基于單片機(jī)的鉛膏視密度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的鉛膏視密度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)摘要：目前，鉛酸蓄電池已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的產(chǎn)品。鉛膏視密度參數(shù)直接關(guān)系到其使用壽命與可靠性。鉛膏視密度的檢測(cè)主要是靠人工取樣進(jìn)行稱重測(cè)量 ，大大降低了生產(chǎn)效率，存在一定的滯后性。 本文充分了解了鉛膏的生產(chǎn)工藝和特點(diǎn)，從而想到了這樣的檢測(cè)鉛膏視密度的方法。主要控制芯片為STC89C52單片機(jī)，用壓力傳感器收集數(shù)據(jù)，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示128*64制作出了一種高精度的鉛膏視密度檢測(cè)儀器。用4×4矩陣鍵盤模塊進(jìn)行控制，非常方便，用液晶顯示器顯示結(jié)果。本設(shè)計(jì)檢測(cè)精度高、測(cè)量速度快，解決了人工測(cè)量引起的誤差，提高了生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：視密度；單片

2、機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換；液晶顯示Hardware design of microcomputer monitoring system based on the cell density of pasteAbstract：At present, the lead-acid battery has become the industrial and agricultural production essential products. Lead paste apparent density parameters directly related to its service life and reliab

3、ility. Lead paste apparent density detection is mainly depends on artificial sampling weighing measurement, greatly reduces the production efficiency, there is a certain hysteresis. This article fully understand the production process and characteristics of lead paste, to think of such a test lead p

4、aste method of apparent density. Main control chip is STC89C52 micro-controller, data is collected by pressure sensor and combining with the A/D converter, liquid crystal display 128 * 64 to make A kind of high precision electronic scale. With 4 * 4 matrix keyboard control module, is very convenient

5、, with LCD display the results. This design testing precision, fast measurement speed, solved the error caused by artificial measurement, improves the production efficiency. Key words：Apparent density; electronic scale; MCU; A/D conversion目 錄1引言41.1選題的背景及意義41.2關(guān)于選題的研究現(xiàn)狀41.3主要研究方法42系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.1 基本實(shí)現(xiàn)方法4

6、2.2基本原理及設(shè)計(jì)思路42.3小結(jié)43硬件設(shè)計(jì)43.1檢測(cè)電路設(shè)計(jì)43.2 A/D電路的設(shè)計(jì)43.3控制芯片43.4電源部分設(shè)計(jì)43.5顯示電路43.6鍵盤輸入43.7小結(jié)44程序設(shè)計(jì)44.1主程序的設(shè)計(jì)44.2擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)44.3 HX711輸出參數(shù)的確定44.4小結(jié)45總結(jié)4參考文獻(xiàn)4附 錄4致 謝431引言1.1選題的背景及意義隨著工業(yè)水平的進(jìn)步，鉛酸蓄電池技術(shù)不斷地發(fā)展，對(duì)蓄電池的鉛膏視密度的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，新型鉛膏視密度檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越受到蓄電池制造廠家的青睞。鉛膏的生產(chǎn)工藝直接影響鉛膏的視密度參數(shù)，新型合膏技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，各種合膏技術(shù)層出不窮。鉛膏是由一定氧化度和表觀密度的鉛粉與

7、水和硫酸通過(guò)機(jī)械攪拌混合而形成的具有一定可塑性的膏狀物質(zhì)，鉛膏的視密度是鉛粉分散在硫酸和水的液體中自然堆集后其總重量與總體積之比，單位為 g/cm3。鉛膏的視密度是鉛膏質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)極板活性物質(zhì)的孔隙率的形成狀態(tài)有很大的影響，鉛膏視密度還影響了嚴(yán)重鉛酸蓄電池的容量和使用壽命。因此，研究鉛膏視密度對(duì)提升電池極板活性物質(zhì)利用率和電池使用壽命意義重大，而且能夠改善因鉛膏視密度的影響造成的極板彎曲變形這一狀況。1.2關(guān)于選題的研究現(xiàn)狀近年來(lái)，對(duì)鉛膏進(jìn)行研究的人很多，發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)也很多如：陳紅雨在2001年發(fā)表的鉛膏制備原理與方法的研究，提出了采用真空合膏技術(shù)的重要性；戰(zhàn)祥連在2006年發(fā)表的鉛粉

8、視密度對(duì)鉛酸蓄電池性能的影響，說(shuō)明了用低視密度的鉛粉合成的鉛膏生產(chǎn)的管式蓄電池性能比視密度高的蓄電池好。1.3主要研究方法 用小鋼鏟取適量的不同處的鉛膏裝入一定容積的不銹鋼杯內(nèi)，并用力不斷的振動(dòng)，直到鉛膏填充鋼杯內(nèi)無(wú)空隙和氣泡為止，重復(fù)進(jìn)行上述步驟到鋼杯被填滿為止，然后用硬直的鋼尺刮去杯口多余的鉛膏，并將鋼杯外部擦干凈，放在電子秤上，稱出其總重量（鉛膏重量與鋼杯重量之和），鉛膏視密度按下式計(jì)算。 1-1鉛膏的視密度；m2鋼杯和鉛膏總質(zhì)量；m1鋼杯的質(zhì)量；由以上方法，只需要設(shè)計(jì)出一種符合要求的鉛膏視密度檢測(cè)儀器即可實(shí)現(xiàn)鉛膏視密度的檢測(cè)。272系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 基本實(shí)現(xiàn)方法本系統(tǒng)由硬件設(shè)計(jì)部分和

9、軟件編程設(shè)計(jì)部分組成。硬件部分由傳感器，A/D轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)，鍵盤，液晶顯示和電源電路組成，各部分的主要功能為：壓力傳感器用來(lái)測(cè)量重量數(shù)據(jù)，A/D用來(lái)將微小的模擬量放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，單片機(jī)控制模塊，人機(jī)接口和數(shù)據(jù)鎖存器。單片機(jī)控制模塊采用了STC89C52單片機(jī)作為核心控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子秤的基本控制；數(shù)據(jù)信息處理模塊選用了應(yīng)變片式傳感器和HX711的A/D轉(zhuǎn)換部分；人機(jī)部分采用了4×4矩陣鍵盤進(jìn)行按鍵設(shè)置及人工清零操作；再加上液晶顯示顯示輸出結(jié)果，基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鉛膏視密度的檢測(cè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖稱重傳感器HX711A/D芯片電源電路矩陣鍵盤STC89C5

10、2單片機(jī)液晶顯示2.2基本原理及設(shè)計(jì)思路 當(dāng)將單位體積的鉛膏放到測(cè)量托盤上時(shí)，迫使壓力應(yīng)變片產(chǎn)生形變，導(dǎo)致自身電阻值隨壓力大小的變化而變化，這個(gè)變化是線型變化。從而完成了將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于這個(gè)電信號(hào)是很微小，并且是模擬量，由于52單片機(jī)不能直接對(duì)模擬量進(jìn)行處理，所以要對(duì)這個(gè)微小信號(hào)放大處理，經(jīng)過(guò)A/D將模擬量變成數(shù)字量，在這個(gè)過(guò)程中，我使用了HX711芯片，該芯片是一個(gè)24位雙通道A/D轉(zhuǎn)換器，它內(nèi)帶最大128倍放大電路和模擬電壓輸出。它具有精度高，安全可靠，較高集成的特點(diǎn)，其模擬電壓輸出還可為測(cè)量電橋供電。經(jīng)HX711處理放大后的信號(hào)可由STC89C52處理，最后由LCD輸出結(jié)果。

11、按鍵鍵盤模塊可以輸入測(cè)量時(shí)候容器質(zhì)量，進(jìn)行人工清零等操作?？紤]到電子秤的準(zhǔn)確度，應(yīng)對(duì)電源電壓進(jìn)行處理。2.3小結(jié) 在本設(shè)計(jì)過(guò)程中，用到的硬件有應(yīng)變片傳感器，還用到了下列芯片：HX711，STC89C52單片機(jī)和128*64顯示器，LM7805穩(wěn)壓芯片。我查閱了很多硬件的相關(guān)資料，了解了各個(gè)硬件的基本功能和用法，并了解了相關(guān)硬件的原理與接線方法。3硬件設(shè)計(jì)3.1檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.1.1常用傳感器的工作原理電阻式傳感器是一種把被測(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，在非電量檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用最廣、最成熟和最重要的傳感器之一，常用的電阻式傳感器有電位器式、熱敏效應(yīng)式等類型。電阻應(yīng)變式傳感器的原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，

12、彈性敏感元件受到外力作用產(chǎn)生了形變，而應(yīng)變計(jì)在上面，而且隨發(fā)生變形，電阻應(yīng)變計(jì)的變化導(dǎo)致了電阻值增加或減少。經(jīng)過(guò)專門的測(cè)量電路把電阻變化變成了電信號(hào)。應(yīng)變片主要有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片就是利用了金屬材料的電阻定律。應(yīng)變片發(fā)生了變化，會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)尺寸的變化，從而導(dǎo)致其電阻值的變化。 3-1金屬電阻率，*m；l金屬長(zhǎng)度，m；A金屬橫截面積；m2r金屬半徑，m。半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)做成的，半導(dǎo)體受到軸向外力導(dǎo)致其電阻率變化。其電阻相對(duì)變化為： 3-2為半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻率相對(duì)變化，與所受到的軸向應(yīng)變力成正比， 3-3半導(dǎo)體壓阻系數(shù)將式3-3代入中得： 3-4其中1+

13、2µ隨著幾何形狀變化，為壓阻效應(yīng)，隨電阻率變化，實(shí)驗(yàn)證明：是1+2µ的幾百倍，因此可以把1+2µ忽略不計(jì)，這樣半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)就應(yīng)為： 3-5半導(dǎo)體應(yīng)變片體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)寬，輸出范圍大，無(wú)需放大器，缺點(diǎn)是應(yīng)變非線性比較嚴(yán)重。3.1.2傳感器的選擇 外界環(huán)境對(duì)傳感器有很大的影響，如高溫就能使傳感器的焊點(diǎn)脫焊，彈性元件內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在潮濕的環(huán)境傳感器很容易短路；在高腐蝕環(huán)境下彈性體的傳感器很容易損壞或短路，在電磁場(chǎng)中容易使傳感器輸出信號(hào)紊亂等。由于顯示結(jié)果是傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換放大后得到的，所以還要求傳感器的輸出信號(hào)與顯示電路的輸入信號(hào)匹配。

14、考慮到以上各種因素，本設(shè)計(jì)選用了應(yīng)變片式傳感器，它具有分辨力高，能測(cè)出極微小應(yīng)變；誤差小，一般低于1%；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；尺寸小、重量輕，測(cè)量范圍較大；測(cè)量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；在磁場(chǎng)、放射性、化學(xué)腐蝕條件下采取一定措施仍能可靠工作；價(jià)格也比較便宜，品種多樣。綜合以上各種因素，本設(shè)計(jì)選用應(yīng)變片式傳感器，完全符合硬件設(shè)計(jì)要求。3.1.3電阻式傳感器的測(cè)量電路本文采了用橋式測(cè)量電路，電橋橋臂由R1 ， R2 ， R3 ，R4組成，負(fù)載為RL。直流電橋的基本形式如圖3.1所示。圖3.1 直流電橋當(dāng)RL ，電橋輸出電壓為U0 3-6U0=0時(shí)，電橋平衡 3-7電橋平衡的條件：平衡電橋的橋路中兩相鄰臂電阻

15、值之比應(yīng)相等，流過(guò)負(fù)載電阻的電流為0。在測(cè)量中用應(yīng)變片代替第一個(gè)橋臂的電阻R1，微小的應(yīng)變導(dǎo)致了電阻阻值的微小變化，從而造成了電橋輸出電壓的微小變化，微小變化用放大器進(jìn)行放大。放大器輸入阻抗與電橋輸出電阻的比值很大，電橋的狀態(tài)視為開路。受到應(yīng)變力時(shí)，我們假設(shè)應(yīng)變片的電阻變化量為R1，其它橋臂不變，則輸出電壓U00。 3-8假設(shè)橋臂比用n來(lái)表示，則n=R2 / R1，由于R1<< R1，R1/ R1可忽略，又有平衡條件R1R4=R2R3，可得到： 3-9電橋電壓靈敏度定義為： 3-10由上式可知：電橋電壓靈敏度和電橋供電電壓成正比，供橋電壓越高，電橋電壓靈敏度越高。但受到應(yīng)變片功耗的

16、限制，應(yīng)適當(dāng)選擇電壓；其次，還應(yīng)適當(dāng)選擇橋臂比n的值，才能保證較高的電壓靈敏度。當(dāng)供橋電壓E確定后，由求最大值， 3-11當(dāng)n=1時(shí)，最大，即供橋電壓確定后，橋臂電阻R1等于R2，橋臂電阻R3等于R4，這時(shí)電橋能達(dá)到最高的電壓靈敏度。上式簡(jiǎn)化為： 3-12 3-13 3-14由上式知，電源電壓E和電阻相對(duì)變化量一定時(shí)，電橋輸出電壓和靈敏度也是一定的，和橋臂阻值無(wú)關(guān)1。3.1.4非線性誤差及其補(bǔ)償方法理想情況下，可以假設(shè)應(yīng)變片參數(shù)的變化量很微小，以至于可以忽略掉R1/ R1。實(shí)際情況應(yīng)按照3-12計(jì)算，此時(shí)3-8輸出電壓U0和R1/ R1是非線性的。在理想情況下，記輸出電壓為。非線性誤差為： 3

17、-15減小非線性誤差可用這些方法：增大橋臂的比n=R2/R1可降低非線性誤差，與此同時(shí)降低了電壓靈敏度；采用差動(dòng)電橋，有半橋差動(dòng)和全橋差動(dòng)，差動(dòng)電橋完全沒(méi)有非線性誤差。半橋差動(dòng)電路=1/2E，全橋差動(dòng)電路=E，而采用單片=1/4E，采用全橋差動(dòng)電橋比用單片應(yīng)變片提高了4倍，比半橋提高了2倍。通過(guò)應(yīng)變片式傳感器實(shí)現(xiàn)了壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)差動(dòng)全橋接法，減小了誤差。3.2 A/D電路的設(shè)計(jì)3.2.1芯片的選擇在整個(gè)設(shè)計(jì)中，A/D模塊起著非常重要的作用。傳感器輸出的模擬量必須經(jīng)過(guò)A/D的放大后變?yōu)閿?shù)字量才能供單片機(jī)處理，因此必須選擇好適當(dāng)?shù)腁/D轉(zhuǎn)換芯片。本文要使A/D模塊具有強(qiáng)抗干擾能力，很快

18、的響應(yīng)速度，良好的穩(wěn)定性。在現(xiàn)有的芯片市場(chǎng)中，HX711就是不錯(cuò)的選擇。3.2.2 HX711芯片介紹HX711是一個(gè)高精度的24位A/ D轉(zhuǎn)換器芯片，專門用于電子秤。相比與其他相同類型的芯片，芯片集成穩(wěn)壓電源，芯片上的時(shí)鐘振蕩器和其他所需的相同類型的芯片外圍電路、集成程度高的優(yōu)勢(shì)，響應(yīng)速度、抗干擾能力強(qiáng)等。降低了成本，提高了性能和可靠性。接口和編程的芯片和控制芯片的后端很簡(jiǎn)單，所有的控制信號(hào)是由管腳驅(qū)動(dòng)，不需要編程芯片內(nèi)部的寄存器。輸入選擇開關(guān)可以任意選擇通道A或B，低噪聲程控放大器和內(nèi)部連接。通道可編程增益為128或64，全部金額對(duì)應(yīng)的差分輸入信號(hào)幅值±20 m V或±

19、40 m V。B通道是固定的64獲得系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片提供穩(wěn)壓電源可以直接提供電源到外部傳感器和A / D轉(zhuǎn)換器芯片，系統(tǒng)板不需要模擬供應(yīng)。時(shí)鐘振蕩器芯片不需要任何外部設(shè)備。自動(dòng)上電復(fù)位功能簡(jiǎn)化了初始化啟動(dòng)的過(guò)程2。3.2.3芯片特點(diǎn)有兩個(gè)差分放大輸入通道可供使用；內(nèi)含穩(wěn)壓輸出，可以用來(lái)直接向內(nèi)外提供VCC，在該電路里可以給傳感器和內(nèi)部放大電路供電；提供了32、64、128倍放大增益，可通過(guò)MUL選取，其中A通道提供了32、128倍增益，B通道固定64倍增益；具有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩，還能選擇片外時(shí)鐘輸入；無(wú)需額外復(fù)位電路，上電自動(dòng)復(fù)位電路；控制與通訊簡(jiǎn)單通過(guò) PD_SCK管腳直接輸入，且芯片無(wú)需編程

20、；輸出速率可選擇10Hz或80Hz；擁有抑制同步頻率50Hz的電源干擾；工作電壓范圍2.65.5V工作溫度范圍-2085。HX711引腳說(shuō)明如表3.1所示。表3.1 引腳說(shuō)明表引腳編號(hào)引腳名功能注釋1VSUP電源提供2.65.5V穩(wěn)壓電源2BASE模擬輸出穩(wěn)壓電路控制輸出3AVDD電源模擬電源2.65.5V4VBF模擬輸入穩(wěn)壓電路控制輸入5AGND地6VBG模擬輸出7INA-信號(hào)輸入通道 A 負(fù)輸入端8INA+信號(hào)輸入通道 A 負(fù)輸入端9INB-信號(hào)輸入通道 A 負(fù)輸入端10INB+信號(hào)輸入通道 A 負(fù)輸入端11PD_SCK控制輸入串行通訊口，選取增益12DOUT信號(hào)輸出輸出轉(zhuǎn)換后的信號(hào)13X

21、0數(shù)字輸入外部晶振輸入14X1數(shù)字輸入選取時(shí)鐘類型15RATE數(shù)字輸入選取輸出頻率16DVDA電源數(shù)字電源: 2.65.5V3.2.4 HX711串口通訊 串口通訊線由管腳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 為高電平時(shí)，表明，A/D 轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)功能還沒(méi)有準(zhǔn)備好，這個(gè)時(shí)候的串口時(shí)鐘輸入信號(hào)PD_SCK 應(yīng)該為低電平。當(dāng)輸出由高到低，PD_SCK應(yīng)輸入25到27不等于時(shí)鐘脈沖，此時(shí)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將會(huì)讀出輸出24 位數(shù)據(jù)的最高位，一直到第24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，直到完成24個(gè)時(shí)鐘脈沖，24位數(shù)據(jù)輸出從最高到最低逐位輸出。25到27的時(shí)鐘脈

22、沖是用來(lái)選擇下一個(gè)輸入通道和A / D轉(zhuǎn)換增益3。如圖3.2和表3.2所示。圖3.2 時(shí)鐘脈沖圖圖3.3表3.2 時(shí)刻注釋表符號(hào)說(shuō)明最小值典型值最大值單位T1DOUT下降沿到PD_SCK脈沖上升沿0.1µsT2PD_SCK脈沖上升沿到DOUT數(shù)據(jù)有效0.1µsT3PD_SCK正脈沖電平時(shí)間0.250µsT4PD_SCK負(fù)脈沖電平時(shí)間0.2µs3.3控制芯片3.3.1芯片的選擇 單片機(jī)種類繁多，各種型號(hào)應(yīng)用環(huán)境也不同，選用時(shí)考慮了單片機(jī)的性能、存儲(chǔ)器、I/O接口、工作電壓、運(yùn)行速度、串行接口、功耗、是否容易開發(fā)，編程器的選用是否方便，還有開發(fā)成本等因素，基

23、于此，本設(shè)計(jì)選用了STC89C52單片機(jī)作為控制芯片。89C52與其他芯片相比，具有價(jià)格便宜，速率快，直接可以用串口下載程序，兼容性良好等特點(diǎn)。 3.3.2芯片介紹STC89C52是INTE公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它是一種采用CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)4。52結(jié)合了CMOS的反應(yīng)速度快和高密度技術(shù)及低功耗的特性，它使用的是標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，相當(dāng)于89C51的增強(qiáng)版，在51基礎(chǔ)上又具備了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等功能，適合于很多控制場(chǎng)合。它由中央處理器，內(nèi)存系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串并行接口、終端系統(tǒng)以及

24、特殊功能寄存器集成的。它的體系結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。圖3.3 52單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖它有4個(gè)8位的并行I/O接口分別是P0口，P1口，P2口和P3口，一共算起來(lái)有32根I/O口，并且每一根I/O都能夠單獨(dú)的拿來(lái)作為輸入或輸出。它還有一些第二功能的引腳 ，如P10（T2）、P11(T2EA)、P17(SCK)、等等。引腳說(shuō)明如圖3.4所示。圖3.4 52引腳說(shuō)明圖引腳介紹1 輸入輸出引腳（P0P3口） P0端口是一個(gè)雙向I/O口(8位漏極開路)，它可以用來(lái)當(dāng)作輸入口，也能當(dāng)作輸出口，又可作為地址數(shù)據(jù)用。 P0口做I/O口使用時(shí)，此時(shí)控制端ALE應(yīng)為低電平。當(dāng)它做輸出口使用時(shí)應(yīng)接10K上拉電阻不然無(wú)

25、法輸出高電平。當(dāng)它用作輸入口時(shí)；在輸入操作前應(yīng)該先寫入一個(gè)1，這是因?yàn)閮?nèi)部直接和場(chǎng)效應(yīng)管，鎖存器鏈接時(shí)，如果輸入鎖0，它的輸入不能為高水平。P0口的8位地址和數(shù)據(jù)總線使用；在高水平的控制終端。在這種模式下，P0端口與內(nèi)部引體向上。在這種情況下工作的8位地址和數(shù)據(jù)行P0口點(diǎn)使用。在對(duì)Flash內(nèi)存進(jìn)行編程、校驗(yàn)時(shí)輸入或輸出代碼使用；此時(shí)需加上拉電阻。 P1口為準(zhǔn)雙向口。 P1口當(dāng)成通用I/O口來(lái)使用，作為輸出的時(shí)候不需要加上拉電阻，但是當(dāng)作輸入使用時(shí)要先寫入1，才能完成輸入操作。P1口還有其附加第二功能，P1口還能夠?qū)lash內(nèi)存編程、校驗(yàn)時(shí)接收低8位地址。p1口第二功能如表3.5所示。表3.

26、5 P1口第二功能說(shuō)明引腳P10P11P15P16P17附加功能T2（計(jì)時(shí)器2外部輸入端）T2EX（計(jì)數(shù)器2外部觸發(fā)端）MOSI(串行數(shù)據(jù)輸入)MISO(串行數(shù)據(jù)輸出)SCK(串行時(shí)鐘輸入) P2口是一個(gè)內(nèi)含上拉電阻的準(zhǔn)雙向口。P2口作為普通I/O口使用時(shí)，被當(dāng)作高8位地址總線口使用；可以能夠在對(duì)Flash內(nèi)存進(jìn)行編程、校驗(yàn)的時(shí)候接收高8位的地址，還能接收一些控制信號(hào)。 P3端口是準(zhǔn)雙向口多用。與P0 I / O使用時(shí)沒(méi)有區(qū)別，但第二個(gè)引線應(yīng)該保持高電平，保持輸入輸出通暢；可接收一些控制信號(hào)；第二功能實(shí)際上就是具有控制功能的總線，此時(shí)如需要輸出信號(hào)先要置1，其第二功能說(shuō)明如表3.6所示。表3.

27、6 P3口第二功能說(shuō)明引腳P30P31P32P33P34P35P36P37功能RXT 串行輸入TXT 串行輸出INT0 外部中斷0INT1外部中斷1T0定時(shí)01外部輸入T1定時(shí)器1外部輸入WR外部數(shù)存寫選通RD外部數(shù)存讀選通3.3.3控制引腳 RST復(fù)位引腳： 振蕩器運(yùn)行時(shí)，RST發(fā)生在2周期的高水平將使芯片復(fù)位，看門狗定時(shí)溢出后RST保持98個(gè)振蕩周期高電平后復(fù)位。ALE/PROG地址鎖存允許，PSEN外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 用于度外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效， EA外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許端/編程電源輸入端。 EA接地單片機(jī)從0000HFFFFH的外部程序內(nèi)存中讀取代碼，EA接VCC

28、單片機(jī)先從內(nèi)部程序中讀取，后自然轉(zhuǎn)向外部。外接晶振引腳XTAL1 XTAL2；外部晶體振蕩器XTAL1，XTAL2信號(hào)懸掛。3.4電源部分設(shè)計(jì)3.4.1穩(wěn)壓芯片的選擇 由于工作環(huán)境復(fù)雜，考慮到硬件使用的方便性與可靠性，需要對(duì)電源進(jìn)行處理，本設(shè)計(jì)需要一種穩(wěn)壓芯片，做成穩(wěn)壓電源。而LM7805在穩(wěn)壓方面的應(yīng)用十分廣泛，它具有過(guò)熱、短路、輸出晶體管SOA保護(hù)等特點(diǎn)，輸出的電壓和電流分別為5V和1A，符合我們所需要的要求。3.4.2穩(wěn)壓芯片介紹LM7805連續(xù)三個(gè)電源穩(wěn)壓電路，它形成的封裝形式為TO- 220 / D-PAK。它的輸出電壓具有某些固定的值，應(yīng)用非常廣泛。由于不同類型的內(nèi)部限流保護(hù)和過(guò)熱

29、保護(hù)和安全區(qū)域，以便它基本上不會(huì)損壞。如果能夠加上一個(gè)適當(dāng)?shù)纳崞?，它可以提供輸出超過(guò)1安培的電流。外部設(shè)備訪問(wèn)適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)不同的電壓和電流。3.4.3穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)220V電壓經(jīng)變壓器下降后通過(guò)整流電路接入LM8705芯片，電容C1的作用是防止由輸入引線較長(zhǎng)而帶來(lái)的電感效應(yīng)所產(chǎn)生的自激振蕩以及減小紋波；C2降低了由于負(fù)載電流和瞬時(shí)變化引起的高頻干擾；C3為大容量的電解電容，旨在進(jìn)一步減少輸出紋波和低頻干擾；DI是一個(gè)保護(hù)二極管，單端輸入短接的時(shí)候，與C3構(gòu)成放電回路，以免LM7805PN結(jié)被擊穿而損壞，該電路可輸出穩(wěn)定5V 電壓。穩(wěn)壓電路圖如圖3.5所示。圖3.5穩(wěn)壓電路圖3.5顯示

30、電路3.5.1液晶顯示模塊的選擇128*64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集5。模塊接口簡(jiǎn)單、靈活、方便的操作指令，可顯示漢字，也可顯示圖形，其功耗低，其顯示模塊的構(gòu)成與相同類型的顯示模塊相比較而言， 硬件電路結(jié)構(gòu)和程序非常簡(jiǎn)單，價(jià)格低于相同模塊的點(diǎn)陣液晶顯示模塊。3.5.2 LCD128*64介紹LCD12864液晶顯示模塊是有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線，可顯示各種字符圖形及漢字的點(diǎn)陣型液晶顯示模

31、塊。它的V cc（邏輯工作電壓）在4.5到5.5V之間，0到-10V的驅(qū)動(dòng)電壓在范圍。引腳功能如表3.7所示。表3.7 引腳功能腳號(hào)管腳電平功能注釋1VSS0V模塊電源接地2VCC35V模塊電源3V0-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4RS(CS)HL并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào)5R/W(SID)HL并行的讀寫選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)HL并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘714DB0DB7HL數(shù)據(jù)口15PSBHL并行接口選擇；H-并行，L-串行；16NC-空腳17RESETHL復(fù)位 低電平有效18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19LED-A5+V背光源正極20LED-K0V背光源負(fù)極3

32、.5.2 LCD12864應(yīng)用說(shuō)明使用12864顯示模塊時(shí)應(yīng)注意：在某個(gè)位置顯示漢字，設(shè)置顯示字符的位置，也就是說(shuō)，第一組顯示地址，然后寫漢字編碼。2字節(jié)字符的代碼，高字節(jié)應(yīng)該先被編寫，低字節(jié)再被編寫。處理器模塊接收指令之前，必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部在非繁忙狀態(tài)，即讀符號(hào)BF標(biāo)志的時(shí)候BF應(yīng)為 “0”，可以接受新的指令。如果在發(fā)送一條指令之前不檢查BF的標(biāo)志，在之前的指令和指令之間必須被推遲很長(zhǎng)一段時(shí)間，也就是說(shuō)，等待命令確定完成執(zhí)行?！癛E”是擴(kuò)展指令集選擇控制位的基本指令集，當(dāng)改變“RE”后，指令集仍將保持在最終狀態(tài)，除非在“RE”再次發(fā)生改變，或使用相同的指令集，不需要每個(gè)都重置“RE”。3.

33、6鍵盤輸入鍵盤輸入是系統(tǒng)一個(gè)重要組部分，它是人機(jī)交換的核心組成。鍵盤由許多個(gè)按鍵組合而成，我們根據(jù)其使用功能的確定了需要的按鍵的個(gè)數(shù)。按鍵如圖接線其中片P27P25為高電平，P24P21為低電平，當(dāng)我們按下按鍵的時(shí)候，按鍵所在的行會(huì)變?yōu)榈碗娖?，所在列也?huì)變?yōu)榈碗娖?，由此我們能檢測(cè)到按下的按鍵所在的位置。其中單個(gè)按鍵用來(lái)打開中斷啟動(dòng)鍵盤功能。該設(shè)計(jì)中鍵盤需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能；轉(zhuǎn)換系統(tǒng)功能該測(cè)重量，輸入功能，清零功能。鍵盤接線如圖3.7所示。圖3.7鍵盤接線圖3.7小結(jié)本章為硬件設(shè)計(jì)的主體部分，交代了選用各種硬件的原因，介紹了各個(gè)模塊的基本功能，使用方法和硬件的特點(diǎn)特性，以及某些硬件的引腳接線方式

34、，系統(tǒng)的描述了整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的步驟和方法，完善了本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，滿足了設(shè)計(jì)要求。4 程序設(shè)計(jì)4.1主程序的設(shè)計(jì)在測(cè)量時(shí)是采樣多出求平均視密度，本設(shè)計(jì)中以3個(gè)采樣點(diǎn)作為事例，通常測(cè)量時(shí)使用的是固定容器取樣(固定容器質(zhì)量與容積)。主要思路是，在系統(tǒng)上電以后，首先要對(duì)LCD128的初始化及系統(tǒng)的清零設(shè)置。使用掃描的方式檢測(cè)是否需要測(cè)量，當(dāng)需要測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)一個(gè)較大的數(shù)據(jù)輸入。在測(cè)量時(shí)，因?yàn)橐獙?duì)多個(gè)樣本測(cè)量，因此對(duì)C52而言有多個(gè)數(shù)據(jù)的輸入。考慮到輸入的時(shí)間間隔問(wèn)題采用了如下措施，采用了不間斷掃描的方式查詢HX711的輸入。在對(duì)所有樣品都完成了采集后計(jì)算出各組對(duì)應(yīng)的密度與平均視密度。得到結(jié)果后使用

35、了多種形式的顯示方式，使得顯示結(jié)果清晰明白。主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖包含以下幾部分： (1)LCD128的初始化在上電后需對(duì)進(jìn)行LCD128的初始化，由初始化流程圖先寫入30H，對(duì)它進(jìn)行功能設(shè)置，延遲超過(guò)100us后，重復(fù)一次確保指令已寫入，延遲超過(guò)37us后接著寫入0E開始對(duì)它進(jìn)行顯示設(shè)置， 延遲超過(guò)100us后輸入01H，清空顯示屏，最后關(guān)閉結(jié)束初始化。其流程圖如圖4.1所示。圖4.1液晶初始化流程圖當(dāng)系統(tǒng)上電后需要進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)本身帶來(lái)的初始非零量進(jìn)行歸零設(shè)置。對(duì)于設(shè)計(jì)而言這個(gè)非零量是不需要的量，需要在數(shù)據(jù)處理時(shí)要將這一部分除掉。主要設(shè)計(jì)的思想是在對(duì)LCD初始化完成

36、后的10s內(nèi)進(jìn)行歸零設(shè)置，先采集一個(gè)循環(huán)的數(shù)據(jù)，在對(duì)這組數(shù)據(jù)處理后將其記錄下來(lái)，在以后的數(shù)據(jù)處理玩成后減去這個(gè)值就會(huì)得到準(zhǔn)確的視密度。(2) 系統(tǒng)歸零清零設(shè)置是一個(gè)十分有必要的過(guò)程，假若沒(méi)有進(jìn)行清零，會(huì)對(duì)準(zhǔn)確性造成不可估量的誤差。在系統(tǒng)上電后，單片機(jī)會(huì)由于程序運(yùn)行順序會(huì)很快調(diào)用清零子程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行清零。(3)數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集主要就是HX711與STC89C52的數(shù)據(jù)傳輸，即在信息采集完成后把HX711轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。 在這一過(guò)程中，主要解決的是兩者的通訊問(wèn)題，由于HX711只有DP_SCK與DOUT兩個(gè)腳參與通訊，故它只有串行通訊模式。PD_SCK作為了時(shí)鐘信號(hào)，來(lái)控制每個(gè)是簡(jiǎn)單的

37、操作對(duì)象，DOUT集合了使能端與數(shù)據(jù)端的作用。當(dāng)數(shù)HX711無(wú)法進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)時(shí)，管腳DOUT輸出高電平，此時(shí)時(shí)鐘輸入信號(hào)PD_SCK需保持低電平以避免造成通訊混亂。當(dāng)DOUT從高電平變低電平表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，STC89C52可以從中讀取數(shù)據(jù)了。單片機(jī)檢測(cè)到DOUT低電平保持一段時(shí)間后就可以開始讀數(shù)，此時(shí)PD_SCK輸入24個(gè)時(shí)鐘脈沖，DOUT從高到低逐次輸出各位數(shù)據(jù)。在第每個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間HX711輸出24位數(shù)據(jù)的一位，直至第24位逐次輸出完成。一個(gè)輸出周期過(guò)后DOUT會(huì)保持為高電平一直到下個(gè)輸出周期。數(shù)據(jù)輸出完成后是對(duì)下一次增益的選擇，通過(guò)接著脈沖輸入的個(gè)數(shù)來(lái)控制，一共選擇3種(一個(gè)脈

38、沖數(shù)A通道128增益，二個(gè)脈沖個(gè)數(shù)B通道64增益，三個(gè)脈沖數(shù)A通道32增益)，選擇完成后PD_SCK應(yīng)保持低電平直至下個(gè)輸出周期。完成一次通訊，為了確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多次采集數(shù)據(jù)，在實(shí)際編寫時(shí)需要多次調(diào)用該函數(shù)來(lái)獲取多組數(shù)據(jù)。其中從A通道采集的數(shù)據(jù)是測(cè)量信號(hào)，而從B通道采集的數(shù)據(jù)是電源參數(shù)檢測(cè)信號(hào)。(4)數(shù)據(jù)處理 為了得到真實(shí)的結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)的處理時(shí)，主程序設(shè)計(jì)上采用了取多次數(shù)據(jù)求平均值的方法，在數(shù)據(jù)處理期間需要對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行篩，剔除明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，此外而且使用了依據(jù)B通道的數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際電壓與電壓設(shè)定值的差值進(jìn)行一定糾而補(bǔ)償由電壓變化帶來(lái)的誤差。(5)結(jié)果顯示使用LCD1286為主要顯

39、示途徑，二極管為輔助輸出的方式輸出數(shù)據(jù)。由于有正負(fù)極兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所以在，其中二極管主要是標(biāo)示結(jié)果是偏高還是偏低，而LCD1286是顯示具體測(cè)量結(jié)果。通過(guò)PSB的高低電平選擇12864并行通訊。先是RS置高電平，等待一會(huì)兒后R/W由高變低準(zhǔn)備開始數(shù)據(jù)傳輸，如可以傳輸則使能端e由低變高開始數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)寫完后各電平恢復(fù)，將想要顯示在的行的首地址輸入LCD12864。延遲一段時(shí)間后，當(dāng)需要輸出字符對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后RS置低電平，R/W由高變低準(zhǔn)備開始數(shù)據(jù)傳輸，如可以傳輸則使能端e由低變高開始數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)寫完后各電平恢復(fù)。將要輸出的字符對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸入LCD12864。4.2擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)在中斷中擴(kuò)展了設(shè)計(jì)的

40、基本功能，提供了基本的稱重功能，查詢當(dāng)天測(cè)量的有限次數(shù)的結(jié)果，以及不合格產(chǎn)品調(diào)整的反饋。中斷中主要包含了以下的塊。(1)鍵盤掃描(2)稱重功能(3)提供修改方案由于在實(shí)際生產(chǎn)中往往不會(huì)一次就可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，需要對(duì)他進(jìn)行不調(diào)整。當(dāng)鉛膏視密度不合格時(shí)，可以由工人輸入在接下來(lái)的加工中所需要添加的各部分材料的配比（該表可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)）與該次樣本的總生產(chǎn)量來(lái)求出需要添加材料的具體量。當(dāng)需要使用該功能時(shí)再打開功能擴(kuò)展鍵后打開該功能鍵，先輸入總生產(chǎn)量，再依次輸入材料與配比，輸入完成后關(guān)閉功能鍵。單片機(jī)得出結(jié)果后，衣格式輸出結(jié)果。（4）查詢功能在實(shí)際情況中可能會(huì)對(duì)以往測(cè)量結(jié)果進(jìn)行查詢，設(shè)計(jì)提供了可查

41、有限次數(shù)的結(jié)果查詢。4.3 HX711輸出參數(shù)的確定本節(jié)主要為軟件部分，主要完成了顯示模塊的初始化和清零過(guò)程，闡述了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的采集與處理。在設(shè)計(jì)時(shí)為了計(jì)算視密度需要確定壓力和參考電壓與A/D輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)系統(tǒng)系進(jìn)行了以下測(cè)試：（1） 對(duì)壓力的定標(biāo)在硬件接線上先使用5v穩(wěn)壓電源，并斷開B通道，檢查電路接線無(wú)誤后。將調(diào)試程序1燒寫至C52，后就可進(jìn)行對(duì)壓力的定標(biāo)調(diào)試。準(zhǔn)備完成后，在應(yīng)變片上衣次按20g遞加從0到5Kg添加砝碼，逐次對(duì)應(yīng)記錄在顯示屏上的數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)后由最小二乘法計(jì)算出對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。（2） 對(duì)參考電壓的定標(biāo)在硬件上斷開A通道并使用10v穩(wěn)壓電源串聯(lián)兩個(gè)變阻箱分壓后作為電源使

42、用進(jìn)行電壓參數(shù)的定標(biāo)，將調(diào)試程序2燒寫至C52，后就可進(jìn)行對(duì)電壓參數(shù)的定標(biāo)調(diào)試。調(diào)試時(shí)，調(diào)節(jié)變阻箱，使接入的電源電壓從4V到6V按每次0.2V的電壓遞加，并逐次對(duì)應(yīng)記錄顯示屏上的數(shù)據(jù)，由最小二乘法計(jì)算出對(duì)應(yīng)線性關(guān)系。由于線性對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過(guò)測(cè)試后就可得到HX711的兩個(gè)輸出通道輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際情況的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而可以準(zhǔn)確計(jì)算出視密度。4.4小結(jié)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基本功能和簡(jiǎn)單的擴(kuò)展功能。在基本的視密度檢測(cè)功能中，對(duì)數(shù)據(jù)的處理完全按照實(shí)際測(cè)量的要求進(jìn)行的編寫，而且設(shè)置了多種程序?qū)赡艹霈F(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別并剔除。在擴(kuò)展功能中，修正建議可以減去不必要的計(jì)算，查詢可以對(duì)合膏中各階段視密度進(jìn)行有效地記錄。5總結(jié)

43、當(dāng)前鉛膏視密度的測(cè)量方法一般是用振動(dòng)臺(tái)取樣，再用托盤天平測(cè)量質(zhì)量，最后計(jì)算視密度。使用天平，使得測(cè)量數(shù)據(jù)較多，測(cè)量步驟較多，導(dǎo)致了出錯(cuò)的可能性較大，而且計(jì)算量大。為了解決，目前在鉛膏生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)視密度檢測(cè)過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題，而做了本設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：在硬件方面，主要解決了系統(tǒng)的電源，信號(hào)的測(cè)量、放大、A/D、MUC等的選型與接線構(gòu)成系統(tǒng)的硬件構(gòu)為后續(xù)的軟件設(shè)計(jì)提供了硬件支持與基礎(chǔ)。硬件設(shè)計(jì)方面具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。由于使用的都是市場(chǎng)上常用的電子器件，價(jià)格便宜，易于購(gòu)買和使用。在測(cè)量的時(shí)候使用天平操作繁瑣，出現(xiàn)人為誤差的可能性較大；但使用該設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)量可以很好的簡(jiǎn)化操作的步驟，并可以盡可能減少人為錯(cuò)誤。在軟件設(shè)計(jì)方面，該設(shè)計(jì)在擁有基本測(cè)量功能后，進(jìn)行了一些功能的擴(kuò)展，擁有了查詢，反饋建議等功能。使得對(duì)測(cè)量結(jié)果的處理更為方便，可以進(jìn)一步