【文章內(nèi)容簡介】 理模塊采用的是高精度的A/D轉(zhuǎn)換器HX711。 HX711簡介HX711是一款專為電子秤設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器，是一個24位的A/D轉(zhuǎn)換器。它將一個放大倍數(shù)可調(diào)的信號放大模塊與一個A/D轉(zhuǎn)換模塊集成在內(nèi)部，功能十分強大。芯片有兩個通道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，時鐘振蕩器等。為簡化開機的初始化過程，HX711采用的是上電自動復位。 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。當輸出端口DOUT是高電平狀態(tài)時，就表明HX711沒有準備好開始輸出數(shù)據(jù)，此時端口PD_SCK應(yīng)保持低電平狀態(tài)。當DOUT由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，表明已?jīng)準備好輸出數(shù)據(jù),此時向PD_SCK輸入25~27個時鐘脈沖。通過第一個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個時鐘脈沖完成。第25~27個時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誤，PD_SCK 的輸入時鐘脈沖數(shù)應(yīng)在25到27之間，否則無法得到正確的輸出增益。 信號處理模塊電路設(shè)計由于本設(shè)計中采用的HX711模塊內(nèi)部功能強大，已經(jīng)集成了信號放大與處理模塊，因此只需要對其外部電路進行正確的連接，即可實現(xiàn)信號處理功能。由上面的介紹可得。又因為傳感器的輸出電壓為幾毫伏，所以需要信號放大模塊，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。信號經(jīng)過放大處理后，再經(jīng)過后半部分的模/，進行進一步的數(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簡介LCD1602是一種點陣型液晶模塊，可以用來顯示字母、數(shù)字或符號。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。 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)計根據(jù)設(shè)計的要求，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口與單片機的P0口連接，用來控制顯示器的顯示。這樣，通過單片機給出指令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按鍵簡介矩陣鍵盤一般作為單片機的外部設(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根導線,連接到單片機的一個端口,可以構(gòu)成16個按鍵功能,相比于直接將按鍵與端口連接多了一倍。因此，當需要的按鍵較多時，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雜一些，因此識別也相對復雜一些。如圖310，將垂直線接電源正極，并將其與單片機的I/O接口作為輸入，水平線所接的單片機I/O口作為輸出。根據(jù)單片機的輸出特性可知，當按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，水平線輸出是低電平。當有按鍵被按下時，輸入線上電壓就會被拉低。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總價如表35，本設(shè)計中19是數(shù)字鍵，用來輸入單價；去皮鍵用來去除由于環(huán)境因素導致的重量；清零鍵用來進行二次測量，即當一次測量完成后可用其清零，并再次測量；撤銷鍵是用來當輸入單價有誤時，刪去錯誤的數(shù)據(jù)，重新輸入的；總價鍵即用來控制計算總價的；*、鍵是預留功能鍵。計算功能：在正確輸入了單價之后，按下計算按鍵，將會計算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價、總價。 按鍵電路設(shè)計根據(jù)上面的介紹，按鍵電路有8個端口，依次連接單片機的P1口，通過按不同的鍵，輸入不同的指令，實現(xiàn)輸入單價、清除、計算總價等功能，實現(xiàn)人機交互功能。具體電路圖如圖311： 按鍵電路連接圖 報警模塊 報警模塊介紹報警模塊主要由蜂鳴器構(gòu)成，當物品的重量超出電子秤的量程是蜂鳴器將發(fā)出警報聲，以防止器件受到損壞。根據(jù)設(shè)計的要求，報警電路應(yīng)該串聯(lián)接到單片機的一個端口。但是單片機輸出高電平時的電壓相當于Vcc，蜂鳴器的額定電壓小于5V，為了保護電路可以加入電阻，蜂鳴器的內(nèi)阻為幾百歐姆，所以本設(shè)計中選用R=1000歐姆。另外為了更好的保護電路，一般還加入NPN型三極管。利用三極管飽和、截止時的特性來當做開關(guān)使用。本設(shè)計中超出量程時，單片機輸出高電平，此時三極管導通，蜂鳴器發(fā)出警報，反之，不發(fā)出警報。因此，可以得到電路圖312：圖312 報警電路設(shè)計 總結(jié)硬件電路部分涉及到電路設(shè)計的方方面面，不僅要考慮每個模塊內(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)大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用C語言來編程，在可讀性、功能都上有明顯的優(yōu)勢，所以比較容易上手，且編譯易實現(xiàn)。編譯環(huán)境為keil UV4，是一個兼容單片機C語言的開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51 軟件擁有功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具以及豐富的庫函數(shù)。不僅如此，Keil C51 在生成目標代碼方面的效率非常高，并且多數(shù)語句生成的目標代碼十分容易理解。Keil C51 工作的整個流程編輯、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。編寫程序時主要從三個方面入手：一是將系統(tǒng)初始化；二是按鍵檢測；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)計流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計分為主程序、LCD1602顯示電路程序、信號處理模塊程序。 主程序設(shè)計流程圖本設(shè)計中，主程序的功能應(yīng)該包括初始化整個系統(tǒng)，檢測輸入信號，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，控制信號的輸出等。為了更好的顯示，其中還應(yīng)該延時程序。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)處理信號放大、轉(zhuǎn)換初始化調(diào)零程序啟動報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，首先對各個端口，功能鍵進行初始化；接著當置零鍵按下后，一邊進行調(diào)零使輸出排除環(huán)境的干擾，另一邊啟動HX711轉(zhuǎn)換器，對信號進行放大并進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后在單片機內(nèi)進行數(shù)據(jù)判斷，若超重則啟動報警電路，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、總價的顯示出來。一輪結(jié)束以后，在此按下置零鍵，進行第二次測量，重復上述的操作。 系統(tǒng)顯示部分流程圖本設(shè)計中，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，其中也要加入延時程序。因此，可得流程圖42：開始顯示初始化界面檢測重物有無按鍵顯示總價信息顯示按鍵功能結(jié)束NoYesNoYes圖42 顯示程序流程圖如圖42，當程序開始運行后，LCD1602首先顯示初始化界面，然后判斷有無按鍵輸入單價，若無輸入則繼續(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)處理計算出總價，并顯示出總價為多少。 信號處理模塊流程圖本設(shè)計中，信號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、選擇放大增益、啟動模/數(shù)轉(zhuǎn)換等，其中也要加入必要的延時程序。因此，可得流程圖43：開始模/數(shù)轉(zhuǎn)換信號放大啟動信號處理置零鍵按下初始化圖43 信號處理流程圖如圖43，當程序開始工作時，首先對HX711的端口進行初始化，然后當有物體放在稱重盤上，而且置零鍵按下后，HX711則開始工作，先對信號進行128倍增益的放大，然后再對放大后的模擬信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號送給單片機，等待下一次的置零鍵按下，開始下一輪的信號處理。 總結(jié)軟件設(shè)計部分一定要靈活運用好模塊化的編程思想，本設(shè)計中把一個大的程序拆分主程序部分、顯示程序部分、信號處理程序部分，并把這三部分程序進一步拆分為各個小功能部分。這樣不斷拆分，不僅編程的時候結(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)大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第五章 系統(tǒng)仿真及硬件調(diào)試本仿真設(shè)計中，當系統(tǒng)開始工作時，先經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊，獲取信號。再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。所得的數(shù)字信號輸入單片機中，進行數(shù)據(jù)判斷，如果重量不在量程內(nèi)，則啟動報警電路開始報警，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。輸入完畢后，按“=”鍵，則單片機中開始計算總價，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元件庫中沒有壓力傳感器，信號采集模塊是使用的滑動變阻器來代替的。也就是說，改變仿真圖中的滑動變阻器的大小，相當于改變稱重物體的重量。實際仿真中，通過改變滑動變阻器的大小，來改變輸入電壓的大小。通過測量不同電阻值下的輸入與輸出的值，來分析實驗的結(jié)果。 圖52 仿真一 ，相當于物體重量50g，輸入價格為20，再按下“=”，則可顯示出總價。 圖53 仿真二 ，相當于物體重量100g，輸入價格為20，再按下“=”，則可顯示出總價。多次改變滑動變阻器的電阻值，并測得仿真結(jié)果如下表51：表51 系統(tǒng)仿真結(jié)果輸入、輸出及誤差對照表數(shù)據(jù)序列輸入電壓值仿真輸出值輸出誤差相對誤差一16%二%三%四%五% 系統(tǒng)仿真誤差分析本設(shè)計中的仿真結(jié)果如上所示，當測量輸入較大時，輸出數(shù)據(jù)誤差在理想范圍內(nèi)，但是當測量的輸入數(shù)據(jù)較小時，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，可能精度沒有達到要求的那么高；2) 使用滑動變阻器做信號的輸入，可能對信號輸入的可靠性有影響；3) 單片機處理數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)處理的公式不準確,