基于CS5550的電子計價秤設計Word版

1、專業(yè)課程設計題目： 基于CS5550的電子計價秤設計學 院： 信息科學與工程學院 專 業(yè) 班 級： 測控技術與儀器1102班 學 號： 110401233 學 生 姓 名： 李寧 指 導 教 師： 傅元 設 計 時 間： 2014.12.082014.12.26 目錄第一章.摘要2第二章.系統(tǒng)方案論證與選型31.控制部分3 2.數(shù)據(jù)采集4 3.傳感器的選擇4 4.放大電路選擇5 5.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇7 6.鍵盤處理部分方案論證87.顯示部分電路的選擇8 8.超量程報警部分電路的選擇9第三章.硬件電路設計10 1.ATMEGA16的最小系統(tǒng)電路10 2.數(shù)據(jù)采集部分電路設計133.A/D轉(zhuǎn)換與

2、單片機接口部分設計144.顯示電路與單片機接口設計155.鍵盤電路與單片機接口電路設計176.報警電路的設計19第四章.總結(jié)20 參考文獻21附錄122第一章 摘要 隨著微電子技術的應用，市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設計中將智能化、自動化、人性化用在了電子稱重的控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)主要由單片機來控制，測量物體重量部分由稱重傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器組成，加上顯示單元，此電子秤俱備了功能多、性能價格比高、功耗低、系統(tǒng)設計簡單、使用方便直觀、速度快、測量準確、自動化程度高等特點。  本系統(tǒng)以ATMEGA16單片機為主控芯片，外圍附以

3、稱重電路、顯示電路、報警電路、鍵盤電路等構成智能稱重系統(tǒng)電路板，從而實現(xiàn)自動稱重系統(tǒng)的稱重功能、報警功能、數(shù)據(jù)計算功能以及人機交換功能?？梢哉f,此設計所完成的電子秤很大程度上滿足了應用需求。  關鍵詞:CS5550，CZAF-602壓力傳感器，ATMEGA16單片機，A/D轉(zhuǎn)換器，LCD顯示器.  本課題的主要設計思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機。單片機經(jīng)過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。此外，還可通過鍵盤設定所稱物品的價格。  在設計

4、期間，本人努力查閱相關資料，對稱重的基本原理以及各軟件、硬件模塊做了認真的分析、研究。根據(jù)性能成本考慮，做了仔細的分析研究，主要有：系統(tǒng)模塊的劃分、A/D精度的考慮、單片機與外圍模塊的接口電路以及電子秤應用程序的實現(xiàn)等。 第二章 系統(tǒng)方案論證與選型按照本設計功能的要求，本設計大致可分為五個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機控制模塊、人機交換模塊。（其中人機交換模塊中包括:聲光報警、LCD顯示、鍵盤輸入）系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖2-1所示。設計思路框圖圖2.1測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波

5、電路，差動放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜訟/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴展I/O的控制，對鍵盤進行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。 2.1 控制器部分 本設計由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測量過程自動

6、化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。再則由于系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，根據(jù)總體方案設計的分析，設計這樣一個簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶EPROM的單片機，由于應用程序不大，應用程序直接存儲在片內(nèi)，不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可簡化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在這里選用ATMEGA16系列單片機。ATMEGA16系列與MCS-51相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器，使程序?qū)懭敫臃奖?；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。此外價格低廉、性能比較穩(wěn)定的MCPU，具有8K×8ROM、256×8RAM、3個16

7、位定時計數(shù)器、4個8位I/O接口。這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。 最后我們最終選擇了ATMEGA16這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。ATMEGA16內(nèi)部帶有8KB的程序存儲器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。 2.2 數(shù)據(jù)采集部分 電子秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、信號放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，因此對于這部分的論證主要分三方面。 2.3 傳感器的選擇   在設計中,傳感器是一個十分重要的元件,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各

8、種電路的設計的難易程度和設計性價比等等.傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實驗而確定的。 為保證電子秤稱量結(jié)果的準確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點。在實際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在20%80

9、%之間，線性好，精度高。重量誤差應控制在±0.01Kg，又考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以我們確定傳感器的額定載荷為5Kg，允許過載為150%F.S，精度為0.05%，最大量程時誤差 0.01kg?？梢詽M足本系統(tǒng)的精度要求. 使用特別注意：傳感器屬于精密部件，劇烈振動、自由落體、碰撞、過載、過壓等等，都非常容易造成傳感器永久損壞或者影響精度和線性。傳感器是測量機構最重要的部件，目前常用的有電阻應變式壓力傳感器和電容式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用是應按著穩(wěn)定性、精度等級、靈敏度、壽命和安裝環(huán)境依次作為優(yōu)先考慮?，F(xiàn)比較如下： 

10、;1.電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度高，壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳輸。 2.壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器有待進一步研究。 3.電阻應變式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴格。 電阻應變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。亩闺姌蚴テ胶?，產(chǎn)生相應的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。 綜合考慮,本設計要實現(xiàn)的電子秤

11、的是絕對壓力值，同時為了簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補償能力的電阻應變式壓力傳感器。本設計選用CZAF-602壓力傳感器，其最大量程為5 Kg，CZAF-602壓力傳感器的接線圖如下：圖2.2注釋： 黑S-紅S+激勵電壓輸入端(簡稱輸入端) 綠+白-GND重量毫伏信號輸出端(簡稱輸出端) CZAF-602壓力傳感器參數(shù)如下表： 傳感器參數(shù) 項目    參數(shù)   項目    參數(shù)綜合誤差： 0.02%F.S 

12、; 絕緣電阻:  5000M(100VDC) 非線性:  0.01%F.S  溫度補償范圍: -10+40 滯后:  0.02%F.S  激勵電壓: 3VDC12VDC 重要性:  0.01%F.S  使用溫度范圍: -20+60 零點輸出:  ±1%F.S  零點溫度影響: 0.01%F.S  輸入阻抗: 1000±10  靈敏度溫度影響: 0.02%F.S

13、0;輸出阻抗:  1000±5  安全過載范圍: 120% 靈敏度:  1±0.1mV/V  極限過載范圍: 150%蠕變:  0.02%F.S  防護等級: IP662.4放大電路選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍02mV。而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為02V，因此放大環(huán)節(jié)要有1000倍左右的增益。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（7001500倍），根據(jù)本設計的實際情況增益設為1000倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。按照輸入電壓2mV，分辨率20000碼的情

14、況，漂移要小于1µV。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時漂（±1µV），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點漂移的要求。殘余的一點漂移依靠軟件的自動零點跟蹤來徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以保證其負反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。 由稱重傳感器的稱量原理可知，電阻應變片組成的傳感器是把機械應變轉(zhuǎn)換成R/R，而應變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應變片電阻值120，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應變?yōu)?000，應變電阻相對變化量為：R/R =K×=2×1000×106 =

15、0.002（1-1）由式1-1可以看出電阻變化只有0.24，其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應變計的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換芯片接收的信號。在前級處理電路部分，我們考慮可以采用以下幾種方案： 方案一、主要由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器，而構成的前級處理電路； 差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如LM324)做成一個差動放大器。其設計電路如下圖2.3方案（二）：采用專用儀表放

16、大器，如：INA126，INA121等構成前級處理電路。下面舉例用INA128儀用儀表放大器來實現(xiàn)。 一般說來，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而在傳統(tǒng)的電路設計中都是把集成化儀器放大器作為前置放大器。然而，絕大多數(shù)的集成化儀器放大器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關：增益越高，共模抑制比越大。而集成化儀器放大器作為心電前置放大器時，由于極化電壓的存在，前置放大器的增益只能在幾十倍以內(nèi)，這就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時的共模抑制比不可能很高。有學者試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進入飽和狀態(tài)

17、，但由于信號源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴重地損害了放大器的性能。 為了實現(xiàn)信號的放大，設計電路如下：  圖2.41）前級采用運放A1和A2組成并聯(lián)型差動放大器。理論上不難證明，在運算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動放大器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關。  2）阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動放大器構成的前級放大器和由儀器放大器構成的后級放大器之間，這樣可為后級儀器放大器提高增益，進而提高電

18、路的共模抑制比提供了條件。同時，由于前置放大器的輸出阻抗很低，同時又采用共模驅(qū)動技術，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對稱（匹配）導致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。  3）后級電路采用廉價的儀器放大器，將雙端信號轉(zhuǎn)換為單端信號輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級的儀器放大器可以做到很高的增益，進而得到很高的共模抑制比。 從理論上計算整個電路的共模抑制比為： 212121221121lg201CMRACMRRCMRACMRAAAAACMRCMRCMRdTotalddCdcdT或(1-2)式中：TotalCMR或TotalCMRR放大器的總共模

19、抑制比；1CMR第一級放大器的共模抑制比；2CMR或2CMRR第二級放大器的共模抑制比；dA1、cA1、dA2和cA2分別為第一級放大器和第二級放大器的差模增益和共模增益。 由以上分析以及基于電子秤的要求精確度不是很高，所以采取方案一，選擇由普通放大器所組成的差動放大器作為本設計的信號2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D轉(zhuǎn)換部分是整個設計的關鍵，這一部分處理不好，會使得整個設計毫無意義。目前，世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的-型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體應用要求。根據(jù)系統(tǒng)的

20、精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點和缺點，本設計采用了12位A/D轉(zhuǎn)換器CS5550。CS5550是Cirrus Logic公司推出的一款雙通道低成本-型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成有2個-  A/D轉(zhuǎn)換器、2個放大器、1個串行接口以及1個溫漂為25 ppm/的2.5 V參考電壓源。CS5550在兩個通道上都具有24位寄存器，其中通道1具有13位有效位，通道2具有10位有效位。2.6鍵盤處理部分方案論證 由于電子秤需要設置單價（十個數(shù)字鍵，一個小數(shù)點），總共需設置13個鍵（包括一個清除鍵和一個確認鍵）。 本設計采用矩陣式鍵盤：矩陣式鍵盤

21、的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。圖2-5給出了一個4×4的矩陣鍵盤結(jié)構的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。4×4矩陣式鍵盤共可以安裝16個鍵，但只需要8條測試線。當鍵盤的數(shù)量大于8時，一般都采用矩陣式鍵盤。結(jié)合本設計的實際要求，采用4×4矩陣式鍵盤。圖2.52.7顯示電路部分的選擇 數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇。顯示的組成有以下兩種方案可供選擇：一是LE

22、D數(shù)碼管顯示,二是LCD液晶顯示兩種選擇。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。本設計采用的是HJ12864ZW液晶顯示。2.8超量程報警部分選擇 智能儀器一般都具有報警功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為提醒用戶而設置。在本系統(tǒng)中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍以及總價不能正常顯示時，發(fā)出聲光報警信號，防止損壞儀器。 超限報警電路是由單片機的I/O口來控制的，當稱重物體重量超過系統(tǒng)設計所允許的重量，通過程序使單片機的I/O值為

23、低電平，從而三極管導通，使蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報警聲，同時使連接報警燈的I/O置為低電平，則發(fā)光二極管導通，二極管發(fā)光。在設計過程中一定得注意發(fā)光二極管的極性，否則，發(fā)光二級管是不會正常發(fā)光。 第三章 硬件電路設計根據(jù)設計要求與設計思路，此電路由一塊AT89S52單片機、復位電路、時鐘電路、12864LCD顯示器、蜂鳴器及LED燈報警電路、CZAF-602壓力傳感電路。硬件設計框圖如下： 圖3.1在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時會產(chǎn)生電信號，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關系一

24、般為線性關系。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便單片機接收，因此電路中需要用進行A/D轉(zhuǎn)換。又由于本設計采用的是CZAF-602電阻應變式壓力傳感器，其輸出電壓為2mv左右不能夠使單片機和AD轉(zhuǎn)換器正常工作，因此需要設計放大電路來使ADC0832的輸入電壓達到2v左右，放大電路的增益應為1000.單片機根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號計算出物體的重量。在本系統(tǒng)中，硬件電路的構成主要有以下幾部分： AT89S52的最小系統(tǒng)構成、數(shù)據(jù)采集、人-機交換電路等。 3.1 ATMEGA16的最小系統(tǒng)電路3.1.1單片機芯片ATMEGA16介紹AT

25、mega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。    ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器

26、最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。    ATmega16 有如下特點:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝)&#

27、160;的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。    工作于空閑模式時CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時終止CPU 和除了異步定時器與ADC

28、0;以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時的開關噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。    本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術生產(chǎn)的。片ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導程序進行編程。引導程序可以使用

29、任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器

30、、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。3.1.2單片機管腳說明圖3.2VCC 電源正GND 電源地端口A(PA7.PA0)端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7.PB0)端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若

31、內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能.端口C(PC7.PC0)端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能.端口D(PD7.PD0)端口D 為8 位

32、雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.RESET 復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。門限時間見P36Table 15。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個

33、低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準輸入引腳。3.1.3 ATMEGA16的最小系統(tǒng)電路構成 能讓單片機工作的有最基本元器件構成的系統(tǒng)稱為單片機最小系統(tǒng)。 單片機最小系統(tǒng)通常包括： 電源（+5V） 復位電路：啟動后讓單片機從初始狀態(tài)執(zhí)行程序 振蕩電路：單片機是一種時序電路，必須施加脈沖信號才能工作。Mega16內(nèi)部有RC震蕩電路但相比外部的晶體震蕩電路還是不夠準確，另外它也可以使用外部晶振工作，兩者之間的切換通過熔絲位（以后會講）來選擇在其內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路只要接上兩個電容和一個晶振即可正常工作。圖3.3如圖所示為ATme

34、ga16最小系統(tǒng)電路圖，圖中標有相同代號的引腳表示連接在一起。圖中ISP和JTAG為ATmega16的兩種下載方式各自的引腳接口，ISP用于在線下載程序比較方便快捷，所用下載軟件為progisp ；JTAG是在線仿真接口通過仿真器連接單片機進行程序的下載和仿真，所用軟件為AVR Studio ；通常我門使用ISP下載就已經(jīng)足夠了，并且方便快捷很穩(wěn)定好用，下載器也便宜；JTAG在需要仿真的時候用，它可以看見單片機各個引腳的輸出值和輸入值等，但JTAG實際定使用中不穩(wěn)定有時候很容易出錯電腦不識別下不進去程序等問題，個人偏好使用ISP.   

35、;  說明：此最小系統(tǒng)電路圖中只畫出了最簡單的應用電路流水燈，和最基本的能讓單片機正常工作的外圍電路及下載程序所必須的ISP和JTAG接口，如果你想焊一個電路板出來自己使用，其他的外圍電路可以在日后使用當中自己再往上焊。3.2數(shù)據(jù)采集部分電路設計 數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號電路、A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口電路。我們采用CZAF-602壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊與單片機的接口連接如圖3.4所示。圖3.43.3 A/D轉(zhuǎn)換與單片機接口部分設計CS5550是一個包含兩個-模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和一個串行接口的高度集成的-模數(shù)轉(zhuǎn)換器。CS5550具有方便的片上AC/DC

36、 偏移和增益校準功能，包含一個可與控制器雙向通訊的串行接口、一個可用于增益補償?shù)钠蠝囟葌鞲衅鳌?#160;由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。CS5550的管腳如圖下所示：圖3.5CS5550串口包括CS、SDI、SDO 和SCLK四條控制線。CS，片選，是訪問串口的允許控制線。如果CS 為邏輯0，端口具有3 線接口的功能。SDI，串行數(shù)據(jù)輸入，用來把數(shù)據(jù)寫到轉(zhuǎn)換器。SDO，串行數(shù)據(jù)輸出，用來從轉(zhuǎn)換器讀出數(shù)據(jù)。當 CS 為邏輯1 時，SDO 輸出將保持高阻抗。&

37、#160;SCLK，串行時鐘，是控制數(shù)據(jù)移出或移入A/D 轉(zhuǎn)換器串行口的串行位時鐘。在SCLK 的電平轉(zhuǎn)換能被端口邏輯識別之前，CS 必須被置為邏輯0。為了和光電耦合器相匹配，SCLK 的輸入端集成了一個施密特觸發(fā)器，以允許使用上升和下降時間較慢的光電耦合器直接驅(qū)動該引腳。另外，SDO 具有接收或輸出5mA 電流的能力，可以直接驅(qū)動光電耦合器的LED。在接收或輸出5mA 電流時，SDO 的驅(qū)動電壓損失小于400mV。在任何時候執(zhí)行軟件或硬件復位可以初始化系統(tǒng)。通過寫0x80到CS5550可以實現(xiàn)軟件復位。當RESE

38、T腳被拉低超過50ns 時，可以實現(xiàn)硬件復位。RESET信號是異步的，不需MCLKs的支持并可保持復位狀態(tài)。RESET腳為施密特觸發(fā)器輸入，允許使用上升和下降時間較慢的控制信號。 一旦RESET變高，片內(nèi)復位電路將保持5 個MCLK 確保復位同步。而調(diào)制器將保持12個MCLK。在軟件或硬件后，在檢測到復位事件后的第一個MCLK 系統(tǒng)的所有寄存器被恢復到系統(tǒng)默認值，同樣加電復位后，所有寄存器也被恢復到系統(tǒng)默認值，CS5550被標志為工作狀態(tài)。單片機接口與CS550連接電路如圖所示：圖3.63.4顯示電路與單片機接口電路設計 在顯示電路論

39、證中，本設計采用是LCD顯示。在LCD驅(qū)動時，需在段電極和公共電極上施加交流電壓。若只在電極上施加DC電壓時，液晶本身發(fā)生劣化。液晶驅(qū)動方式包括靜態(tài)驅(qū)動、動態(tài)驅(qū)動等驅(qū)動方式。 （1)靜態(tài)驅(qū)動 所有的段都有獨立的驅(qū)動電路，表示段電極與公共電極之間連續(xù)施加電壓。它適合于簡單控制的LCD。 （2)多路驅(qū)動方式構成矩陣電極，公共端數(shù)為n，按照1/n的時序分別依次驅(qū)動公共端，與該驅(qū)動時序相對應，對所有的段信號電極作選擇驅(qū)動。這種方式適合于比較復雜控制的LCD。在多路驅(qū)動方式中，像素可分為選擇點、半選擇點和非選擇點。為了提高顯示的對比度和降低串擾，應合理選擇占空比（duty）

40、和偏壓(bias)。施加在LCD上所表示的ON和OFF時的電壓有效值與占空比和偏壓的關系如下： Vo: LCD驅(qū)動電壓  N:占空比(1/N)a:偏壓(1/a)多路驅(qū)動方式可分為點反轉(zhuǎn)驅(qū)動和幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動。點反轉(zhuǎn)驅(qū)動適合于低占空比應用，它在各段數(shù)據(jù)輸出時，將數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動適合于高占空比應用，它在各幀輸出時，將數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。對于多灰度和彩色顯示的控制方法，通常采用幀頻控制(FRC）和脈寬調(diào)制(PWM)方法。幀頻控制是通過減少幀輸出次數(shù)，控制輸出信號的有效值，來實現(xiàn)多灰度和彩色控制。而脈寬調(diào)制是通過改變段輸出信號脈寬，控制輸出信號的有效值，來實現(xiàn)多灰度和彩色控

41、制。 本設計采用HJ12864ZW液晶顯示器，HJ12864ZW是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及128X64全點陣液晶顯示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示4行16個中文字形（16X16點陣漢字，與外部CPU接口可采用串行或并行方式控制）或者，4行32個字符（8X16）。本設計采用并行接口，下面僅介紹并行接口：1 VSS - 模塊的電源地2 VDD - 模塊的電源正端3 V0 - LCD驅(qū)動電壓輸入端4 RS(CS) H/L 并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號5 R/W(SID) H/L 并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6 E(CLK) H/L 并行的使能

42、信號；串行的同步時鐘7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)08 DB1 H/L 數(shù)據(jù)19 DB2 H/L 數(shù)據(jù)210 DB3 H/L 數(shù)據(jù)311 DB4 H/L 數(shù)據(jù)412 DB5 H/L 數(shù)據(jù)513 DB6 H/L 數(shù)據(jù)614 DB7 H/L 數(shù)據(jù)715 PSB H/L 并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16 NC 空腳17 /RET H/L 復位 低電平有效18 NC 空腳19 LED_A （LED+5V） 背光源正極20 LED_K （LED-OV） 背光源負極*注釋1：如在實際應用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J15和“VCC”用焊錫短接。 *注

43、釋2：模塊內(nèi)部接有上電復位電路，因此在不需要經(jīng)常復位的場合可將該端懸空。     *注釋3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。2864LCD顯示器與單片機的接口電路如圖3.8所示：1 圖3.83.5鍵盤電路與單片機接口電路設計矩陣式鍵盤的結(jié)構與工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構成4*4=16個按鍵，比直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯

44、，比如再多加一條線就可以構成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 矩陣式鍵盤的按鍵識別方法：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如圖2-4所示鍵盤，介紹過程如下。判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線D0-D3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐列檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。  在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。鍵盤為4 X 4鍵盤，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十個數(shù)字及確認、清除鍵以及小數(shù)點鍵。采用中斷工作方式提高了CPU的利