【正文】 ower intelligent instrument. Design of this electronic force gauge, bines in college I learned embedded technologies microcontroller technology and serial munication technology,and put them in bination with this system, in order to design such a portable, lowpower electronic consists ATmega16AVR microcontroller processing core, the MTTS strain gauge sensors to measure changes in tension,measurement results from the LCD1602 display. It can achieve the following functions: Measuring range is divided into 0 ~ 50N, 50 ~ 500N, with two steps of keyboard control range conversion. Measurement accuracy of 1%, the LCD display shows the measurement results. This Rally simple structure, reliable performance, easy to maintain. Operation is very simple, the measurement results using the LCD display, easy to read. Key words:Digital Instrument。LCD 第 1 頁 共 2 頁 目錄 1 緒論 ..............................................................1 課題研究的背景及意義 ...........................................1 電子式拉力計的原理 .............................................2 本文的主要工作 .................................................3 2 設計方案的比較及論證 ..............................................4 設計方案的比較 .................................................4 AT89C51 方案 ................................................4 ATmega16AVR 方案 ............................................4 方案的確定 .................................................5 主要元件的介紹 .................................................5 拉力傳感器簡介 .............................................5 ATmega16AVR 單片機 ..........................................7 LCD 顯示器 ..................................................7 3 硬件設計及電路實現(xiàn) ...............................................12 信號采集電路的設計 ............................................12 傳感器 ....................................................12 濾波電路 ..................................................12 放大電路 ..................................................13 信號處理電路的設計 ............................................14 ATmegaAVR16 功能詳述 .......................................14 A/D 轉(zhuǎn)換模塊介紹及參考電壓 .................................18 LCD 顯示電路的設計 .............................................19 電源電路 ..................................................20 鍵盤電路與報警電路 ........................................21 晶振電路與復位電路 ...........................................21 4 軟件設計及程序?qū)崿F(xiàn) ...............................................23 第 2 頁 共 2 頁 端口初始化 ....................................................23 ATmega16AVR 單片機 I/O 口 ....................................23 I/O 口寄存器 ...............................................24 端口初始化程序 .............................................24 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理程序 ...........................................25 ATmega16 的 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作方式 .............................25 與 A/D 轉(zhuǎn)換相關的寄存器 .....................................27 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理程序流程 ....................................28 LCD 顯示程序 ...................................................29 鍵盤程序 ......................................................32 警報程序 ......................................................32 5 結論 ..............................................................34 參考文獻 ...........................................................35 致謝 ...............................................................36 附錄 ...............................................................37 附錄 A 電子式拉力計硬件原理圖 ...................................37 附錄 B 電子式拉力計軟件源程序 .......................................38 附件 1 開題報告 附件 2 外文翻譯 第 1 頁 共 47 頁 1 緒論 課題研究的背景及意義 通常電子儀表可以分為模擬式和數(shù)字式兩種類型。數(shù)字式儀表具有響應快、精確度高、分辨率高等優(yōu)點，還能實現(xiàn)人機對話，便于數(shù)據(jù)的進一步處理。 由于智能型儀表功能上明顯的優(yōu)點，進年來，化工業(yè)的四大測量參數(shù)壓力、溫度、液位及流量的測量及成分測量、閥位控制都廣泛的運用到智能型儀表， DCS 的推廣和應用，也帶動了智能型儀表的快速發(fā)展和常規(guī)儀表的更新?lián)Q代。所以，只要提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可以與 PC 機組成一個測量儀表。傳統(tǒng)的智 第 2 頁 共 47 頁 能儀表主要在儀表技術中用了某種計算機技術，而虛擬儀表則強調(diào)在通用的計算機技術中吸收儀表技術 [4]。傳統(tǒng)的機械式拉壓力計 因為 在機械方面固有的誤差和耐久度 方面 的缺陷，在現(xiàn)代高精度 的 測量 要求 下，已經(jīng)不能 滿足 人們的 需求 。但是 ,這些產(chǎn)品的價格十分昂貴。從而實現(xiàn)拉力的測試和顯示。 其原理如圖 所示 圖 拉力計原理 第 3 頁 共 47 頁 本文的主要工作 本文主要從硬件和軟件方面設計了電子式拉力計，所做工作如下： ，針對目前已有電子式拉力計的不足，對電子式拉力計的功能進行創(chuàng)新、改進，降低數(shù)字電子式拉力計的功耗，提高數(shù)顯電子式拉力計的測量精度。 本設計要求以單片機作為控制系統(tǒng)的核心部件，以鍵盤輸入實現(xiàn)兩檔測量量程（ 0~50N, 50~500N）的轉(zhuǎn)換，測量精度為 1％，采用 LCD 液晶顯示屏顯示，從而實現(xiàn)拉力的測試和顯示。其硬件原理圖見附錄 A。轉(zhuǎn)換元件則將敏感元件輸出的非電信號轉(zhuǎn)換為電信號。而根據(jù)硅晶片惠斯通原理制作的電阻式壓力傳感器，具有更小的體積小、重量輕、耗能低、響應時間短等優(yōu)點，被廣泛應用于醫(yī)療器械，消費類電子中 [79]。它通過改變電位計接觸位置，將位移的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，并在外加電源的作用下輸出電流或電壓信號。 用導電塑料制成的變阻器式傳感器性能得到改善。但是應變片的溫度穩(wěn)定性較差，導致靈敏度的離散度較大，當外力變化很大時非線性誤差較大。并經(jīng)高溫處理后，使之與應變梁較好的粘合在一起，其具有如下優(yōu)點： 1．精度高，測量范圍廣； 2．使用壽命長，性能穩(wěn)定可靠，輸出特性的線性好； 3．結構簡單，尺寸小，重量輕； 4．響應頻率高，適合測量動態(tài)過程； 5．環(huán)境適應能力強，可以在高溫、高壓、振動、核輻射及化學腐蝕很嚴重的惡劣環(huán)境下工作。 ATmega16AVR 系列單片機 近幾年來，隨著單片機技術的發(fā)展，世界上很多芯片制造商 紛紛推出自己的新一代產(chǎn)品，品種極為豐富。 RISC（ Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集計算機）開發(fā)于上世紀 90年代、綜合了 半導體集成技術和軟件技術的新微型處理器架構。 LCD 顯示器 隨著信息技術、計算機技術和電子技術的飛速發(fā)展，各種儀器儀表逐漸趨于智能化和多功能化。若遇到要顯示圖像或者文字時，則必須使用 LED點陣或者液晶顯示器 (簡稱 LCD)。液晶顯示器是以液晶材料作為基本元件。所以液晶同時具備了液態(tài)流動的特性和固態(tài)晶體的光學特性。大多數(shù)液晶都屬于有機復合物 , 由長棒狀的分子構成。在涂有透明導電層的兩片玻璃基板間夾上一層正介 電異向性液晶，液晶分子沿兩塊玻璃表面平行排列，排列方向在上下玻璃之間連續(xù)扭轉(zhuǎn) 90176。或 270176。 STN(DSTN)液晶只能實現(xiàn)偽彩色 (一般人眼可以分辨 218 色，所以達到 218色或者 第 9 頁 共 47 頁 超過 218 色的被稱之為真彩色，否則稱之為偽彩色 )顯示，可以實現(xiàn) VGA、 SVGA 等一些較高的分辨率，但由于構成它的矩陣方式是無源矩陣，每個像素實際上是一個無極 電容，容易出現(xiàn)串擾現(xiàn)象，所以 DSTN 不能顯示真正的活動圖像。 由于本課題設計中的拉力計只需要顯示量程、測量值這兩個變量，因此采用普通的字符型液晶顯示器就足夠了，在此次設計中拉力計選用是字符型液晶顯示器 LCD1602。在顯示器方面，它與七段數(shù)碼管一樣具每位有七段（ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g）、一個小數(shù)點位 dp 和一個公共極 。（說明： 1 為高電平、 0為低電平） 指令 1：清除顯示。 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。 指令 10： 寫數(shù)據(jù)到 CGRAM 或 DDRAM。然后再送入 AD623 進行放大。傳感器的電橋電阻為 200(典型值 )，電源電壓為 5V，在激勵狀態(tài)下耗電 5mA。這種電源線濾波器對高頻信號有很好的濾波效果，在本系統(tǒng)起了很大作用。 AD623 是美國 ADI 公司推出的一種低成本、單電源、輸出擺幅能達到電源電壓 (通常稱之為電源限輸出 )的儀表放大器，它能在單電源 (+3V 到 +12V)下提供滿電源幅度的輸出。當 G=1 時， GR