基于51單片機壓力檢測系統設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 口時鐘輸入12DOUT數字輸出串口數據輸出13XO數字輸入輸出晶振輸入（不用晶振時無連接）14XI數字輸入外部時鐘或晶振輸入，0：使用片內振蕩器15RATE數字輸入輸出數據速率控制，0:10HZ；1:80HZ16DVDD電源數字電源：~正常情況下HX711與單片機的接口應為2條數據線，分別是PD_SCK、DOUT。 HX711內部方框圖 芯片的串口通訊線由PD_SCK 和DOUT 兩端口構成，用來輸出數據，選擇輸入通道和增益。當數據輸出管腳DOUT 為高電平時，表明A/D 轉換器還未準備好輸出數據，此時串口時鐘輸入信號PD_SCK 應為低電平。當DOUT 從高電平變低電平后，PD_SCK 應輸入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 位數據的最高位（MSB），直至第24 個時鐘脈沖完成，24 位輸出數據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 轉換的輸入通道和增益， 輸入通道和增益選擇PD_SCK脈沖數輸入通道增益25A12826B3227A64PD_SCK 的輸入時鐘脈沖數不應少于25 或多于27，否則會造成串口通訊錯誤。當A/D 轉換器的輸入通道或增益改變時，A/D 轉換器需要4 個數據輸出周期才能穩定。DOUT 在4 個數據輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數據。（4） HX711的數據輸出。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數據有效 數據輸出，輸入通道和增益選擇時序圖當芯片上電時，芯片內的上電自動復位電路會使芯片自動復位。管腳PD_SCK 用來控制HX711 的斷電。當PD_SCK 為低電平時，芯片處于正常工作狀態。 斷電控制芯片從復位或斷電狀態進入正常工作狀態后，A/D 轉換器需要4 個數據輸出周期才能穩定。DOUT 在4 個數據輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數據。 人機交互模塊矩陣鍵盤和液晶顯示電路是壓力檢測系統與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察壓力大小及經過數據統計分析處理后的系統狀態參數，再根據觀察到的值，通過鍵盤對單片機進行控制。本節設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接口的控制線。CS_ZK、SCK_ZK、SO_ZK和SI_ZK為字庫和單片機接口的控制線。 12864液晶該LCD液晶為晶聯訊公司的生產的128*64漢字屏JLX12864G086PC顯示模塊。該顯示模塊既可以當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 中讀取內置的字庫的點陣數據寫入到LCD 驅動IC 中，以達到顯示漢字的目的。 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，內置ST7920接口型液晶顯示控制器，內帶GB2312碼簡體中文字庫（16*16點陣），可與MCU單片機直接連接，具有8位并行及串行的連接方式，廣泛應用于各類儀器儀表及電子設備。晶聯訊電子所生產JLX12864G086型液晶模塊由于使用方便、顯示清晰，廣泛應用于各種人機交流面板。主要技術參數與顯示特性：l 電源：VDD ～+5V（內置升壓電路，無需負壓）；l 顯示內容：128列64行；l LCD類型：STN；l 多種功能：光標顯示、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接口串行數據輸出2ROMOUT字庫IC接口串行數據輸入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串行數據10RS寄存器選擇信號H：數據寄存器0：指令寄存器11RST復位低電平復位，復位后，回到高電平，液晶工作12CS片選低電平片選點陣LCD的顯示原理在數字電路中，所有的數據都是以0和1保存的，對LCD控制器進行不同的數據操作，可以得到不同的結果。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）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個很少用到的數值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內碼。那么，得到了漢字的內碼后，還僅是一組數字，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字，但它的意義卻與數字的意義有了根本的變化，它是用數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。“存儲”鍵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據，則相應的數據統計得到的值均為0；“調零”鍵用來將壓力傳感器調零，；“修改閾值”，可以任意在0~；“返回”鍵可以使當前操作返回到上一級；“確認”鍵用來將所中的功能確定，傳送給系統，執行相應程序。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；當行掃描為低電平并且有鍵按下時，則對應的列輸出低電平。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，基極為低電平時導通，當測量重量超過量程時，beep和alert給出低電平信號，驅動蜂鳴器鳴響，報警燈亮。： 聲光報警電路圖 電源供電模塊系統通過USB電源供電，電源電壓為5V。單片機程序也可通過USB線串行下載。借助按鍵開關操作可控制電源的通斷，實現系統的良性運作。通電后電源指示燈點亮，系統開始工作；斷電后電源指示燈熄滅，系統停止運行。 電源供電模塊電路4 軟件程序設計根據設計要求，本次軟件設計是由主程序和一個個子程序模塊組成，這樣方便編寫和運行整理。軟件的主要部分由主程序、A/D轉換數據子程序、LCD顯示子程序、歷史查詢子程序、數據統計分析子程序、中斷和延時子程序等組成。系統工作時，單片機對各路電壓、電流采樣及數據的統計與分析，并實時顯示。同時，在測試過程中，監控壓力值大小，達到預警作用。 軟件開發環境本系統使用的單片機開發環境是Keil μVision4。Keil μVision4是德國Keil Software公司出品的51系列C語言軟件開發系統，使用傳統C語言的語法來開發，C語言在可維護性、結構性以及可讀性有著明顯的優勢，可以大大的提高工作效率和項目開發周期，Keil C51為8051單片機的軟件開發提供了C語言環境，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的集成開發環境中，這個集成開發環境包含：實時操作系統，編譯器以及調試器等等。uVision4 IDE可為它們提供單一而靈活的開發環境。Keil μVision4 。 Keil μVision4 開發界面 Keil C51軟件提供豐富的庫函數。C51工具包可以完成編輯、編譯、連接、調試等整個流程。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大支持與自動優化，使得編程者在軟件設計的時候不用花費太多時間去研究單片機底層硬件資源。當然，對于匯編語言在某些方面仍然有著不小的優勢，最為突出的一點就是效率優化的可操作性。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化。而直接使用匯編語言編寫程序，在匯編級別上，具體執行哪條匯編指令，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驗，一般都是使用匯編語言編寫單片機程序。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合了兩者的優點，做到了優勢互補。通常單片機很合編程技術是，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，又保證了單片機應用系統的性能。由于本系統對于性能的要求一般，所以采用C語言方式編寫單片機程序。通過對編譯選項的設置，Keil軟件可以在編譯鏈接后自動生成HEX16進制文件，方便單片機程序的直接燒寫。 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。對于本系統而言，引腳數量還是夠用的[10]。引腳功能分配如下:l P20~P27和P1P17接于LCD中液晶與單片機的控制端口和字庫與單片機的控制端口。l P34~P37和P13是用于4*3矩陣鍵盤按鍵。包括功能選擇按鍵，參數設置按鍵和工作啟停等功能控制。l P14，P15 用于接A/D轉換芯片HX711數據采集端口，是串行工作方式，所以節省了很多的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。 //串行數據輸出端口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 軟件主程序構架本系統的設計主要由五大模塊構成，軟件程序主要是實現對這些功能模塊的控制，以及最終對數據進行分析計算得出性能測量結果。程序執行時，首先對整個系統進行初始化，這部分包括參數初始化、IO初始化和器件初始化三個操作。參數初始化時對一些全局系統參數進行初始化，保證程序執行的可靠性；IO初始化是將所有IO的電平和功能設置為關閉狀態，防止發生誤操作；器件初始化是對外圍的A/D芯片、模擬開關、LCD進行初始化，保證器件能夠正常運行。如果在此過程中發生錯誤，即調用報警電路進行報警。 系統主程序構架框圖初始化完畢后，延時等待所有模塊準備好，向液晶顯示器發送數據，顯示初始的人機界面。此時，整個系統可以開始進行數據采集工作，但參數均處于默認狀態，如果需要調整，則可以實時通過鍵盤控制，系統根據讀取的鍵盤鍵值執行相應的操作，分別是執行修改閾值參數、讀取A/D采樣值、壓力測量、手動存儲、超重預警、發出報警信號、查閱歷史，數據統計分析等。等待這部分操作完成后，系統屏幕根據需要實時刷新顯示一些數據和狀態，顯示新的參數或采樣信息。 主要功能子程序的設計先進行系統的初始化，初始化模塊主要對單片機的堆棧指針，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轉換時間的設定。然后進行模數轉換，判斷是否超過設定閾值，轉換壓力字符通過液晶顯示。參數設定完畢，系統啟動數據采集和控制程序，實現壓力的實時檢測。 A/D子程序設計通過壓力傳感器輸出后的數據經過信號放大器的處理后，由A/D轉換芯片轉換為數字信號。其中模擬信號的放大倍數由放大電路控制。在軟件方面，單片機通過發送時序命令的方式對A/