東北大學秦皇島分校畢業設計――自動化――測控技術與儀器-資料下載頁

【導讀】材等的測量時誤差更明顯。軟件實現了對電子稱的功能仿真設計。主要分為五個模塊：雙精度的物體重量采集模塊、單片機處理模塊、鍵盤控制模塊、數據顯示模塊以及軟件驅動模塊。以不同壓力傳感器。LCD12864液晶上進行實時顯示。整個電子稱系統能夠智能化的實現雙精度自動測量、高等特點，可以更好的應用于不同的應用場合，適應了中小型市場的需求。

　　

【正文】 用 AMPIRE 128 64 LCD 液晶顯示器 ，主要用于顯示 數字、專用符號和圖形 。 超量程報警部分的選擇 智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統運行出錯、當測量的數據超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為提醒用戶而設置。在本系統中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。 超限報警電路是由單片機的 I/O 口來控制的，當 稱重物體重量超過系統設計所允許的重量時，通過程序使單片機的 I/O 值為高電平，報警燈 D2 發光。 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 21 頁 3 硬件電路設計 AT89S52 單片機 介紹 AT89S52 單片機綜述 單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統和嵌入式計算機系統兩個分支。通用計算機系統主要用于海量高速數值運算，不必兼顧控制功能，其數據總線的寬度不斷更新，而且不斷提高運算速度和完善通用操作系統。以突出其高速海量數值運算能力，在數據處理、模擬仿真、人工智能、圖象處理、多媒體、網絡通信中得到了廣泛的應用；單片機作為最典型的嵌入式系統，由于其微小的體積和低廉的成本，廣泛應用于家用電 器、機器人、儀器儀表、工業控制單元、辦公自動化設備以及通信產品中，成為現代電子系統中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現大大促進了現代計算機技術的飛速發展，成為近代計算機技術發展史上一個重要里程碑 [5]。 單片機的典型代表是 Intel 公司在 20 世紀 80 年代初設計生產的 MCS51 單片機。后來 Intel 公司把 MCS51 的核心技術授權給了很多其它的公司，所以有很多公司在做以8051 為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變以滿足不同的需求，其中的 89S52就是這幾年在我國非常流行的單片機，這是由美國 ATMEL 公司開發生產的。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統可編程Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度 非 易失性存儲器 技術制造，與工業 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S5 具有以下標準功能： 8k 字節Flash， 256 字節 RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16 位 定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及 時鐘電路 。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節電模式。空閑模式下， CPU 停止工作 ， 允許 RAM、定時器 /計數器、串口 、 中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 22 頁 復位為止。 在本系統中用于稱量的主要器件是稱重傳感器，稱重傳感器在受到壓力或拉力時會產生電信號，受到不同壓力或拉力是產生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關系一般為線性關系。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mV，對 A/D 轉換或單片機的工作參數來說不能使 A/D 轉換和單片機 正常工作，所以需要對輸出的信號進行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進行 A/D 轉換為數字信號以便單片機接收。單片機根據稱重傳感器輸出的電信號和速度傳感器輸出的速度信號計算出物體的重量。在本系統中，硬件電路的構成主要有以下幾部分： AT89S52 的最小系統構成、電源電路、數據采集、人 機交換電路等。 圖 單片機外接電路 AT89S52 的最小系統電路構成 AT89S52 單片機的最小系統由時鐘電路、復位電路、 電源電路及單片機構成。 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內電路初始化，使單片機從一種確定的初態開始運行。 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。 當單片機的復位引腳 RST 出現 2 個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位復位電路 時鐘電路 按鍵接口電路 A/D 轉換接口電路 LCD 顯示電路 報警電路 單 片 機 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 23 頁 操作。如果 RST 持續為高電平，單片 機就處于循環復位狀態。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。 上電或開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態，其中包括使程序計數器 PC＝ 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執行。 系統復位是任何微機系統執行的第一步，使整個控制芯片回到默認的硬件狀態下。51 單片機的復位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24 個振蕩 周期后， 51 單片機即進入芯片內部復位狀態，而且一直在此狀態下等待，直到 RESET 引腳轉為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執行芯片內部的程序代碼，若為低電平便會執行外部程序。 圖 AT89S52 最小系統電路 A/D 轉換器與 AT89S52 單片機接口電路 AD574 是美國 Analog Device 公司生產的 12 位單片 A/D 轉換器。它采用逐次逼近型的 A/D 轉換器，最大轉換時間為 25us，轉換精度為 %，所以適合于高精度的快速 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 24 頁 轉換采樣系統。芯片內部包 含微處理器借口邏輯（有三態輸出緩沖器），故可直接與各種類型的 8 位或者 16 位的微處理器連接，而無需附加邏輯接口電路，切能與 CMOS 及TTL 電路兼容。 AD574 采用 28 腳雙列直插標準封裝。 圖 AD574 芯片引腳圖 A/D574 有 5 根控制線，邏輯控制輸入信號有： A0：字節選擇控制信號。 CE：片啟動信號。 /CS：片選信號。當 /CS=0， CE=1 同時滿足時， AD574 才處于工作狀態，否則工作被禁止。 R/C：讀數據 /轉換控制信號。 12/8：數據輸出格式選擇控 制信號。當其為高電平時，對應 12 位并行輸出；為低電平時，對應 8 位輸出。 當 R/C=0，啟動 A/D 轉換：當 A0=0，啟動 12 位 A/D 轉換方式；當 A0=1，啟動 8位轉換方式。 當 R/C=1，數據輸出， A0=0 時，高 8 位數據有效； A0=1 時，低 4 位數據有效， 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 25 頁 中間 4 位為 0，高 4 位為三態。 輸出信號有： STS：工作狀態信號線。當啟動 A/D 進行轉換時， STS 為高電平；當 A/D 轉換結束時為低電平。則可以利用此線驅動一信號二極管的亮滅，從而表示是否處于 A/D 轉換。 由于對 AD574 的 12 引腳 的外接電路有不同連接方式，所以 AD574 與單片機的接口方案有兩種，一種是單極性接法，可實現輸入信號 0～ 10V 或者 0～ 20V 的轉換；另一種為雙極性接法，可實現輸入信號 5～ +5V 或者 10～ +10V 之間轉換。本次設計采用單極性接法。 圖 AD574 與 AT89S52 的接線圖 根據芯片管腳的原理，無論啟動、轉換還是結果輸出，都要保證 CE 端為高電平，所以可以將單片機的 /RD 引腳和 /WR 端通過與非門與 AD574 的 CE 端連接起來。轉換結果分高 8 位、低 4 位與 P0 口相連，分兩次讀入，所以 12/8 端接地。同時，為了使 CS、A0、 R/C 在讀取轉換結果時保持相應的電平，可以將來自單片機的控制信號經 74LS373鎖存后再接入。 CPU 可采用中斷、查詢或者程序延時等方式讀取 AD574 的轉換結果，本設計采用 查詢 方式 。 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 26 頁 顯示電路與 AT89S52 單片機的接口電路 圖 單片機與 LCD 接線圖 12864 點陣型 LCD 簡介 12864 是一種圖形點陣液晶顯示器 ,它主要由行驅動器 /列驅動器及 12864 全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示 48 個 (1616 點陣 ) 漢字。 主要技術參數與顯示特性： 電源： VDD ～ +5V（內置升壓電路，無需負壓）； 顯示內容： 128 列 64 行 LCD 類型： STN 多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 27 頁 表 1： 12864LCD 的引腳說明 管腳號 管腳名稱 LEVER 管腳功能描述 1 VSS 0 電源地 2 VDD + 電源電壓 3 V0 液晶顯示器驅動電壓 4 D/I(RS) H/L D/I=“H”，表示 DB7~DB0 為顯示數據 D/I=“L”，表示 DB7~DB0 為顯示指令數據 5 R/W H/L R/W=“H”， E=“H”數據被讀到 DB7~DB0 R/W=“L”， E=“H→L” 數據被寫到 IR 或 DR 6 E H/L R/W=“L”， E 信號下降沿鎖存 DB7~DB0 R/W=“H”， E=“H”DDRAM數據讀到 DB7~DB0 7 DB0 H/L 數據線 8 DB1 H/L 數據線 9 DB2 H/L 數據線 10 DB3 H/L 數據線 11 DB4 H/L 數據線 12 DB5 H/L 數據線 13 DB6 H/L 數據線 14 DB7 H/L 數據線 15 CS1 H/L H:選擇芯片 (右半屏 )信號 16 CS2 H/L H:選擇芯片 (左半屏 )信號 17 RET H/L 復位信號 ,低電平復位 18 VOUT 10V LCD 驅動負電壓 19 LED+ LED 背光板電源 20 LED LED 背光板電源 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。在字模的記載方式如圖 所示： 東北大學秦皇島分校畢業設計（論文） 第 28 頁 圖 “A”字模圖 而中文的 “你 ”在字模中的記載卻如圖 所 示： 圖 “你 ”字模圖 12864LCD 指令系統 表 2： 12864LCD 指令表 指令名稱 控制信號 控制代碼 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 顯示開關 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0 顯示起始行設