【文章內(nèi)容簡介】 口時鐘輸入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（不用晶振時無連接）14XI數(shù)字輸入外部時鐘或晶振輸入，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電源數(shù)字電源：~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、DOUT。 HX711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，表明A/D 轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時串口時鐘輸入信號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 個不等的時鐘脈沖（圖二）。其中第一個時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 個時鐘脈沖完成，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 個時鐘脈沖用來選擇下一次A/D 轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益， 輸入通道和增益選擇PD_SCK脈沖數(shù)輸入通道增益25A12826B3227A64PD_SCK 的輸入時鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于25 或多于27，否則會造成串口通訊錯誤。當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時，A/D 轉(zhuǎn)換器需要4 個數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT 在4 個數(shù)據(jù)輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。（4） HX711的數(shù)據(jù)輸出。T3：PD_SCK正脈沖電平時間T4：PD_SCK正脈沖電平時間T1：DOUT下降沿到PD_SCK脈沖上升沿T2:PD_SCK脈沖上升沿到DOUT數(shù)據(jù)有效 數(shù)據(jù)輸出，輸入通道和增益選擇時序圖當(dāng)芯片上電時，芯片內(nèi)的上電自動復(fù)位電路會使芯片自動復(fù)位。管腳PD_SCK 用來控制HX711 的斷電。當(dāng)PD_SCK 為低電平時，芯片處于正常工作狀態(tài)。 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 個數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT 在4 個數(shù)據(jù)輸出周期后才會從高電平變低電平，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系統(tǒng)與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察壓力大小及經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理后的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，再根據(jù)觀察到的值，通過鍵盤對單片機(jī)進(jìn)行控制。本節(jié)設(shè)計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用來顯示實時壓力值。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為字庫和單片機(jī)接口的控制線。 12864液晶該LCD液晶為晶聯(lián)訊公司的生產(chǎn)的128*64漢字屏JLX12864G086PC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JLXGB2312 字庫IC，可以從字庫IC 中讀取內(nèi)置的字庫的點陣數(shù)據(jù)寫入到LCD 驅(qū)動IC 中，以達(dá)到顯示漢字的目的。 JLX12864G086可以顯示128列*64行點陣單色圖片，或顯示8個/行*4行16*16點陣的漢字，或顯示16個/行*8行8*8點陣的英文、數(shù)字、符號。采用點陣型液晶顯示器(LCD)，可顯示128*64點陣或8個4行漢字，點尺寸為 *(WXH)mm，內(nèi)置ST7920接口型液晶顯示控制器，內(nèi)帶GB2312碼簡體中文字庫（16*16點陣），可與MCU單片機(jī)直接連接，具有8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)JLX12864G086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。主要技術(shù)參數(shù)與顯示特性：l 電源：VDD ～+5V（內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓）；l 顯示內(nèi)容：128列64行；l LCD類型：STN；l 多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。 LCD12864的引腳說明管腳號管腳符號名稱管腳功能描述1ROMIN字庫IC接口串行數(shù)據(jù)輸出2ROMOUT字庫IC接口串行數(shù)據(jù)輸入3ROMSCK字庫IC接口串行時鐘輸入4ROMCS字庫IC接口片選輸入5LEDA背光電源背光電源正極，同VDD電壓（）6VSS接地0V7VDD電路電源8SCKI/O串行時鐘9SDAI/O串行數(shù)據(jù)10RS寄存器選擇信號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。而對于中文，常用卻有6000以上，于是我們的DOS前輩想了一個辦法，就是將ASCII表的高128個很少用到的數(shù)值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，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)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀，如英文的39。A39。： “A”字模圖而中文的“你”： “你”字模圖 矩陣鍵盤單元*3矩陣鍵盤包含有上、下、左、右四個方向選擇鍵，加、減鍵和六個功能鍵?！按鎯Α辨I用來手動存儲有用的壓力值；“清空”鍵用來清空存儲的歷史數(shù)據(jù)，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的值均為0；“調(diào)零”鍵用來將壓力傳感器調(diào)零，；“修改閾值”，可以任意在0~；“返回”鍵可以使當(dāng)前操作返回到上一級；“確認(rèn)”鍵用來將所中的功能確定，傳送給系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)程序。矩陣鍵盤行掃描信號為ROW1~ROW3，列掃描信號為COL1~COL4。行信號為輸入信號，低電平有效；列信號為輸出信號。當(dāng)沒有鍵按下時，即使行掃描輸入低電平信號，列信號仍為高電平；當(dāng)行掃描為低電平并且有鍵按下時，則對應(yīng)的列輸出低電平。該低電平信號可以定位至按下鍵的位置。 4*3矩陣鍵盤電路 聲光報警模塊報警電路選用8550 PNP型三極管，基極為低電平時導(dǎo)通，當(dāng)測量重量超過量程時，beep和alert給出低電平信號，驅(qū)動蜂鳴器鳴響，報警燈亮。： 聲光報警電路圖 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)操作可控制電源的通斷，實現(xiàn)系統(tǒng)的良性運(yùn)作。通電后電源指示燈點亮，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。 電源供電模塊電路4 軟件程序設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，本次軟件設(shè)計是由主程序和一個個子程序模塊組成，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)計分析子程序、中斷和延時子程序等組成。系統(tǒng)工作時，單片機(jī)對各路電壓、電流采樣及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，并實時顯示。同時，在測試過程中，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Keil μVision4。Keil μVision4是德國Keil Software公司出品的51系列C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用傳統(tǒng)C語言的語法來開發(fā)，C語言在可維護(hù)性、結(jié)構(gòu)性以及可讀性有著明顯的優(yōu)勢，可以大大的提高工作效率和項目開發(fā)周期，Keil C51為8051單片機(jī)的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境，同時還有著匯編代碼高效和快速的特點。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，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：實時操作系統(tǒng)，編譯器以及調(diào)試器等等。uVision4 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。Keil μVision4 。 Keil μVision4 開發(fā)界面 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)。C51工具包可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試等整個流程。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語言編程、匯編語言編程及混合編程。就前兩種編程方式相比，C語言更加通俗易懂，容易上手，C語言屬于高級語言，并且有著編譯器的強(qiáng)大支持與自動優(yōu)化，使得編程者在軟件設(shè)計的時候不用花費太多時間去研究單片機(jī)底層硬件資源。當(dāng)然，對于匯編語言在某些方面仍然有著不小的優(yōu)勢，最為突出的一點就是效率優(yōu)化的可操作性。由于C語言在編譯器的支持下編譯鏈接生成匯編文件，所以在性能優(yōu)化方面完全受制于編譯器，從C語言層面上幾乎無法做任何優(yōu)化。而直接使用匯編語言編寫程序，在匯編級別上，具體執(zhí)行哪條匯編指令，具體使用哪個寄存器完全是透明的，所以在性能要求特別高的場合下，如果有豐富的匯編經(jīng)驗，一般都是使用匯編語言編寫單片機(jī)程序。為了克服C語言編程及匯編語言編程各自的缺點，混合編程方式完美的結(jié)合了兩者的優(yōu)點，做到了優(yōu)勢互補(bǔ)。通常單片機(jī)很合編程技術(shù)是，程序的框架或主體部分用C語言編寫，對于那些使用頻率高、要求執(zhí)行效率高、延時精確的部分用匯編語言編寫[9]，這樣既保證了整個程序的可讀性，又保證了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能。由于本系統(tǒng)對于性能的要求一般，所以采用C語言方式編寫單片機(jī)程序。通過對編譯選項的設(shè)置，Keil軟件可以在編譯鏈接后自動生成HEX16進(jìn)制文件，方便單片機(jī)程序的直接燒寫。 I/O端口分配STC89C51RC共有40只引腳，P0~P3四個引腳組各有8只引腳。對于本系統(tǒng)而言，引腳數(shù)量還是夠用的[10]。引腳功能分配如下:l P20~P27和P1P17接于LCD中液晶與單片機(jī)的控制端口和字庫與單片機(jī)的控制端口。l P34~P37和P13是用于4*3矩陣鍵盤按鍵。包括功能選擇按鍵，參數(shù)設(shè)置按鍵和工作啟停等功能控制。l P14，P15 用于接A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711數(shù)據(jù)采集端口，是串行工作方式，所以節(jié)省了很多的IO口的使用。還有一些單獨的接口，比如振蕩電路接口，聲光報警電路接口和單片機(jī)自帶的燒錄程序串口通訊接口TXD、RXD等。程序中所有端口定義及功能如下：sbit A/DDO = P1^5。 //串行數(shù)據(jù)輸出端口sbit A/DSK = P1^4。 //斷電控制（高電平有效）和串口時鐘輸入端口sbit lcd_sclk=P2^3。 //LCD的sclk接口sbit lcd_sid=P2^4。 //LCD的sid接口sbit lcd_rs=P2^5。 //LCD的rs接口sbit lcd_reset=P2^ //LCD的reset接口sbit lcd_cs1=P2^ 。 //LCD的cs1接口sbit Rom_IN=P1^7。 //字庫IC的SI接口sbit Rom_OUT=P1^6。 //字庫IC的SO接口sbit Rom_SCK=P2^0。 //字庫IC的SCK接口sbit Rom_CS=P2^1。 /字庫IC的CS接口sbit LedA = P2^2。 //LCD液晶背光電源接口sbit beep = P1^0。 //報警電路蜂鳴器接口sbit alert = P1^1。 //LED發(fā)光二極管接口sbit ROW1=P3^3。 //矩陣鍵盤第一行接口sbit ROW2=P3^2。 //矩陣鍵盤第二行接口sbit ROW3=P1^3。 //矩陣鍵盤第三行接口 sbit COL1=P3^4。 //矩陣鍵盤第一列接口sbit COL2=P3^5。 //矩陣鍵盤第二列接口sbit COL3=P3^6。 //矩陣鍵盤第三列接口sbit COL4=P3^7。 //矩陣鍵盤第四列接口 軟件主程序構(gòu)架本系統(tǒng)的設(shè)計主要由五大模塊構(gòu)成，軟件程序主要是實現(xiàn)對這些功能模塊的控制，以及最終對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算得出性能測量結(jié)果。程序執(zhí)行時，首先對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，這部分包括參數(shù)初始化、IO初始化和器件初始化三個操作。參數(shù)初始化時對一些全局系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，保證程序執(zhí)行的可靠性；IO初始化是將所有IO的電平和功能設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)，防止發(fā)生誤操作；器件初始化是對外圍的A/D芯片、模擬開關(guān)、LCD進(jìn)行初始化，保證器件能夠正常運(yùn)行。如果在此過程中發(fā)生錯誤，即調(diào)用報警電路進(jìn)行報警。 系統(tǒng)主程序構(gòu)架框圖初始化完畢后，延時等待所有模塊準(zhǔn)備好，向液晶顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示初始的人機(jī)界面。此時，整個系統(tǒng)可以開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，但參數(shù)均處于默認(rèn)狀態(tài)，如果需要調(diào)整，則可以實時通過鍵盤控制，系統(tǒng)根據(jù)讀取的鍵盤鍵值執(zhí)行相應(yīng)的操作，分別是執(zhí)行修改閾值參數(shù)、讀取A/D采樣值、壓力測量、手動存儲、超重預(yù)警、發(fā)出報警信號、查閱歷史，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等。等待這部分操作完成后，系統(tǒng)屏幕根據(jù)需要實時刷新顯示一些數(shù)據(jù)和狀態(tài)，顯示新的參數(shù)或采樣信息。 主要功能子程序的設(shè)計先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，初始化模塊主要對單片機(jī)的堆棧指針，中斷寄存器，全局變量定義，賦初值和定時器的初始化。定時器主要作為A/D轉(zhuǎn)換時間的設(shè)定。然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，判斷是否超過設(shè)定閾值，轉(zhuǎn)換壓力字符通過液晶顯示。參數(shù)設(shè)定完畢，系統(tǒng)啟動數(shù)據(jù)采集和控制程序，實現(xiàn)壓力的實時檢測。 A/D子程序設(shè)計通過壓力傳感器輸出后的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號放大器的處理后，由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。其中模擬信號的放大倍數(shù)由放大電路控制。在軟件方面，單片機(jī)通過發(fā)送時序命令的方式對A/