基于51單片機(jī)壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料

1、基于51單片機(jī)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)借助壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)放大，使用高精度A/D轉(zhuǎn)換器件，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理轉(zhuǎn)換成LCD液晶可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。初始化后可以重設(shè)閾值，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)存儲(chǔ)八個(gè)以內(nèi)的數(shù)據(jù)，并可以查詢歷史記錄，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并且在實(shí)時(shí)壓力檢測(cè)的過程中，預(yù)警電路一直監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)根據(jù)壓力傳感器零點(diǎn)補(bǔ)償與非線性補(bǔ)償原理，設(shè)計(jì)出了測(cè)量壓力傳感器的硬件電路。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有精度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。但是由于自身的穩(wěn)定性具測(cè)量結(jié)果仍存在誤差。本課題設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)系統(tǒng)具有壓力測(cè)量、超重報(bào)警、壓力存儲(chǔ)及歷

2、史數(shù)據(jù)查閱和壓力值數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。該系統(tǒng)的壓力檢測(cè)范圍為0-10Kg,測(cè)量精度可以達(dá)到10g,具有高精度，低成本，易攜帶的特點(diǎn)。采用LCD12864液晶顯示測(cè)量結(jié)果，比傳統(tǒng)壓力檢測(cè)系統(tǒng)的精確度更高和直觀性更好。另外，該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，成本低，使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：壓力傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；LCD12864DesignofpressuredetectionsystembasedonMCU51Abstract:：Usingpressuresensorconvertsthepressuresignalintoelectricalsignal,afteramplification,usi

3、nghighprecisionA/Dconversiondevicethatconvertsanalogsignalsintodigitalsignalsinthisdesign,thenthroughsinglechipmicrocomputerprocessingintotheinformationthatLCDcanidentify,atlastdisplayingandoutputtinginformation.Afterinitializationthesystemcanresetthethreshold,achievestoringwithineightdatamanually,a

4、ndcanquerythehistoryrecords,thestatisticanalysisthestoreddataandintheprocessofreal-timepressuredetection,earlywarningcircuithasbeenmonitoringtheoperationofthesystem.Thispaperaccordingtotheprincipleofzerocompensationandnonlinearcompensationforpressuresensor,designingmeasuringpressuresensorhardware.Si

5、ngle-chipimplementationhasthecharacteristicsofhighprecision,strongfunction.Becauseofitsstabilityerrorsstillexistinthemeasurement.Thetopicfunctionsforpressuredetectionsystemareoverweightalarm,storage,statisticalanalysisofhistoricaldataaccessandpressurevalue.Themeasurementrangeofthesystemisfrom0to10kg

6、,measurementaccuracycanreachto10g.Ithastheadvantageofhighprecision,lowcost,easytocarry.MeasurementresultsdisplaywithLCD12864,Contrasttothetraditionalpressuretestsystem,ithashigheraccuracyandintuitive.Inaddition,thesystemcircuitissimple,lowcost,longservicelifeandwidescopeofapplication.Keywords：Pressu

7、resensor;A/Dconverter;LCD12864摘要LAbstractIII目錄III1弓I言11.1 研究背景及意義11.2 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11.3 課題任務(wù)22系統(tǒng)分析與總體方案設(shè)計(jì)31.1.4 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)31.2.4 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案31 實(shí)時(shí)壓力測(cè)量顯示方案41 實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警方案43系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)53.1 單片機(jī)系統(tǒng)53.1.1 單片機(jī)選型53.1.2 單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電路73.2 數(shù)據(jù)采集模塊83.2.1 壓力傳感器93.2.2 信號(hào)放大電路103.2.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換113.3 人機(jī)交互模塊153.3.1 液晶顯示單元153.3.2

8、 矩陣鍵盤單元173.4 聲光報(bào)警模塊183.5 電源供電模塊184軟件程序設(shè)計(jì)204.4 軟件開發(fā)環(huán)境204.5 I/O端口分配214.6 軟件主程序構(gòu)架224.7 主要功能子程序的設(shè)計(jì)234.7.1 A/D子程序設(shè)計(jì)244.7.2 中斷子程序設(shè)計(jì)254.7.3 查詢歷史數(shù)據(jù)子程序設(shè)計(jì)254.7.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子程序設(shè)計(jì)264.7.5 閾值重設(shè)子程序設(shè)計(jì)274.7.6 人機(jī)交互子程序設(shè)計(jì)285系統(tǒng)調(diào)試33數(shù)據(jù)采集調(diào)試33數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析調(diào)試33聲光報(bào)警調(diào)試34軟件調(diào)試34實(shí)物展示346結(jié)束語(yǔ)39參考文獻(xiàn)40致謝41附錄A42附錄B441引言研究背景及意義近年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)越來(lái)越普遍地應(yīng)用于人們

9、的日常工作、生活中。計(jì)算機(jī)的使用在工業(yè)過程控制生產(chǎn)中是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)?？梢院敛豢鋸埖恼f，高端先進(jìn)儀器是其構(gòu)造中含有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生促使現(xiàn)代控制系統(tǒng)時(shí)代的到來(lái)。在這信息高速發(fā)展的時(shí)代，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展有兩個(gè)及其重要的方向，分別為智能化與集成化。而傳感器檢測(cè)系統(tǒng)智能化和集成化的程度主要取決于系統(tǒng)內(nèi)部微處理器的性能1。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外開發(fā)和研究的熱點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)處理能力，能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)抽樣、以及標(biāo)度變換功能的智能壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化技術(shù)的重要技術(shù)之一。壓力測(cè)量在工業(yè)安全生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

10、中具有重要的意義。為了確保工業(yè)制造過程中的高效與安全，必須精確地控制生產(chǎn)過程中的一些諸如壓力、流量、溫度等主要參數(shù)。其中良好的控制壓力，可以保障生產(chǎn)過程中的安全，因此準(zhǔn)確地測(cè)量壓力顯得尤為重要。壓力是生產(chǎn)過程中四大重要參數(shù)之一，實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力可以判斷生產(chǎn)過程中機(jī)器是否安全可靠的運(yùn)行2。如：確保密閉容器內(nèi)的壓力在安全指標(biāo)范圍以內(nèi)，確保易燃易爆介質(zhì)的壓力不超標(biāo)。壓力的檢測(cè)在其他工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中對(duì)于控制生產(chǎn)的正常運(yùn)行也非常重要。在一些工業(yè)裝置上都時(shí)?？梢砸姷接袎毫Ρ恚瑢?shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)壓力大小，如若失常則報(bào)警，很好的保證了生產(chǎn)的安全運(yùn)作。通過測(cè)取壓力的大小也可以知曉液面的高度?？偠灾?，為了保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行，

11、必須按照工藝要求保持穩(wěn)定的壓力，所以準(zhǔn)確測(cè)量壓力在實(shí)際過程是非常重要的。壓力檢測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀壓力檢測(cè)系統(tǒng)靠的就是壓力傳感器去采集壓力信號(hào)。傳感器從探索宇宙到海洋的開發(fā)，從生產(chǎn)過程的控制到現(xiàn)代科技文明中都有使用，使用面幾乎涵蓋了任何一項(xiàng)現(xiàn)代科技產(chǎn)物。世界上很多國(guó)家十分重視發(fā)展傳感器技術(shù)，傳感器技術(shù)可以應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技等各個(gè)領(lǐng)域，有著極其廣闊的前景。例如，在日本傳感器技術(shù)被列為六大核心技術(shù)之一，其他五項(xiàng)核心技術(shù)為通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和計(jì)算機(jī)。并且日本還將傳感器列為六大技術(shù)之首；美國(guó)將上世紀(jì)90年代看作是傳感器時(shí)代，將傳感器技術(shù)列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)在傳感器的研究上也

12、已經(jīng)有二十多年的歷史并取得了很大的成就。21世紀(jì)提出了科學(xué)技術(shù)就是第一生產(chǎn)力的口號(hào)，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)在這一浪潮下取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步，傳感器技術(shù)也越來(lái)越受到各方面的重視，雖然在某些領(lǐng)域我國(guó)已趕上或者接近世界先進(jìn)水平。但是從總體來(lái)看，我國(guó)在傳感器技術(shù)的研究和生產(chǎn)還落后于國(guó)外傳感器技術(shù)，如今正處于方興未艾的階段。由于智能傳感器系統(tǒng)的研究起步較晚，各方面理論缺乏和實(shí)踐不夠，離實(shí)際應(yīng)用需求還有很大差距，尤其是用于壓力測(cè)量的壓力傳感器。如何生產(chǎn)高性能、小體積、低成本的智能壓力傳感器系統(tǒng)還需進(jìn)一步開發(fā)和研究。因此，研究開發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)有利于促進(jìn)信息技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)提高設(shè)備性能及自

13、動(dòng)化水平具有重要意義。壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制能夠保證生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行。壓力傳感器是工業(yè)儀器、儀表控制中最為常用的一種傳感器，廣泛地應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，涉及眾多行業(yè)。通過壓力傳感器將被測(cè)物體的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至24位A/D轉(zhuǎn)換器，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LCD顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。課題任務(wù)該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)壓力檢測(cè)系統(tǒng)的智能檢測(cè)，如實(shí)時(shí)壓力測(cè)量、手動(dòng)存儲(chǔ)壓力值、壓力預(yù)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等。該課題以STC89C51RC單片機(jī)為控制核心，配合電阻應(yīng)變式壓力傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片HX711、12864液晶顯示等外

14、圍器件，對(duì)壓力檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)采集。LCD液晶設(shè)備顯示壓力值的測(cè)量結(jié)果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果等，配合蜂鳴器和LED二極管進(jìn)行聲光報(bào)警。壓力傳感器采集被測(cè)物體的壓力信號(hào)，傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析處理。另外系統(tǒng)配有鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)存儲(chǔ)、預(yù)警值設(shè)定、系統(tǒng)復(fù)位，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的有關(guān)功能。2系統(tǒng)分析與總體方案設(shè)計(jì)壓力檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)壓力檢測(cè)系統(tǒng)裝置主要由五個(gè)模塊組成：1、數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊的作用是將檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)電平保護(hù)后輸出到數(shù)據(jù)處理部分。2、信號(hào)處理模塊。用單片機(jī)作為信息處理單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采樣及數(shù)據(jù)分析運(yùn)算，并發(fā)出控制指令。3、人機(jī)交互模塊。由4*3矩陣鍵盤及液晶顯示單元

15、組成。通過4*3矩陣鍵盤對(duì)單片機(jī)下達(dá)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制；顯示采用12864液晶模塊，可以提供豐富、直觀、友好的信息界面。4、聲光報(bào)警模塊。當(dāng)報(bào)警程序啟動(dòng)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音、發(fā)光二極管點(diǎn)亮。5、電源供電模塊。系統(tǒng)通過USB電源供電，單片機(jī)程序也可通過USB線串行下載。借助按鍵開關(guān)操作可控制電源的通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良性運(yùn)作。通電后電源指示燈點(diǎn)亮。壓力檢測(cè)系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：24位A/D芯片HX711電路壓力傳感器電源供電液晶顯示圖2.1壓力檢測(cè)系統(tǒng)框圖壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)壓力測(cè)量和實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警是壓力檢測(cè)系統(tǒng)裝置的最重要兩個(gè)部分，它是實(shí)現(xiàn)其他功能的基本條件，這兩部分性能的好壞將關(guān)系到整

16、個(gè)系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計(jì)一個(gè)成本低、可靠性高、測(cè)量精度高、安裝調(diào)試方便的壓力檢測(cè)系統(tǒng)是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。實(shí)時(shí)壓力測(cè)量顯示方案本裝置中系統(tǒng)壓力的檢測(cè)，采用量程為10kg的高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再傳送給A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片HX711o輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行處理分析。壓力傳感器在每次單片機(jī)復(fù)位后自動(dòng)校準(zhǔn)歸零。再放上物體進(jìn)行壓力測(cè)量，顯示器可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所測(cè)物體的質(zhì)量，并且用戶可以根據(jù)需要將壓力值進(jìn)行手動(dòng)存儲(chǔ)，然后通過按鍵查詢所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控預(yù)警方案為了實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力大小，預(yù)先在程序中設(shè)定閾值為9.999kg,系統(tǒng)開啟后默認(rèn)的閾值即為9.999kg0用戶可以根據(jù)

17、需要通過按鍵操作，在0.0009.999kg區(qū)間內(nèi)修改閾值大小。然后按確認(rèn)鍵即可完成閾值重設(shè)的操作。放置被測(cè)物體在壓力托盤上，當(dāng)壓力超過所設(shè)定的壓力值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，LED燈點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出聲音。被測(cè)物體的壓力，經(jīng)過傳感器變?yōu)槟M信號(hào)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片HX711轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。輸出給單片機(jī)，然后運(yùn)算處理，判斷檢測(cè)到的壓力和閾值，如若該壓力大于閾值，則系統(tǒng)將顯示出此時(shí)壓力值，并發(fā)出報(bào)警提示；小于則在液晶上正常顯示當(dāng)前壓力值。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)很多功能集成在一塊小芯片上，它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分組件：外部總線系統(tǒng)、內(nèi)存和CPU同時(shí)集

18、成實(shí)時(shí)時(shí)鐘通訊接口、定時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。單片機(jī)也稱作單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)，它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)選型世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位到16位再到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有很多與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，相輔相成，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。自從上世紀(jì)80年代初Intel公司推出MCS-51系列單片機(jī)以后，全球諸多著名的半導(dǎo)體廠商相繼生產(chǎn)與51系列兼容的單片機(jī)，使得單片機(jī)型號(hào)不斷增加，功能不斷

19、增強(qiáng)，品種不斷豐富網(wǎng)。本系統(tǒng)采用STC89C51RC作為核心單片機(jī)系統(tǒng)，STC89C51RC是一種高性能、低功耗8位微控制器。引腳圖如下圖3.1所示。beepalert2ROW43Ri：W:-4PDSCK5Jl：16S0_ZK7SI_ZKgRST9RXD10TXD11ROW;nROW1BC0L114COL215COL316COL417X2XI_1920GNDJiTPIR5.6p-pp11p1pp_/:l一-pGNDvcc(AJ»)PO.Ci(ADl)P0.1(AD2JPC2CAD3)PO5(AD4JP0.4(AD5JPO.5(AD6)P0.6(AD7)Pfl.7EA-ATPALEPR

20、OCPSEN(A15)P2.7(A14)P2.6(A13)P2.5(A12)P2.4(A11)P2.S(A10)P2.2(A9JP2.1(AS)P2.040i39|ILL38373635343331_3029LCD_CS27LCD_RES26LCD_RS25LCDSDA24I.Cn_SCK23LEDA22CSZK21BC冗_(dá)ZKPJ.OfRXD)P3.1(TXD)P3.2QNT0)P3.3ONT1SP3.4(T0)P土也?里現(xiàn)任)PH7(兩XTAL2XTALl圖3.1單片機(jī)引腳圖單片機(jī)各引腳介紹:I/O口引腳P0（第32腳39腳）：雙向8位三態(tài)I/O口。當(dāng)接外部存儲(chǔ)器時(shí)，總線復(fù)用，不僅可以作為

21、數(shù)據(jù)總線，也可作為地址總線的低8位。I/O口引腳P1（第1腳8腳）：8位準(zhǔn)雙向I/O口。由于此端口沒有高阻態(tài)，所以無(wú)法輸入進(jìn)行鎖存，所以并不是真正意義上的雙向I/O。I/O口引腳P2（第21腳28腳）：8位準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，總線復(fù)用，不僅可以作為數(shù)據(jù)總線，也可作為地址總線的高8位。I/O口弓唧P3（第10腳17腳）：8位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口不僅可以作為一般的數(shù)據(jù)總線使用，這8個(gè)引腳還有各自的特殊功能，屬于復(fù)用雙功能口。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表3.1所示，值得弓S調(diào)的是，P3每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。表3.1P3口第二功能表引腳特殊功能

22、P3.0RXD（串行輸入端）P3.1TXD（并行輸入端）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0輸入端）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1輸入端）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端）電源引腳Vcc（第40腳）：接+5V電壓。電源引腳Vss（第20腳）：接地。外部晶振引腳XTAL1與XTAL2（第19腳,18腳）：接外部晶振時(shí)，將振蕩信號(hào)輸入給單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器。EA（第31腳）：當(dāng)EA為低電平時(shí)，不管內(nèi)部是否有程序存儲(chǔ)器（8031型號(hào)單片機(jī)沒有內(nèi)部存儲(chǔ)器），單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)E

23、A為高電平時(shí)，先訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)尋址地址超過容量時(shí)，自動(dòng)訪問外部程序存儲(chǔ)器。PSEN（第29腳）：當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)PSEN兩次有效，時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。ALE（第30腳）：當(dāng)不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE引腳周期性的輸入正脈沖信號(hào)，可以作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘，頻率為振蕩器頻率的1/6。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE用于地址低位字節(jié)的鎖存。RST（第9腳）：當(dāng)RST上出項(xiàng)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)將復(fù)位。單片機(jī)STC89C51RC內(nèi)部ROM空間大小為4K,地址范圍從0000H至U0FFFH。RAM空間大小為128字節(jié)，地址范圍從00H到FFH。地址80H到

24、FFH為特殊功能寄存器區(qū)，用于計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，串行通信，累加器以及一些特殊的控制寄存器。單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電路(1)晶振電路晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)4。理論上來(lái)說，振蕩頻率越高表示單片機(jī)運(yùn)行速度越快，但同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的速度和印刷電路板的要求也就越高。如同木桶原理。同時(shí)單片機(jī)性能的好壞，不僅與CPU運(yùn)算速度有關(guān)，而且與存儲(chǔ)器的速度、外設(shè)速度等都有很大關(guān)系。因此一般選用612MHZ。并聯(lián)諧振電路對(duì)電容的值沒有嚴(yán)格要求，但會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定、振

25、蕩器頻率高低、起振快速性等。陶瓷封裝電容可以進(jìn)一步提高溫度穩(wěn)定性STC89C51RC內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器用于構(gòu)成振蕩器。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入品振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地。這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容。一般的晶振的負(fù)載電容為15pF或12.5pF,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22pF的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。晶振與單片機(jī)的腳XTAL0和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中會(huì)產(chǎn)生偕波。這個(gè)波對(duì)電路的影響

26、不大，但會(huì)降低電路的時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性，為了電路的穩(wěn)定性起見。ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個(gè)10pf-50pf的瓷片電容接地來(lái)削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響，所以晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的。本系統(tǒng)采用了12MHZ的晶振。KiY1X2，-0一12M不2豐C322pF22pFGND圖3.2單片機(jī)時(shí)鐘原理圖(2)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路有兩種，上電自動(dòng)復(fù)位方式以及手動(dòng)復(fù)位方式。本系統(tǒng)已具備電源開關(guān)鍵，可以使用上電自動(dòng)復(fù)位方式。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。51單片機(jī)是圖電平復(fù)位，給單片機(jī)加5V電源（上電）啟動(dòng)時(shí)的情況：這時(shí)

27、電容充電相當(dāng)于短路（電容特性：通交流，隔直流，上電瞬間相當(dāng)于交流），可以認(rèn)為RST上的電壓就是VCC,這是單片機(jī)就是復(fù)位狀態(tài)。隨著時(shí)間推移電容兩端電壓升高，即造成RST上的電壓降低，當(dāng)?shù)椭灵撝惦妷簳r(shí)，即完成復(fù)位過程。外部復(fù)位電路是為提供兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。RST腳上只要保持10ms以上高電平，系統(tǒng)就會(huì)有效復(fù)位。電容C1可取1033pF,R取10kQ,充電時(shí)間常數(shù)為10M0-6X10M03=100ms。其電路如圖3.3所示：VCCC1IthiFRSTRI10KGND圖3.3單片機(jī)復(fù)位原理圖電容的作用就是緩沖使RST端保持高電平一段時(shí)間，以達(dá)到有效復(fù)位，電容越大，保持的時(shí)間就越久。單

28、片機(jī)的復(fù)位需要至少持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平的時(shí)間，所以在剛開始上電的時(shí)候圖3.3中的電容C1充電，所以在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上會(huì)出現(xiàn)大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。數(shù)據(jù)采集模塊使用型號(hào)為CZL-A、量程為10kg的電阻應(yīng)變式壓力傳感器，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行壓力采集并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸出電壓信號(hào)通常很小，此時(shí)需要利用HX711轉(zhuǎn)換模塊中的可編程放大器進(jìn)行放大。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過2線串行方式與單片機(jī)通信，即可完成數(shù)據(jù)的采集工作。數(shù)字采集模塊原理圖如圖3.4所示。OUTU3123456VCCPOUTPDSCKhx711圖3.4數(shù)據(jù)采

29、集模塊圖3.2.1壓力傳感器(1)壓力傳感器的選擇在本設(shè)計(jì)中，我們需要使用壓力傳感器來(lái)對(duì)物品重量進(jìn)行測(cè)量。壓力傳感器在壓力檢測(cè)系統(tǒng)中是一個(gè)重要的元件，因此，在選擇壓力傳感器時(shí)需要考慮其量程和參數(shù)，還要考慮它的性價(jià)比和兼容性等等。由壓力傳感器將所測(cè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)輸出，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換及單片機(jī)處理后傳送給液晶顯示壓力值，或供報(bào)警使用。壓力傳感器的種類有很多，比如應(yīng)變式傳感器，電容式壓力傳感器、壓電傳感器，諧振式壓力傳感器直接位移式傳感器或是利用磁彈性、壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器5o但壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于外力作用在壓電

30、元件上產(chǎn)生的電荷只有在無(wú)泄漏的情況下才能保存，即需要測(cè)量回路具有無(wú)限大的輸入阻抗，這實(shí)際上是不可能的，因此壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史。電阻應(yīng)變式傳感器具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即如果有外力存在，那么金屬會(huì)發(fā)生微弱的形變，從而改變其電阻值。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，易于實(shí)現(xiàn)小型化等特點(diǎn)，因此是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性的輸出信號(hào)較弱，但可以通過一些措施來(lái)補(bǔ)償。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為R/R后，因?yàn)閴毫鞲衅髟诠ぷ鲿r(shí)應(yīng)變片的形變量很小，導(dǎo)致電阻變化很微弱，測(cè)量得到的結(jié)果未必準(zhǔn)確，并且由于結(jié)果數(shù)

31、值很小，導(dǎo)致我們處理起來(lái)將會(huì)十分困難。因此，我們可以把測(cè)量結(jié)果經(jīng)過某些電路將電阻變化或形變量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以此來(lái)提高測(cè)量效率和精確度60此處通常選用測(cè)量電橋作為轉(zhuǎn)換電路。此處的測(cè)量電橋選用直流電橋，因?yàn)橹绷麟姌蚩垢蓴_能力強(qiáng)，但是輸出信號(hào)小，所以需要對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)通過高效的放大電路進(jìn)行放大。R1、R2、R3和R4組成惠更斯電橋，將兩對(duì)電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖3.5所示。圖3.5測(cè)量電橋原理圖(2)電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量原理電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片等組成。傳感器內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，轉(zhuǎn)換元件電阻應(yīng)變片也會(huì)受到拉伸或變形，它

32、的阻值將發(fā)生變化，從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測(cè)量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量原理圖如圖3,6所示。圖3.6電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)圖當(dāng)外界施加一個(gè)垂直正壓力P作用于金屬橫梁上時(shí)，橫梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片R1、R3受壓彎拉伸，阻值增加；R2、R4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載荷P成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出7o(3)電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變式壓力傳感器是將所測(cè)物體壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。應(yīng)變片即是該型傳感器的核心，它是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的

33、敏感器件。通常是將應(yīng)變片通過特殊的方式使其緊密的粘合在應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也跟著產(chǎn)生形變，應(yīng)變片的阻值也改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化7。電阻應(yīng)變片主要由四部分組成。基本結(jié)構(gòu)如圖3,7所示，電阻絲是應(yīng)變片敏感元件；基片、覆蓋片起定位和保護(hù)電阻絲的作用，并使電阻絲和被測(cè)試件之間絕緣，引出線用以連接測(cè)量導(dǎo)線。圖3.7電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)3.2.2信號(hào)放大電路壓力傳感器的輸出電壓范圍為020mV,而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓需要為02V,因此放大環(huán)節(jié)要有100倍左右的增益。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的(70150倍)，根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為100倍即可。由壓力傳感器

34、的測(cè)量原理可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的相對(duì)變化率AR/R而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值200Q,靈敏系數(shù)K為3,彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000§則應(yīng)變電阻相對(duì)變化率為：AR/R=KX£=3X1000=01003(3-1)由式3-1可以看出電阻變化AR只有0.6Q,其電阻變化率只有0.3%。這么小的電阻變化既難以直接準(zhǔn)確地測(cè)量，又不便直接處理。所以必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變片的AR/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個(gè)電壓或電流信號(hào)很小，需要增加增益放大電路來(lái)把這個(gè)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換芯片接收的信號(hào)。我

35、們采用結(jié)合HX711芯片的放大電路，圖3.8如下所示：；SE-50VSUPDVDDBASERATEAVDDVFBAGNDDOUTVBGPD.SCFLENNAWBIXPAINNBHX711COCTJ16XIxoAD采樣電路圖3.8HX711芯片放大電路3.2.3A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。能夠完成這一任務(wù)的器件稱之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器。本次設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù)字量進(jìn)行輸出。A/D轉(zhuǎn)換模塊器件選擇目前許多類型的單片機(jī)內(nèi)部已帶有A/D轉(zhuǎn)換電路，但此類單片機(jī)會(huì)比無(wú)A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)在價(jià)格上高出一些，為了節(jié)約成本，我們采用一

36、個(gè)51單片機(jī)加上一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，A/D轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無(wú)意義。目前，世界上有多種類型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，有傳統(tǒng)的并行、用行、逐次逼近型、積分型ADC,也有近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的A型和流水線型ADC,多種類型的ADC各有具優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的應(yīng)用要求。這里A/D轉(zhuǎn)換芯片可選ADC0832、ADC0809、HX711等；A/D轉(zhuǎn)換芯片種類很多，最常見的屬于串行和并行接口模式，接口模式是選擇器件的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在同樣的轉(zhuǎn)換分辨率和轉(zhuǎn)換速度的下，不同的接口方式會(huì)對(duì)電路結(jié)構(gòu)及采用周期產(chǎn)生影響。本次設(shè)計(jì)并沒有選擇常見的并行接口A/D轉(zhuǎn)換器ADC0

37、809或者串行接口A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832。根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析比較，本設(shè)計(jì)采用了24位A/D轉(zhuǎn)換器HX711,芯片封裝如下圖3,9所示。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了系統(tǒng)的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。鉉田電路電源VSUP1116ZJDTiD數(shù)字電源應(yīng)壓電踣粒制輸出BASE匚215二1RATE輸出數(shù)據(jù)速率控獻(xiàn)徜人啜擬舊源AVDD匚314=3XL外部時(shí)仲支也森輸A也用電部控機(jī)尬入VFB匚4口XO品捻輸入AGND匚512口DOUT串口艙掘輸出考電源輸出VBG匚

38、611二1PDSCK斷電和事|1時(shí)鐘津人通道同負(fù)輸入端INNA匚710口INFB通道BlE福久甥通道Air：墉&蹤INPA匚89口NNB亞道B負(fù)粉人遍S0P-16L封裝圖3.9HX711封裝圖A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711的簡(jiǎn)介HX711芯片采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度壓力測(cè)量而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)和程序編寫非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B,與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64,對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)電壓值分別為i20mV或掃0mV。通道

39、B則為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源8。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開機(jī)的初始化過程。有關(guān)引腳說明如下表3,2所示：表3.2HX711引腳說明1VSUP電源穩(wěn)壓電路供電電源：2.6V5.5V2BASE模擬輸出穩(wěn)壓電路控制輸出（不用穩(wěn)壓電路時(shí)為無(wú)連接）3AVDD電源模擬電源：2.6V5.5V4VFB模擬輸入穩(wěn)壓電路控制輸入（不用穩(wěn)壓電路時(shí)為應(yīng)接地）5AGND地模擬地6VBG模擬輸出參考電源輸出7INA-模擬輸入通道A負(fù)輸入端8INA+模擬輸入通道A正輸入端9INB

40、-模擬輸入通道B負(fù)輸入端10INB+模擬輸入通道B正輸入端11PD_SCK數(shù)字輸入斷電控制（高電平有效）和串口時(shí)鐘輸入12DOUT數(shù)字輸出串口數(shù)據(jù)輸出13XO數(shù)字輸入輸出晶振輸入（不用晶振時(shí)無(wú)連接）14XI數(shù)字輸入外部時(shí)鐘或晶振輸入，0:使用片內(nèi)振蕩器15RATE數(shù)字輸入輸出數(shù)據(jù)速率控制，0:10HZ;1:80HZ16DVDD數(shù)字電源：2.6V5.5V正常情況下HX711與單片機(jī)的接口應(yīng)為2條數(shù)據(jù)線，分別是PD_SCK、DOUTo它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.10所示。10uFS3550Vs(T工一軋5VUxo1-5DXRDADDIxFcTaTioinMCV'EGO.luFIVB-匚IB-匚圖

41、3.10HX711內(nèi)部方框圖芯片的串口通訊線由PD_SCK和DOUT兩端口構(gòu)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)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)用口時(shí)鐘輸入信號(hào)PD_SCK應(yīng)為低電平。當(dāng)DOUT從高電平變低電平后，PD_SCK應(yīng)輸入25至27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖（圖二）。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數(shù)據(jù)的最高位（MSB）,直至第24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。第25至27個(gè)時(shí)鐘脈沖用來(lái)選擇下一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益,參見下表3.3表3.3輸入通道和增益選擇PD_SCK脈沖數(shù)25A12826B3227A6

42、4PD_SCK的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于25或多于27,否則會(huì)造成串口通訊錯(cuò)誤。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。（4）HX711的數(shù)據(jù)輸出，輸入通道和增益選擇時(shí)序圖如下圖3.11所示。當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)換用期下一個(gè)監(jiān)換周期一個(gè)獨(dú)據(jù)警出制制時(shí)時(shí)nonT：TiF次轉(zhuǎn)接;通道A.塔是I耨FDStKPDSCKT2:PD_SCK脈沖上升沿至|JDOUT數(shù)據(jù)有效T3:PD_SCK正脈沖而平時(shí)間EX飛F一次借接r通咖.增益養(yǎng)二"次轉(zhuǎn)提通道前增疏6<WT1:DOUT下降沿至ijPD_SCK脈沖上升

43、沿T4:PD_SCK正脈沖電時(shí)間圖3.11數(shù)據(jù)輸出，輸入通道和增益選擇時(shí)序圖當(dāng)芯片上電時(shí)，芯片內(nèi)的上電自動(dòng)復(fù)位電路會(huì)使芯片自動(dòng)復(fù)位。管腳PD_SCK用來(lái)控制HX711的斷電。當(dāng)PD_SCK為低電平時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。斷電控制圖如下圖3.12所示。斷電控制；PD_SCK圖3.12斷電控制芯片從復(fù)位或斷電狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。人機(jī)交互模塊矩陣鍵盤和液晶顯示電路是壓力檢測(cè)系統(tǒng)與用戶交互的接口，用戶通過顯示來(lái)觀察壓力大小及經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理后的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，再根據(jù)觀察到的值，通過鍵盤對(duì)單

44、片機(jī)進(jìn)行控制。本節(jié)設(shè)計(jì)了較為合理的鍵盤和顯示電路完成這些功能。液晶顯示單元LCD12864用來(lái)顯示實(shí)時(shí)壓力值，液晶屏電路如圖3.13所示。LCD_CS、LCD_RES、LCD_RS、LCD_SDA、LCD_SCK為液晶模塊與單片機(jī)接口的控制線。CS_ZK、SCK_ZK、SO_ZK和SI_ZK為字庫(kù)和單片機(jī)接口的控制線。U3JLX12864GZLSU*.Ln(llsoMXUSIIWUH5WUHvuw_QUAWONVU6aISM英)圖3.1312864液晶一yis?寸工盯到SVCEU9(ilLI5Igv二rlCTTTF:6產(chǎn)57二-121Al-n該LCD液晶為晶聯(lián)訊公司的生產(chǎn)的128*64漢字屏J

45、LX12864G-086-PC顯示模塊。該顯示模塊既可以當(dāng)成普通的圖像型液晶顯示模塊使用，又含有兒X-GB2312字庫(kù)IC,可以從字庫(kù)IC中讀取內(nèi)置的字庫(kù)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)寫入到LCD驅(qū)動(dòng)IC中，以達(dá)到顯示漢字的目的。JLX12864G-086可以顯示128列*64行點(diǎn)陣單色圖片，或顯示8個(gè)/行*4行16*16點(diǎn)陣的漢字，或顯示16個(gè)/行*8行8*8點(diǎn)陣的英文、數(shù)字、符號(hào)。采用點(diǎn)陣型液晶顯示器（LCD）,可顯示128*64點(diǎn)陣或8個(gè)4行漢字，點(diǎn)尺寸為0.48*0.48（WXH）mm,內(nèi)置ST7920接口型液晶顯示控制器，內(nèi)帶GB2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)（16*16點(diǎn)陣），可與MCU單片機(jī)直接連接，具有8

46、位并行及串行的連接方式，廣泛應(yīng)用于各類儀器儀表及電子設(shè)備。晶聯(lián)訊電子所生產(chǎn)兒X12864G-086型液晶模塊由于使用方便、顯示清晰，廣泛應(yīng)用于各種人機(jī)交流面板。具接口引腳功能介紹如表3.4所示。主要技術(shù)參數(shù)與顯示特性：電源：VDD3.3V+5V（內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓）；顯示內(nèi)容：128列64行；LCD類型：STN;多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。表3.4LCD12864的引腳說明1ROM-IN字庫(kù)IC接口串行數(shù)據(jù)輸出2ROM-OUT字庫(kù)IC接口串行數(shù)據(jù)輸入3ROM-SCK字庫(kù)IC接口串行時(shí)鐘輸入4ROM-CS字庫(kù)IC接口片選輸入5LEDA背光電源背光電源正極，向VDD電壓（5V或3

47、.3V）6VSS接地0V7VDD電路電源5V或3.3V可選8SCKI/O串行時(shí)鐘9SDAI/O串行數(shù)據(jù)10RS寄存器選擇信號(hào)H:數(shù)據(jù)寄存器0:指令寄存器11RST復(fù)位低電平復(fù)位，復(fù)位后，回到高電平，液晶工作12CS片選低電平片選點(diǎn)陣LCD的顯示原理在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，對(duì)LCD控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。對(duì)于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要8位（一字節(jié)）即可。而對(duì)于中文，常用卻有6000以上，于是我們的DOS前輩想了一個(gè)辦法，就是將ASCII表的高128個(gè)很少用到的數(shù)值以兩個(gè)為一組來(lái)表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，

48、即英文的內(nèi)碼。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，還僅是一組數(shù)字，若要在屏幕上顯示，就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有了根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來(lái)記載英文或漢字的形狀，如英文的A'在字模的記載方式如圖3.14所示：字模信息0x000k00010Ok38Ok0c口五Osfe0xc6OkcOzc6Ok00OkOOOk00OxDO1nu圖3.14"A字模圖而中文的你”在字模中的記載卻如圖3.15所示:字模信息位世旭中文字模oQ-uecJ4QU8462ooDO88.8foo2O.Jaa29.J2OJaqOKIJZQXoxaKoxaxoxobsox陛除O

49、KOXOXOX8881120001200,00rtu1t*tlnt*1txntr*ZKKKXKXZZSSKKKKZ0000-0000000000-0000u0100010000G0IIQQ00100Q1QQ0000flG000100010000000QQ01QQ0111I11110C0010001000000tQQ01100100QM00100Q1010100D010ca00Q00100000Q100Q0uQ001口00010101000Q0010000101001QfiQ0u100010010D1I0QQ01Q01QuQ1QQQ1uC0011?0000010D000Q001Q00QQQ1D0

50、Q0QC001000010100000000100000100000a圖3.15你”字模圖矩陣鍵盤單元下圖3.16所示的4*3矩陣鍵盤包含有上、下、左、右四個(gè)方向選擇鍵，力口、減鍵和六個(gè)功能鍵。“存儲(chǔ)”鍵用來(lái)手動(dòng)存儲(chǔ)有用的壓力值；“清空”鍵用來(lái)清空存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的值均為0;“調(diào)零”鍵用來(lái)將壓力傳感器調(diào)零，讓當(dāng)前壓力值顯示為0.000kg；“修改閾值”鍵用來(lái)修改系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值9.999kg,可以任意在09.999kg之內(nèi)設(shè)計(jì)閾值；“返回”鍵可以使當(dāng)前操作返回到上一級(jí)；“確認(rèn)”鍵用來(lái)將所中的功能確定，傳送給系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)程序。矩陣鍵盤行掃描信號(hào)為ROW1-ROW3,列掃描信號(hào)

51、為COL1COL4o行信號(hào)為輸入信號(hào)，低電平有效；列信號(hào)為輸出信號(hào)。當(dāng)沒有鍵按下時(shí)，即使行掃描輸入低電平信號(hào)，列信號(hào)仍為高電平；當(dāng)行掃描為低電平并且有鍵按下時(shí)，則對(duì)應(yīng)的列輸出低電平。該低電平信號(hào)可以定位至按下鍵的位置。COL4COL3COL2K10圖3.164*3矩陣鍵盤電路Kll返回K12晌認(rèn)聲光報(bào)警模塊報(bào)警電路選用8550PNP型三極管，基極為低電平時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)測(cè)量重量超過量程時(shí),beep和alert給出低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴響，報(bào)警燈亮。如圖3.17所示：圖3.17聲光報(bào)警電路圖電源供電模塊系統(tǒng)通過USB電源供電，電源電壓為5V。單片機(jī)程序也可通過USB線串行下載。借助按鍵開關(guān)操作可控制

52、電源的通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良性運(yùn)作。通電后電源指示燈點(diǎn)亮，系統(tǒng)開始工作；斷電后電源指示燈熄滅，系統(tǒng)停止運(yùn)行。電源供電開關(guān)模塊如下圖3.18所示。LED1|vccGND,卜LED圖3.18電源供電模塊電路4軟件程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次軟件設(shè)計(jì)是由主程序和一個(gè)個(gè)子程序模塊組成，這樣方便編寫和運(yùn)行整理。軟件的主要部分由主程序、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)子程序、LCD顯示子程序、歷史查詢子程序、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析子程序、中斷和延時(shí)子程序等組成。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)對(duì)各路電壓、電流采樣及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，并實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，在測(cè)試過程中，監(jiān)控壓力值大小，達(dá)到預(yù)警作用。軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)使用的單片機(jī)開發(fā)環(huán)境是KeilMsion4

53、。KeilMsion4是彳惠國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用傳統(tǒng)C語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開發(fā)，C語(yǔ)言在可維護(hù)性、結(jié)構(gòu)性以及可讀性有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以大大的提高工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期，KeilC51為8051單片機(jī)的軟件開發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)還有著匯編代碼高效和快速的特點(diǎn)。C51編譯器可以更加貼近CPU本身。C51已被完全集成到uVision4的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，編譯器以及調(diào)試器等等。uVision4IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。KeilpVision4IDE開發(fā)界面圖如圖4.1所示圖4.1KeilpVision4開發(fā)界面KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)。C51工具包可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試等整個(gè)流程。程序員可用IDE或其它編輯器編輯C文件。編寫單片機(jī)程序有三種常見的方式，C語(yǔ)言編程、匯編語(yǔ)言編程及混合編程。就前兩種編程方式相比，C語(yǔ)言更加通俗易懂，容易上手，C語(yǔ)言屬于高級(jí)語(yǔ)言，并且有著編譯器的強(qiáng)大支持與自動(dòng)優(yōu)化，使得編程者在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候不用花費(fèi)太多時(shí)間去研究單片機(jī)底層硬件資源。當(dāng)然，對(duì)于匯編語(yǔ)言在某些方面仍然有著不小的優(yōu)勢(shì)，最為突出的一點(diǎn)就是效率優(yōu)化的可操作性。由于C語(yǔ)言在編譯器的支持下編譯鏈接生