基于單片機的鉛膏視密度監測系統硬件設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 供橋電壓越高，電橋電壓靈敏度越高。但受到應變片功耗的限制，應適當選擇電壓；其次，還應適當選擇橋臂比 n 的值，才能保證較高的電壓靈敏度。 當供橋電壓 E 確定后，由 0???nSu 求 Su最大值， 0)1(1 42 ?????? nnExy 311 當 n=1 時， Su最大，即供橋電壓確定后，橋臂電阻 R1 等于 R2，橋臂電阻R3 等于 R4，這時電橋能達到最高的電壓靈敏度。上式簡化為： 11211111410RRRREU ???? 312 114139。0 RREU ?? 313 ESu 41? 314 由上式知，電源電壓 E 和電阻相對變化量一定時，電橋輸出電壓和靈敏度也是一定的，和橋臂阻值無關 [1]。 非線性誤差及其補償方法 理想情況下，可以假設應變片參數的變化量很微小，以至于可以忽略掉 ?R1/ R1。實際情況應按照 312 計算，此時 38 輸出電壓 U0 和 ?R1/ R1 是非線性的。在理想情況下，記輸出電壓為 39。0U 。 9 非線性誤差為： 12111 1139。0039。039。00RRRRRRUUUUU???????? 315 減小非線性誤差可用這些方法：增大橋臂的比 n=R2/R1 可降低非線性誤差，與此同時降低了電壓靈敏度；采用差動電橋，有半橋差動和全橋差動，差動電橋完全沒有非線性誤差。半橋差動電路 Su=1/2E，全橋差動電路 Su=E，而采用單片 Su=1/4E，采用全橋差動電橋比用單片應變片提高了 4 倍，比半橋提高了 2 倍。通過應變片式傳感器實現了壓力信號轉換為電信號，通過差動全橋接法，減小了誤差。 A/D 電路的設計 芯片的選擇 在整個設 計中， A/D 模塊起著非常重要的作用。傳感器輸出的模擬量必須經過 A/D 的放大后變為數字量才能供單片機處理，因此必須選擇好適當的 A/D 轉換芯片。本文要使 A/D 模塊具有強抗干擾能力，很快的響應速度，良好的穩定性。在現有的芯片市場中， HX711 就是不錯的選擇。 HX711 芯片介紹 HX711 是一個高精度的 24 位 A/ D 轉換器芯片，專門用于電子秤。相比與其他相同類型的芯片，芯片集成穩壓電源，芯片上的時鐘振蕩器和其他所需的相同類型的芯片外圍電路、集成程度高的優勢，響應速度、抗干擾能力強等。降低了成本，提高了 性能和可靠性。接口和編程的芯片和控制芯片的后端很簡單，所有的控制信號是由管腳驅動，不需要編程芯片內部的寄存器。輸入選擇開關可以任意選擇通道 A 或 B，低噪聲程控放大器和內部連接。通道可編程增益為 128或 64，全部金額對應的差分輸入信號幅值 177。20 m V 或 177。40 m V。 B 通道是固定的64 獲得系統參數檢測。芯片提供穩壓電源可以直接提供電源到外部傳感器和 A / D 轉換器芯片，系統板不需要模擬供應。時鐘振蕩器芯片不需要任何外部設備。自動上電復位功能簡化了初始化啟動的過程 [2]。 10 芯片特點 有兩個差分放大輸入 通道可供使用；內含穩壓輸出，可以用來直接向內外提供 VCC，在該電路里可以給傳感器和內部放大電路供電；提供了 3 6 128倍放大增益，可通過 MUL 選取，其中 A 通道提供了 3 128 倍增益， B 通道固定 64 倍增益；具有片內時鐘振蕩，還能選擇片外時鐘輸入；無需額外復位電路，上電自動復位電路；控制與通訊簡單通過 PD_SCK 管腳直接輸入，且芯片無需編程；輸出速率可選擇 10Hz 或 80Hz；擁有抑制同步頻率 50Hz 的電源干擾；工作電壓范圍 ～ 20℃ ～ 85℃ 。 HX711 引腳說明如表 所示。 表 引腳說明表 引腳編號 引腳名 功能 注釋 1 VSUP 電源 提供 ～ 穩壓電源 2 BASE 模擬輸出 穩壓電路控制輸出 3 AVDD 電源 模擬電源 ～ 4 VBF 模擬輸入 穩壓電路控制輸入 5 AGND 地 6 VBG 模擬輸出 7 INA 信號輸入 通道 A 負輸入端 8 INA+ 信號輸入 通道 A 負輸入端 9 INB 信號輸入 通道 A 負輸入端 10 INB+ 信號輸入 通道 A 負輸入端 11 PD_SCK 控制輸入 串行通 訊口，選取增益 12 DOUT 信號輸出 輸出轉換后的信號 13 X0 數字輸入 外部晶振輸入 11 14 X1 數字輸入 選取時鐘類型 15 RATE 數字輸入 選取輸出頻率 16 DVDA 電源 數字電源 : ～ HX711 串口通訊 串口通訊線由管腳 PD_SCK 和 DOUT 組成，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 轉換器輸出數據功能還沒有準備好，這個時候的串口時鐘輸入信號 PD_SCK 應該為低電平。當輸出由高到低， PD_SCK 應輸入 25 到 27 不等于時鐘脈沖，此時第一個時鐘脈沖的上升沿將會讀出輸出 24 位數據的最高位，一直到第 24 個時鐘脈沖完成，直到完成 24 個時鐘脈沖， 24 位數據輸出從最高到最低逐位輸出。 25 到 27 的時鐘脈沖是用來選擇下一個輸入通道和 A / D 轉換增益 [3]。如圖 和表 所示。 圖 圖 時鐘脈沖圖 12 表 時刻注釋表 符號 說明 最小值 典型值 最大值 單位 T1 DOUT 下降沿到 PD_SCK 脈沖上升沿 181。s T2 PD_SCK 脈沖上升沿到 DOUT 數據有效 181。s T3 PD_SCK 正脈沖電平時間 50 181。s T4 PD_SCK 負脈沖電平時間 181。s 控制芯片 芯片的選擇 單片機種類繁多，各種型號應用環境也不同，選用時考慮了單片機的性能、存儲器、 I/O 接口、工作電壓、運行速度、串行接口、功耗、是否容易開發，編程器的選用是否方便，還有開發成本等因素，基于此，本設計選用了 STC89C52單片機作為控制芯片。 89C52 與其他芯片相比，具有價格便宜，速率快，直接可以用串口下載程序，兼容性良好等特點。 芯片 介紹 STC89C52 是 INTE 公司 MCS51 系列單片機中基本的產品，屬于標準的MCS51 的 HCMOS 產品。它是一種采用 CMOS 工藝技術制造的高性能 8 位單片機 [4]。 52 結合了 CMOS 的反應速度快和高密度技術及低功耗的特性，它使用的是標準的 MCS51 單片機體系結構與指令系統，相當于 89C51 的增強版，在 51 基礎上又具備了時鐘輸出和向上或向下計數器等功能，適合于很多控制場合。 它 由中央處理器，內存系統、定時 /計數器、串并行接口、終端系統以及特殊功能寄存器集成的。它的體系結構圖如圖 所示。 13 圖 52 單片機體系結構圖 它有 4 個 8 位的并行 I/O 接口分別是 P0 口， P1 口， P2 口和 P3 口，一共算起來有 32 根 I/O 口，并且每一根 I/O 都能夠單獨的拿來作為輸入或輸出。它還有一些第二功能的引腳 ，如 P10（ T2）、 P11(T2EA)、 P17(SCK)、等等。引腳說明如圖 所示。 圖 52 引腳說明圖 引腳介紹 1 輸入輸出引腳（ P0～ P3 口） P0 端口是一個雙向 I/O 口 (8 位漏極開路 )，它可以用來當作輸入口，也能當作輸出口，又可作為地址數據用。 14 P0 口做 I/O 口使用時，此時控制端 ALE 應為低電平。當它做輸出口使用時應接 10K 上拉電阻不然無法輸出高電平。當它用作輸入口時；在輸入操作前應該先寫入一個 1，這是因為內部直接和場效應管，鎖存器鏈接時，如果輸入鎖 0，它的輸入不能為高水平。 P0 口的 8 位地址和數據總線使用；在高水平的控制終端。在這種模式下 ， P0 端口與內部引體向上。在這種情況下工作的 8 位地址和數據行 P0 口點使用。在對 Flash 內存進行編程、校驗時輸入或輸出代碼使用；此時需加上拉電阻。 P1 口為準雙向口。 P1 口當成通用 I/O 口來使用，作為輸出的時候 不需要加上拉電阻，但是當作輸入使用時要先寫入 1，才能完成輸入操作。 P1 口還有其附加第二功能， P1 口還能夠對 Flash 內存編程、校驗時接收低 8 位地址。 p1 口第二功能如表 所示。 表 P1 口第二功能說明 引腳 P10 P11 P15 P16 P17 附加功能 T2（計時器 2外部輸入端） T2EX（計數器2 外部觸發端） MOSI( 串行數據輸入 ) MISO( 串行數據輸出 ) SCK( 串行時鐘輸入 )