基于SN8P19系列單片機(jī)AutoRun功能體重秤的設(shè)計(jì)

1、基于SN8P19系列單片機(jī)Auto-Run功能體重秤的設(shè)計(jì)摘 要現(xiàn)代社會(huì)隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)自己的身體健康越來越關(guān)注，而體重又是衡量身體健康與否的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，因此用一臺(tái)體重計(jì)定期測(cè)量自己的體重是很必要的。傳統(tǒng)的體重秤是儀表形式的，不僅測(cè)量的誤差比較大，而且讀數(shù)很不方便，體積上會(huì)占用更多的空間。因此一款便攜，易操作，測(cè)量精度高的體重秤就很能滿足人們的需求。本文以松翰SN8P1937單片機(jī)為核心，基于Auto-Run功能，當(dāng)待測(cè)重量達(dá)到體重秤的開機(jī)重量時(shí)便開始稱重，不像以前的體重秤要用腳踩腳踏開關(guān)才能開始稱重。該單片機(jī)內(nèi)部集成了16位的AD轉(zhuǎn)換功能，可編程增益放大器，液晶驅(qū)動(dòng)等豐富的片

2、內(nèi)資源。該系統(tǒng)只有在稱重的時(shí)候在正常模式工作，此時(shí)會(huì)打開硬件資源，其他時(shí)間都工作在綠色模式，綠色模式芯片的電流只有幾個(gè)微安，因此，該款體重秤非常省電，有很好的實(shí)用性和環(huán)保性。該設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件設(shè)計(jì)部分分為：LCD顯示部分，壓力信號(hào)采集與轉(zhuǎn)變， EEPROM，低電壓檢測(cè)模塊和部分按鍵。由于壓力傳感器的輸出信號(hào)是非線性的，所以如果利用線性的處理方法有很大誤差，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。因此采用分段線性的方法完成AD轉(zhuǎn)換部分和放大電路部分的設(shè)計(jì)。軟件部分先完成各個(gè)模塊的底層驅(qū)動(dòng)，然后完成應(yīng)用層的設(shè)計(jì)，最終使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。關(guān)鍵詞：體重秤，SN8P1937，Auto-Run功能，壓力

3、傳感器The Design of Weighing ScaleBased on SN8P19 Series MCU Auto-Run FeaturesAbstractModern society, as peoples living standards improved, people become increasingly concerned about their health, as weight is an important factor whether healthy or not .It is important for people to use a scales to mea

4、sure their weight.The traditional form of instrument scales are not only relatively large measurement errors, but also not easy reading，and volume of the scales will take up more space.So a portable, easy operating, high precision scales, clearly meet the needs of the people.In this paper, Sonix SN8

5、P1937 MCU core, based on Auto-Run feature, it works when weight tested reaches the minimum of the weighing scales,unlike the previous of weighing scales use foot pedal to begin counting. The MCU integrates a 16-bit AD conversion, programmable gain amplifiers, LCD driver rich on-chip resources and so

6、 on. The system only weighing when in normal mode, open the hardware resources, the other time working in the green mode, green mode only cost a few microamps of current,so this kind of weighing scales is very power savings and have a good practical and environmental protection.The design is divided

7、 into two parts, hardware design and software design. The part of hardware design is divided into: LCD display part, the pressure signal acquisition and change, EEPROM, low voltage detection module and some buttons. As the pressure sensor output signal is nonlinear, so if the linear approach will ca

8、use error. The method used piecewise linear to complete the part of AD conversion part and the design of amplifier circuit. At first,software part complete the bottom driver of each module, and then complete the design of application layer, eventually the system to achieve the desired results.KEYWOR

9、DS:Weighing Scale,SN8P1973,Auto-Run Function, Pressure Sensor 目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 引言11.2 稱重技術(shù)和衡器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11.3 體重秤的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)21.4 課題提出的背景和意義31.5 課題的主要工作及論文結(jié)構(gòu)安排32 體重秤功能與操作方法52.1 體重秤的功能52.1.1 稱重52.1.2 零點(diǎn)校正52.1.3 分段校正52.1.4 增益設(shè)置52.1.5 AD采樣速率設(shè)置62.1.6 AD參考電壓設(shè)置62.1.7 LCD參數(shù)設(shè)置62.2 體重秤的操作62.3 本章小結(jié)63 系統(tǒng)總體設(shè)

10、計(jì)73.1 系統(tǒng)方案選擇73.2 單片機(jī)選擇83.3 傳感器選擇123.4 顯示器件選擇133.5 本章小結(jié)144 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)154.1 單片機(jī)外圍硬件電路設(shè)計(jì)154.2 傳感器電路164.3 液晶驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)174.4 鍵盤電路設(shè)計(jì)184.5 EEPROM外圍電路設(shè)計(jì)194.6 通道轉(zhuǎn)換和自動(dòng)增益電路204.7 電池低電壓檢測(cè)電路214.8 AD外圍電路設(shè)計(jì)234.9 系統(tǒng)總體電路圖254.10本章小結(jié)255 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)265.1 系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì)265.1.1 底層驅(qū)動(dòng)層265.1.2 介面層265.1.3 應(yīng)用層275.2 單片機(jī)模式切換275.3 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)275.4 LC

11、D驅(qū)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì)285.5電池低電壓檢測(cè)程序設(shè)計(jì)295.6 AD子程序的設(shè)計(jì)305.7 鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì)305.8 數(shù)據(jù)處理子程序設(shè)計(jì)315.9 初始化找平衡程序335.10校準(zhǔn)子程序345.11快速稱重子程序345.12本章小結(jié)366 總 結(jié)37致謝38參考文獻(xiàn)39附錄 總體硬件電路圖401 緒論隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)

12、驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。作為體重測(cè)量儀器，電子體重秤以其測(cè)量的準(zhǔn)確性和高速性開始逐漸取代傳統(tǒng)的儀表體重秤，成為測(cè)量體重領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。1.1 引言重量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢?duì)貨物交換量進(jìn)行估計(jì)，起初采用木材或陶土制作的容器對(duì)交換貨物進(jìn)行計(jì)量。以后，又采用簡單的秤來測(cè)定質(zhì)量。據(jù)考證，世界上最古老的計(jì)量器具出土于中東和埃及，最古老的衡器和砝碼出自于埃及。秤是最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。低成本、高智能化的電子秤無疑具有極其廣闊的市場前景?，F(xiàn)在能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，節(jié)能問題越來越被別人關(guān)注，功耗越

13、低就越受歡迎。現(xiàn)在電子產(chǎn)品越來也多，給人們的生活提供很多方便，體重秤作為電子秤的一個(gè)分支在人們的日常生活中扮演著越來越不可或缺的角色。體積小，易操作，易讀數(shù)，測(cè)量精度高，耗電低的體重秤肯定會(huì)更加受到人們的青睞。本設(shè)計(jì)就是滿足上面需求的一種體重秤，采用16位的AD轉(zhuǎn)換，使得測(cè)量精度更高；整個(gè)秤體積很小，方便攜帶；采用液晶顯示方便使用者讀數(shù)；通過按鍵可以切換單位；系統(tǒng)上電后就運(yùn)行在綠色模式下，內(nèi)部的高速時(shí)鐘關(guān)閉，所有的硬件資源也關(guān)閉，這樣電流只有5uA左右，非常省電。系統(tǒng)每隔1s從綠色模式喚醒一次，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到重物的重量達(dá)到開機(jī)重量后便開始進(jìn)入正常工作模式工作，這樣不僅很省電而且其自動(dòng)開機(jī)功能讓操

14、作簡化。1.2 稱重技術(shù)和衡器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)衡器是通過作用于被測(cè)量物體的重力來確定該物體質(zhì)量的計(jì)量器具。在整個(gè)衡器的發(fā)展過程中，先后主要出現(xiàn)了六種類型的衡器：架盤天平、不等臂平臺(tái)秤、吊車秤、傾斜象限桿秤、彈簧秤和自動(dòng)秤。其中，不等臂平臺(tái)秤（“十進(jìn)秤”）是當(dāng)今動(dòng)態(tài)軌道衡的鼻祖，至今它仍是最通用的一種秤。50年代中期電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過40多年的不斷改進(jìn)與完善，我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。我國電子衡器的技術(shù)裝備和檢測(cè)試驗(yàn)手段基本達(dá)到國際90年代中期的水平。電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。電子稱重

15、技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展：計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。但就總體而言，我國電子衡器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不夠先進(jìn)、工藝裝備與測(cè)試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。我

16、國的電子衡器要打入國際市場。參與國際競爭。就必須執(zhí)行國際法制計(jì)量組織制定的國際建議并要有國際水平的技術(shù)與裝備、有國際水平的質(zhì)量。這就要求企業(yè)以技術(shù)為先導(dǎo)、以質(zhì)量為中心、以管理為基礎(chǔ)，努力提高制造技術(shù)與制造工藝水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。增強(qiáng)國際市場競爭能力。1.3 體重秤的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)體重是人體健康的一個(gè)重要指標(biāo)，所以人們對(duì)體重秤的要求也越來越高，從傳統(tǒng)的杠桿式到現(xiàn)在的高精度，易操作體重秤，體重秤正在隨著人們的需求不斷更新?，F(xiàn)在我們可以見到的體重秤有指針式的，和用LCD顯示的。隨著人們對(duì)精度和測(cè)量速度的要求，電子體重秤有廣闊的前景。目前市面上的體重秤做到了占用空間少，操作方便，測(cè)量精度高等基本的

17、測(cè)量功能，但是集多功能為一體的體重秤將會(huì)是未來發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。智能化和多功能化是體重秤發(fā)展的主要方向。各種新技術(shù)、新器件、新理論的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，必將給體重秤的發(fā)展和應(yīng)用提供廣闊的天地。目前應(yīng)用比較廣泛、技術(shù)比較成熟的智能化電子秤已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠集體重測(cè)量，身高測(cè)量，與PC機(jī)通信及數(shù)據(jù)分析等功能于一體。隨著今后技術(shù)的發(fā)展，智能化的普及以及系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷增加，體重秤一定會(huì)有越來越廣泛的發(fā)展前景。可以通過更多的傳感器測(cè)量人體的血壓，脂肪，體重，身高等。并通過串口通信與PC機(jī)進(jìn)行通信，通過PC機(jī)將接收到得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，然后結(jié)合一些醫(yī)學(xué)常識(shí)可以做一個(gè)專家系統(tǒng)。將你

18、自身的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)過專家系統(tǒng)分析后反饋給用戶他自身的狀況，提醒他應(yīng)該注意的事項(xiàng)。這樣就可以自己在家里對(duì)自己的身體進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控。隨時(shí)關(guān)注自己身體健康。特別是對(duì)有老人的家庭，這樣的系統(tǒng)更是必不可少。在我國，集多能于一體的體重秤還并沒大量普及?？梢灶A(yù)見，多功能，智能化體重秤技術(shù)必將隨著我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而逐步完善和成熟，廣泛地使用在家庭生活中，將會(huì)為提高我國的人民的身體素質(zhì)及延長平均壽命做出巨大貢獻(xiàn)。11.4 課題提出的背景和意義在歐洲國家，人們很注意自己的健康狀況，體重秤成了每家必備的工具，人們可以搭配自己的飲食結(jié)構(gòu)，使其更加的合理。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們也開始注意自己的

19、飲食結(jié)構(gòu)和生活質(zhì)量，我國市場對(duì)各種各樣的電子秤的需求也越來越旺盛，但是我國體重秤產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等問題一直困擾著我們，針對(duì)如此強(qiáng)大的市場需求，對(duì)體重秤的深入研究成了一種發(fā)展趨勢(shì)。而目前市場上的體重秤采用的是指針式的顯示方式，測(cè)量不準(zhǔn)確，精度不夠高，只能給出模糊的測(cè)量結(jié)果，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能也很差而且系統(tǒng)的功耗高，不利于節(jié)能環(huán)保。當(dāng)然也有一些高檔的體重秤，采用LCD顯示，轉(zhuǎn)換精度也很高，系統(tǒng)的各項(xiàng)性能和功能也很優(yōu)越，但是價(jià)格又很高，所以就需要設(shè)計(jì)一款高精度低成本，高性價(jià)比的體重秤，本文就是基于此目的，以普通稱重

20、系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)出了一款最大稱重150KG，最小起秤重量2KG，低功耗，高可靠性的體重秤。1.5 課題的主要工作及論文結(jié)構(gòu)安排體重秤主要從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、方案選擇和各模塊的軟硬件實(shí)現(xiàn)來說明。在系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和方案選擇中對(duì)系統(tǒng)選用的各種芯片進(jìn)行了說明，主控芯片選用的是SONIX公司的SN8P1937芯片，該芯片帶有一個(gè)內(nèi)部的16bitAD轉(zhuǎn)換器、一個(gè)可編程增益放大器、一個(gè)多路開關(guān)、內(nèi)置的溫度檢測(cè)電路和低電壓檢測(cè)電路，所以硬件的設(shè)計(jì)變的非常的簡單，EEPROM選用的是ATMEL公司的AT24C02。在各個(gè)模塊電路的實(shí)現(xiàn)中，軟件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。論文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章為緒論，主要介紹課題的背景，

21、分析了體重秤的意義和需求，體重秤的發(fā)展現(xiàn)狀，并依此總結(jié)了提出本課題的必要性和以后的工作安排。第二章對(duì)體重秤功能進(jìn)行講解，主要對(duì)它具有的功能和它的操作過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。第三章為系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，它主要從系統(tǒng)方案選擇，單片機(jī)選擇以及傳感器的選擇對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確定。第四章為系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，首先講述了SN8P1937的外部電路，由于SN8P1937具有強(qiáng)大的片內(nèi)外設(shè)，所以在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候只需要按著該芯片的外部電路的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)即可，其次對(duì)各外設(shè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如鍵盤電路、EEPROM電路。第五章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，這部分是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)，由于主控芯片SN8P1937的選擇使得整個(gè)系統(tǒng)

22、的硬件電路變的簡單同時(shí)它的軟件設(shè)計(jì)就變的復(fù)雜，這部分主要分為LCD驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)、鍵盤子程序的設(shè)計(jì)、AD子程序的設(shè)計(jì)、電池低壓檢測(cè)子程序的設(shè)計(jì)、校機(jī)子程序，初始化找平衡子程序和數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)。第六章為總結(jié)。對(duì)全文做了總結(jié)，講述了該系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)的功能。2 體重秤功能描述與操作方法2.1 體重秤的功能本系統(tǒng)是基于松翰1937單片機(jī)設(shè)計(jì)的，該單片機(jī)有豐富的片內(nèi)資源，在下一章中將會(huì)詳細(xì)介紹。該單片機(jī)有四種工作模式：正常模式，綠色模式，低速模式，睡眠模式。綠色模式是一個(gè)低功耗模式。在綠色模式下，只有定時(shí)器可以繼續(xù)工作，其他的硬件資源都已經(jīng)停止工作，外部高速/內(nèi)部低速振蕩器仍在工作，芯片工作電流降低

23、至5uA（3V），可通過設(shè)定T0來確定系統(tǒng)的喚醒時(shí)間，也可以由P0/P1的電平觸發(fā)信號(hào)立即喚醒。在本系統(tǒng)中，采用T0來喚醒，喚醒的時(shí)間間隔為1s。系統(tǒng)上電之后便工作在綠色模式下，每1s喚醒一次，進(jìn)入正常工作模式，檢測(cè)待測(cè)重物的重量是否達(dá)到開機(jī)重量（5kg），如果沒有到則繼續(xù)進(jìn)入綠色模式。當(dāng)重物的重量達(dá)到5kg的時(shí)候，系統(tǒng)進(jìn)入到正常工作模式，此時(shí)硬件資源可以正常工作。該體重秤系統(tǒng)具有自動(dòng)開機(jī)功能，而且功耗低很低?？蓽y(cè)量的最大重量為150kg，最小測(cè)量重量為2kg。當(dāng)電池電壓低于單片機(jī)工作電壓或待測(cè)物體重量超量程的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，提醒用戶。在本次設(shè)計(jì)中，體重秤的性能可以從以下幾部分說明。2.1.1

24、 稱重 體重秤在檢測(cè)到有壓力信號(hào)的時(shí)候自動(dòng)開機(jī)，在應(yīng)變片上將重物產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，送到AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后將人體的體重顯示在液晶屏上。2.1.2 零點(diǎn)校正體重秤在每次開機(jī)的時(shí)候，會(huì)讀取當(dāng)前狀態(tài)的AD轉(zhuǎn)換的值，并同時(shí)將該值記錄為零點(diǎn)的AD值，本次開機(jī)的測(cè)量均是以此為基準(zhǔn)。2.1.3 分段校正由于傳感器的傳輸曲線不是線性的，而是呈現(xiàn)出拋物線的特性，為了保證稱重的精度要求，就需要對(duì)該傳輸曲線進(jìn)行分段線性，使其與傳感器的傳輸曲線達(dá)到更好的擬合。2.1.4 增益設(shè)置在稱重的過程中可以根據(jù)待測(cè)物的重量，改變可編程增益放大器的放大倍數(shù)。來達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量。2.1.5 AD采樣速率設(shè)置根據(jù)采樣定理，為

25、了消除混疊干擾，采樣速率最小為2倍的信號(hào)的速率，以不同的速率采樣信號(hào)，可以濾除不同頻率的雜波，所以可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況選擇適當(dāng)?shù)牟蓸铀俾?，使信?hào)更加準(zhǔn)確的被轉(zhuǎn)換。2.1.6 AD參考電壓設(shè)置不同的傳感器需要不同的參考電壓，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，使系統(tǒng)適應(yīng)不同的傳感器，可以設(shè)置AD的參考電壓的值。2.1.7 LCD參數(shù)設(shè)置LCD的偏壓選擇、驅(qū)動(dòng)的輸出時(shí)鐘速率和時(shí)鐘源也是可以控制的，對(duì)不同的LCD可以選擇相應(yīng)的偏壓和驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘速率，使得系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的LCD屏，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。2.2 體重秤的操作以上介紹了體重秤的基本功能，下面介紹體重秤的操作過程，為以后的軟件提供參考:(a) 當(dāng)有負(fù)載

26、時(shí)體重秤會(huì)自動(dòng)開機(jī)，開機(jī)即可稱重。(b) 當(dāng)稱重?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定后，重量會(huì)閃爍3次后鎖定，此時(shí)數(shù)據(jù)為有效讀數(shù)。(c) 稱重穩(wěn)定后不會(huì)自動(dòng)解鎖，重量保持顯示6秒后關(guān)機(jī)，要重復(fù)稱重必須在約6秒內(nèi)離秤后在繼續(xù)，每次稱重結(jié)束會(huì)抓取零點(diǎn)。(d) 系統(tǒng)上電顯示零點(diǎn)的內(nèi)碼值。(e) 切換單位的I/O口，電平變化，抓取穩(wěn)定的零點(diǎn)，然后進(jìn)入50KG校正點(diǎn)。顯示50KG閃爍。(f) 當(dāng)內(nèi)碼較零點(diǎn)內(nèi)碼超出3000后，則顯示由50KG閃爍切換到內(nèi)碼顯示。穩(wěn)定后進(jìn)入100KG校正點(diǎn)。顯示100KG閃爍。(g) 當(dāng)內(nèi)碼較50KG穩(wěn)定點(diǎn)的內(nèi)碼超出3000后，則顯示由100KG閃爍切換到內(nèi)碼顯示。穩(wěn)定后進(jìn)入150KG校正點(diǎn)。顯示15

27、0KG閃爍。(h) 當(dāng)內(nèi)碼較100KG穩(wěn)定點(diǎn)的內(nèi)碼超出3000后，則顯示由150KG閃爍切換到內(nèi)碼顯示。穩(wěn)定后寫入EEPROM，然后提示PASS后進(jìn)入正常稱重模式。2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了體重秤的功能和操作方法，軟件操作將上述功能通過軟件的方式描述出來，再加上一些外圍電路便可以實(shí)現(xiàn)上述功能。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)方案選擇體重秤的應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和軟件所組成，硬件是指單片機(jī)、擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等；軟件部分是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密結(jié)合、協(xié)調(diào)一致才能提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。設(shè)計(jì)硬件的時(shí)候應(yīng)該考慮軟件的設(shè)計(jì)方法，而軟件的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)硬件原理和系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行的。按

28、照設(shè)計(jì)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(jī)交互界面模塊。數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和AD轉(zhuǎn)換部分組成。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成對(duì)數(shù)字量的處理。驅(qū)動(dòng)顯示模塊和鍵盤完成人機(jī)間的信息交換。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)各個(gè)模塊的功能來設(shè)計(jì)體重秤的方案有以下幾種：方案一：此方案是最簡單的設(shè)計(jì)方案，將壓力傳感器的壓力信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理后送去顯示。結(jié)構(gòu)原理圖為：圖3-1 方案一的結(jié)構(gòu)原理圖此方案就是最基本的數(shù)據(jù)采集，簡單可行?？梢岳脝纹瑱C(jī)內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。該方案的硬件簡單，軟件在編寫上也不復(fù)雜。但是功能單一，只

29、能顯示，沒有輸入接口。該系統(tǒng)的電路可擴(kuò)展性不好，體重秤的功能過于單一，采集到的信號(hào)的抗干擾能力不強(qiáng)，所以達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。方案二：由于上一個(gè)方案存在沒有輸入，信號(hào)的抗干擾能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)，所以本方案中在前一個(gè)方案的基礎(chǔ)上增加了鍵盤輸入裝置，并在電路的前段加上信號(hào)調(diào)理電路。結(jié)構(gòu)原理圖為：圖3-2 方案二的結(jié)構(gòu)原理圖此方案的優(yōu)點(diǎn)是可以通過按鍵進(jìn)行單位的轉(zhuǎn)換，由于使用習(xí)慣的不同人們習(xí)慣用的測(cè)量單位，這樣的設(shè)計(jì)就更加人性化。因?yàn)椴杉降男盘?hào)一般都很微弱，如果在遇到干擾的時(shí)候可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤，因此采集到電信號(hào)后，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，濾波。增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)有所提高，讓顯示的數(shù)據(jù)也更

30、加準(zhǔn)確。此方案的缺點(diǎn)是電路較復(fù)雜，系統(tǒng)的硬件成本會(huì)增加。方案三：第二種方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了體重秤的基本功能，但是仍然有一些不足，例如當(dāng)電池用完時(shí)應(yīng)該提示用戶及時(shí)更換電池，保存體重秤系統(tǒng)自身的一些信息等。這樣就需要一個(gè)低電池檢測(cè)電路和EEPROM模塊。結(jié)構(gòu)原理圖為：圖3-3 方案三的結(jié)構(gòu)原理圖此方案的優(yōu)點(diǎn)是功能完善，而且操作方案，在上一個(gè)方案的基礎(chǔ)上增加了一些更加人性化的設(shè)計(jì)，當(dāng)電池的電量低于目以設(shè)定的值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提醒用戶更換電池。此外，加上EEPROM后系統(tǒng)的可擴(kuò)展性大大提高。此方案的缺點(diǎn)是硬件電路復(fù)雜，硬件成本較高。但是該系統(tǒng)在可靠性，擴(kuò)展性等方面做得很好，因此該方案可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。3.2

31、 單片機(jī)選擇當(dāng)前市場上的單片機(jī)有51系列，PIC的單片機(jī)，考慮到設(shè)計(jì)要求，就需要找到一款內(nèi)部帶高精度的AD轉(zhuǎn)換器，最好還有可編程增益放大器，電源電壓是有電池提供的，所以這款單片機(jī)最好還要有電池低壓檢測(cè)功能，顯示的時(shí)候一般用的都是液晶顯示，也希望將液晶顯示的驅(qū)動(dòng)也帶有，而這些功能全部是集成在芯片內(nèi)部的，這樣整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠選擇性將大大的提高，同時(shí)系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)的規(guī)模也將大大減少?；谝陨峡紤]，我選擇了SONIX公司的SN8P1937作為主控芯片，該芯片能夠在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作；其控制器具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，圖3-3給出了該單片機(jī)的引腳圖，該單片機(jī)的特點(diǎn)如下：(a) 存儲(chǔ)器配置OTP

32、ROM：2K*16bits、RAM：128*8bits(bank0)、8層堆棧緩存器LCD RAM：4*12bits。(b) I/O引腳配置單向輸入引腳：P0；雙向輸入輸出引腳：P1、P2、P5；具有喚醒功能的引腳：P0、P1；內(nèi)置上拉電阻：P0、P1、P2、P5；外部中斷：P0。(c) 功能強(qiáng)大的指令集一個(gè)指令周期為4個(gè)時(shí)鐘周期、所有的指令均為一個(gè)字長、大部分指令只有一個(gè)周期、指令的最長周期為2個(gè)指令周期、JMP指令可在整個(gè)ROM區(qū)執(zhí)行、查表功能（MOVC）可尋址整個(gè)ROM區(qū)。(d) 可編程增益放大器增益可選選項(xiàng)：1x/16x/32x/64x/128x(e) 16-bit Delta-Sig

33、maADC，具有14位精度ADC的增益可選項(xiàng)：1x/2x/4x2個(gè)ADC信道配置：1個(gè)全差分通道、2個(gè)單端輸入通道。(f) 兩個(gè)中斷源兩個(gè)內(nèi)部中斷：T0、TC0，一個(gè)外部中斷：INT0。(g) 單電源輸入：2.4V5.5V。(h) 內(nèi)置看門狗定時(shí)器 (i) regulator內(nèi)置regulator有2.4V輸出電壓，10MA驅(qū)動(dòng)電流、內(nèi)置參考電壓1.2V的Bandgap用來監(jiān)控電池電壓、內(nèi)置電壓比較器、內(nèi)置ADC參考電壓 V(R+,R-)=0.3V/0.6V.(j) 內(nèi)置0.5S的RTC模式(k) LCD驅(qū)動(dòng)：1/3或1/2偏壓、4common*12segment。(l) 雙重時(shí)鐘提供4種操作

34、模式外部高速時(shí)鐘：晶體，最大8MHz 內(nèi)部高速時(shí)鐘：16MRC正常模式：高低速時(shí)鐘均可運(yùn)行低速模式：僅低速時(shí)鐘運(yùn)行睡眠模式：高低速時(shí)鐘均停止運(yùn)行。MCU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，如圖3-4所示：圖3-4 SN8P1937的總體架構(gòu)由圖3-4可以看出，SN8P1937包括CPU、RAM、ROM、Chargr pump、Regulator、PGIA、16bit的ADC等各種片內(nèi)外設(shè)。CPU即為中央處理單元，是整個(gè)單片機(jī)的中樞。它由算術(shù)邏輯單元(ALU)、控制單元和裝用寄存器組3部分組成。算術(shù)邏輯單元ALU是一個(gè)極強(qiáng)的運(yùn)算器，不但可以進(jìn)行簡單的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，還具有數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等功能。它為

35、用戶提供了精簡的指令系統(tǒng)和極快的指令執(zhí)行速度，大部分指令執(zhí)行只需要1個(gè)時(shí)鐘周期。控制單元起著控制器的作用，由時(shí)序發(fā)生器、指令寄存器和振蕩器等電路組成。指令寄存器用于存放從程序寄存器中取出的指令碼，經(jīng)過定時(shí)控制邏輯進(jìn)行譯碼，并在時(shí)鐘脈沖的配合下產(chǎn)生執(zhí)行指令的時(shí)序脈沖，以完成相應(yīng)的指令的執(zhí)行。時(shí)鐘發(fā)生器是控制器的心臟，能為控制器提供時(shí)鐘脈沖。在SN8P1937芯片中，時(shí)鐘可以有兩種產(chǎn)生方式：一種是片內(nèi)RC電路產(chǎn)生；另一種是外接晶振或RC振蕩器。振蕩脈沖經(jīng)過分頻后，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。其頻率是單片機(jī)的重要指標(biāo)之一，時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的速度也就越快，同時(shí)單片機(jī)的穩(wěn)定性也就越差。專用寄存器組是與CPU密切相

36、關(guān)的一組寄存器，主要用來指示要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址、存放操作數(shù)和指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)等。圖3-5 SN8P1937的引腳圖引腳說明如表3-1表3-1 SN8P1937引腳說明引腳名稱類型說明VDD,VSS,AVSSP數(shù)字/模擬電路電源輸入端VLCDPLCD 電源輸入端V2,V3PLCD偏置電壓V1PLCD偏置電流激活/無效控制端AVDDRPRegulator電源輸出引腳，V=2.4V，AVE+P傳感器的Regulator輸出=1.5V，最大輸出電流為10mAACMPBandGap電源輸出為0.4VR+AIADC參考源輸入的正極R-AIADC參考源輸入的負(fù)極X+AIADC差分輸入的正極，和X-引

37、腳之間連接一個(gè)0.01uF的電容X-AIADC差分輸入的負(fù)極AI+AI模擬輸入通道的正極AI-AI模擬輸入通道的負(fù)極CL+Achargepumpregulator 電極電容的正極CL-Acharge pump regulator電極電容的負(fù)極VPP/RSTP,IOTP ROM編程引腳系統(tǒng)復(fù)位輸入端，施密特結(jié)構(gòu)，低電平有效，通常保持高電平XIN/LXIN/P20I,O外部高速時(shí)鐘振蕩器引腳(4M)/外部低速時(shí)鐘32768HZ晶振引腳/與P20共用IO口XOUT/LXOUT/P21I,O外部高速時(shí)鐘振蕩器引腳(4M)/外部低速時(shí)鐘32768HZ晶振引腳/與P21共用IO口P0.0/INT0IP0.

38、0和INT0引腳共用（施密特結(jié)構(gòu)）/內(nèi)置上拉電阻P13:0I/OP1.0P1.3雙向輸入輸出引腳/具有喚醒功能/內(nèi)置上拉電阻P21:0I/OP2.0P2.1雙向輸入輸出引腳/內(nèi)置上拉電阻和XIN/XOUT引腳共用P52:0OP5.0P5.2 單向輸出引腳LBTIN1/2I電池低電壓檢測(cè)輸入引腳，和P5.1、P5.2引腳共用COM3:0OCOM0COM3LCD驅(qū)動(dòng)COM端SEG0SEG11OLCD驅(qū)動(dòng)segment引腳由SN8P1937的特點(diǎn)可以看出，它豐富的片內(nèi)外設(shè)將大大簡化我的設(shè)計(jì)，所以基于SN8P1937單片機(jī)的體重秤的結(jié)構(gòu)框圖，就可以簡化為圖3-6。圖3-6 基于SN8P1937單片機(jī)的

39、體重秤的結(jié)構(gòu)框圖3.3 傳感器選擇傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常傳感器有敏感元件很熱轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適用于傳出和測(cè)量的電信號(hào)部分。對(duì)于體重秤系統(tǒng)來說，傳感器的選擇尤為重要。可供選擇的方案有：方案一：壓電傳感器壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電傳感器。其工作原理是基于默寫材料受理后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)亮的測(cè)量，不適合測(cè)量頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)

40、力或壓力的測(cè)量。壓電器件的弱點(diǎn)是：高內(nèi)阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影像輸出特性，這對(duì)電路要求很高。方案二：電容式傳感器電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。電容傳感器可用來檢測(cè)壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電參量。電容傳感器的基本工作員立刻用最普通的平行極板電容來說明。兩塊相互平行的金屬極板，當(dāng)不考慮器件邊緣效應(yīng)（兩個(gè)極板邊緣處的電力線分布不均勻引起電容量變化）時(shí)，其電容量為 C=12A/d (3-1)在式（3.1）中：d-兩極板間的距離；A-兩平行極板相互覆蓋的有效面積

41、；1-介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；2-真空中的介電常數(shù)。雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡單和良好的動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素：(a) 功率小，阻抗高。受幾何尺寸限制，電容傳感器的電容量都很小，一般為幾皮法至幾十皮法。因?yàn)镃太小，故容抗很大，為高阻抗元件，負(fù)載能力差。由于C很小，功率也很小，因此容易受外界干擾，信號(hào)須經(jīng)放大，并采取抗干擾措施。(b) 初始電容很小，電纜電容、線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。方案三：電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)性傳感器。電阻應(yīng)變片是電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片既可

42、單獨(dú)作為傳感器使用后，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械形變而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變先轉(zhuǎn)換為R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路吧應(yīng)變片的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求采用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。(b)分辨力和靈敏度高，精度較高。(c)結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小，對(duì)復(fù)雜

43、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。(d)商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離，自動(dòng)化測(cè)量。通過以上對(duì)傳感器的比較分析，最終選擇了第三種方案?？紤]到要測(cè)量的體重的量程，精度和避免超重?fù)p壞傳感器等因素。傳感器的量程必須大于體重秤的額定量程。電阻應(yīng)變式傳感器完全滿足本系統(tǒng)的精度要求。3.4 顯示器件選擇方案一：數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示直觀易懂，但是只能顯示數(shù)據(jù)，不能顯示文字或圖像。數(shù)碼管比較廉價(jià)，驅(qū)動(dòng)電路簡單，壽命較長，且不易出現(xiàn)故障，但在背景光較強(qiáng)的時(shí)候顯示不清晰，耗電比較高。不符合本系統(tǒng)低功耗的設(shè)計(jì)原則。方案二：液晶顯示液晶顯示顯示功能比較強(qiáng)大，除可以顯示數(shù)字外，還可以顯

44、示文字和圖像。液晶顯示的價(jià)格也不貴，但是功耗很低，抗干擾能力強(qiáng)，并且所選芯片自帶液晶驅(qū)動(dòng)能力，因此，本設(shè)計(jì)中采用液晶顯示。液晶的顯示是由于在顯示象素上施加了電場，這個(gè)電場由顯示像素前后兩電極上的電位信號(hào)合成產(chǎn)生。在顯示像素上建立直流電場相對(duì)容易，單相的直流電場會(huì)導(dǎo)致液晶材料的化學(xué)反應(yīng)以及電極老化，降低液晶的顯示壽命，因此必須建立交流驅(qū)動(dòng)電場。一般地，由于采用了數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)，這種交流電場是通過脈沖電壓信號(hào)來建立的。 3.5 本章小結(jié)本章對(duì)系統(tǒng)的方案進(jìn)行了論證，對(duì)系統(tǒng)的主控制器芯片、傳感器的類型及顯示器件進(jìn)行了選擇，最終確立以SONIX公司的SN8P1937作為主控制芯片，以電阻應(yīng)變式傳感器為信號(hào)

45、采集的器件，以液晶作為顯示器件，設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，這對(duì)以后的各模塊化的設(shè)計(jì)指明了方向。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上一章中對(duì)系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行了闡述，本章將詳細(xì)說明各個(gè)模塊電路的原理及設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)的自動(dòng)開機(jī)功能是在指將系統(tǒng)從綠色模式喚醒后，在正常模式下進(jìn)行重量的測(cè)量和顯示。綠色模式是通過寄存器設(shè)置的，具體將會(huì)在軟件部分介紹。4.1 單片機(jī)外圍硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的外圍電路包括復(fù)位電路和振蕩電路兩部分。典型的外部復(fù)位電路有一下幾種： (a) 基本RC復(fù)位電路 (b) 二極管&RC復(fù)位電路圖4-1 典型的外部復(fù)位電路圖4-1中(a)圖為一個(gè)基本的由電阻R1和電容C1組成的RC復(fù)位電路，它在系統(tǒng)上電的過程

46、中能夠?yàn)閺?fù)位引腳提供一個(gè)緩慢上升的復(fù)位信號(hào)。這個(gè)復(fù)位信號(hào)的上升速度低于VDD的上電速度，為系統(tǒng)提供合理的復(fù)位時(shí)間，當(dāng)復(fù)位引腳達(dá)到高電平時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。圖4-1中(b)圖R1和C1同樣是為復(fù)位引腳提供輸入信號(hào)。二極管的作用是當(dāng)電源掉電的時(shí)候，電容上的電荷可以通過電阻R快速放電，從而保證系統(tǒng)再次上電時(shí)的正常復(fù)位。對(duì)于不同應(yīng)用需求，選擇適當(dāng)?shù)姆謮弘娮?。MCU復(fù)位引腳上電壓的變化與 VDD電壓變化之間的差值為0.7V。如果VDD跌落并低于復(fù)位引腳復(fù)位檢測(cè)值，那么系統(tǒng)將被復(fù)位。如果希望提升電路復(fù)位電平，可將分壓電阻設(shè)置為R2R1，并選擇VDD與集電極C之間的結(jié)電壓高于0.7V。分壓電

47、阻R1和R2的電流穩(wěn)定，在功耗電路如直流電源系統(tǒng)中，此處的功耗必須計(jì)入整個(gè)系統(tǒng)的功耗中。本系統(tǒng)的復(fù)位電路較為簡單，采用普通的電阻電容式電路即可，復(fù)位電路的電路圖為：圖4-2 復(fù)位電路SN8P1937是一個(gè)雙時(shí)鐘系統(tǒng)：高速時(shí)鐘和低速時(shí)鐘。高速時(shí)鐘由外部振蕩電路或內(nèi)置16MHz高速RC振蕩電路產(chǎn)生。低速時(shí)鐘則由內(nèi)置低速RC振蕩電路產(chǎn)生，高低速時(shí)鐘都可以作為系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)系統(tǒng)工作在低速模式下時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)4分頻之后作為系統(tǒng)指令周期Fcpu。 本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘提供振蕩。正常模式下是內(nèi)部高速時(shí)鐘提供振蕩，綠色模式下是由內(nèi)部低速時(shí)鐘提供振蕩的。4.2 傳感器電路電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變計(jì)、

48、補(bǔ)償電阻和外殼組成，可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。彈性敏感元件受到所測(cè)量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變計(jì)一起變形。電阻應(yīng)變計(jì)再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。常用的電阻應(yīng)變式傳感器有應(yīng)變式測(cè)力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式扭矩傳感器（轉(zhuǎn)矩傳感器）、應(yīng)變式位移傳感器（位移傳感器）、應(yīng)變式加速度傳感器（加速度計(jì)）和測(cè)溫應(yīng)變計(jì)等。電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè)量范圍廣,壽命長,結(jié)構(gòu)簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措

49、施。因此它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中。 圖4-3 傳感器接口電路4.3 液晶驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)SN8P1937作為一種新型的8位微控制器，其內(nèi)置4*12（48點(diǎn)）LCD驅(qū)動(dòng)器，可直接驅(qū)動(dòng)段位式液晶顯示屏，而不用添加專用芯片，接口電路簡單。本系統(tǒng)使用SN8P1937內(nèi)部的LCD驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)面板上的液晶顯示屏，硬件電路將在本節(jié)中詳細(xì)介紹。由于SN8P1937有內(nèi)置的LCD驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)包括4個(gè)common引腳和12個(gè)segment引腳，LCD掃描的時(shí)序占用1/4占空比，1/2或者1/3偏壓，共有48點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。相關(guān)寄存器只有LCDM1寄存器。如表4-1所示：表4-1 LCD寄存器089HBit7Bit6B

50、it5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LCDM1-LCDBNK-LCDENBLCDBIASLCDRATELCDCLK-R/W-R/WR/WR/WR/W復(fù)位后-0-0011Bit5: LCDBNK：LCD顯示控制位0 = 正常顯示1 = 關(guān)閉LCD.Bit3: LCDENB：LCD 驅(qū)動(dòng)使能寄存器0 = 禁止1 = 使能Bit2: LCDBIAS：LCD 偏壓選擇位 0 = LCD的偏壓是 1/3 1 = LCD的偏壓是 1/2 Bit1: LCDRATE：LCD 時(shí)鐘速率控制位（LCD CLK = 1） 0 = LCD時(shí)鐘 = 內(nèi)部RC/ 64 1 = LCD時(shí)鐘 = 內(nèi)部RC/ 32

51、 Bit0: LCDCLK：LCD 時(shí)鐘源選擇控制位. 0 = LCD時(shí)鐘 = 外部時(shí)鐘/214，幀比率 = LCD 時(shí)鐘/ 4 高速時(shí)鐘 = 4M，LCD 時(shí)鐘 = 244.14 Hz，幀比率 = 244.14/4=61.03 高速時(shí)鐘 = 3.58M，LCD 時(shí)鐘 = 218.51 Hz，幀比率 = 218.51/4=54.62 1 = LCD時(shí)鐘 = 內(nèi)部RC /32（LCDRATE=1）或者內(nèi)部 RC = 64 (LCDRATE=0)根據(jù)硬件需求設(shè)置相應(yīng)的功能，顯示部分對(duì)應(yīng)的原理圖為：圖4-4 液晶顯示接口電路4.4 鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)

52、輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識(shí)別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動(dòng)提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對(duì)于主機(jī)任務(wù)繁重的情況，采用可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作例如鍵的識(shí)別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用CPU較多時(shí)間。常見的有：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。非編碼式鍵盤可分獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤兩種：獨(dú)立式鍵盤中，每個(gè)鍵占

53、用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線上的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，且電路結(jié)構(gòu)顯得繁雜。故這種形式適用于按鍵數(shù)量較少的場合；行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤，設(shè)計(jì)4行4列16個(gè)鍵，只占用8根I/O口線，所以鍵數(shù)目較多時(shí)，可節(jié)省I/O口線。這種結(jié)構(gòu)的軟件較繁瑣。由于本次設(shè)計(jì)中需要的按鍵操作很少，MCU的資源很豐富，所以在設(shè)計(jì)中用了獨(dú)立式按鍵，S1接在了P11口，用于單位轉(zhuǎn)換。接口電路如圖4-5所示： 圖4-5 按鍵電路圖4.5 EEPROM外圍電路設(shè)計(jì)EEPROM作為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備

54、，在整個(gè)系統(tǒng)中的作用就是將系統(tǒng)中一些比較重要的數(shù)據(jù)在掉電的情況下存儲(chǔ)起來，例如線性校正的數(shù)據(jù)。下面對(duì)系統(tǒng)中用到的AT24C02（Atmel）作為分析對(duì)象，其他型號(hào)類似。24C02容量為128*8Bit，由于系統(tǒng)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)很少，這個(gè)正好滿足系統(tǒng)的要求。施密特觸發(fā)輸入，允許頁寫入，功能性地址線不允許連接到同一條總線上，通常標(biāo)準(zhǔn)的是引腳（PDIP、SOIC、TSSOP）封裝。以PDIP/SOIC封裝為例，各引腳功能如下圖所述：圖4-6 AT24C02引腳圖A0、A1、A2：器件選擇輸入腳，部分器件可擴(kuò)展，這三個(gè)引腳配置可尋址同一串行總線上的8個(gè)EEPROM，如24XX32/64/128/256/512；某些24XX器件是不能擴(kuò)展的，如24XX00/01/02/04/08/16 的這三個(gè)引腳無效。 Vss：接地。 SDA：雙向引腳，用以串行數(shù)據(jù)輸入/