【文章內(nèi)容簡介】 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期和 6 時鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇 [2]。 主要特性如下 [3]： ： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V單片機(jī)） 8051單片機(jī)， 6 時鐘 /機(jī)器 周期和 12 時鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. ： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz 512字節(jié) RAM 8K字節(jié) EEPROM 功能 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 I/O口（ 32個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻。 3 個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器。即定時器 T0、 T T2 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 7 ： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級） （ UART），還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個 UART 14. PDIP 封裝 其管腳定義如圖 所示。 圖 STC89C52 管 腳圖 超聲波測高模塊電路 超聲波傳感器及其測高原理 超聲波是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的C 為超聲波波速。利用超聲波測高前先用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度 H1 并存入單片機(jī)，然后將被測物體移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離 H2，用單片機(jī)算出兩者之差就是被測物體的實(shí)際高度。超聲波測高系統(tǒng)原理如圖 所示。 8 圖 超聲波測高原理圖 我們使用的是模塊化的超聲波 HCSR04測距， HCSR04超聲波測距模塊可提供 2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路 [4]。 其 基本工作原理如下： (1)采用 IO 口 TRIG觸發(fā)測距，給至少 10us的高電平信號 。 (2)模塊自動發(fā)送 8個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲 波從發(fā)射到返回的時間。測試距離 =(高電平時間 *聲速(340M/S))/2。 超聲波傳感器電氣參數(shù)及其時序圖 超聲波測距模塊 電氣參數(shù)如下表 ： 9 表 電氣參數(shù) 超聲波時序圖如圖 ： 圖 超聲波時序圖 以上時序圖表明我們只需要提供一個 10uS 以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8個 40KHZ周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測得距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計(jì)算得到距離。 在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的 腳提供一個 16us的高電平給 TRIG口，通過模塊自動測距接受 ECHO的回響高電平信號給 ，因此用 ECHO高電平持 續(xù)時間 t/58 就是超聲波測得的距離 S（ cm）。 10 HCSR04 模塊實(shí)物圖如圖 ： 圖 HCSR04模塊 壓力傳感器稱重模塊 壓力傳感器 稱重傳感器采用 200kg的應(yīng)變 式壓力稱重傳感器 YZC1B，其內(nèi)部 為 4 個應(yīng)變片構(gòu)成的電橋形式。其 測量原理如圖 所示。當(dāng)垂直正 壓力 P 作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變， 圖 傳感器受力工作原理 電阻應(yīng)變片 R R2受壓彎拉伸，阻值增加； R R4 受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器 上的載菏 P 成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出 [5]。 R R R3 和 R4 組成惠更斯電橋，將 2對電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖 所示。 11 圖 測量電橋原理 傳感器實(shí)物圖如下圖所示： 圖 稱重傳感器 稱重 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 12 芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)、降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道 A或通道 B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道 A 的可編程增益為 128 或 64，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為177。 20mV或177。 40mV。通道 B 則為固定的 64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測 [6]。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接部件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機(jī)的初始化過程。圖 HX711 芯片應(yīng)用于體重測量的一個參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時鐘振蕩器 (XI=0)， 10Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率 (RATE=0)。電源（ ～ ）直接取用與 MCU 芯片相同的供電電源。通道 A 與傳感器相連，通道 B通過片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。 圖 HX711外部管腳圖 HX711 主要電氣參數(shù)如表 。 13 表 HX711電氣參數(shù)表 參數(shù) 條件及說明 最小值典型值最大值 單位 滿額度差分輸入范圍 V（ inp） V(inn) 177。(AVDD/GAIN) V 輸入共模電壓范圍 AGND+ V 輸出數(shù)據(jù)速率 使用片內(nèi)振蕩器， RATE=0 10 Hz 使用片內(nèi)振蕩器， RATE=DVDD 80 外部時鐘或晶振， RATE=0 fclk/1,105,920 外部時鐘或晶振， RATE=DVDD fclk/138， 240 輸出數(shù)據(jù)編碼 二進(jìn)制補(bǔ)碼 800000 7FFFFF(HEX) 輸出穩(wěn)定時間（ 1） RATE=0 400 mv RATE=DVDD 50 輸入零點(diǎn)漂移 增益 =128 增益 =64 輸入噪聲 增益 =128， RATE=0 50 nV(rms) 增益 =128， RATE= DVDD 90 溫度系數(shù) 輸入零點(diǎn)漂移（增益 =128） 177。 7 nV/℃ 增益漂移（增益 =128） 177。 3 ppm/℃ 輸入共模信號抑制比 增益 =128， RATE=0 100 dB 電源干擾抑制比 增益 =128， RATE=0 100 dB 輸出參考電壓（ VBG） V 外部時鐘或晶振頻率 1 30 MHz 電源電壓 DVDD V AVDD,VSUP 模擬電源電路 （含穩(wěn)壓電路） 正常工作 1600 uA 斷電 數(shù)字電源電路 正常工作 100 uA 斷電 稱重部分 AD 轉(zhuǎn)換基本原理 如圖 HX711內(nèi)部方框圖， HX711可以在產(chǎn)生 VAVDD和 AGND電壓，即 711模塊上的 E+和 E電壓。該電壓通過 VAVDD=VBG(R1+R2)/R2計(jì)算。 VBG 為模塊兒基準(zhǔn)電壓 =20K,R2=，因此得出VAVDD=。 在 的供電電壓下 200Kg 的傳感器最大輸出電壓是*2mV/V= ， 經(jīng) 過 128 倍 放 大 后 ， 最 大 電 壓 為*128=。 經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換后輸出的 24bit 數(shù)字值最大為：*2^24/≈ 2147483。 14 假設(shè)重力為 AKg，（ A200Kg） ,測量出來的 AD值為 器輸出，發(fā)送給 AD 模塊的電壓為 AKg*，經(jīng)過128 倍增益后為 128*= mV， 轉(zhuǎn)換為 24bit 數(shù)信號為 mV*2^24/ ≈ ，所以 y=≈ ，得出 A=y/。所以程序中 AD轉(zhuǎn)換公式為： Weight=(unsigned int） (float)Weight/215 圖 HX711內(nèi)部方框圖 現(xiàn)附錄 HX711 接口電路圖 如下 [7]： VSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8INPB9INNB10PD_SCK11DOUT12XO13XI14RATE15DVDD16HX7110R9NM0R8NM0R5NM0R6NMR220KR1100R3100R40R7NMQ590121uFC31uFC2C410uFC1123456P11234P2 圖 HX711接口電路圖 15 稱重傳感器重量標(biāo)定 為了檢驗(yàn)稱重傳感器測量值與實(shí)際重量之間的誤差，我對稱重傳感器進(jìn)行了重量的標(biāo)定。用不同重量的砝碼置于稱重傳感器上，觀察測量出來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄，制成圖 的曲線圖，以及表 所示實(shí)際重量與測量顯示值得對比表格。 020406080100120140 圖 重量標(biāo)定曲線圖 表 對比表 實(shí)際重量（ kg） 0 2 3 10 20 30 40 50 60 70 顯示值（ kg） 0 1 3 10 20 30 40 50 60 70 實(shí)際重量（ kg） 80 90 100 110 120 130 140 160 180 200 顯示值（ kg） 80 90 99 109 120 129 138 158 178 197 由標(biāo)定的曲線圖可以看出， YZC1B 稱重傳感器在 3kg 以內(nèi)稱重值不穩(wěn)定，在 3kg150kg內(nèi)測量出的稱重值與實(shí)際值基本上相同。因?yàn)槿梭w正常體重都是位于這一段內(nèi)，所以稱重傳感器能基本滿足適用要求。 16 LCD1602 液晶顯示模塊 LCD1602 介紹 1602液晶也叫 1602字符型液晶 ， 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣型液晶 模塊它有若干個 5*7 或者 5*11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點(diǎn)距的間隔 ， 每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用 。1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶 [10]。 圖 1602顯示電路 17 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)及其時序圖 顯 示容量 :162 個字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 :(WH)mm 其引腳功能見表 所示： 表 1602引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS為地電源。 第 2 腳： VDD接 5V正電源。 第 3 腳： VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 18 第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器 ，在單片機(jī)中連接 腳。 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W共同為低電平時可以寫 入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平 R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù) ，在單片機(jī)中連接 腳。 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令 ，在單片機(jī)中連接 。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)線 ，在單片機(jī)中連接 P0 口。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 1602 讀寫操作時序如圖 [8]： 圖 讀操作時序 圖 寫操作時序 19 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)初始化程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的軟件編譯環(huán)境為 Keil uVision4，這種編譯環(huán)境支持 C