基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)

1、韶 關(guān) 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）課程名稱(chēng)：題 目：基于單片機(jī)的電子坪設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：梁毅、彭志浩、葉偉東、黃佳勝、劉梓杰學(xué) 號(hào)：、院 系：物理與機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：11自動(dòng)化01指導(dǎo)教師姓名及職稱(chēng)： 韓竺秦 起止時(shí)間： 2014 年 3 月 2014 年 5月 課程設(shè)計(jì)評(píng)分：目錄引言- 1 -第一章 系統(tǒng)的組成及工作原理- 2 -1.1系統(tǒng)的組成- 2 -1.2系統(tǒng)的工作原理- 3 -第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 4 -2.1主控芯片STC89C52單片機(jī)基本系統(tǒng)- 4 -2.1.1 STC89C52單片機(jī)性能介紹- 4 -2.1.2 STC89C52單片機(jī)引腳功能- 4 -2.1.3 復(fù)位電

2、路- 5 -2.1.4 晶振電路- 6 -2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711接口電路的設(shè)計(jì)- 6 -2,2.1 HX711引腳功能- 8 -2.2.2 HX711管腳說(shuō)明- 8 -2.3 壓電傳感器的設(shè)計(jì)- 12 -2.3.1 應(yīng)變式電阻傳感器- 12 -2.3.2 應(yīng)變片式電阻傳感器的結(jié)構(gòu)和原理- 12 -2.3.3 全橋測(cè)量電路- 14 -2.4 顯示電路設(shè)計(jì)- 15 -2.4.1 LCD1602命令及時(shí)序- 18 -2.5 鍵盤(pán)輸入- 20 -第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 21 -3.1 C語(yǔ)言在單片機(jī)中的應(yīng)用- 21 -3.2 系統(tǒng)主程序流程圖- 22 -3.3 子程序設(shè)計(jì)- 23 -3.3.

3、1 A/D數(shù)據(jù)采集子程序- 23 -3.3.2 顯示子程序- 23 -3.3.3 鍵盤(pán)掃描子程序- 24 -第四章 系統(tǒng)的調(diào)試- 25 -4.1 AD值反向轉(zhuǎn)換重力值的參數(shù)計(jì)算- 25 -4.2 誤差分析- 25 -總結(jié)- 26 -致謝- 27 -參考文獻(xiàn)- 28 -附錄1 系統(tǒng)原理圖- 29 -附錄2 系統(tǒng)程序清單- 33 -附錄3 實(shí)物圖- 42 -引言隨著人們生活水平的不斷提高，商業(yè)水平越來(lái)越現(xiàn)代化，人們對(duì)商品的度量速度和精度也提出了新的要求。目前，商用電子計(jì)價(jià)秤的使用非常普及，逐漸會(huì)取代傳統(tǒng)的桿秤和機(jī)械案秤。電子計(jì)價(jià)秤在秤臺(tái)結(jié)構(gòu)上有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：一個(gè)相當(dāng)大的秤臺(tái)，只在中間裝置一個(gè)專(zhuān)門(mén)

4、設(shè)計(jì)的傳感器來(lái)承當(dāng)物料的全部重量。為了滿(mǎn)足電子秤的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)針對(duì)普通商業(yè)度量需要分析和設(shè)計(jì)。論述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、方法及設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程，詳細(xì)分析了各個(gè)模塊的選用、功能及實(shí)現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，傳感器的選擇，系統(tǒng)的運(yùn)作流程圖等，以及所用到的一些工具，工作環(huán)境。我們進(jìn)行了各單元電路方案的比較論證及確定，最終選取以STC89C52單片機(jī)為控制核心，傳感器選用HL-8型懸臂梁式電阻應(yīng)變式傳感器。該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編

5、程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器進(jìn)行編程。 第一章 系統(tǒng)的組成及工作原理1.1 系統(tǒng)的組成本數(shù)字電子秤系統(tǒng)可分為單片機(jī)控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、傳感器、LCD顯示、矩陣鍵盤(pán)、蜂鳴器模塊等幾部分，其系統(tǒng)組成如圖1-1所示。稱(chēng)重傳感器 HL-8型數(shù)據(jù)采集部分電子秤專(zhuān)用24位高精度高增益?zhèn)鞲衅餍酒琀X711單片機(jī)控制模塊單片機(jī)STC89C52人機(jī)交互界面12864液晶4*4矩陣鍵盤(pán)蜂鳴器報(bào)警模塊 圖1-1 系統(tǒng)的組成框圖1.2 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)原理如圖1-1所示，系統(tǒng)通過(guò)傳感器將壓力這種物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，即傳感器內(nèi)部的電阻應(yīng)變片感應(yīng)到壓力后，電阻發(fā)生微小變化，通過(guò)全橋測(cè)

6、量電路將電阻的微小變化轉(zhuǎn)化成電壓的微小變化，HX711將信號(hào)調(diào)整到A/D能采集的范圍，然后由A/D進(jìn)行采集，接著把采集到的24位高低電平通過(guò)DOUT送到單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理后，把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中，由顯示電路輸出測(cè)量結(jié)果。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用單片機(jī)來(lái)控制輸出，在線(xiàn)性度的確定過(guò)程中，需要對(duì)程序進(jìn)行反復(fù)的修改，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1主控芯片STC89C52單片機(jī)基本系統(tǒng)2.1.1 STC89C52單片機(jī)性能介紹STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K的在系統(tǒng)可編程閃爍存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51

7、產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在線(xiàn)可編程，也適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)上可編程閃爍存儲(chǔ)單元，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，256字節(jié)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器，32位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許讀寫(xiě)存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，讀寫(xiě)存儲(chǔ)

8、器內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。2.1.2 STC89C52單片機(jī)引腳功能VCC：電源。GND：地。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在閃爍編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部

9、上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送“1”。在使用8位地址訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在閃爍編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：

10、P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)晶振工作時(shí)，RST引腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。EA/VPP：訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接Vcc。在閃爍編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.

11、1.3 復(fù)位電路單片機(jī)上電時(shí)，當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，只要持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，便可完成系統(tǒng)復(fù)位。外部復(fù)位電路是為提供兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位，上電瞬間電容器上的電壓不能突變，RST上的電壓是Vcc上的電壓與電容器上的電壓之差，因而RST上的電壓與Vcc上的電壓相同。隨著充電的進(jìn)行，電容器上的電壓不斷上升，RST上的電壓與Vcc上的電壓相同。隨著充電的進(jìn)行，電容器上的電壓不斷上升，RST上的電壓就隨著下降，RST腳上只要保持10ms以上高電平，系統(tǒng)就會(huì)有效復(fù)位。電容C1可取1033F，R取10k，充電時(shí)間常數(shù)為1010-610103=100ms。復(fù)位

12、電路的實(shí)現(xiàn)可以有很多種方法，但是從功能上一般分為兩種：一種是電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源之后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過(guò)電源控制；另一種方法是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開(kāi)關(guān)，通過(guò)按鍵開(kāi)關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)的復(fù)位。本設(shè)計(jì)使用了第二種方法，其電路圖如圖2-1所示。 圖2-1 STC89C52單片機(jī)復(fù)位電路，晶振電路圖2.1.4 晶振電路STC89C52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端，外接石英晶體或陶瓷振蕩器以及補(bǔ)償電容C2、C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。當(dāng)外接石英晶體時(shí)，電容C2、C3選30pF10pF；當(dāng)外接陶瓷振蕩器時(shí)，電

13、容C2、C3選40pF10pF。STC89C52系統(tǒng)中晶振頻率一般在1.212MHz選擇。外接電容C2、C3的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩頻率的穩(wěn)定度、起振時(shí)間及溫度穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振和電容應(yīng)靠近單片機(jī)，以便減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠工作。在本系統(tǒng)中，選擇了12MHz石英晶振，電容C1、C2為30pF。其電路圖如圖2-1所示。2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711接口電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)要求輸出的電流信號(hào)為201000mA，步進(jìn)為1mA，且要求顯示數(shù)值，因此，給定量的執(zhí)行元件A/D轉(zhuǎn)換器至少需要12位的轉(zhuǎn)換精度。結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并考慮到單片機(jī)的I/O接口資源緊張等因素

14、，最終確定選用HX711量化精度能達(dá)到1/40961/1000，完全能達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求。HX711接口電路如圖2-2所示。圖2-2 HX711接口圖HX711是一款專(zhuān)為高精度稱(chēng)重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類(lèi)型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)、降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為12

15、8或64，對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)額度差分輸入信號(hào)幅值分別為20mV或40mV。通道B則為固定的64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接部件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程。2,2.1 HX711引腳功能表21 HX711引腳功能管腳號(hào)名稱(chēng)性能描述1VSUP電源穩(wěn)壓電路供電電源：2.6-5.5V（不用穩(wěn)壓電路時(shí)接AVDD）2BASE模擬輸出穩(wěn)壓電路控制輸出（不用穩(wěn)壓電路時(shí)為無(wú)連接）3AVDD電源模擬電源：2.6-5.5V4VFB模擬輸入穩(wěn)壓電路控制輸入（不用穩(wěn)壓電路時(shí)應(yīng)接地）5AGN

16、D地模擬地6VBG模擬輸出參考電源輸入7INA模擬輸入通道A負(fù)輸入端8INA+模擬輸入通道A正輸入端9INB模擬輸入通道B負(fù)輸入端10INB+模擬輸入通道B正輸入端11PD-SCK數(shù)字輸入斷電控制（高電平有效）和串口時(shí)鐘輸入12DOUT數(shù)字輸出串口數(shù)據(jù)輸出13X0數(shù)字輸入輸出晶振輸入（不用晶振時(shí)為無(wú)連接）14X1數(shù)字輸入外部時(shí)鐘或晶振輸入，0：使用片內(nèi)振蕩器15RATE數(shù)字輸入輸出數(shù)據(jù)速率控制，0：10Hz；1：80Hz16DVDD電源數(shù)字電源：2.6-5.5V2.2.2 HX711管腳說(shuō)明模擬輸入通道A模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用A

17、/D轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍，該通道的可編程增益較大，為128或64。這些增益所對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)量程差分輸入電壓分別20mV或40mV。通道B為固定的增益，所對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)量程差分輸入電壓為40mV。通道B應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。供電電源數(shù)字電源（DVDD）應(yīng)使用與MCU芯片相同的數(shù)字供電電源。HX711芯片內(nèi)額穩(wěn)壓電路可同時(shí)向A/D轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。穩(wěn)壓電源的供電電壓（VSUP）可與數(shù)字電源（DVDD）相同。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（VAVDD）由外部分壓電阻R1、R2和芯片的輸出參考電壓VBG決定（圖1），VAVDD=VBG（R1+ R2）/ R2。應(yīng)選擇該輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓（

18、VSUP）低至少100mV。如果不使用芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路，管腳VSUP和管腳AVDD應(yīng)相連，并接到電壓為2.65.5V的低噪聲模擬電源。管腳VBG上不需要外接電容，管腳VFB應(yīng)接地，管腳BASE為無(wú)連接。時(shí)鐘選擇如果將管腳XI接地，HX711將自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振的相關(guān)電路。這種情況下，典型輸出數(shù)據(jù)速率為10Hz或80Hz。如果需要準(zhǔn)確的輸出數(shù)據(jù)速率，可將外部輸入時(shí)鐘通過(guò)一個(gè)20pF的隔直電容連接到XI管腳上，或?qū)⒕д襁B接到XI和XO管腳上。這種情況下，芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器電路會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，晶振時(shí)鐘或外部輸入時(shí)鐘被采用。此時(shí)，若晶振頻率為11.0592MHz，輸出

19、數(shù)據(jù)速率為準(zhǔn)確的10Hz或80Hz。輸出數(shù)據(jù)速率與晶振頻率以上述關(guān)系按比例增加或減少。使用外部輸入時(shí)鐘，外部時(shí)鐘信號(hào)不一定需要為方波?？蓪CU芯片的晶振輸出管腳上的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)20pF的隔直電容連接到XI管腳上，作為外部時(shí)鐘輸入。外部時(shí)鐘輸入信號(hào)的幅值可低至150 mV。HX711管腳說(shuō)明如圖2-3所示圖2-3 HX711管腳說(shuō)明串口通訊串口通訊線(xiàn)由管腳PD-SCK和DOUT組成，用來(lái)輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳DOUT為高電平，表明A/D轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號(hào)PD-SCK應(yīng)為低電平。當(dāng)DOUT從高電平變低電平后，PD-SCK應(yīng)輸入25至27個(gè)不等的時(shí)

20、鐘脈沖（圖二）。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數(shù)據(jù)的最高位（MSB），直至第24個(gè)時(shí)鐘脈沖用來(lái)選擇下一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益，輸入通道和增益說(shuō)明如表2-3所示。表22 主要電氣參數(shù)參數(shù)條件及說(shuō)明最小值典型值最大值單位滿(mǎn)額度差分輸入范圍V（inp）-V(inn)0.5(AVDD/GAIN)V輸入共模電壓范圍AGND+0.6 AVDD-0.6V輸出數(shù)據(jù)速率使用片內(nèi)振蕩器，RATE=010Hz使用片內(nèi)振蕩器，RATE=DVDD80外部時(shí)鐘或晶振，RATE=0fclk/1,105,920外部時(shí)鐘或晶振，RATE=DVDDfclk/138，240輸出數(shù)據(jù)編碼二進(jìn)制補(bǔ)碼 7FFFFF(H

21、EX)輸出穩(wěn)定時(shí)間（1）RATE=0400mvRATE=DVDD50輸入零點(diǎn)漂移增益=1280.2增益=640.8輸入噪聲增益=128，RATE=050nV(rms)增益=128，RATE= DVDD90溫度系數(shù)輸入零點(diǎn)漂移（增益=128）7nV/增益漂移（增益=128）3ppm/輸入共模信號(hào)抑制比增益=128，RATE=0100dB電源干擾抑制比增益=128，RATE=0100dB輸出參考電壓（VBG）1.25V外部時(shí)鐘或晶振頻率1 11.0592 30MHz電源電壓DVDD2.6 5.5VAVDD,VSUP2.6 5.5模擬電源電路（含穩(wěn)壓電路）正常工作1600uA斷電0.3數(shù)字電源電路正

22、常工作100uA斷電0.2表23 輸入通道和增益選擇PD-SCK脈沖數(shù)輸入通道增益25A12826B6427A64PD-SCK的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于25或多于27，否則會(huì)造成串口通訊錯(cuò)誤。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。如圖2-4所示。圖2-4 數(shù)據(jù)輸入，輸出通道和增益選擇時(shí)序圖表24 四個(gè)周期選擇說(shuō)明符號(hào)說(shuō) 明最小值最大值單位T1DOUT下降沿到PD-SCK脈沖上升沿0.1usT2PD-SCK脈沖上升沿到DOUT數(shù)據(jù)有效0.1usT3PD-SCK正脈沖電平時(shí)間0.250usT4P

23、D-SCK負(fù)脈沖電平時(shí)間0.2us復(fù)位和斷電當(dāng)芯片上電時(shí)，芯片內(nèi)的上電自動(dòng)復(fù)位電路會(huì)使芯片自動(dòng)復(fù)位。管腳PD-SCK輸入來(lái)控制HX711的斷電。當(dāng)PD-SCK為低電平時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。圖2-5 斷電控制如果PD-SCK從低電平變高電平并保持在高電平超過(guò)60 us，HX711即進(jìn)入斷電狀態(tài)。如果使用片內(nèi)穩(wěn)壓電源電路，斷電時(shí)，外部傳感器和片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器會(huì)被同時(shí)斷電。當(dāng)PD-SCK重新回到低電平時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)復(fù)位后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。芯片從復(fù)位或斷電狀態(tài)后，通道A和增益128會(huì)被自動(dòng)選擇為作為第一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。隨后的輸入通道和增益選擇由PD-SCK的脈沖數(shù)決定，參見(jiàn)串口通訊一

24、節(jié)。芯片從復(fù)位或斷電狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變?yōu)榈碗娖剑敵鲇行?shù)據(jù)。2.3 壓電傳感器的設(shè)計(jì)2.3.1 應(yīng)變式電阻傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器是以應(yīng)變片為傳感器元件的傳感器。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.精度高，測(cè)量范圍廣；2.使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定可靠。3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕，因此在測(cè)量時(shí)，對(duì)工件工作狀態(tài)及應(yīng)力分布影響??；4.頻率響應(yīng)特性好。應(yīng)變片響應(yīng)時(shí)間約為100ns；5.可在高低溫、高速、高溫、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣環(huán)境條件下工作；6.應(yīng)變片種類(lèi)繁多，價(jià)格便宜。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效

25、應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。應(yīng)變片式電阻傳感器應(yīng)用很廣。本設(shè)計(jì)采用的是梁式力傳感器，該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高。適用于小壓力測(cè)量。2.3.2 應(yīng)變片式電阻傳感器的結(jié)構(gòu)和原理電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)它產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的原件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量電路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線(xiàn)，線(xiàn)珊上面有覆蓋層，起保護(hù)作用。電阻應(yīng)變片也有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以在測(cè)量時(shí)我們一定要注意。其中的溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原

26、因主要是：A:電阻絲溫度系數(shù)引起的。B：電阻絲與被測(cè)原件對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的辦法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)及溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線(xiàn)性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線(xiàn)性補(bǔ)償，也可以得到改善。滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱(chēng)重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，它的電

27、阻值相應(yīng)發(fā)生變化。設(shè)有一根電阻絲，如圖所示。它在未受力時(shí)的原始電阻值為 式中 :電阻絲的電阻率；電阻絲的長(zhǎng)度；電阻絲的面積。電阻絲在外力的作用下，將引起電阻變化，且有令電阻絲的軸向效應(yīng)為，由材料力學(xué)可知，為電阻絲材料的泊松系數(shù)，經(jīng)整理可得通常把單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化稱(chēng)作電阻線(xiàn)的靈敏系數(shù)，其表達(dá)式為從上式可以明顯看出，電阻絲靈敏系數(shù)由兩部分組成：表示受力后由材料的幾何尺寸變化引起的；表示由材料電阻變化所引起的。對(duì)于金屬材料，項(xiàng)的阻值要比小得多，可以忽略，故=。大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即=1.73.6。上式可寫(xiě)成。2.3.3 全橋測(cè)量電路應(yīng)變式傳感器

28、常用的測(cè)量電路有單臂電橋、差動(dòng)半橋和差動(dòng)全橋，其中差動(dòng)全橋可提高電橋的靈敏度，消除電橋的非線(xiàn)性誤差，并可消除溫度誤差等共模干擾。一般在測(cè)量中都使用4片應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋，本設(shè)計(jì)所采用的傳感器就是全橋測(cè)量電路。其電路圖如圖3-6所示。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線(xiàn)接入工作電壓U，另一個(gè)對(duì)角線(xiàn)位輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。應(yīng)變電阻作為橋臂電阻接在電橋電路中。無(wú)壓力時(shí)，電橋平衡，輸出電壓為零；有壓力時(shí)，電橋的橋臂電阻值發(fā)生變化，電橋失去平

29、衡。 全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩片應(yīng)變片接入電橋?qū)?。其輸出靈敏度比半橋提高了一倍，非線(xiàn)性誤差和溫度誤差均得到了改善。圖2-6 全橋測(cè)量電路2.4 顯示電路設(shè)計(jì)方案一：LED顯示 LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)LED。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。LED顯示器結(jié)構(gòu)：基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的。可實(shí)現(xiàn)09的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等LED顯示器與顯示方式:LED顯示塊是由發(fā)光二

30、極管顯示字段的顯示器件。通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接。在設(shè)計(jì)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線(xiàn)和8*N根段選線(xiàn)。根據(jù)顯示方式不同，位選線(xiàn)與段選線(xiàn)的連接方法不同。段選線(xiàn)控制字符選擇，位選線(xiàn)控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由響應(yīng)的I/O口

31、線(xiàn)控制。其中兩片74LS244分別用于段信號(hào)和位信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，74LS273用于段信號(hào)的鎖存，其鎖存地址為7FFFH。 圖2.7 LED數(shù)碼管顯示方式方案二： LCD顯示LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱(chēng)，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線(xiàn)，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線(xiàn)折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。比LED要好的多，但是價(jià)錢(qián)較其貴。在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專(zhuān)用符號(hào)

32、和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過(guò)，在此不作介紹，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線(xiàn)管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。（2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子

33、狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。（4）功耗低：相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示器各種圖形的顯示原理（1）線(xiàn)段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由MN個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16

34、8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上6416個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線(xiàn)，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線(xiàn)；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線(xiàn)和8條暗線(xiàn)組成的虛線(xiàn)。這就是LCD顯示的基本原理。（2）字符的顯示：用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成，既要

35、找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。（3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，

36、設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié)直到32B顯示完就可以L(fǎng)CD上得到一個(gè)完整漢字。1602字符型LCD簡(jiǎn)介字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。我們以1602LCD字符型液晶顯示器為例。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符，芯片工作電壓:4.55.5V，工作電流:2.0mA(5.0V)，模塊最佳工作電壓:5.0V，

37、字符尺寸:2.954.35(WH)mm19。由于本次設(shè)計(jì)的顯示模塊需要顯示多位數(shù)字，如果采用數(shù)碼管顯示的話(huà)將會(huì)占用多個(gè)單片機(jī)I/O口,使得電路變得更為復(fù)雜。所以選用液晶顯示，1602LCD符合基本條件，能夠采用。2.4.1 LCD12864 12864液晶模塊的引腳連線(xiàn)如圖2-8。其中，第1、2腳為液晶的驅(qū)動(dòng)電源；第三腳VL為液晶的對(duì)比度調(diào)節(jié)，通過(guò)在VCC和GND之間接一個(gè)10K多圈可調(diào)電阻，中間抽頭接VL，可實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)比度的調(diào)節(jié)；液晶的控制線(xiàn)RS、R/W、E分別接單片機(jī)的P0.5、P0.6、P0.7；數(shù)據(jù)口接在單片機(jī)的P2口；BL+、BL-為液晶背光電源。圖2-8 1602液晶模塊的接線(xiàn)圖1

38、602液晶模塊的初始化過(guò)程：延遲15ms寫(xiě)指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延遲5ms寫(xiě)指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延遲5ms寫(xiě)指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）（以后每次寫(xiě)指令、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)操作之前均需檢測(cè)忙信號(hào)）寫(xiě)指令38H：顯示模式設(shè)置寫(xiě)指令08H：顯示關(guān)閉寫(xiě)指令01H：顯示清屏寫(xiě)指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫(xiě)指令0CH：顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置1602液晶模塊的讀操作時(shí)序如圖2-9所示。圖2-9 1602液晶模塊的讀操作時(shí)序1602液晶模塊的寫(xiě)操作時(shí)序如圖2-10所示。圖2-10 1602液晶模塊的寫(xiě)操作時(shí)序2.5 鍵盤(pán)輸入鍵盤(pán)輸入是人機(jī)交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶(hù)指令的直接途徑。操作者通過(guò)鍵盤(pán)向系

39、統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。因此鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。鍵盤(pán)是由若干個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤(pán)由許多鍵組成，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)斷開(kāi)。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤(pán)接口信號(hào)是輸入信號(hào)。方案一：專(zhuān)用芯片式設(shè)計(jì)專(zhuān)用鍵盤(pán)處理芯片一般功能比較完善，芯片本身能完成對(duì)按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問(wèn)題的處理，甚至還集成了顯示接口功能。列如Intel8279是一種為8位微處理器設(shè)計(jì)的比較成熟的通用鍵盤(pán)/顯示器接口芯片，其功能有：接收來(lái)自鍵盤(pán)的輸入

40、數(shù)據(jù)，并作預(yù)處理；數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。專(zhuān)用鍵盤(pán)處理芯片的優(yōu)點(diǎn)很明顯，可靠性高，口簡(jiǎn)單，使用方便，適合處理按鍵較多的情況。但在很多應(yīng)用場(chǎng)合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。 方案二：矩陣式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)矩陣式鍵盤(pán)又叫行列式鍵盤(pán)。用I/O口線(xiàn)組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如，用22的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成4個(gè)鍵的鍵盤(pán)，44行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個(gè)鍵的鍵盤(pán)。因此，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，可以節(jié)省I/O口線(xiàn)。相對(duì)于專(zhuān)用芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。缺點(diǎn)就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問(wèn)題。 圖2-11 44矩陣鍵盤(pán)考慮到成本方面，我決定采用矩陣鍵盤(pán)。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，軟

41、件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。如果是機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)人員，往往需要同時(shí)考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及信號(hào)頻率輸入處理。程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫(xiě)程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。 根據(jù)算法畫(huà)流程圖：畫(huà)程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。編寫(xiě)程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選

42、用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類(lèi)程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語(yǔ)句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序和延時(shí)程序等組成。3.1 C語(yǔ)言在單片機(jī)中的應(yīng)用C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上非常流行。它既可以用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，單片

43、機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。C語(yǔ)言是當(dāng)前最流行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它像其它高級(jí)語(yǔ)言一樣，面向用戶(hù)，面向解題的過(guò)程，編程者不必熟悉具體的計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令；C語(yǔ)言又像匯編語(yǔ)言一樣，可以對(duì)機(jī)器硬件進(jìn)行操作。如進(jìn)行端口I，0操作、位操作、地址操作，并可內(nèi)嵌匯編指令，將匯編指令當(dāng)作它的語(yǔ)句一樣。我們知道，匯編語(yǔ)言將涉及計(jì)算機(jī)硬件，所以C語(yǔ)言又像低級(jí)語(yǔ)言一樣，可以對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行控制，因此人們把它稱(chēng)為介于高級(jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言之間的一種中級(jí)語(yǔ)言。正是因?yàn)镃語(yǔ)言具有這樣的特性，所以很適合編寫(xiě)要對(duì)硬件進(jìn)行操作的軟件程序。本文采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)因?yàn)榇讼到y(tǒng)軟件比較，其存儲(chǔ)量較大，因此必須應(yīng)用C語(yǔ)言編程了。3.2 系統(tǒng)主程序流

44、程圖在系統(tǒng)通電后，主程序首先完成系統(tǒng)初始化，其中包括系統(tǒng)變量定義和給系統(tǒng)變量賦初值等，然后調(diào)用A/D采集函數(shù)，將A/D采集模塊輸出的24位二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，接著進(jìn)行調(diào)零和定標(biāo)，最后分離出四位十進(jìn)制數(shù)據(jù)的千位、百位、十位和個(gè)位，調(diào)用液晶顯示函數(shù)，將對(duì)應(yīng)的數(shù)值送到對(duì)應(yīng)的液晶上進(jìn)行顯示。系統(tǒng)主函數(shù)流程圖如圖3-1所示。圖3-1 主程序流程圖3.3 子程序設(shè)計(jì)3.3.1 A/D數(shù)據(jù)采集子程序A/D數(shù)據(jù)采集子程序主要是采集壓電傳感器的輸出小信號(hào)，前24個(gè)ADSK脈沖采集24位串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)，接下來(lái)的13個(gè)ADSK脈沖選擇下次A/D采集的通道和增益，本設(shè)計(jì)采用1個(gè)ADSK脈沖，選擇通道A，增益為

45、128。其流程圖如圖3-2所示。 開(kāi)始返回輸出數(shù)據(jù)編碼采集4位串行數(shù)據(jù)A/D端口初始化選擇下次采集通道和增益圖3-2 A/D數(shù)據(jù)采集子函數(shù)流程圖3.3.2 顯示子程序顯示子程序主要是來(lái)判斷是否需要顯示,以及如何去顯示,也是十分重要的程序之一。設(shè)計(jì)流程圖如圖3-3所示。圖3-3 顯示子程序流程圖3.3.3 鍵盤(pán)掃描子程序鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)成4X4矩陣式，在程序中可以先判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤(pán)代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)流程圖如圖3-4所示。圖3-4 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖第四章 系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)硬件調(diào)試比較簡(jiǎn)單，首先檢查電路的焊接是否正確，用萬(wàn)用表檢測(cè)電路板是否存在

46、短路或者斷路。經(jīng)檢測(cè)后再接上電源，用萬(wàn)用表測(cè)量電源部分的各個(gè)輸出電壓值，經(jīng)調(diào)試正常后方可接到各部分電路。先按下單片機(jī)復(fù)位鍵將系統(tǒng)復(fù)位，調(diào)用液晶顯示子函數(shù)顯示1234，顯示無(wú)誤后，接上傳感器和由24位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，將全部的程序燒到芯片中，觀察液晶上是否顯示0000，如果沒(méi)有顯示，即進(jìn)行軟件調(diào)零工作，待調(diào)零完成后，用手給傳感器慢慢施加壓力，看數(shù)液晶的數(shù)值是否也跟隨增大，當(dāng)放手后，看液晶的數(shù)值是否回到0000附近。4.1 AD值反向轉(zhuǎn)換重力值的參數(shù)計(jì)算滿(mǎn)量程輸出電壓=激勵(lì)電壓*靈敏度1.0mv/v，例如：供電電壓是5v 乘以靈敏度2.0mv/v=滿(mǎn)量程10mv。相

47、當(dāng)于有10Kg 重力產(chǎn)生時(shí)候產(chǎn)生10mV 的電壓。假設(shè)重力為 AKg， （x10Kg）,測(cè)量出來(lái)的 AD 值為 y， 10Kg傳感器輸出，發(fā)送給 AD 模塊兒的電壓為 AKg* 8.6mV /10Kg =0.86A mV 經(jīng)過(guò)128倍增益后為 128 *0.86A = 110.08AmV 轉(zhuǎn)換為24bit 數(shù)字信號(hào)為 110.08A mV *224/4.3V =. 7296A 所以 y =. 7296A /100 = 4294. A 因此得出 A = y /4294. Kg y / 4.30 g 所以得出程序中計(jì)算公式Weight_Shiwu = (unsigned int)(float)We

48、ight_Shiwu/4.30+0.05);4.2 誤差分析由于所采用的傳感器靈敏度很高，如果傳感器在水平方向固定的不是很好，會(huì)存在一定的誤差。另外傳感器的引線(xiàn)也很靈敏，稍微觸動(dòng)一下，也會(huì)產(chǎn)生誤差?？偨Y(jié)隨著集成電路和計(jì)算機(jī)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(jī)，因其極高的性?xún)r(jià)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(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測(cè)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(hào)輸出的器件或裝置本次設(shè)

49、計(jì)中的全橋電子稱(chēng)就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機(jī)、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，終于按照畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度要求如期完成了實(shí)用電子秤控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然碰到了不少的困難，但是在老師的指導(dǎo)以及自己的努力下，終于取得了一定成果。一、 主要工作及結(jié)論1、熟悉STC89C52單片機(jī)功能及工作特性，掌握其接口擴(kuò)展方法。2、通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集的分析，了解了各種傳感器、放大器及A/D轉(zhuǎn)換器有了更深的認(rèn)識(shí)。3、對(duì)鍵盤(pán)和顯示器進(jìn)行選型比較，得出各種型號(hào)優(yōu)劣比。4、采用面向?qū)ο蟮乃枷耄謱哟?、分模塊構(gòu)建設(shè)計(jì)的總體框架。二、 存在

50、的問(wèn)題1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，有待改善。比如系統(tǒng)的超量程信號(hào)直接由單片機(jī)送入報(bào)警電路，沒(méi)有設(shè)計(jì)保護(hù)電路再入單片機(jī)處理后送入報(bào)警電路。2、沒(méi)有擴(kuò)展更多電路，如日歷時(shí)鐘電路、通訊接口電路等。日歷時(shí)鐘電路可以顯示購(gòu)貨日期，通訊接口電路可以與上位機(jī)（PC機(jī)）進(jìn)行通訊，從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上位機(jī)，然后通過(guò)串口或并口通訊與電子稱(chēng)相連，達(dá)到遠(yuǎn)距離控制的目的。3、對(duì)各種實(shí)用芯片價(jià)格了解不夠，選擇上任有欠缺，如所選的稱(chēng)重傳感器價(jià)格較貴。這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作留下了積極的影響。致謝大學(xué)生涯即將結(jié)束，臨近畢業(yè)，我感慨良多。在論文的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了許多有關(guān)壓電傳感器、A/D轉(zhuǎn)換和C程序設(shè)計(jì)方面的文獻(xiàn)資料，使

51、我對(duì)壓電傳感器的設(shè)計(jì)和使用有了更深的認(rèn)識(shí)。從論文選題到完成論文，呂虹老師付出了大量心血。設(shè)計(jì)過(guò)程中，他從多方面進(jìn)行指導(dǎo)，不斷對(duì)論文提出修改意見(jiàn)。呂虹老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，求實(shí)的精神，時(shí)刻感染著我。在此，我要衷心地感謝呂虹老師！論文的完成，不僅是我大學(xué)四年知識(shí)積累的體現(xiàn)，而且也是電信學(xué)院所有老師悉心教導(dǎo)的結(jié)果，感謝他們讓我掌握了一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，專(zhuān)業(yè)技能和一些做人的道理。同時(shí)，我也要感謝周?chē)粩喙膭?lì)、支持、幫助我的同學(xué)們，是你們的友情、關(guān)心、愛(ài)心讓我倍感生活的精彩和溫暖。最后，我要特別感謝我的家人，他們辛勤的付出，無(wú)私的關(guān)愛(ài)讓我體會(huì)到親情的偉大，為我茁壯成長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境。參考文獻(xiàn)1

52、Chen Guang,Wang Yong,Wu Gang.Frequency domain identification of flexible structure with the resistance strain gauge sensorA.Intelligent Control and Automation, 2004. WCICA 2004. Fifth World Congress C.2004.2 D. Macnamara,D. Thiel.Optimizing piezo-resistive strain gauge characteristics for intelligen

53、t strain sensing applicationsA.Microelectronics:Design,Technology,and Packaging IIC.2006.3 Clarence W. de Silva.Signal Conditioning and Modification: Bridge CircuitsA.Vibration and Shock HandbookC.2005.4 Sifuentes, E,Casas, O.Direct interface circuit to linearise resistive sensor bridgesJ.Sensors an