微機(jī)接口技術(shù)

1、微機(jī)接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱： 微機(jī)接口技術(shù) 院系名稱： 中印計(jì)算機(jī)軟件學(xué)院 學(xué)生姓名： 胡果 班 級(jí)： 2013級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 201301450051 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師： 楊久河 開課時(shí)間：2015-2016 學(xué)年第二學(xué)期 目錄 第一章 緒論2 1.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2 1.2課程的結(jié)構(gòu)安排2第二章  硬件電路設(shè)計(jì)32.1傳感器的選擇3   2.2放大電路的設(shè)計(jì)42.3采集電路的設(shè)計(jì)52.4顯示電路的設(shè)計(jì)6 2.5鍵盤電路的設(shè)計(jì)7 第三章 軟件的設(shè)計(jì)83.1監(jiān)控程序的設(shè)

2、計(jì)83.2數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)8 3.3數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì)9 第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)10 參考文獻(xiàn)11程序附錄12第一章 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?jī)x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)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。 做為重量測(cè)量?jī)x器，智能電子秤在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)

3、量速度快，易于實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量稱，成為測(cè)量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。 本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，用匯編語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以半橋傳感器為主,測(cè)量0500g電子秤，隨時(shí)可改變上限閾值，并達(dá)到閾值報(bào)警的功能。稱重傳感器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換接收的電壓范圍。所以送A/D轉(zhuǎn)換之前要對(duì)其進(jìn)行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果才能送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。其數(shù)據(jù)顯示部分采用LCD顯示，成本低且能很好地實(shí)現(xiàn)所要求的功能。 1.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下： 利用實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)板

4、上的組合型壓力傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)微型電子秤，通過數(shù)碼管來實(shí)時(shí)顯示所測(cè)得的重量值 （1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路 （2）分析實(shí)驗(yàn)原理 （3）列出實(shí)驗(yàn)接線表 （4）采用匯編語言編寫實(shí)驗(yàn)程序 （5）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證功能的實(shí)現(xiàn) （6）編寫課程設(shè)計(jì)說明書1.2設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)安排    本文的結(jié)構(gòu)安排如下： 第1章緒論，簡(jiǎn)單介紹了本課題電子稱的設(shè)計(jì)內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)安排。 第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，在選定各個(gè)模塊的方案中，對(duì)各方案的用到的主要芯片進(jìn)行簡(jiǎn)單功能介紹及應(yīng)用，并且給出了本次電路設(shè)計(jì)的具體電路圖。 第3章

5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，本章主要是介紹電子稱的軟件設(shè)計(jì)，給出了本次設(shè)計(jì)的主程序流程圖及一些模塊的子程序圖。 最后，對(duì)本次的課程設(shè)計(jì)的主要工作及結(jié)果做出了總結(jié)與討論，并且指出了本次課程設(shè)計(jì)中存在的不足和發(fā)現(xiàn)的一些問題。第二章 電子秤的硬件設(shè)計(jì) 2.1 傳感器的選擇 2.1.1應(yīng)變式電阻傳感器的測(cè)量原理。 應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理：當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致阻值變化。導(dǎo)體與半導(dǎo)體的電阻與電阻率及其幾何尺寸有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體受外力作用時(shí)，電阻率及幾何尺寸的變化會(huì)引起電阻的變化。因此，通過測(cè)量電阻值的大小，就可以反映外界力的大小

6、。 電阻型應(yīng)變片傳感器的測(cè)量電路可采用橋式測(cè)量電路。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)電阻均可以是應(yīng)變片。  圖2.1.1 橋式測(cè)量電路圖 如能恰當(dāng)?shù)倪x擇個(gè)橋臂的電阻，可以消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應(yīng)變片的電阻有關(guān)。 2.1.2傳感器的分類和選擇 應(yīng)變片式電阻傳感器按其測(cè)量電路（橋式）可分為單臂式、半橋式、全橋式三種。 所謂半橋，即將電橋的四臂接入四應(yīng)變片。其中：一片受拉，一片受壓，另外兩應(yīng)變片不受力。全橋是兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。 本方案采用半橋式傳感器。2.2 

7、; 放大電路的設(shè)計(jì) 傳感器輸出電壓為毫伏級(jí)，而A/D轉(zhuǎn)換器所能處理的電壓是05V，所以必須在A/D轉(zhuǎn)換器前加入一個(gè)前置差動(dòng)放大電路以實(shí)現(xiàn)電壓的放大，放大倍數(shù)為100200倍，使輸出電壓為05V。 由于單運(yùn)放在應(yīng)用中要求外圍電路匹配精度高、增益調(diào)整不便、差動(dòng)輸入阻抗低，故采用三運(yùn)放結(jié)構(gòu)。 三運(yùn)放結(jié)構(gòu)具有差動(dòng)輸入阻抗高、共膜抑制比高、偏置電流低等優(yōu)點(diǎn)，且有良好的溫度穩(wěn)定性，低噪單端輸出和和增益調(diào)整方便，適于在傳感器電路中應(yīng)用。 如圖3-2所示，圖中 為增益調(diào)節(jié)電阻，整個(gè)芯片僅 為外接電阻，而運(yùn)放 為增益為1的差動(dòng)輸入放

8、大器。 圖2.2.1 放大電路硬件原理圖2.3采集電路的設(shè)計(jì) 2.3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，他對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，他由采樣/保持器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，計(jì)算機(jī)組成。2.3.2數(shù)據(jù)采樣保持器 進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，從啟動(dòng)變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時(shí)間，即A/D轉(zhuǎn)換的孔徑時(shí)間。當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高，由于孔徑時(shí)間的存在，會(huì)造成較大的轉(zhuǎn)換誤差；為了防止誤差需在中間加一個(gè)功能器件采樣/保持器，進(jìn)行有效、正確的數(shù)據(jù)采集。 采樣/保持器通常由保持電容器、模擬開關(guān)和運(yùn)算放大器組成。其中對(duì)于低速場(chǎng)合可以采用繼電器作為開

9、關(guān)以減小開關(guān)漏電流的影響；在高速場(chǎng)合也可以用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管來作為開關(guān)。  采樣保持器的原理：如圖，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，V1通過限電流電阻向電容C充電，在電容值合理的情況下，V0隨Vi的變化而變化；當(dāng)K斷開時(shí)，由于電容C有一定的容量，此時(shí)輸出V0保持輸入信號(hào)再開斷開瞬間的電平值。圖2.3.2  采樣保持原理圖在模擬信號(hào)輸入通道中，是否需要加采樣/保持器，取決于模擬信號(hào)的變化頻率和A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間；對(duì)快速過程信號(hào)，當(dāng)最大孔徑誤差超過允許值時(shí)，必須在A/D轉(zhuǎn)換器前加采樣/保持器。但如果輸入模擬量是直流量或者被測(cè)信號(hào)模擬量隨時(shí)間變化非常緩慢，采樣/保持（S/H

10、）電路可以省去。 2.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器用的是ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器，它是8路8位逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時(shí)間短（一般在級(jí)），滿足題目要求的“實(shí)時(shí)采樣”，并且它的轉(zhuǎn)換精度在0.1%上下，比較適中，適用于一般場(chǎng)合。 由圖2.3.3可見，單片機(jī)通過讀控制線WR和0809片選線控制啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換及輸入通道地址鎖存，寫控制線WR與ADC0809片選線控制輸出允許。由于ADC0809具有通道地址鎖存功能，通道選擇ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口。模擬電壓由IN0通道輸入，A/D采樣電壓

11、在05v之間變化。所模擬通道IN0地址口為0AOOOH，但是ADC0809無內(nèi)置時(shí)鐘，所以CLOCK由外部時(shí)鐘信號(hào)控制。圖2.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的接口電路2.4 顯示電路的設(shè)計(jì)    顯示部分可以將處理得出的信號(hào)在顯示器上顯示，讓人們直觀的看到被測(cè)體的質(zhì)量，也可以進(jìn)行報(bào)警提示。 LCD液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計(jì)算器，從袖珍時(shí)儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)以及一些文字處理機(jī)都廣泛利用了液晶顯示器。 本設(shè)計(jì)采用的顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置81

12、92個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）?？膳cCPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。  2.5 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 利用鍵盤可選擇電子秤工作模式、設(shè)定測(cè)量上限等。鍵盤部分采用矩陣式的鍵盤，采用這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是把檢測(cè)線分為兩組，一組為行線，一組為列線，按鍵放在行線和列線的交叉點(diǎn)上。矩陣式的鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是需要的測(cè)試線的數(shù)量少，對(duì)于一個(gè)M×N的矩陣鍵盤與主機(jī)連接只需要M+N條測(cè)試線，這樣鍵盤的規(guī)模越大，矩陣時(shí)鍵盤

13、的有點(diǎn)越顯著，當(dāng)需要的按鍵數(shù)目大于8時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。圖 2.5.1 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)圖第三章 電子秤的軟件設(shè)計(jì) 3.1監(jiān)控程序的設(shè)計(jì) 智能儀器的設(shè)計(jì)既要滿足設(shè)定的功能的完成如計(jì)算等功能的任務(wù)功能程序，也要有可以監(jiān)控儀器儀表正工作，保證其可靠性方面的監(jiān)控程序。整個(gè)智能儀器的測(cè)量都是智能儀器自動(dòng)完成的，所以設(shè)計(jì)一套功能完備的監(jiān)控程序是必須的也是必要的。 監(jiān)控程序的主要作用是實(shí)時(shí)的響應(yīng)來自系統(tǒng)的各種信息，按信息的類別進(jìn)行處理；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)的采取有效的措施，消除故障，保證系統(tǒng)能夠繼續(xù)進(jìn)行正常工作。 3.2

14、0;數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理子程序是整個(gè)程序的核心。主要用來調(diào)整輸入值系數(shù)，使輸出滿足量程要求。另外完成A/D的采樣結(jié)果從十六進(jìn)制數(shù)向十進(jìn)制數(shù)形式轉(zhuǎn)化。 321系數(shù)調(diào)整 在IN0輸入的數(shù)最大為5V，要求的質(zhì)量500g對(duì)應(yīng)的是4.8V，為十六進(jìn)制向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換方便，將系數(shù)放大100倍。并用小數(shù)點(diǎn)位置的變化體現(xiàn)這一過程。 因而系數(shù)為：  322數(shù)制轉(zhuǎn)換 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換：在二進(jìn)制數(shù)制中，每向左移一位表示數(shù)乘二倍。以每四位作為一組對(duì)數(shù)分組，當(dāng)?shù)谒奈幌虻谖逦贿M(jìn)位時(shí)，數(shù)由8變到16，若按十進(jìn)制數(shù)制規(guī)則讀數(shù)，則丟失6，所以應(yīng)進(jìn)行加六調(diào)

15、整。DA指令可完成這一調(diào)整。可見數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換可以通過移位的方法實(shí)現(xiàn)。其中，移出數(shù)據(jù)的保存可以通過自乘再加進(jìn)位的方法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槌硕硎咀笠埔晃?，左移后，低位進(jìn)一，則需加一。否則，加零。而通過移位已將要移入的尾數(shù)保存在了進(jìn)位位中，所以能實(shí)現(xiàn)。 圖3.2.2 數(shù)據(jù)處理原理框圖 3.3 數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集用A/D0809芯片來完成，主要分為啟動(dòng)、讀取數(shù)據(jù)、延時(shí)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元、繼續(xù)轉(zhuǎn)換（退出）幾個(gè)步驟。ADC0809初始化后，就具有了將某一通道輸入的05模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量00HFFH，然后再存入8031內(nèi)部RAM

16、的指定單元中。在控制方面有所區(qū)別?？梢圆捎贸绦虿樵兎绞剑訒r(shí)等待方式和中斷方式。圖3.3.1 數(shù)據(jù)采樣原理框圖第四章 設(shè)計(jì)總結(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)，因其極高的性價(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課設(shè)中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而

17、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。 首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱重準(zhǔn)確度。課設(shè)時(shí)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)不是很穩(wěn)定，所以稱重時(shí)誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會(huì)好的多。 其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì)算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求。參考文獻(xiàn)  1 楊居義

18、，楊曉琴，王益斌，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，清華大學(xué)出版社，2009年 2 施昌彥. 電子稱重技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).2005-1-15 3 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. 1999年第3季度彈簧度盤秤、電子計(jì)價(jià)秤產(chǎn)品質(zhì)量國(guó)家監(jiān)督抽查結(jié)果. 輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，1999.6 4李道華，李玲，朱艷.傳感器電路分析與設(shè)計(jì).武漢大學(xué)出版社，2000 5 賈伯年，俞樸. 傳感器技術(shù). 南京：東南大學(xué)出版社，1992 6 李名兆.低成本低功耗電子秤的設(shè)計(jì). 電子技術(shù)，1997 7 查明華，陳曉勤，張如一.電子秤中平行梁彈性元件的性能分析，19