【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 理模塊采用的是高精度的A/D轉(zhuǎn)換器HX711。 HX711簡(jiǎn)介HX711是一款專為電子秤設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)24位的A/D轉(zhuǎn)換器。它將一個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的信號(hào)放大模塊與一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊集成在內(nèi)部，功能十分強(qiáng)大。芯片有兩個(gè)通道A、B，由輸入開關(guān)與內(nèi)部的可編程放大器相連接來進(jìn)行選擇。通道A 的可編程增益為128 或64。通道B 的可編程增益為32。HX711內(nèi)部還集成了完成放大和轉(zhuǎn)換功能所需要一些外圍電路，比如穩(wěn)壓電源，時(shí)鐘振蕩器等。為簡(jiǎn)化開機(jī)的初始化過程，HX711采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。 HX711引腳圖HX711引腳功能說明，如圖36：圖36 HX711引腳圖模擬輸入通道A一般用作傳感器的接入端口，考慮到傳感器的輸出信號(hào)較小，因此此通道采用較大的增益，為64或128.通道B為固定的32增益。 供電電源數(shù)字電源(DVDD)使用的供電電源與單片機(jī)的電源應(yīng)該一致。HX711芯片內(nèi)部含有穩(wěn)壓電源,可以直接向芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供電源，因此不需要其他的模擬電源。串口通訊HX711的管腳 DOUT 和 PD_SCK 主要用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)輸出端口DOUT是高電平狀態(tài)時(shí)，就表明HX711沒有準(zhǔn)備好開始輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)端口PD_SCK應(yīng)保持低電平狀態(tài)。當(dāng)DOUT由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，表明已?jīng)準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù),此時(shí)向PD_SCK輸入25~27個(gè)時(shí)鐘脈沖。通過第一個(gè)脈沖的上升沿可以讀出輸出數(shù)據(jù)的最高位，然后依次讀出24位數(shù)據(jù),直到第24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成。第25~27個(gè)時(shí)鐘脈沖用來選擇下一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益，參見表32。表32 輸入通道和增益選擇PD_SCK脈沖數(shù)輸入通道增益25A12826B3227A64一般情況下，為了避免造成串口通信的錯(cuò)誤，PD_SCK 的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)應(yīng)在25到27之間，否則無(wú)法得到正確的輸出增益。 信號(hào)處理模塊電路設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)中采用的HX711模塊內(nèi)部功能強(qiáng)大，已經(jīng)集成了信號(hào)放大與處理模塊，因此只需要對(duì)其外部電路進(jìn)行正確的連接，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能。由上面的介紹可得。又因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲭妷簽閹缀练孕枰盘?hào)放大模塊，且放大倍數(shù)盡可能大，所以將傳感器的輸出接在HX711的A口，即保證放大增益為128。信號(hào)經(jīng)過放大處理后，再經(jīng)過后半部分的模/，進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。具體的電路圖如圖37所示：傳感器輸出+傳感器輸出圖37 HX711內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及電路連接圖 顯示模塊 LCD1602簡(jiǎn)介L(zhǎng)CD1602是一種點(diǎn)陣型液晶模塊，可以用來顯示字母、數(shù)字或符號(hào)。LCD1602表示液晶顯示器上可以顯示兩行字符(或數(shù)字),且每行的字符(或數(shù)字)有16個(gè)。 LCD1602引腳圖圖38 LCD1602引腳圖LCD1602管腳說明如表33所示：表33 管腳定義 顯示模塊電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，以及上面關(guān)于LCD1602的介紹。可以將Vss接地，VDD接電源正極，R/，數(shù)據(jù)端口D0D7口與單片機(jī)的P0口連接，用來控制顯示器的顯示。這樣，通過單片機(jī)給出指令0或1，來控制顯示器的輸出。具體電路如圖39：圖39 LCD1602電路連接圖 按鍵電路 4*4按鍵簡(jiǎn)介矩陣鍵盤一般作為單片機(jī)的外部設(shè)備使用，一般情況下將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條垂直線和水平線在交叉處都用一個(gè)按鍵來連接,不能直接連通。水平線和垂直線交叉后伸出8根導(dǎo)線,連接到單片機(jī)的一個(gè)端口,可以構(gòu)成16個(gè)按鍵功能,相比于直接將按鍵與端口連接多了一倍。因此，當(dāng)需要的按鍵較多時(shí)，使用矩陣法來做鍵盤是十分合理的。矩陣式鍵盤比直接鍵盤的連接要復(fù)雜一些，因此識(shí)別也相對(duì)復(fù)雜一些。如圖310，將垂直線接電源正極，并將其與單片機(jī)的I/O接口作為輸入，水平線所接的單片機(jī)I/O口作為輸出。根據(jù)單片機(jī)的輸出特性可知，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，水平線輸出是低電平。當(dāng)有按鍵被按下時(shí)，輸入線上電壓就會(huì)被拉低。因此，可以通過輸入線上電壓的狀態(tài)來判斷是否有按鍵被按下。圖310 矩陣式鍵盤內(nèi)部電路圖電子秤鍵盤功能分配如表34所示：表34 按鍵功能分配表123去皮456清零789撤銷*0總價(jià)如表35，本設(shè)計(jì)中19是數(shù)字鍵，用來輸入單價(jià)；去皮鍵用來去除由于環(huán)境因素導(dǎo)致的重量；清零鍵用來進(jìn)行二次測(cè)量，即當(dāng)一次測(cè)量完成后可用其清零，并再次測(cè)量；撤銷鍵是用來當(dāng)輸入單價(jià)有誤時(shí)，刪去錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，重新輸入的；總價(jià)鍵即用來控制計(jì)算總價(jià)的；*、鍵是預(yù)留功能鍵。計(jì)算功能：在正確輸入了單價(jià)之后，按下計(jì)算按鍵，將會(huì)計(jì)算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價(jià)、總價(jià)。 按鍵電路設(shè)計(jì)根據(jù)上面的介紹，按鍵電路有8個(gè)端口，依次連接單片機(jī)的P1口，通過按不同的鍵，輸入不同的指令，實(shí)現(xiàn)輸入單價(jià)、清除、計(jì)算總價(jià)等功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。具體電路圖如圖311： 按鍵電路連接圖 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊介紹報(bào)警模塊主要由蜂鳴器構(gòu)成，當(dāng)物品的重量超出電子秤的量程是蜂鳴器將發(fā)出警報(bào)聲，以防止器件受到損壞。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，報(bào)警電路應(yīng)該串聯(lián)接到單片機(jī)的一個(gè)端口。但是單片機(jī)輸出高電平時(shí)的電壓相當(dāng)于Vcc，蜂鳴器的額定電壓小于5V，為了保護(hù)電路可以加入電阻，蜂鳴器的內(nèi)阻為幾百歐姆，所以本設(shè)計(jì)中選用R=1000歐姆。另外為了更好的保護(hù)電路，一般還加入NPN型三極管。利用三極管飽和、截止時(shí)的特性來當(dāng)做開關(guān)使用。本設(shè)計(jì)中超出量程時(shí)，單片機(jī)輸出高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，反之，不發(fā)出警報(bào)。因此，可以得到電路圖312：圖312 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 總結(jié)硬件電路部分涉及到電路設(shè)計(jì)的方方面面，不僅要考慮每個(gè)模塊內(nèi)部的電路如何搭建，器件如何選擇，還要考慮到各模塊之間的連接關(guān)系，選擇最優(yōu)的布線方式。只有將各個(gè)方面都考慮周全，電子秤的精度和可靠性才能夠得到保證。19南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言來編程，在可讀性、功能都上有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以比較容易上手，且編譯易實(shí)現(xiàn)。編譯環(huán)境為keil UV4，是一個(gè)兼容單片機(jī)C語(yǔ)言的開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51 軟件擁有功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具以及豐富的庫(kù)函數(shù)。不僅如此，Keil C51 在生成目標(biāo)代碼方面的效率非常高，并且多數(shù)語(yǔ)句生成的目標(biāo)代碼十分容易理解。Keil C51 工作的整個(gè)流程編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等。開發(fā)人員可以使用自己的編輯軟件或使用Keil，編輯出C程序或匯編程序，，這樣就可以執(zhí)行功能了。編寫程序時(shí)主要從三個(gè)方面入手：一是將系統(tǒng)初始化；二是按鍵檢測(cè)；三是采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并顯示出來。程序編寫采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣編寫的程序不僅結(jié)構(gòu)清楚，可讀性高，而且也便于調(diào)試和修改。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為主程序、LCD1602顯示電路程序、信號(hào)處理模塊程序。 主程序設(shè)計(jì)流程圖本設(shè)計(jì)中，主程序的功能應(yīng)該包括初始化整個(gè)系統(tǒng)，檢測(cè)輸入信號(hào)，調(diào)用函數(shù)來執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)判斷，控制信號(hào)的輸出等。為了更好的顯示，其中還應(yīng)該延時(shí)程序。因此，可以得到主程序的流程圖41：開始置零鍵按下顯示數(shù)據(jù)處理信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換初始化調(diào)零程序啟動(dòng)報(bào)警超重判斷功能鍵按下按鍵掃描程序超重不超重圖41 主程序流程圖如圖41，程序開始執(zhí)行以后，首先對(duì)各個(gè)端口，功能鍵進(jìn)行初始化；接著當(dāng)置零鍵按下后，一邊進(jìn)行調(diào)零使輸出排除環(huán)境的干擾，另一邊啟動(dòng)HX711轉(zhuǎn)換器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，若超重則啟動(dòng)報(bào)警電路，并置零，若沒有超重，則可以按下功能鍵，并用LCD1602顯示程序，使重量、總價(jià)的顯示出來。一輪結(jié)束以后，在此按下置零鍵，進(jìn)行第二次測(cè)量，重復(fù)上述的操作。 系統(tǒng)顯示部分流程圖本設(shè)計(jì)中，顯示部分程序要執(zhí)行的功能模塊包括初始化界面、接收單片機(jī)輸出的指令、調(diào)用顯示函數(shù)顯示出內(nèi)容等，其中也要加入延時(shí)程序。因此，可得流程圖42：開始顯示初始化界面檢測(cè)重物有無(wú)按鍵顯示總價(jià)信息顯示按鍵功能結(jié)束NoYesNoYes圖42 顯示程序流程圖如圖42，當(dāng)程序開始運(yùn)行后，LCD1602首先顯示初始化界面，然后判斷有無(wú)按鍵輸入單價(jià)，若無(wú)輸入則繼續(xù)顯示初始化界面，若有輸入則顯示按鍵輸入的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理計(jì)算出總價(jià)，并顯示出總價(jià)為多少。 信號(hào)處理模塊流程圖本設(shè)計(jì)中，信號(hào)處理模塊的程序包括的功能包括初始化模塊、接收傳感器的信號(hào)、選擇放大增益、啟動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換等，其中也要加入必要的延時(shí)程序。因此，可得流程圖43：開始模/數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)放大啟動(dòng)信號(hào)處理置零鍵按下初始化圖43 信號(hào)處理流程圖如圖43，當(dāng)程序開始工作時(shí)，首先對(duì)HX711的端口進(jìn)行初始化，然后當(dāng)有物體放在稱重盤上，而且置零鍵按下后，HX711則開始工作，先對(duì)信號(hào)進(jìn)行128倍增益的放大，然后再對(duì)放大后的模擬信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送給單片機(jī)，等待下一次的置零鍵按下，開始下一輪的信號(hào)處理。 總結(jié)軟件設(shè)計(jì)部分一定要靈活運(yùn)用好模塊化的編程思想，本設(shè)計(jì)中把一個(gè)大的程序拆分主程序部分、顯示程序部分、信號(hào)處理程序部分，并把這三部分程序進(jìn)一步拆分為各個(gè)小功能部分。這樣不斷拆分，不僅編程的時(shí)候結(jié)構(gòu)清楚，而且可讀性高，比較有利于后期的檢查。23南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第五章 系統(tǒng)仿真及硬件調(diào)試本仿真設(shè)計(jì)中，當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，先經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊，獲取信號(hào)。再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。所得的數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，如果重量不在量程內(nèi)，則啟動(dòng)報(bào)警電路開始報(bào)警，否則開始數(shù)據(jù)處理。然后再將處理好的數(shù)據(jù)輸入到顯示模塊中，顯示出重量。接著再按下按鍵模塊，輸入單價(jià)。輸入完畢后，按“=”鍵，則單片機(jī)中開始計(jì)算總價(jià)，并輸送到顯示模塊中顯示出來。具體的仿真電路圖如圖51：圖51 系統(tǒng)整體仿真圖 系統(tǒng)仿真結(jié)果仿真過程中，由于protues元件庫(kù)中沒有壓力傳感器，信號(hào)采集模塊是使用的滑動(dòng)變阻器來代替的。也就是說，改變仿真圖中的滑動(dòng)變阻器的大小，相當(dāng)于改變稱重物體的重量。實(shí)際仿真中，通過改變滑動(dòng)變阻器的大小，來改變輸入電壓的大小。通過測(cè)量不同電阻值下的輸入與輸出的值，來分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 圖52 仿真一 ，相當(dāng)于物體重量50g，輸入價(jià)格為20，再按下“=”，則可顯示出總價(jià)。 圖53 仿真二 ，相當(dāng)于物體重量100g，輸入價(jià)格為20，再按下“=”，則可顯示出總價(jià)。多次改變滑動(dòng)變阻器的電阻值，并測(cè)得仿真結(jié)果如下表51：表51 系統(tǒng)仿真結(jié)果輸入、輸出及誤差對(duì)照表數(shù)據(jù)序列輸入電壓值仿真輸出值輸出誤差相對(duì)誤差一16%二%三%四%五% 系統(tǒng)仿真誤差分析本設(shè)計(jì)中的仿真結(jié)果如上所示，當(dāng)測(cè)量輸入較大時(shí)，輸出數(shù)據(jù)誤差在理想范圍內(nèi)，但是當(dāng)測(cè)量的輸入數(shù)據(jù)較小時(shí)，輸出的誤差就偏大，脫離了理想的誤差范圍。產(chǎn)生這樣的誤差的原因分析如下：1) 仿真電路中使用的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0832，屬于8位轉(zhuǎn)換器，可能精度沒有達(dá)到要求的那么高；2) 使用滑動(dòng)變阻器做信號(hào)的輸入，可能對(duì)信號(hào)輸入的可靠性有影響；3) 單片機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)處理的公式不準(zhǔn)確,