電子式拉力計的設計(畢業(yè)設計)

這樣一款攜帶方便、功耗超低的智能化儀表。電子式拉力計。它由ATmega16AVR單片機為處理核心，由MT-TS應變式傳感器來測量拉力的變化，最后測量結果由LCD1602顯示。它能實現(xiàn)以下功能：量結果在LCD顯示屏上顯示。顯示器顯示，便于使用者讀取。DESIGNOFELECTRONICTENSOMEWiththewidespreaduseofembeddeddevices,Currentlymoreandmoreelectronicinstrumentationapproatechnology,computertechnologyandprecisionmeasurementtechnoproduct.Digitalmeterwithfastresponse,highresoluinstrumentationhasbecomeanimportantbranchoftheinstrumentationfield.Thepaperdesignanelectronictensionmeterissuchaportable,ultra-low-powerintelligentinsttechnologiesmicrocontrollertechnologyandseRally.ItconsistsATmega16AVRmicrsensorstomeasurechangesintension,measurementresultsfromtheLCD160achievethefollowingfunctiMeasuringrangeisdividedinto0~50N,50~500simple,themeasurementresultsusingtheLCDdisplay,Keywords:DigitalInstrument;ElectronicTensometer;ATmega1 3.2.1ATmegaAVR16功能詳述 費；記錄結果在紙上，不利于信息的進一步處理[1-2]。數(shù)字式儀表是電子技術、計算機應快、精確度高、分辨率高等優(yōu)點，還能實現(xiàn)人機對話，便于數(shù)據(jù)的進一步處理。此帶有CPU的智能數(shù)字式儀表,能與電腦有效連接以實現(xiàn)連續(xù)記錄，對儀表技術的開發(fā)由于智能型儀表功能上明顯的優(yōu)點，進年來，化工業(yè)的四大測量參數(shù)壓力、溫度、進行數(shù)字通訊，在DCS操作界面上也能方便地進行故障檢查、參數(shù)修正等工作；智能采集，還加入越來越多的遠程控制功能。測量儀表的主要功能由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析等三擬的應用前景和市場。方面的缺陷，在現(xiàn)代高精度的測量要求下，已經(jīng)不能滿足人們的需求。計的目的是研制出高性能、易使用的電子式拉力計系統(tǒng)。50~500N）的轉換，測量精度為1采用液晶顯示器顯示結果。從而實現(xiàn)拉力的測試和顯示。理。最后處理結果在LCD液晶顯示模塊上顯示其拉力大小。本文主要從硬件和軟件方面設計了電子式拉力計，所做工作如下：精度。2.設計了電子式拉力計各模塊的硬件組成，繪制了各個功能模塊的原理圖并畫出總3.采用模塊化設計方法，設計并實現(xiàn)了電子式拉力計軟件上的各個功能。2設計方案的比較及論證本設計要求完成一個電子式拉力計的設計，通過拉力傳感器對信號的采集、放大、A/D轉換進行數(shù)據(jù)采集和分析，達到對拉力的測試功能。本設計要求以單片機作為控制系統(tǒng)的核心部件，以鍵盤輸入實現(xiàn)兩檔測量量程系統(tǒng)原理圖，本章節(jié)就AT89C51方案和ATmega16AVR方案進行比較和論證。2.1.1AT89C51方案2.1.2ATmega16AVR方案傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按人們需求轉換為可用的信號進行輸出的器件受被測量的變化并轉換為可用信號的元件，它將被測量轉換為電信號或其它非電信號。獲或者直接能被數(shù)字設備識別。感器進行簡要介紹。埃附著等使觸點在移動過程中的接觸電阻發(fā)生非線性變化，從而產生噪聲。機械制造、數(shù)控系統(tǒng)、拉力試驗機等計量與工業(yè)控制系統(tǒng)中。壓或電流從而完成了將外力的變化轉換為電信號的過程。其具有靈敏度高，機械滯度較大，當外力變化很大時非線性誤差較大。因此針對不同需要MT-TS系列應變式拉測試及控制系統(tǒng)。器MT-TS。片粘貼在應變梁的應力集中點上。并經(jīng)高溫處理后，使之與應變梁較好的粘合在一起，其具有如下優(yōu)點：5．環(huán)境適應能力強，可以在高溫、高壓、振動、核輻射及化學腐蝕很嚴重的環(huán)境下工作。其電阻阻值的變化，可以通過應變與壓力關系，將壓力信號轉換為電信號。其基本性能參數(shù)如下：?橋路形式：惠斯通全橋；?輸出信號：可按要求為0～5V或4～20mA；?補償溫度范圍：0□~50□;?工作溫度范圍：-20□~80□;?零點溫度漂移：0.05%FS/□;?靈敏度溫度漂移：0.05%FS/□;?過載能力：150%FS。2.2.2ATmega16AVR系外設成為電子技術設計開發(fā)人員的新寵。耗8位單片機。RISC（ReducedInstru片機具備1MIPS/MHz的高速處理能力。輻射和X射線等諸多優(yōu)點，液晶顯示器已經(jīng)在平板顯示領域中占據(jù)了主導地位，更由于它顯示字符規(guī)范、可漢字化、能顯示各種圖形、曲線等豐富的內容。點陣或者液晶顯示器(簡稱LCD)。但是LED點陣存在著功耗大、顯示效果差的缺點，而LCD憑借其功耗低、容量大、分辨率高、穩(wěn)定性好、輻射低等優(yōu)點被廣泛運用于智能儀器儀表的顯示，逐漸成為顯示器市場的主流。具備了液態(tài)流動的特性和固態(tài)晶體的光學特性。當通電時導通,按序列排列,使光線容易通過；不通電時排列混亂,使光線不能通過，這就讓液晶能如閘門般地阻隔或讓光線中間夾著一層液晶。當光線通過這層液晶時,液晶本身會按序排列或扭轉呈不規(guī)則狀,因而阻隔或者使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機復合物,由長棒狀的分子構成。在自然狀態(tài)下,這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經(jīng)精良加工的開槽平液晶分子會順著槽排列,所以假如那些槽非常平行,則各分子也是完全平行的。[12]晶顯示器。還可以扭曲210°或270°等，特點是電光響應曲線更好，可以適應更多的行列驅動。液晶很難做成高分辨率的液晶模塊。(3)DSTN(DoubleSTN)液晶，上供電。STN(DSTN)液晶只能實現(xiàn)偽彩色(一般人眼可以分辨218色，所以達到218色或電容，容易出現(xiàn)串擾現(xiàn)象，所以DSTN不能顯示真正的活動圖像。(4)TFT（ThinFilmTransistor）是薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器件，在每個像素根據(jù)顯示的內容，可將液晶顯示器可分為字符型液晶顯示器和圖像型液晶顯示器，器儀表使用壽命。該型號液晶顯示器為16×2型單色字符型串行液晶顯示模塊，可用于顯示字母、數(shù)字、__ LCD1602主要技術參數(shù)；顯示容量：16×2個字符；字符尺寸：2.95×4.35(W×H)工作電流：2.0mA/5.0V。LCD1602液晶模塊內部控制器共有11條控制指令，如表2-1所RW10000000001200000001*300000001S40000001DCB5000001**600001NF**70001字符發(fā)生存儲器地址80019011011LCD1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。的放大后送入ATmega16AVR芯片的A/D轉換器轉換為數(shù)字信號。由于采集到的拉力然后再送入AD623進行放大。原理圖如3.1所示：其中輸入是直流電流，輸出是模擬電壓信號。傳感器由統(tǒng)一的系統(tǒng)供電模塊供電。其中傳感器負激勵信號連接到終端X1-1電源線EMI濾波器是由電容、電感等集總參數(shù)元件組成的無源雙向多端口網(wǎng)絡，(10KHZ)范圍內衰減射頻能量而讓工頻信號無衰減或很少衰減地通過。這種電源線濾波此次課題設計采用通過外接電阻的控制來實現(xiàn)增益變換的放大器AD623（電路原電源電壓(通常稱之為電源限輸出)的儀表放大器，它能在單電源(+3V到+12V)下提供滿的設置放大倍數(shù)，且符合8引腳的工業(yè)標準引腳配置，在無外接電阻條件下，AD623相連（RG=∞)。對于任意的增益值，RG可由RG=100KΩ/(G?1)對這個公式進行轉化可得：–全靜態(tài)工作–只需兩個時鐘周期的硬件乘法器擦寫壽命：10000次–可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密–支持擴展的片內調試功能–兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的–一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的1–面向字節(jié)的兩線接口–具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器–片內模擬比較器–上電復位以及可編程的掉電檢測–片內/片外中斷源–6種睡眠模式：空閑模式、A/D噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby–正常模式：1.1mA–空閑模式：0.35mA–掉電模式：<1μA加器和存儲器之間的數(shù)據(jù)瓶頸效應，提高了系統(tǒng)性能。AVR卻沒有對外部時鐘進行分頻，直接用一個時鐘周期來執(zhí)行一條指令，提高運行速度,具有比普通的CISC微控AVR單片機采用了哈佛(Harvard)總線結構，程序存儲器與數(shù)存儲器是分開的。微處理器能直接訪問全部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。片機都具有了ISP(InSystemP 采用高級語言編程能夠搞笑的進行系統(tǒng)開發(fā)，并能輕易的在不同平臺上實現(xiàn)程序移植。能夠緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。本芯片是以Atmel高密度非易失性之中的引導程序進行編程。引導程序能夠使用任意接口將應或46dB(200x)的放大級。七路差分模擬輸入通道共享一個通用負端(A/D1),而其他任何之內?；鶞孰妷嚎梢酝ㄟ^在AREF引腳上加一個電容進行解耦，以更好地抑制噪聲。主要技術參數(shù)和特點：?0.5LSB的非線性度；?±2LSB的絕對精度；?65~260μs的轉換時間；?8路復用的單端輸入通道；?7路差分輸入通道；?連續(xù)轉換或單次轉換模式；?A/D轉換結束中斷；?基于睡眠模式的噪聲抑制器。由于Atmega16內部自身帶有A/D轉換器，因此信號采集電路可直接與Atmega16單片機連接，利用其內部的A/D轉換器進LCD1602內部集成了放大器和數(shù)據(jù)存儲器，Atmega16輸出的信號可直接輸送給如圖3.7所示LCD_LIGHT為背光源，所以應當保持PD3為高電平；LCD_RW為LCD1602寫入數(shù)據(jù)即可。部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且成本低廉。時PC1或PC2端口可以檢測到信號由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，從而判進而得知所選擇的量程。聲。在以下幾種情況下會發(fā)生報警：量程切換、量程顯示、測量值顯示操作；RST”,提示操作者測量值超過系統(tǒng)設計，需要系統(tǒng)復位。晶振電路與復位電路如圖3.10所示。8MHz晶振。ATmega16的復位方式為低電平復位，該系統(tǒng)復位電路采用按鍵復位方式系統(tǒng)運行期間，也可以通過輕觸開關S4對系統(tǒng)進行復位操作。的軟件設計就充分運用了模塊化設計思想。塊、液晶顯示模塊、報警電路模塊。在系統(tǒng)開始進行拉力測量與顯示之前，必須先對單片機的端口屬性進行定義，包括端口的輸入、輸出特性、A/D轉換器通道寄存器定義初始化。二功能。本系統(tǒng)中不用考慮端口的第二功能，每個端口的基本輸入輸出功能是相同的。ATmega16AVR單片機提供了由位控制的n00否01是10否推挽0輸出11否ATmega16AVR單片機的每組I/O沖器可以吸收20mA的電流。能直接驅動LED顯示。如果設置了上拉電阻，當管腳被拉低時，管腳會輸出電流。DDRX為I/O口的方向寄存器，可讀可寫。在寫操作時，DDRX用于指定I/O口是作為輸入口還是輸出口用；在讀操作時，從DDRX寄存器讀出來的是端口的方向設定值。DDRX寄存器的初始值為0x0076543210存入內部鎖存器，以確定端口的工作狀態(tài)(端口設定)或者將寫入的數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總PINX不是I/O的寄存器，這個地址用于訪問端口的邏輯值，且只允許讀操作。從PINX讀入的數(shù)據(jù)反映的是I/O口引腳的邏輯PORTC=0xff;//PC0推挽1輸出ADCSR=0xe6;//選delay(100);/延/時A/D轉換數(shù)據(jù)處理主要完成對數(shù)據(jù)的A/D轉換、轉換，其設計是否合理極為重要，因為它直接影響到本系統(tǒng)的測量精度。ATmega16單片機的ADC具有兩種工作方式：單次轉換方式和自由轉換方式。在單次轉換方式下，由程序啟動每一次轉換；而在自由轉換方式下，ADC會連續(xù)采樣并所示。以開始下一次的A/D轉換，其工作時序如圖4.2所示。當ADC工作在自由轉換模式時，第13個時鐘周期結束A/D轉換后即可以開始下一次ADC的時鐘由系統(tǒng)時鐘經(jīng)過一個7位的與分頻器分頻得到。ADC的時鐘分頻器的率將降低采樣精度。—————ADC多路選擇寄存器ADCMUX用于選擇A/D轉換的通道。ADCMU初始值為0x00。000001010011100101110111ADFR將啟動一次A/D轉換。在轉換過程中ADSC一直保持為高。在轉換過程結束后，轉換結果進入ADC數(shù)據(jù)寄存器之前的一個ADC時鐘，ADSC工作在自由轉換模式下。ADC將不斷對信號進行采樣并將最近一次的轉換數(shù)據(jù)存入動一次啞轉換，以初始化ADC。位4：ADIF位為ADC中斷標志位。ADC轉換完成后ADIF置位。如果全局中斷程序里，ADIF被硬件清零，對ADIF寫1也可以對其清零。0002001201040118100101110111——————ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH和ADCL用于存放A/D轉換后的數(shù)據(jù)，作為A/D轉換的結果，ADCL必須被先讀，然后再讀取ADCH的數(shù)據(jù)。這樣，在ADCH寄存器被讀取之前即使新一次的采樣已經(jīng)完成，系統(tǒng)人不會更新ADC數(shù)據(jù)寄存器，以保證對轉換數(shù)據(jù)的正確讀取。A/D轉換的程序流程圖如圖4.5所示。開始開始啟動A/D轉換讀取采樣獲的10位數(shù)據(jù)將采樣值轉換為拉力值結束結束即采用PA0通道，ADC始終是使能的，采用自由轉換工作模式，允許A成，ADIF=0表示轉換未完成，繼續(xù)檢測ADIF直到ADIF=1則A/D轉換完成，調用中的拉力的對應數(shù)據(jù)。LCD1602為16x2液晶顯示器，可以顯示2行16列字符。LCD160為一種慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認液晶模塊的忙標志為低電平即告訴模塊在哪里像是字符，為LCD1602的內部顯示存儲器(CGRAM)如圖4.6所示。否處于忙狀態(tài)，這也正是LCD1602的缺陷所在，這樣的操作將消耗單片機有限的內存單元。LCD1602液晶顯示模塊的內部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，包括阿拉伯數(shù)字、英文字母大小寫、常用符號、日文假名等。LCD1602初始化的一般過程：6.寫指令38H(不檢測忙信號，但是以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需要檢測忙信號；10.顯示光標移動位置；本設計的液晶顯示程序流程圖如圖4.7所示。初始化延時設置第一行顯示初始位置設置第二行顯示初始位置第二行用于顯示當前測得的拉力值。LCD1602顯示的相關程序如下：voiddelay(unsignedintx);/延/時；voidWriteDataLCM(unsignedcharWDLCM);//寫數(shù)據(jù)；BuysC為0時忽略忙檢測；unsignedcharReadStatusLCM(void);//讀狀態(tài)；voidLCMInit(void);//LCM初始化；unsignedcharReadDataLCM(void);//讀數(shù)據(jù)；voiddisplayonechar(unsignedX,unsignedcharY,unsignedcharDData);//按指定位置顯示一個字符；voiddisplay50(floata);//*****測量值<=50顯示*****；本設計的鍵盤采用觸發(fā)式鍵盤，其結構簡單，編程容易，軟硬件都比較容易實現(xiàn)。其程序流程圖如圖4.8所示。開始開始掃描鍵盤消抖<>N是否有鍵按下<>N讀取鍵值(量程選取)YLCD1602顯示量程結束如流程圖所示，首先對鍵盤進行掃描，當單片機鍵盤端口PC1和PC2檢測到選擇的量程，并將量程通過LCD1602顯示出來。時，LCD1602還會不斷顯示RST,提示操作者，測量值超過拉力計的最大量程，系統(tǒng)需要進行復位。LCD1602報警顯示程序如下：voiddisplayerror(void);//****voiddisplayrst(void);//***耐心指導。使得我能及時彌補在專業(yè)上的不足，順利的做完這份畢業(yè)設計。提升。起來，MSP430內部集成了一個12位的A/D轉換器，因此能大大降低電路的復雜度。選擇了也自帶8路10位A/D轉換器的ATmega而在軟件方面，本設計使用了模塊化的設計方法，并使用了C語言來編寫源程序。設計上所花費的時間非常多。的思考問題和解決問題的能力。中去學習，甚至實踐中學到的知識是要多于在書本上學到的。[1]廖紅華，黃鵬.智能化儀器儀表技術發(fā)展綜[4]薛新紅.虛擬儀器技術的發(fā)展現(xiàn)狀[9]XiaoY,XiaokeS.Soilpressuremini-sensormadeofmonocrystallinesiliconandthemeasurementofitssensitivitycoefficient[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology-Mater.Sci.Ed.,2005,20(4):135-137.（外文[11]金春林.AVR系列單片機C語言編程與應用實例[M].北[13]孫力,鮑健.用單片機直接驅動液晶顯示器[J].微計算機應用.1999.7:45[14]佟長福.AVR單片機GCC程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006：[15]LiQinquan.Dataacquisition,analysisandapplicationsofintegration[J].ENGINEERING[16]葉萃娟.高精度數(shù)顯電子拉力計系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學,2[17]毛明虎.基于MPS430微處理器的電子推拉力計的設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，首先，我要向我的畢設指導老師XXX老師表示最誠摯的感謝和無比的敬意。本文榜樣和典范。其次我要感謝和我同是X老師指導的X同學，是她在我實習的時候及時將一些畢畢業(yè)設計的進度。我前進的精神動力。評！unsignedcharnum[]={"0123456789EROKN:ST"unsignedcharp[9];voiddelay(unsignedintx);/延/時voidprocess(floata);//數(shù)據(jù)處voidWriteDataLCM(unsignedcharWDLCM);//unsignedcharReadStatusLCM(void);//讀voidLCMInit(void);//LCMunsignedcharReadDataLCM(void);//讀voiddisplayonechar(unsignedX,unsignedcharY,unsignedcharDData);//按指定位置voiddisplayerror(void);//****voiddisplayrst(void);//***voiddisplay50r(void);//*****顯示量程voiddisplay50(floata);//*****測量值<=50顯示**voiddisplay500r(void);//*****顯示量程5voidportandreginit(void);//*****端口初始化**//****延*時子程序*****voiddelay(unsignedintx)//DELAY{unsignedinti;{}floatadc(void)//ADC_CONVa=t2*0.0048828125;//}//*****將數(shù)據(jù)轉換為小數(shù)形式***voidprocess(floata)//數(shù)據(jù)處{unsignedinti,c,d;p[0]=i/10000;//萬位p[1]=i/1000;//千位p[2]=i/100;//百位p[3]=i/10;//十位p[4]=i%10;//各位p[5]=46;//小數(shù)點b=a-p[0]*10000-p[1]*1000-p[2]*100-p[3]*10-p[4];b=b*1000;p[6]=c/100;}voidWriteDataLCM(unsignedcharWDLCM)//{}{}unsignedcharReadStatusLCM(void)//讀狀態(tài){while(LCM_Data&Busy);//檢測}voidLCMInit(void)//LCM{WriteCommandLCM(0x38,0);//三次顯示模式設置，不WriteCommandLCM(0x3WriteCommandLCM(0x3WriteCommandLCM(0x38,1);//顯示模式設置,開始要求每次WriteCommandLCM(0x08,1);/WriteCommandLCM(0x01,1);/WriteCommandLCM(0x06,1);//顯示光WriteCommandLCM(0x0C,1);//顯示開及光標設置}unsignedcharReadDataLCM(void)//讀{}voiddisplayonechar(unsignedX,unsignedcharY,unsignedcharDData)//按指定位置{if(Y)X|=0x40;//當要顯示第二行時地址碼+0x40;WriteCommandLCM(X,0);//這里不檢測忙信號，發(fā)}voiddisplayerror(vodisplayonechar(2,0,num[11]