 轉(zhuǎn)換部分  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  14 圖 12 A/D 轉(zhuǎn)換電路  （ 1） AINl+， AIN是 A/D 轉(zhuǎn)換器的差分信號輸入端，接收來自濾波電路的 差分信號：  （ 2） R20， R21 串聯(lián)分壓，提供 CS5532 的采樣參考電壓；  （ 3） CS5532 和 MCU 的數(shù)據(jù)交換由四條線來完成，分別是： CS， SDI， SD0， SCLK。其中：  CS：片選線，邏輯低有效；  SDI：串行數(shù)據(jù)輸入端；  SDO：數(shù)據(jù)串口輸出端；  SCLK：串行時鐘輸入端，數(shù)據(jù)在時鐘的高電平時鎖存；  （ 4） R19 完成 CS5532 模擬電源和 數(shù)字電源的隔離；  （ 5） 經(jīng)過干擾抑制措施的傳感器差分信號進入 A D 轉(zhuǎn)換器件 CS5532 的差分 信號輸入端 AIN+， AIN-，通過差分放大及差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號后進行 A D采樣。  3.4.4 通訊接口電路   RS232 通訊接口  （ 1） 節(jié)點 RXD， TXD 分別連接到 MCU 的異步串行通訊口 RXD， TXD：  （ 2） 節(jié)點 R2IN， T20UT 為 RS232 電平，可以直接連接 PC 機的 COM 口；  （ 3） TXD， RXD 的數(shù)據(jù)格式為典型的異步串行通訊 (UART)，實現(xiàn)天平和計算機通訊， 以配合上位機管理軟件進行計量 工作。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  15 圖 13 RS232 通訊接口電路   RS485 通訊接口  圖 14 RS485 通訊接口電路  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  16 （ 1） A 口與 B 口實現(xiàn)通過 RS485 與上位機進行通訊。  （ 2） 節(jié)點 RXD， TXD 分別連接到 MCU 的異步串行通訊口 RXD， TXD。  （ 3） P1.6 連接至 MCU。   USB 通訊接口  圖 15 USB 通訊接口電路  （ 1） DATA 與 MCU 的 P0 口進行數(shù)據(jù)傳輸。  （ 2） RS_N， WR_N 分別連至 MUC 的 P1.0 和 P1.1。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  17 3.4.5 顯示電路  顯示部分可以將處理得出的信號在顯示 器上顯示，讓人們直觀的看到被測體的質(zhì)量，也可以進行報警提示。  LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍時儀表 到便攜式微型計算機以及一些文字處理機都廣泛利用了液晶顯示器。  圖 16 顯示電路  HTl621 為 LCD 驅(qū)動芯片，最大驅(qū)動能力為 16x32，和 MCU 的交互通過P2.1,P2.3,P1.2 三條線實現(xiàn)。通過這三條線， MCU 將需要顯示的數(shù)據(jù)以 ASCII 碼的形式送入到 HTl621 的顯示緩存區(qū)， HTl621 驅(qū)動 LCD 顯示屏顯示數(shù)據(jù)及其它 信息。  系統(tǒng)硬件總圖見附錄。  4 基 于 CS5532 的高精度 電子天平的軟件設(shè)計  軟件設(shè)計一般按下列步驟進行：即先分析設(shè)計的儀器系統(tǒng)對軟件的要求；然后在此基礎(chǔ)上進行軟件總體設(shè)計，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和對程序進行模塊化設(shè)計，模塊化設(shè)計即將程序劃分為若干個相對獨立的模塊；接著畫出每一個專用模塊的詳細流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；最后按照軟件總體設(shè)計時給出的結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個完整的程序。在主程序的設(shè)計中要合理地調(diào)用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對硬件的、資源占用情況。  采用模塊化設(shè)計方法以后依據(jù)儀表的功能要求將軟件的初始化模塊、 轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、低壓報警模塊、鍵功能處理模塊、延時模塊、通訊模塊。分別進行設(shè)計和調(diào)試，然后把它們連接起來，進行總調(diào)。  而硬件分成主機、過程通道、人機聯(lián)系部件、通信接口和電源等模塊。模塊化設(shè)計無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  18 的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進行設(shè)計、研制、調(diào)試和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡化。上述各種軟、硬件模塊的研制調(diào)試完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來，才能構(gòu)成完整的儀表，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和輸出等各種功能。  軟件模塊的連接，一般是通過監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中 斷的方法實時地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來實現(xiàn)，并且按功能層次繼續(xù)調(diào)用下一級模塊。模塊之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)緩沖器和標志狀態(tài)）來完成的。硬件模塊的連接，是通過商業(yè)化的模板進行連接完成的。  4.1 軟件設(shè)計的任務(wù)  電子天平的功能實現(xiàn)是在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過軟件來完成。主要功能如下 : 滿量程 300 克，最小分度值 0.01 克 ; 自動歸零 ; 單位轉(zhuǎn)換功能 ; 校準功能 ; 交流供電和直流電池供電 ; 欠壓指示 ; 蜂鳴器 ; RS-232 通訊 ; RS-485 通訊   USB 通訊。  4.2 程序流程圖  系統(tǒng)軟件流程圖主要包 括主循環(huán)程序流程圖、按鍵掃描流程圖和外部中斷 1處理流程圖。  4.2.1 主循環(huán)程序流程圖  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  19 圖 17 主循環(huán)程序流程圖  4.2.2 鍵盤掃描子程序的設(shè)計  在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。  當有按鍵被可靠按下的時候，相應(yīng)的控制腳為 O 電平，電子天平有 4 個按鍵的功 能，分別為電源開關(guān)機按鍵，置零按鍵，單位轉(zhuǎn)換按鍵，去皮按鍵 。按鍵掃描處理流程圖如下 : 開始  初始化  是否有新數(shù)據(jù)  濾波分析  顯示  通 訊 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)  是否有按鍵  按鍵處理  Y N  Y  N  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  20 圖 18 按鍵掃描處理流程圖  4.3 CS5532 初始化以及數(shù)據(jù)采樣  CS5532 的初始化以及數(shù)據(jù)采樣是數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。限于篇幅，下面給出 CS5532 初始化以及數(shù)據(jù)采樣的核心部分源碼如下 : 4.3.1 CS5532 系統(tǒng)初始化函數(shù)  CS5532 的系統(tǒng)初始化分為 SYNCO 和 SYNCI 兩條命令， SYNCO 命令的本質(zhì)是向 CS5532 寫 OXFE，而 SYNCI 的本質(zhì)是向 CS5532 寫 15 個字節(jié)的 OXFF，在本方案中 ， 這兩條命令在 SYNC 函數(shù)中統(tǒng)一完成，調(diào)用 SYNC 函數(shù)的過程很簡單，只需要給 SYNC 函數(shù)中的形參賦值為 127。  4.3.2 采樣函數(shù)  采樣函數(shù)的本質(zhì)是 MCU 對 CS5532 的采樣數(shù)據(jù)寄存器進行讀操作的過程， CS5532 的采樣數(shù)據(jù)寄存器是 32 位的，其中采樣數(shù)據(jù)占 24 位，其它八位是極性、 采樣數(shù)據(jù)溢出等標志位。  Void EXE_OUTER_INT1(void)/*外部中斷 l 處理 */ UCHARREAD_LOOP_CONTER=0: UCHARREAD_LOOP_CONTERZ=O: CS5532_SCLK=0; 開始  按鍵控制口初始化  調(diào)用鍵盤掃描 子程序  是否有按鍵  鍵值判別程序  去皮功能鍵  處理程序  置零功能鍵  處理程序  單位轉(zhuǎn)換功能鍵處理程序  N Y 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  21 CS5532_SDI=0; For (READ_LOOP_CONTER=0;READ_LOOP_CONTER>8;/*讀出最后字節(jié) */ Void READ_ONE_BYTE_FROM_CS55532(void)/*向 Cs5532 讀一字節(jié) */ ueharREAD_LOOP_CONTER1=0; CS5532_CLK=0; DELAY (2); ONE_CONVERTED_BYTE=0; For (READ_L00P_CONTER1=0; READ_LOOP_CONTER1<8:READ_LOOP_CONTERl+) ONE_CONVERTED_BYTE=ONE_CONVERTED_BYTE|CS5532_SDO: CS5532_SCLK=l; DELAY (2); CS5532_SCLK=0; DELAY (2); If (READ_LOOP_CONTER1<7) ONE_CONVERTED_BYTE=ONE_CONVERTED_BYTE<<l ; 4.4 通訊接口驅(qū)動程序  4.4.1 RS232 通訊接口下位機的程序?qū)崿F(xiàn)  下位機采用 AT89C52 單片機，應(yīng)用 RS-232 接口使 AT89C52 的全雙工串行口 與 PC 機的串行通信口 (COM1 或 COM2)相連，具體軟件設(shè)計如下 : （ 1） 在 AT89C52 單片機的片內(nèi) RAM 中開辟一個長度為 8 個字節(jié)的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(30H 一 37H)，此區(qū)用于存放待發(fā)送數(shù)據(jù) (包括握手信號 )。  （ 2） 主程序中通過設(shè)置 AT89C52 的定時器 T1 和串口控制寄存器 SCON，使 AT89C52無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  22 的串行口工作于方式 1，串行通信的波特率為 9600bps。 根據(jù)串行通信協(xié)議的要求先將握手信號存人發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，調(diào)用發(fā)送子程序發(fā)送握手信號，然后啟動接收程序接收回握手信號，如果正確再將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，又一次調(diào)用發(fā)送子程序即 可。具體應(yīng)用時只要定時刷新發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)的同時調(diào)用發(fā)送子程序即可實現(xiàn)上、下位機的通信。本方法是將上、下位機的通信任務(wù)設(shè)置成獨立的模塊，從而將使下位機的通信任務(wù)與其它任務(wù)相分離，較好地解決了下位機軟件資源的分配問題，具有一定的借鑒意義。  RS-232 通訊部分中的 RXD， TXD 完成接受 MCU 的數(shù)據(jù)的通訊功能，并使稱重 的數(shù)據(jù)通過 RS232 接口傳至上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。  具體程序見附錄。  4.4.2 RS-485 軟件流程和程序清單  為保證通信暢通和從節(jié)點的本地事務(wù)順利執(zhí)行 ,設(shè)計了限時退出的通信方法 ,既在收到與自己地址不匹配的數(shù)據(jù)幀時 ,臨時關(guān)閉通信口。這樣既保證了本地事 務(wù)的執(zhí)行時間 ,又可避免從節(jié)點常在網(wǎng)上可能引起的雙向干擾。因此在上、下位 機的軟件設(shè)計中采用二次檢錯、重發(fā)和限時退出并重新握手建立連接等通信機制。現(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn) ,在某些節(jié)點工作異常 ,甚至通信網(wǎng)絡(luò)完全癱瘓的情況下其他 各節(jié)點也能獨立完成數(shù)據(jù)采集、異常報警和實時數(shù)據(jù)存儲等本地事務(wù)。一旦故障節(jié)點排除 ,既可恢復(fù)通信。 RS-485 通訊部分中的 RXD， TXD 完成接收 MCU 的數(shù)據(jù)的通訊功能，并使稱重 的數(shù)據(jù)通過 RS485 接口傳至上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。  4.4.3 USB 軟件流程和程序清單  USB 通訊部分中的 P0 口完成對 MCU 數(shù)據(jù)的接收，并通過 D+，  D-完成外部通 訊功能，使稱重的數(shù)據(jù)通過 USB 接口傳至上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 USB 單片機控制程序通常由三部分組成：  第一、初始化單片機和包括 PDIUSBD12 在內(nèi)的所有的外圍電路；  第二、主循環(huán)部分其任務(wù)是可以中斷的；  第三、中斷服務(wù)程序其任務(wù)是對時間敏感的，必須馬上執(zhí)行。  在編寫 USB 的單片機程序時需要注意：   單片機的中斷應(yīng)設(shè)置為電平觸發(fā)中斷后一定要讀上次傳輸狀態(tài)寄存器命 令40-45H,以清除 中斷寄存器中的中斷標志這樣 PDIUSBD12 的中斷輸出才能變回 高電平這一點非常重要。   在接收到 Setup 包后一定要調(diào)用 ACK setup 命令重新使能端口 0。   在向 IN 端點寫完數(shù)據(jù)后一定調(diào)用 Validate Buffer 命令 FAH 指明緩沖區(qū) 中的數(shù)據(jù)有效可以發(fā)送到主機。   當讀完數(shù)據(jù)后一定調(diào)用 Clear Buffer 命令 F2H 以保證可以接收新的包。   可以通過調(diào)用 Read Chip ID 命令 FDH 檢查 PDIUSBD12 是否工作該命令要 讀兩個字節(jié)數(shù)據(jù)。  USB 初始化過程為：   Set Address En able Set Endpoint En able 此時 LED 亮   Disconnect Delay 12 s Connect 即用 43h 參數(shù)調(diào)用 Set Mode 此時 LED 滅   Read Interrupt Register 完成初始化工作后就可作其它的前臺工作了并在前臺判斷是否有 Setup 包通過 一個變量當中斷服務(wù)程序檢測到有 Setup 包時設(shè)置該變量然無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  23 后執(zhí)行響應(yīng)的控制 傳輸。  在調(diào)試 USB 單片機程序時還要特別注意 Windows 對 USB 設(shè)備的枚舉順序：   GetDeviceDescriptor 主機主要對 Length 域感興趣發(fā)送內(nèi)容一定要正確特別是第 2 字節(jié) type 一定為 0x01 即 Device 否則主機將不響應(yīng)或者再重復(fù) 2 次后 放棄可檢查一下對 EP0 的 RX TX 的設(shè)置次序。   Set Address 一般為 02 或 03 連續(xù) 3 次 GetDeviceDescriptor 讀取全部設(shè)備描述符一般為 18 B 分為多次傳輸如果不正確主機將不響應(yīng)或重復(fù) 2 次后放棄。   Get Coning Descriptor r 注意第 2 字節(jié)一定為 0x02 即 coning。   Get String Descriptor 可能沒有根據(jù)在設(shè)備描述符中是否有 String 索引而定 一般先讀取 Language 再讀取 product string。   讀取全部 Coning Descriptor 次數(shù)根據(jù)描述符的大小決定端點個數(shù)不同描述 符大小不同如果不正確主機將不響應(yīng)或再重復(fù) 2 次后放棄。   如果以上步驟都正確主機將找到新設(shè)備提示安裝驅(qū)動程序否則找到未知設(shè)備 不可用安裝驅(qū)動程序后以后的每次 Plug In 枚舉次序與以上步驟略有不同之 后會有 Set Configuration、 Get Configuration 和 Get Interface 等調(diào)用。  結(jié)  論  隨著集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，越來越受到人們的關(guān)注。傳感器是一種能將特定的被測量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置  本次課設(shè)中的基于 CS5532的高精度電子天平就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機、傳感 器、 ADC 以及各部分 之間的關(guān)系才能達到要求。  本論文討論了高精度電子天平的系統(tǒng)設(shè)計。通過對電阻應(yīng)變片式傳感器和DehasigmaADC 的理論分析，結(jié)合電子天平的分辨率要求，確定了實際所采用的 具體型號。對于電子天平的硬件、軟件設(shè)計，論文也做了詳細的介紹。最后，實現(xiàn)了一款量程為 300g，最小分度值 0.01g，分辨率為 1:30， 000 的電子天平。  首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子天平的稱重準確度。課設(shè)時由于傳感器發(fā)出的信號不是很穩(wěn)定，所以稱重時誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會好的多。  其次 是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號進行量化、采集，主要分為信號濾波、放大、采集，然后進行 A/D 轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對 傳感器輸出的信號進行濾波時，應(yīng)選取合適的濾波電路。還有就是進行數(shù)據(jù)處理時，選取適當?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求。  最后是結(jié)果的顯示。本次設(shè)計使用 LCD 液晶顯示器，顯示效果較好。 在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于高精度電子天平的設(shè)計還遠遠不止這些，例如 :電子天平結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，傳感器的裝備等等都對于天平的技術(shù)性能有很大 的影響。對于電子天平的設(shè)計和研究還有待進一步提高。  本次 設(shè)計 給我最大的啟示是要敢于進行大膽的嘗試，還有就是要有科學(xué)的嚴謹?shù)膽B(tài)度，這是做好本次課設(shè)所必需的。當然，最重要的還是堅實的知識做基礎(chǔ)，這樣當你遇到各種問題時才能用最快的速度解決。  無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  1  附錄：系統(tǒng)原理總圖  L1C1C3C210 4R1R3R4R2D1D2X3Q1Q2P 2 0+ 5 V B12V C CV C C6V B6V B IN O U TG N D G N DG N D G N DNC NCU2L M 293 1M - 5012345678C410 4IN O U TG N D G N DG N D G N DNC NCU3L M 293 1M - 506V BC510 412345678J1C822 0uC922 0uC610 4C710 4+ 5 V A+ 5 V B供電電路C 2 2R 1 9 R 2 0R 2 1C 2 3P O W  U PA I N 1+1A I N 1-2C13C24V A +5V A -6A07A18O S C 29O S C 110A I N 2+11A I N 2-12V R E F +13V R E F -14D G N D15V D +16CS17S D 118S D 019S C L K20C S 5532U8A I N 1 +A I N 1 -C S 5 5 3 2 _ C SC S 5 5 3 2 _ S D 1C S 5 5 3 2 _ S D 0C S 5 5 3 2 _ S C L KA / D 轉(zhuǎn)換電路EA31X T A L 119X T A L 218R E S E T9P 3 .7/ R D17P 3 .6/ W R16P 3 .2/ I N T 012P 3 .3/ I N T 113P 3 .4/ T 014P 3 .5/ T 115P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 0 .0/ A D 039P 0 .1/ A D 138P 0 .2/ A D 237P 0 .3/ A D 336P 0 .4/ A D 435P 0 .5/ A D 534P 0 .6/ A D 633P 0 .7/ A D 732P 2 .0/ A 821P 2 .1/ A 922P 2 .2/ A 1023P 2 .3/ A 1124P 2 .4/ A 1225P 2 .5/ A 1326P 2 .6/ A 1427P 2 .7/ A 1528P S E N29A L E3