传感器与检测技术综合实训报告书--电子称硬件电路设计(编辑修改稿)

传感器与检测技术综合实训报告书--电子称硬件电路设计(编辑修改稿)内容摘要：

形（ 16X16 点阵汉字，与外部 CPU 接口可采用串行或并行方式控制）或者， 4 行 32 个字符（ 8X16）。 本设计采用并行接口，下面仅介绍并行接口： 管脚号 管脚名称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC +5V 电源正 3 V0 对比度（亮度）调整 4 RS(CS) H/L RS=“ H” ,表示 DB7— DB0 为显示数据 RS=“ L” ,表示 DB7— DB0 为显示指令数据 5 R/W(SID) H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,数据被读到 DB7— DB0 R/W=“ L” ,E=“ H→ L” , DB7— DB0 的数据被写到 IR或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信号 714 DB0DB7 H/L 三态数据线 15 PSB H/L H： 8位或 4 位并口方式， L：串口方式（见注释 1） 16 NC 空脚 17 RST H/L 复位端，低电平有效（见注释 2） 18 VOUT LCD 驱动电压输出端 19 BLA VDD 背光源正端（ +5V）（见注释 3） 20 BLK VSS 背光源负端（见注释 3） 表 31 12864 并行接口引脚介绍 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 12 12864LCD 显示器与单片机的接口电路如图 32 所示： 图 32 12864LCD 显示器与单片机的接口电路 测量电路 测量电路的组成包括：传感器检测电路、模拟信号放大电路；在仿真环境里LPSIII 型传感器的检测原理可用如下电桥电路代替： 图 33传感器检测电路 滑动变阻器的作用是 在 LPSIII 的输出电压范围内 模拟其在不同应变下输出的不同电压，将其输出给下一级信号放大电路进行电压放大，放大电路如下图；辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 13 我们采用 OPAMP 的差动式放大器来实现该功能，通过输出端的电压表，我们可以很方便的在仿真环境里，使用校 准电阻对输出端进行校准操作。 图 34模拟信号放大电路 数据采集部分电路设计 数据采集部分电路包括传感器输出信号电路、 A/D转换器与单片机接口电路。 我们采用 LPSIII压力传感器，数据采集模块与单片机的接口连接如图 35所示： 图 35 数据采集模块与单片机接口电路 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D转换芯片。 由于它体积小 、 兼容性强 、 性价比高 ，因此 深受单片机爱好者及企业欢迎。 ADC0832 的管脚如图 36所示： 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 14 图 36 ADC0832 管脚图 芯片接口 说明： CS 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。 GND 芯片参考 0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4条数据线，分别是 CS、 CLK、 DO、DI。 但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。 当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的电平可任意。 当要进行 A/D 转换时，须先将 CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。 在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。 在第 3个脉冲下沉之前 DI端应输入 2 位数据用于选择通道功能。 当此 2 位数据为 “1” 、 “0” 时，只对 CH0 进行单 通道转换。 当 2位数据为 “1” 、 “1” 时，只对 CH1 进行单通道转换。 当 2 位数据为 “0” 、 “0” 时，将 CH0 作为正输入端 IN+， CH1 作为负输入端 IN进行输入。 当 2 位数据为 “0” 、 “1” 时，将 CH0 作为负输入端 IN， CH1 作为正输入端 IN+进行输入。 到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失 去输入作辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 15 用，此后 DO/DI 端则开始利用数据输出 DO进行转换数据的读取。 从第 4个脉冲下沉开始由 DO 端输出转换数据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。 直到第 11个脉冲时发出最低位数据 DATA0， 一个字节的数据输出。 键盘电路与 AT89S52 单片机接口电路设计 矩阵式键盘的结构与工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。 在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（ 9 键）。 由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 在本系统中键盘采用矩阵式键盘并采用中断工作方式。 键盘为 4 X 4 键盘，包括 0、 十个数字及确认、清除键以及小数点键。 采用中断工作方式提高了 CPU 的利用效率，没键按下时没有中断请求，有键按下时，向 CPU 提出中断请求， CPU响应后执行中断服务程序，在中断程序中才对键盘进行扫描。 下图就是键盘电路与 AT89S52 单片机接口电路图。 图 37 键 盘电路与 AT89S52 单片机接口电路图 按数字键和小数点键可设置商品单价，按下“ =”键显示商品的总价，当按下 ON/C 键时清除所设商品单价 及计算结果。 当所放商品的质量超过 10Kg 或商品总价超过 255 元时，报警电路便会发出持续报警声， LED 灯点亮，直到物品重量或商品总价值低于上限。 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 16 报警电路的设计 当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时，将产生一个信号给报警电路。 使报警电路报警从而提醒工作人员注意，超限报警电路如图 38 示。 图 38报警电路 它是由 AT89S52 的 ，当超过设置的重量时，通过程序使 口置为低电平，从而使三极管导通，报警电路接通，使蜂鸣器发出报警声，同时使报警灯 LED 发光。 4 电路的软件 设计 根据系统的控制任务，本系统的软件设计主要由主程序、初始化程序、显示子程序、数据采集子程序和延时程序等组成。 主程序设计 软件主要三个方面：一是初始化系统；二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。 这三个方面的操作分别在主程序中来进行。 程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。 系统上电后，初始化程序将 RAM 的 30H～ 5FH 内存单元清零， 引脚置成高电平，防止误报警。 主程序模块主要完成编程芯片的初始化及按需要调用各模块（子程序），程序设计流程图如 图 41 所示。 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 17 开 始L C D 初 始 化重 量 数 据 显 示总 价 计 算L C D 清 屏报 警A D 转 换重 量 数 据 处 理是 否 超 过 上 限按 键 判 断YNYN 图 41系统主程序流程图 子程序设计 系统子程序主要包括 A/D 转换启动及数据读取程序设计、显示程序设计、键盘输入控制程序设计以及报警子程序的设计等。 A/D 转换启动及数据读取程序设计 A/D 转换子程序主要是指在系统开始运行时，把称重传感器传递过来的模拟信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序设计。 设计流程图如图 42所示。 开 始 数 据 显 示 数 据 存 储启 动 A / D 转 换 A D C 0 8 3 2 初 始 化 A D 转 换 完 成NY 图 42 AD 转换子程 序设计流程图 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 18 显示子程序设计 显示子程序主要是来判断是否需要显示 ,以及如何去显示 ,也是十分重要的程序之一。 而显示子程序是其他程序所需要调用的程序之一，因此，显示子程序的设计就显得举足轻重，设计的时候也要十分的小心和卖力。 本设计含有总价显示程序和数据录入显示程序。 设计显示子程序的流程图如下图 43所示： 开 始显 示 字 符 串设 置 坐 标 字 符 地 址写 入 数 据写 入 指 令L C D 初 始 化 图 43显示子程序流程图 键盘输入控制程序的设计 如图 25所示：键盘电路设计成 4 4矩阵式，在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。 键盘扫描子程序的流程图如下： 开 始原 地 跳 转原 地 跳 转调 用 L C D 显 示字 符 显 示L C D 初 始 化键 盘 输 入有 无 功 能 键 按 下输 入 完 毕有 返 回 键 按 下NYYYNN 图 44 键盘扫描子程序流程图 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 19 报警子程序的设计 由于要求要键盘设定阈值，所以要求有报警电路，报警电路可以有声报警也可有光报警，将设定的阈值与实时显示的值进行比较，如果设定值小于实时显示的值，则将 置为 1，将发光二极管点亮，或使蜂鸣器发出声音。 这就需要一段比较程序以及一小段置 1清 0程序。 声 光 报 警采 集 重 量大 于 上 限开 始返 回YN 图 45报警子程序流程图 5 总结 随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。 智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。 而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。 传感器好比人体“五官”的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次设计中的半桥电子秤就是 在以上仪器的基础上设计而成的。 因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。 通过这次课程设计与仿真，让我更明确的了解了 一些芯片的用途功能，也熟练了对它们的运用。 在这个设计的过程中， 需要不断地思考，不断地请教， 需要对知识深入的掌握， 去解决设计中存在的一些问题和调试时出现的一些故障。 经过软件的最终仿真结果，本设计实现了上述功能，系统可以连续稳定可靠运行，实现了预期功能，完成设计目标。 辽东学院课程设计报告书 传 感器与检测技术综合课程设计 20 6 参考文献 [1] 赵广平，孙雯萍，孙建军 . 电子称重技术现状及发展趋势 [J]. 仪表技 术传感器， 20xx，（ 07） . 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