基于单片机的铅膏视密度监测系统硬件设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的铅膏视密度监测系统硬件设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

供桥电压越高，电桥电压灵敏度越高。 但受到应变片功耗的限制，应适当选择电压；其次，还应适当选择桥臂比 n 的值，才能保证较高的电压灵敏度。 当供桥电压 E 确定后，由 0nSu 求 Su最大值， 0)1(1 42  nnExy 311 当 n=1 时， Su最大，即供桥电压确定后，桥臂电阻 R1 等于 R2，桥臂电阻R3 等于 R4，这时电桥能达到最高的电压灵敏度。 上式简化为： 11211111410RRRREU  312 114139。 0 RREU  313 ESu 41 314 由上式知，电源电压 E 和电阻相对变化量一定时，电桥输出电压和灵敏度也是一定的，和桥臂阻值无关 [1]。 非线性误差及其补偿方法 理想情况下，可以假设应变片参数的变化量很微小，以至于可以忽略掉 R1/ R1。 实际情况应按照 312 计算，此时 38 输出电压 U0 和 R1/ R1 是非线性的。 在理想情况下，记输出电压为 39。 0U。 9 非线性误差为： 12111 1139。 0039。 039。 00RRRRRRUUUUU 315 减小非线性误差可用这些方法：增大桥臂的比 n=R2/R1 可降低非线性误差，与此同时降低了电压灵敏度；采用差动电桥，有半桥差动和全桥差动，差动电桥完全没有非线性误差。 半桥差动电路 Su=1/2E，全桥差动电路 Su=E，而采用单片 Su=1/4E，采用全桥差动电桥比用单片应变片提高了 4 倍，比半桥提高了 2 倍。 通过应变片式传感器实现了压力信号转换为电信号，通过差动全桥接法，减小了误差。 A/D 电路的设计 芯片的选择 在整个设 计中， A/D 模块起着非常重要的作用。 传感器输出的模拟量必须经过 A/D 的放大后变为数字量才能供单片机处理，因此必须选择好适当的 A/D 转换芯片。 本文要使 A/D 模块具有强抗干扰能力，很快的响应速度，良好的稳定性。 在现有的芯片市场中， HX711 就是不错的选择。 HX711 芯片介绍 HX711 是一个高精度的 24 位 A/ D 转换器芯片，专门用于电子秤。 相比与其他相同类型的芯片，芯片集成稳压电源，芯片上的时钟振荡器和其他所需的相同类型的芯片外围电路、集成程度高的优势，响应速度、抗干扰能力强等。 降低了成本，提高了 性能和可靠性。 接口和编程的芯片和控制芯片的后端很简单，所有的控制信号是由管脚驱动，不需要编程芯片内部的寄存器。 输入选择开关可以任意选择通道 A 或 B，低噪声程控放大器和内部连接。 通道可编程增益为 128或 64，全部金额对应的差分输入信号幅值 177。 20 m V 或 177。 40 m V。 B 通道是固定的64 获得系统参数检测。 芯片提供稳压电源可以直接提供电源到外部传感器和 A / D 转换器芯片，系统板不需要模拟供应。 时钟振荡器芯片不需要任何外部设备。 自动上电复位功能简化了初始化启动的过程 [2]。 10 芯片特点 有两个差分放大输入 通道可供使用；内含稳压输出，可以用来直接向内外提供 VCC，在该电路里可以给传感器和内部放大电路供电；提供了 3 6 128倍放大增益，可通过 MUL 选取，其中 A 通道提供了 3 128 倍增益， B 通道固定 64 倍增益；具有片内时钟振荡，还能选择片外时钟输入；无需额外复位电路，上电自动复位电路；控制与通讯简单通过 PD_SCK 管脚直接输入，且芯片无需编程；输出速率可选择 10Hz 或 80Hz；拥有抑制同步频率 50Hz 的电源干扰；工作电压范围 ～ 20℃ ～ 85℃。 HX711 引脚说明如表 所示。 表 引脚说明表 引脚编号 引脚名 功能 注释 1 VSUP 电源 提供 ～ 稳压电源 2 BASE 模拟输出 稳压电路控制输出 3 AVDD 电源 模拟电源 ～ 4 VBF 模拟输入 稳压电路控制输入 5 AGND 地 6 VBG 模拟输出 7 INA 信号输入 通道 A 负输入端 8 INA+ 信号输入 通道 A 负输入端 9 INB 信号输入 通道 A 负输入端 10 INB+ 信号输入 通道 A 负输入端 11 PD_SCK 控制输入 串行通 讯口，选取增益 12 DOUT 信号输出 输出转换后的信号 13 X0 数字输入 外部晶振输入 11 14 X1 数字输入 选取时钟类型 15 RATE 数字输入 选取输出频率 16 DVDA 电源 数字电源 : ～ HX711 串口通讯 串口通讯线由管脚 PD_SCK 和 DOUT 组成，用来输出数据，选择输入通道和增益。 当数据输出管脚 DOUT 为高电平时，表明， A/D 转换器输出数据功能还没有准备好，这个时候的串口时钟输入信号 PD_SCK 应该为低电平。 当输出由高到低， PD_SCK 应输入 25 到 27 不等于时钟脉冲，此时第一个时钟脉冲的上升沿将会读出输出 24 位数据的最高位，一直到第 24 个时钟脉冲完成，直到完成 24 个时钟脉冲， 24 位数据输出从最高到最低逐位输出。 25 到 27 的时钟脉冲是用来选择下一个输入通道和 A / D 转换增益 [3]。 如图 和表 所示。 图 图 时钟脉冲图 12 表 时刻注释表 符号 说明 最小值 典型值 最大值 单位 T1 DOUT 下降沿到 PD_SCK 脉冲上升沿 181。 s T2 PD_SCK 脉冲上升沿到 DOUT 数据有效 181。 s T3 PD_SCK 正脉冲电平时间 50 181。 s T4 PD_SCK 负脉冲电平时间 181。 s 控制芯片 芯片的选择 单片机种类繁多，各种型号应用环境也不同，选用时考虑了单片机的性能、存储器、 I/O 接口、工作电压、运行速度、串行接口、功耗、是否容易开发，编程器的选用是否方便，还有开发成本等因素，基于此，本设计选用了 STC89C52单片机作为控制芯片。 89C52 与其他芯片相比，具有价格便宜，速率快，直接可以用串口下载程序，兼容性良好等特点。 芯片 介绍 STC89C52 是 INTE 公司 MCS51 系列单片机中基本的产品，属于标准的MCS51 的 HCMOS 产品。 它是一种采用 CMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机 [4]。 52 结合了 CMOS 的反应速度快和高密度技术及低功耗的特性，它使用的是标准的 MCS51 单片机体系结构与指令系统，相当于 89C51 的增强版，在 51 基础上又具备了时钟输出和向上或向下计数器等功能，适合于很多控制场合。 它 由中央处理器，内存系统、定时 /计数器、串并行接口、终端系统以及特殊功能寄存器集成的。 它的体系结构图如图 所示。 13 图 52 单片机体系结构图 它有 4 个 8 位的并行 I/O 接口分别是 P0 口， P1 口， P2 口和 P3 口，一共算起来有 32 根 I/O 口，并且每一根 I/O 都能够单独的拿来作为输入或输出。 它还有一些第二功能的引脚 ，如 P10（ T2）、 P11(T2EA)、 P17(SCK)、等等。 引脚说明如图 所示。 图 52 引脚说明图 引脚介绍 1 输入输出引脚（ P0～ P3 口） P0 端口是一个双向 I/O 口 (8 位漏极开路 )，它可以用来当作输入口，也能当作输出口，又可作为地址数据用。 14 P0 口做 I/O 口使用时，此时控制端 ALE 应为低电平。 当它做输出口使用时应接 10K 上拉电阻不然无法输出高电平。 当它用作输入口时；在输入操作前应该先写入一个 1，这是因为内部直接和场效应管，锁存器链接时，如果输入锁 0，它的输入不能为高水平。 P0 口的 8 位地址和数据总线使用；在高水平的控制终端。 在这种模式下 ， P0 端口与内部引体向上。 在这种情况下工作的 8 位地址和数据行 P0 口点使用。 在对 Flash 内存进行编程、校验时输入或输出代码使用；此时需加上拉电阻。 P1 口为准双向口。 P1 口当成通用 I/O 口来使用，作为输出的时候 不需要加上拉电阻，但是当作输入使用时要先写入 1，才能完成输入操作。 P1 口还有其附加第二功能， P1 口还能够对 Flash 内存编程、校验时接收低 8 位地址。 p1 口第二功能如表 所示。 表 P1 口第二功能说明 引脚 P10 P11 P15 P16 P17 附加功能 T2（计时器 2外部输入端） T2EX（计数器2 外部触发端） MOSI( 串行数据输入 ) MISO( 串行数据输出 ) SCK( 串行时钟输入 )。