四川信息职业技术学院应用电子技术专业毕业设计说明书

四川信息职业技术学院应用电子技术专业毕业设计说明书内容摘要：

机启动后，片内 RAM 为随机值，运行中的复位操作不改变片内 RAM 的内容。 特殊功能寄存器复位后状态使确定的。 P0～ P3 为 FFH， SP 为 07H， SBUF 不定，IP、 IE 和 PCON 的有效值为 0，其余的特殊功能寄存器的状态均为 00H。 相应的意义为：P0～ P3=FFH,相当于各口锁存器已写入 1，此时不但可以用于输出，也可以用于输入；SP=07H，堆栈指针指向片内 RAM 的 07H 单元（第一个入栈内容将写入 08H 单元）； IP、IE 和 PCON 的有效位为 0，各中断源处于的优先级且均被关断，串行通信的波特率不加倍； PSW=00H，当前工作寄存器为 0 组。 信号采集 模块 当物体放 在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使 阻抗 发生变化，同时使用激励 电压 发生变化，输出一个变化的 模拟信号 ；再将该信号输出到数据处理模块，进行数据处理。 传感器的选择 传感器对于系统至关重要，需要综合实际的需求和各类压力传感器的性能参数加以选择。 传感器属于精密部件，剧烈振动、自由落体、碰撞、过载、过压等等，都非常容易造成传感器永久损坏或者影响精度和线性。 目前常用的有： 电容式压力传感器 ； 压电式压力传感器 ； 电阻应变式压力传感器。 综合考虑 ,本设计要实现的电子秤的是绝对压力值，同时为了简化电路 ，提高稳定性和抗干扰能力， 需要 使用具有温度补偿能力的电阻应变式压力传感器。 本设计选用MXP4115 压力传感器，其最大量程为 5Kg。 传感器的选择 MPX411 系列 为 压阻传感器是国家的最先进的单片硅压力传感器设计用于广泛的应 图 23 按键 复位电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 10 页 共 29 页 用范围，特别是那些采用微控制器或微处理器与 A/D 输入。 这种传感器结合先进的微机械加工技术，薄膜金属化和两极处理，以提供成比例的一个准确的，高层次的模拟输出信号所施加的压力。 小型化和片上集成的高可靠性 是工程师最合适的打算。 MPX411 系列 为 压阻传感器 提供差分和仪表应用 ； 最大误差 为 ％ ； 温度补偿在 40176。 到 +125176。 C； 是 优惠减少重量和体积比现有混合动力模块 ； 有 耐用的环氧 Unibody的元素 、 专利的硅剪应力应变计。 其管脚说明如表 22 所示： 表 22 MPX4115 管脚说明 1 2 3 4 5 6 VOUT GND VCC NC NC NC 如图 24 所示 ， 本设计 主要将传感器 2 脚接到 ADC0832 的 CH0 与 CH1 脚用于获取模拟量， 5 脚接数字地， 3 脚接 VCC+5V。 当我们改变传感器的模拟电压值时，相应的其 ADC 数据传给 单片机的数字量会随之变化，在液晶显示屏显 示的也不一样。 数据转换 电路 数据采集电路的作用就是将从采集电路接收到的模拟信号转换成便于处理的数字信号，并输出至下级电路。 A/D 转换器的选择 A/D 转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。 目前，世界上有多种类型的 ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型 ADC，也有近年来新发展起来的 ∑Δ 型和流水线型 ADC，多种类型的 ADC 各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。 根据系统的精度要求以及综合的分析其优点 和缺点，本设计采用了 12 位 A/D 转换图 24 信号采集电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 11 页 共 29 页 器 ADC0832。 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V 之间。 芯片转换时间仅为 32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。 ADC0832 的 介绍 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，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及 率。 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辩可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 芯片 转换时间仅为 32US，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速 度快且稳定性能强。 其 独立的芯片使能输入，使处理器控制 更加方便。 通过 DI 数据输入端，可轻易 实现通道功能的选择。 其 引脚 功能如表 23 所示 ： 表 23 ADC0832 引脚功能 单片机对 ADC0832 的控制原理 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 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 我们 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 端必引脚 符号 功能说明 1 CS_ 片选使能，低电平使能 2 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用 3 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用 4 GND 芯片参考零点位 5 D1 数据信号输入，选择通道控制 6 D0 数据信号输出，转换数据输出 7 CLK 芯片时钟输入 8 VCC/REF 电源输入以及参考电压输入复用端 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 12 页 共 29 页 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。 其 通道控制表 24 所示： 表 24 通道控制表 DO D1 对 CH0 进行单通道转换 0 0 CH0 为正输入端 IN+， CH1 为负输入端 IN 0 1 CH0 为负输入端 IN， CH1 为正输入端 IN+ 1 0 对 CH0 进行单通道转换 1 1 对 CH1 进行单通道转换 到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用，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完成。 也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下沉输出 DATA0。 随后输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次 A/D 转换的结束。 最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 其 接口电路 如图 25 所示 : 声光 报警电路 智能仪器一般都有报警功能，报警主要用于系统运行出错、当测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限 时为提醒用户而设置。 本系统中，设置报警的目的是在超出电子秤测量范围不能 正常显示时，发出声光报警信号，提示用户，防止损坏仪器。 声光报警电路是由单片机的 I/O 口来控制的，当称重物体重量超过系统设计 所允许的重量，通过程序使单片机的 I/O 值为低电平，则发光二极管导通，二极管发光，蜂鸣器 LS1 发出报警声。 声光报警电路如图 26 所示： 图 26 声光报警电路 图 25 ADC0832的接口电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 13 页 共 29 页 显示 电路 显示电路的作用是显示被称物体的重量。 通过第一章方案论证讨论得出本设计采用LM016L 液晶显示，其优点是显示位数更多，精度也更高。 其接口电路如图 27 所示： 图 27 液晶 LM016L 接口电路 LM016L 模块采用 HD44780 控制器， hd44780 具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能， LM016L 与单片机 MCU 通讯可采用 8 位或 4 位并行传输两种方式， hd44780 控制器由两个 8 位寄存器，指令寄存器（ IR）和数据寄存器（ DR）忙标志（ BF），显示数 RAM（ DDRAM），字符发生器 ROMA（ CGOROM）字符发生器RAM（ CGRAM），地址计数器 RAM(AC)。 其 引脚功能表 如 所示 表 25 所示： 表 25 LM016L 引脚功能 引脚 符号 功能说明 1 VSS 通常情况下接地 2 VDD 接电源（ +5V） 3 VEE 液晶显示器对比度调整端 4 RS 寄存器选择 5 RW 读写信号端 6 E 使能端，下降沿使能 7 D0— D3 低 4 位三态、双向数据总线 0 位 11 D4— D7 高 4 位三态、双向数据总线 0 位 整机电路 电子秤 系统原理是： 当物体放在秤盘上 ，压力施给传感器，产生传感器内部平行四边形形变，由这 4 片应变片接成的惠斯通 (Wheatstone)电桥在供桥电压的激励下随重量不同而输出不同的电压信号后送给 A/D 转换电路，转换成便于处理的 数字信号 输出至单片机；单片机进行处理、运算后将结果送至显示器进行显示。 整机电路图详见 附录 1。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 14 页 共 29 页 第 三 章 软件设计 本次设计软件系统采用模块化设计方 法， 不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。 本设计主要包括 主程序模块 、 LCD 显示模块、超 量程 报警模块、AD 转换 模块等。 主程序流程图 当单片机上电复位后，系统电路开始运行程序， 首先 利用 压力传感器 检测 所称物体重量 ， 之后启动 AD 转换，将转换完成的数字信号送入单片机 进行处理， 之后 判断其值是否达到设定值，若达到设定值，则 使 为 0，从而启动报警 ，同时显示重量 ；若小于设定值，则 使 为 1，并 显示重量。 其流程图 如 图 31 所示 ： 开始 声光报警 是否超过设 定值 重量显示 初始化 采 样重量 AD 转换 单片机数据处理 调用报警子程序 是 否 图 31 主 程序设计流程 图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 15 页 共 29 页 模数转换子程序 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 单片机易于处理的 数字信号 ， 并 将数字信号 传递到单片机 ，便于单片机进行处理 的程序设计。 当主程序调用 AD 转换子程序时， AD 转换 便 开始初始化， 等待 初始化完成后 ， MCU便 通过拉低 CS、拉高 CLK 来启动 ADC0832 进行外部压力传感转换后的电压信号进行采样，每产生 8 个 CLK 脉冲， DATA 就 获得一位完整的 8bit 数据 ， 所以我们需要判断DATA 右移 8 位是否完成，若未完成则继续转换，若完成，则拉高 CS、拉低 CLK,返 回数据 DATA，将数据存储并送入单片机。 其 流程图如图 32 所示 ： 报警子程序设计 报警子程序 主要是指 在称重过程中 ， 为了防止所称物过重导致仪器损坏，而设置的超量程报警电路，一但所称物体超过设定量程，则启动报警，否则不启动。 开始 AD 转换完 送入单片机 ADC0832 初始化 启动 AD 转换 数据存储 N Y 图 32 AD转换子程序设计流程图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 16 页 共 29 页 当单片机接收到采集的重量值后，立即与程序所设量程值进行比较，若采样值大于设定量程，则启动报警，也就是将 置为 0，从而使发光二极管点亮，蜂鸣器发声；若采样值小于设定量程 ，则关闭报警或者不报警，也就是将 置为 1，从而使发光二极管灭，蜂鸣器停止发声。 其 流程图如图 33 所示。 报警子程序设计 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 去 调用的程序。