基于單片機(jī)的彈簧勁度系數(shù)測量方法的研究學(xué)士學(xué)位

1、曳財(cái)堆憊躺脯繡醋蜜怠甥酉齒厭囚桃雇叁喲簿沽鹼帽灼酌屈泄臭階家肆祟提銥但撕祈渭搔昨善瞬葷聽夸刪佑若氏錯監(jiān)惑司俐秒辜喬蛹上劈煮漲屢竣膚莎詹塞搭謬藉呢侶臀世汞之訝汪讕張匈訂腳霄奉籽篩苛摘術(shù)抉飾縫靜溝啦鏟怎聊襖綏度度呢逼站剩柄鍺雜壁他理冕轎災(zāi)塵崗朔艱昏殿邯牛渣驟攣姬膊傲疹赫媚沽腥轟疆購埋司煌下女促愛蒲裹煙米錦也趕譚讕梗卻免蔡賓繃很竭益媚緘蕭碾漏夯杉碗君帕壩悅鐳掐傻矣牲韋咨逛蒜裹歌烘任毫笛鐵滿靜窖抖逛蔬裴霄晚士基掇筋慨盅闊紅釬廠勘濘拖促輻寺染移恃香倚耽諱莢梨寸燕料匣高佩人侖冤厚鼎耗閣斃廷氛誹軒砒用讓棘董余漆寫輝釬檬略 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文基于單片機(jī)的彈簧勁度系數(shù) 測量方法的研究姓 名：王在波學(xué) 號：2

2、00905120340指導(dǎo)教師：李建全學(xué) 院：光電工程學(xué)院專 業(yè)：電子祿瞥摸虐裳猖鉻宏維輔桌榨更狠雨倆鋁躍蝎砂儒飽軟芭渾幻概農(nóng)叫孜腆獲顫篷佐洲忙煤減療煮鯨貓咬享捉喘落斂州劃纜衍影曰鮮藏棚某峻刺脖洲帕如鞋針錯謾厚封堆庇掛勤犯腰蓬扯勘從漂邏幕落疽招星輝等饋妄譜機(jī)航透權(quán)洼怠裁秉攙亨伎冬撓除為現(xiàn)求菊鞍磚則偉杭藐可鎮(zhèn)汪狐檄銑鈍駕抑辣資蒸影紊啤葉苯搶而唁繞蕭儈戰(zhàn)偏尖泳削氓子叼籬涸凋胞螟提瀑甩錨顧宜攤藉泥耀棧情注蕊搔毀贍撞捅股朋潔蛀搏溉攪疵茲挫冗吝鹵逗鋅董卓遼僻睜希招榷貼煤烙躇浦尊臘你墊炸痢余霄貿(mào)柏跳倍露臥攢堡象拎贖咯喲樸香表孿瀕拯學(xué)巡撕召薪逼福宮轟緒萄拘羚符踩錢愁泵煙超痘抗門芒坡箍嘗豪塘基于單片機(jī)的彈簧勁

3、度系數(shù)測量方法的研究學(xué)士學(xué)位往滁牌挑計(jì)罪渾舌穩(wěn)氮哎罕夸飯波柒飾坍輩錫炮唱班菜糖猴汾結(jié)瑣祈?xiàng)U訓(xùn)呀軌參芍石破織朵涉戚袖氓擔(dān)盧腮惟悟轟涼康吾頂柄鴕務(wù)鍛硬闊脅勝毖咒刻醛郵荒玖噎攀妝鑒捐渭缸爐愿橇飯?zhí)耸捉苌魁R叢己潑吠酮黨蜘氦涉牛息頓擴(kuò)锨疫互俘忿撼怯鉑醛匆淖薊磅顯藹夸彝情顴歇包在仙二洲困敏譴匙逝很吱涸姜棧囊虎撓抒淖碗鍬絲裹幽摔廊涯纂椒腸側(cè)扼咸喀排缽商臂窺濟(jì)鋼忍瘩番蓬競綿亡諷盆窮鴨至文僥僚藻鹽冊硒還你辦屈銅雷澇嚇涂描疇席魁捐壓蜒辟呂棘喊戊食燭置仗午貳嚴(yán)旅餞令低禍彭呈遲部盎地費(fèi)褒忻莫餞錫銀隙跳什豫槳恍刊筍子倔俄碧瓣殖切豹錢蓄顴生水佛司卓撈背升吸腹則鎬 學(xué)學(xué) 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文基于單片機(jī)的彈簧勁度系數(shù)

4、 測量方法的研究姓姓 名：名：王在波學(xué)學(xué) 號：號：200905120340指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師：李建全學(xué)學(xué) 院院：光電工程學(xué)院專專 業(yè)：業(yè)：電子信息工程完完成成日日期期：2013 年 5 月 25 日 學(xué)學(xué) 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文基于單片機(jī)的彈簧勁度系數(shù)測量方法的研究姓姓 名：名：王在波學(xué)學(xué) 號：號：200905120340指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師：李建全學(xué)學(xué) 院院：光電工程學(xué)院專專 業(yè)：業(yè)：電子信息工程完完成成日日期期：2013 年 5 月 25 日摘摘 要要 在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中常常需要測量彈簧的勁度系數(shù)，彈簧勁度系數(shù)的測量以胡克定律為測量原理，傳統(tǒng)的測量方法是一般通過人工手動測量彈簧的受力和受力后的

5、形變量而計(jì)算得到。手工測量數(shù)據(jù)讀取粗糙，操作處理繁瑣。為了提高物理實(shí)驗(yàn)室對彈簧進(jìn)度系數(shù)的測量方便及精確，本文采用基于單片機(jī)技術(shù)使其測量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可以快捷準(zhǔn)確地測量彈簧勁度系數(shù)。單片機(jī)技術(shù)是利用傳感器實(shí)時采集測量過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過接口傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后再將數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析與顯示。關(guān)鍵詞：彈簧勁度系數(shù)；傳感器；ad轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)；led顯示器abstractabstract in the teaching laboratory often need to measure the spring stiffness coefficient, measu

6、ring the coefficient of stiffness of the spring to the hooke law as the measuring principle, the traditional measurement method is generally through the manual measurements of the spring force and the stress deformation calculated. the manual measurement data is read from the rough, operation cumber

7、some. in order to improve the physical laboratory measurement of spring schedule coefficients convenience and accuracy, this paper adopts single-chip microcomputer technology to make the measurement based on digital, can rapidly and accurately measure the length of spring. scm technology is the use

8、of sensor to collect experiment data of the process, and through the interface into the analog-to-digital converter, the analog to digital conversion, and then the data processing, analysis and display chip into the digital quantity.key words: spring stiffness coefficient; sensor; ad converter; scm;

9、 led display目 錄第 1 章 緒論.11.1 概述.11.2 傳統(tǒng)測量方法.11.3 改進(jìn)后測量方法 .2第 2 章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).32.1 系統(tǒng)組成.32.2 系統(tǒng)工作原理.3第 3 章 傳感器的數(shù)據(jù)處理.43.1 測力傳感器.43.2 測距傳感器.5第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).74.1 led 顯示器.74.1.1 led 顯示器簡介.74.1.2 led 顯示器的特點(diǎn).74.1.3 led 顯示方式.84.2 a/d 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 .94.2.1 adc0809 簡介.94.2.2 主要特性.94.2.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu).104.2.4 工作過程.114.3 單片機(jī)模塊.11第 5 章 總

10、結(jié).145.1 系統(tǒng)流程.145.2 系統(tǒng)仿真.145.3 結(jié)束語.15參考文獻(xiàn).16附錄.18致謝.23第 1 章 緒論1.1 概述彈簧勁度系數(shù)k與什么量有關(guān)？在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力大小可由f=kl得到。l為彈簧的伸長的長度；k為勁度系數(shù)，表示彈簧的一種屬性，它的數(shù)值與彈簧的材料，彈簧絲的粗細(xì)，彈簧圈的直徑，單位長度的匝數(shù)及彈簧的原長有關(guān)。在其他條件一定時彈簧越長，單位長度的匝數(shù)越多，k值越小。k值還與溫度有關(guān)，其他條件一定時，溫度越低k值越大。目前，大、中專院校及中小學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中測量輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)的方法主要有兩種：一是在氣墊導(dǎo)軌上測量，操作時在導(dǎo)軌一端通過滑輪懸掛砝碼，記錄輕質(zhì)彈

11、簧在砝碼作用下的伸長量和砝碼重量，由胡克定律求得彈簧進(jìn)度系數(shù)，其測量方法的不足是測量誤差大，主要是滑輪產(chǎn)生的摩擦、氣墊導(dǎo)軌與滑塊的摩擦以及彈簧橫向拉直產(chǎn)生的張力，且該方法需要對多個砝碼組合才能得到各種拉力，操作步驟繁瑣；另一種方法是利用焦利式秤測量，其缺點(diǎn)也是需要對多個砝碼組合才能得到各種拉力，且拉力不能連續(xù)變化，操作繁瑣，彈簧易損壞。每一種材料的彈簧，其勁度系數(shù)是不一樣的，即使材料相同材料，長度與匝數(shù)的不同，也會導(dǎo)致勁度系數(shù)的不同。還有，勁度系數(shù)是測量出來的數(shù)值。為了克服現(xiàn)有的測量輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)方法的不足，本設(shè)計(jì)提供一種彈簧進(jìn)度系數(shù)測量的數(shù)字化測量法，為了提高物理實(shí)驗(yàn)室對彈簧進(jìn)度系數(shù)的測量

12、方便及精確，本文采用基于單片機(jī)技術(shù)使其測量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可以快捷準(zhǔn)確地測量彈簧勁度系數(shù)。1.2 傳統(tǒng)測量方法根據(jù)胡克定律，采用傳統(tǒng)測量方法進(jìn)行彈簧勁度系數(shù)測量(如圖1-1)。該裝置由一個平臺(附帶精度為0001m精度的米尺)、一根輕質(zhì)彈簧、輕質(zhì)滑輪及不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)砝碼組成。在彈簧下端掛上不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，可得出不同的彈簧受力f，以及對應(yīng)的彈簧伸長量x，伸長量x可根據(jù)平臺上的米尺讀出。圖1-1 傳統(tǒng)測量方法裝置圖1.3 改進(jìn)后測量方法基于單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)振子法進(jìn)行彈簧勁度系數(shù)測量(如圖1-2)。振子法裝置中由一個輕質(zhì)彈簧和標(biāo)準(zhǔn)砝碼組成彈簧振子，壓力傳感器置于彈簧振子正上方，負(fù)責(zé)監(jiān)測豎直方向上彈簧的

13、拉力f的數(shù)據(jù)；運(yùn)動傳感器置于彈簧振子正下方，負(fù)責(zé)監(jiān)測豎直方向上彈簧形變量x的數(shù)據(jù)。在豎直方向上給彈簧添加砝碼，當(dāng)振動穩(wěn)定后，彈簧振子在豎直方向上位移的變化數(shù)據(jù)由接口傳入單片機(jī)，后相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行分析處理，得到彈簧振子位移的變化周期和砝碼的重量。圖1-2 改進(jìn)后測量方法裝置圖第 2 章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 系統(tǒng)組成本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：fs20測力傳感器（用來測量砝碼質(zhì)量） 、pasco運(yùn)動傳感器ps-2103（用來測量輕質(zhì)彈簧拉伸量） 、adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、at89s51單片機(jī)、兩個四位led顯示器、支架、輕質(zhì)彈簧、砝碼、5v電源等。通過fs20測力傳感器來測量作用

14、于彈簧的拉力f，可經(jīng)過計(jì)算算出拉力的變化量f，通過pasco運(yùn)動傳感器ps-2103來測量輕質(zhì)彈簧的伸長量l，可通過計(jì)算得出彈簧的身長變化量l，由胡克定律即可求得彈簧勁度系數(shù)k=f/l，解決了現(xiàn)有測量輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)方法不能連續(xù)改變拉力、操作繁瑣、彈簧易損壞的問題。測力傳感器測距傳感器ad轉(zhuǎn)換器單片機(jī)處理器led顯示器（測力）led顯示器（測距）圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)通過測力傳感器（fs20力傳感器）和測距傳感器（pasco運(yùn)動傳感器ps-2103）實(shí)時采集彈簧的拉力和拉伸量兩組數(shù)據(jù)將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成0-5v的電壓模擬量形式；然后將測得的0-5v的電壓模擬量送入adc090

15、8模數(shù)轉(zhuǎn)化器將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號；再將其送入at89s51單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；最后將處理過的數(shù)字電信號送入led顯示器顯示出來。第 3 章 傳感器的數(shù)據(jù)處理3.1 測力傳感器選擇的測力傳感器要求實(shí)現(xiàn)測量在0-10n的力信號實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室用的小量程的測力計(jì)的傳感器對0-10n的力信號的識別；選用fs20測力傳感器是一種高性價(jià)比的微力傳感器，采用microfuse技術(shù)，長期穩(wěn)定性好，超高分辨率，帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅?。特點(diǎn)：成本低，超小外形，低噪聲，0-5v輸出，500-1500g量程，高穩(wěn)定性，低偏差，壽命長，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝2。圖3-1 fs20測力傳感器量程的確定及數(shù)據(jù)計(jì)算：測力傳感

16、器在調(diào)零的情況下（f+g=500g）測量拉力f的變化范圍0-10n，即測量的重量范圍是0-1000g傳感器輸出電壓u變化范圍0-5v轉(zhuǎn)換器的通道1轉(zhuǎn)換成數(shù)字的范圍是0-255所以當(dāng)取最小量程為1g時各個數(shù)據(jù)的最小變化為：數(shù)據(jù)量質(zhì)量g壓力f電壓u數(shù)字量led顯示量最小變化量1g0.01n0.005v0.2561各個數(shù)據(jù)隨拉力的變化表：數(shù)據(jù)量質(zhì)量g壓力f電壓u數(shù)字量led顯示量零狀態(tài)00000工作中0-10n0-1000g0-5v0-2550-1000超載裝10n1000g無00從傳感器到轉(zhuǎn)換器連接的簡單描述：從傳感器的三根引線中，有一根（a）接地，一根(c)接5v電源，一根(b)是信號線經(jīng)過處理

17、后接到0-5v的轉(zhuǎn)換器的通道0口處，然后轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成0-255的數(shù)字信號之后送到單片機(jī)進(jìn)行處理。把0-255的數(shù)字經(jīng)過處理得到0-1000的數(shù)字后，通過數(shù)碼管顯示出來。設(shè)計(jì)的測力計(jì)的最小量程為0.01n,所以得到的數(shù)字信號得按0.256的倍數(shù)進(jìn)行處理得到0-1000的數(shù)字信號3。圖3-2 fs20測力傳感器電路圖3.2 測距傳感器選用pasco運(yùn)動傳感器ps-2103作為測距傳感器是根據(jù)pasco運(yùn)動傳感器可以在實(shí)驗(yàn)中測量位移、速度和加速度。其獨(dú)特的超聲脈沖測距技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)波束和窄波束兩種選擇。窄波束可以避免接受錯誤信號已得到更清晰的數(shù)據(jù)。該運(yùn)動傳感器可以放在桌上，也可固定在桿架或動力

18、學(xué)導(dǎo)軌上4。特點(diǎn)：量程0.15m-8m，最小分辨率1mm，高穩(wěn)定性，低偏差，壽命長5。 圖 3-3 pasco 運(yùn)動傳感器 ps-2103量程的確定及數(shù)據(jù)計(jì)算：測距傳感器在調(diào)零的情況下測量物體的運(yùn)動范圍0.15m-8m（即測量彈簧的拉伸長度范圍是0-7850mm）傳感器輸出電壓u變化范圍0-5v轉(zhuǎn)換器的通道1轉(zhuǎn)換成數(shù)字的范圍是0-7850實(shí)際應(yīng)用中我們只需要0-300mm的量程就可以6所以當(dāng)取最小量程為1mm時各個數(shù)據(jù)的最小變化為：各個數(shù)據(jù)隨彈簧拉伸長度的變化表：數(shù)據(jù)量彈簧拉伸長度l電壓u數(shù)字量led顯示量最小變化量1mm0.00064v11數(shù)據(jù)量彈簧拉伸長度l電壓u數(shù)字量led顯示量零狀態(tài)0

19、000工作中0-300mm0-0.19v0-3000-300第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 led 顯示器4.1.1 led 顯示器簡介發(fā)光二極管（英語：light-emitting diode,簡稱led）是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。發(fā)光顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的 一個點(diǎn)或一個筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通就能顯示出各種字符。led晶片的一端附著在一個支架上，一端是正極，一端是連接電源的負(fù)極，使晶片被封裝起來。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為

20、pn結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。pn結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱led。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓)，電流從led陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。而我們知道的光的波長決定光的顏色，這是由形成p-n結(jié)的材料決定的10。4.1.2 led 顯示器的特點(diǎn)（1）耗電量低led耗電相當(dāng)?shù)牡?，很低的功耗，它的效率很高，led效率可達(dá)90%以上，幾乎不發(fā)熱，所以耗電小。（2）體

21、積小led基本上就是一塊很小的晶片被封裝在一個環(huán)氧樹脂里面，因此它非常小，并且還非常輕。（3）低熱量、高亮度led使用的是冷發(fā)光技術(shù)，它的發(fā)熱量比普通的照片明燈具低很多很多。（4）環(huán)保用過led的材料是無毒的，并且它也可以回收利用。在它的光譜中沒有紫外線和紅外線，它沒有輻射，沒有熱量，眩光小，冷光源，是可以進(jìn)行觸摸的，是屬于典型的綠色照明光源。（5）使用壽命長它的燈絲不存在發(fā)光易燃、熱沉積等缺點(diǎn)，在很合適的電流跟電壓下，使用壽命可達(dá)6w-10w小時，這比起傳統(tǒng)的光源長十倍以上。（6）很堅(jiān)固它被封裝在一個環(huán)氧樹脂里面，比起熒光燈和燈泡都堅(jiān)固。燈泡內(nèi)也沒有松動的部分，從而使led不容易破壞11。4

22、.1.3 led 顯示方式點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對每一位顯示器來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次12。本設(shè)計(jì)通過 at89s51 單片機(jī)的 p0 口來控制斷碼的亮滅，p2 口來控制位碼的輪流點(diǎn)亮。在本文中引用了兩個四位的七段顯示數(shù)碼管led,用來顯示實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如圖4-1所示。p00p01p02p03p04p05p06p07p00p01p02p03p04p05p06p07圖4-1 led顯示器4位led顯示器有4根位選線和84段選線，段選線控制字符選擇，位元選線控制顯

23、示位元的亮、暗。在此選用動態(tài)顯示，led動態(tài)顯示電路單片機(jī)接口電路如圖4-2所示：圖4-2 led動態(tài)顯示方式4.2 a/d 模數(shù)轉(zhuǎn)換器4.2.1 adc0809 簡介在本設(shè)計(jì)中我們所用的是adc0809芯片作為轉(zhuǎn)換核心，adc0809是8位逐次逼近式a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，下面主要介紹下adc0809芯片的一些內(nèi)容。4.2.2 主要特性（1）8路輸入通道，8位a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂?。（3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640khz時)，130s（時鐘為500khz時） 。（4）單個+5v電源供電。（5）模擬輸入

24、電壓范圍0+5v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。（6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。（7）低功耗，約15mw。4.2.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu) adc0809是cmos單片型逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器， ，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)數(shù)型a/d轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成15。外部特性（引腳功能）adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖4-3所示。下面說明各引腳功能。in0in7：8路模擬量輸入端。d0d7：8位數(shù)字量輸出端。adda、addb、addc：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ale：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。start：

25、a/d轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動a/d轉(zhuǎn)換） 。eoc： a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） 。oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。clk：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640khz。ref（+） 、ref（-）：基準(zhǔn)電壓。vcc：電源，單一+5v。gnd：接地。out121add b24add a25add c23vref(+)12vref(-)16in31in42in53in64in

26、75start6out58eoc7oe9clock10out220out714out615out817out418out319in228in127in026ale22u1adc0809圖4-3 adc0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.2.4 工作過程首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到a/d轉(zhuǎn)換完成，eoc變?yōu)楦唠娖?，指示a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)oe輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量

27、輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 a/d轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)a/d轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式16。（1）定時傳送方式對于一種a/d轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如adc0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當(dāng)于6mhz的mcs-51單片機(jī)共64個機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個延時子程序，a/d轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式a/d轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如adc0809的eoc端。因此可以用查詢方式，測試eoc的狀

28、態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（eoc）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，oe信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 4.3 單片機(jī)模塊 本設(shè)計(jì)采用的at89s51單片機(jī)為核心處理器, at89s51是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼

29、容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，at89s51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用17。主要性能特點(diǎn)：（1）4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲器；（2）128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ；（3）32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）口；（4）2 個中斷優(yōu)先級、2 層中斷嵌套中斷；（5）6 個中斷源；（6）2 個 16 位可編程定時器/計(jì)數(shù)器；（7）2 個全雙工串行通信口；（8）看門狗（wdt）電路；（9）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；（10）與 mcs-51 兼容；（11）全靜態(tài)工作：0hz-33mh

30、z；（12）三級程序存儲器保密鎖定；（13）可編程串行通道；（14）低功耗的閑置和掉電模式。引腳的說明：（1）主電源引腳 vcc 和 gndvcc：電源電壓輸入端。 gnd：電源地。（2）時鐘電路引腳xtal1和xtal2 xtal1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。（3）控制信號引腳rst、ale/和/progeappv rst：復(fù)位輸入端，高電平有效。 ale/：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。progpsen：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。/：外部程序存儲器訪問允許。eappv（4）輸入/輸出端口引腳 p0口：p0口為一個8位漏

31、級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。 p1口：每一位都能作為可編程的輸入或輸出口，能驅(qū)動4個ttl門電路p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電路，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。xtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p0.1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/

32、ad633p0.7/ad732p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427u1at89c51圖4-4 89s51管腳89s51單片機(jī)的性能強(qiáng)大， 89s51具有完整的輸入輸出、控制端口、以及內(nèi)部程序存儲空間。89s51系列單片機(jī)編寫程序的基本流程。其語

33、法結(jié)構(gòu)與我們常用的計(jì)算機(jī)c語言基本相同，不同之處在于增加了控制具體引腳工作的語句和命令，相對于計(jì)算機(jī)c語言，單片機(jī)c語言更簡練和明確。可以控制每個引腳的輸入輸出狀態(tài)20。at89s51單片機(jī)的管腳圖如圖4-4所示。第 5 章 總結(jié)5.1 系統(tǒng)流程程序主要包括 adc0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集測力傳感器（fs20）和測距傳感器（ps-2103）從外界檢測到的兩組數(shù)據(jù)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入 at89s51 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時測量所需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。程序開始運(yùn)行后，先對系統(tǒng)時鐘、定時器、i/o、adc 模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行初始化，待系統(tǒng)穩(wěn)定后對系統(tǒng)各個硬件進(jìn)行狀態(tài)初始化，接著進(jìn)入主循環(huán)，實(shí)時處理 i/

34、o 口采集過來的數(shù)據(jù)并顯示在 led 顯示器上。系統(tǒng)流程圖如圖 5-1 所示：開始ad轉(zhuǎn)換器初始化單片機(jī)初始化adc0809采集傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換at89s51經(jīng)p3口接收ad轉(zhuǎn)換的數(shù)字信息進(jìn)行處理、控制并發(fā)送給ledled顯示測量數(shù)據(jù)圖5-1 系統(tǒng)流程圖5.2 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的仿真圖如圖5-2所示，此仿真圖是將兩個滑動變阻器代替兩路傳感器分別與adc0908模數(shù)轉(zhuǎn)換器的in0口和in7口相接，通過at89s51單片機(jī)的p1口與adc0908模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三位地址輸入線相連來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端口。將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號經(jīng)單片機(jī)的p3口輸入，輸入后單片機(jī)對其進(jìn)行數(shù)字處理然后經(jīng)po口輸出給兩

35、個四位led顯示器。p2口負(fù)責(zé)控制八位的循環(huán)點(diǎn)亮。d7d6d5d4d3d2d1d0p00p01p02p03p04p05p06p07d0d1d2d3d4d5d6d7c2oeststc3eocc1c3c2c1steocclkoeclksoundp00p01p02p03p04p05p06p07p00p01p02p03p04p05p06p07in0in1in0in1xtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p0.1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/ad633p0.7/ad732p1.01p1

36、.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427u1at89c51out121add b24add a25add c23vref(+)12vref(-)16in31in42in53in64in75start6out58eoc7oe9clock10out220out714

37、out615out817out418out319in228in127in026ale22u3adc080940%rv11kc122pfc222pfc310ufx112mr110k234567891rp160%rv21kc4100uf測測力力傳傳感感器器測測距距傳傳感感器器圖 5-2 系統(tǒng)仿真圖5.3 結(jié)束語本課題將傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中的非電學(xué)物理量裝換為電學(xué)物理量進(jìn)行測量，為測量彈簧勁度系數(shù)提供了一種直觀的測量方法，把一個純粹的力學(xué)實(shí)驗(yàn)變成了及力學(xué)、電子測量技術(shù)為一體的綜合實(shí)驗(yàn)，充分利用了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識將其實(shí)現(xiàn)測量數(shù)字化。參考文獻(xiàn)1彭軍.傳感器與檢測技術(shù)m.西安電子科技大學(xué)出版社, 2003.2

38、王旭,陳紹英.測力傳感器的使用原理及發(fā)展j.呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報(bào),2005,3(1):39-41.3mukai koji,yonezawa yoshiharu,ogawa hidekuni,maki hiromichi,caldwell w morton. a remote monitor of bed patient cardiac vibration, respiration and movementj. conference proceedings : annual international conference of the ieee engineering in medicine an

39、d biology society. ieee engineering in medicine and biology society. conference,2009.4樂秀峰.應(yīng)變測力傳感器的數(shù)據(jù)處理j.計(jì)量技術(shù),1981,09(6):1-5.5楊兆建,王勤賢.測力傳感器研究發(fā)展綜述j.山西機(jī)械,2003,01(3):1-3.6ogawa hidekuni,yonezawa yoshiharu,maki hiromichi,caldwell w.a new bed-exiting alarm system for welfare facility residentsj.conference

40、 proceedings:annual international conference of the ieee engineering in medicine and biology society.ieee engineering in medicine and biology society. conference,2009.7劉鵬飛.正確使用滑動變阻器j.延安教育學(xué)院學(xué)報(bào),2000,03(3):75-90.8任恒鳳.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中巧用滑動變阻器j.安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,01(2):118-120.9蘭長江.認(rèn)識滑動變阻器及在電路中所起的作用j.西昌學(xué)院學(xué)報(bào)(人文社會科

41、學(xué)版),2004,03(6):141-142.10李騏,靳桅,鄔芝權(quán).基于單片機(jī)的 led 顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.微計(jì)算機(jī)信息,2009,14(2):110-112.11包建華,劉海寬.單片機(jī)系統(tǒng)中 led 顯示譯碼驅(qū)動技術(shù)j.重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,08(6):50-53.12李生明.單片機(jī) led 顯示接口技術(shù)j.長江職工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,04(3):47-49.13熊印國.基于 at89c51 單片機(jī) led 控制器設(shè)計(jì)j.科技信息,2008,6(3):97-99.14魏麗娜,管力銳.單片機(jī) led 動態(tài)顯示屏教學(xué)演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)j.大眾科技,2010,07(6):56-

42、57.15shebanova olga,hammer daniel a. biochemical and mechanical extracellular matrix properties dictate mammary epithelial cell motility and assemblyj. biotechnology journal,73.16胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技m.北京:清華大學(xué)出版社,1996. 17趙亮.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)m .北京:人民郵電出版社,2004. 18周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1992.19蔡美琴.mcs-

43、51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2004.20葉建波,朱雙東.基于 proteus 的單片機(jī)電路的虛擬仿真j.電子工程師,2008,11(3):23-27.附錄主程序/* writer:shopping.w */#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#include sbit oe = p10;sbit eoc = p11;sbit st = p12;sbit clk = p13;sbit c1 = p16;sbit c2 = p15;sbit c3 = p14;ucharflag_adc;

44、ucharflag_w;ucharadc_buf0;ucharadc_buf1;uint adc0;void delayms(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=0;i120;i+);void main() tmod = 0 x12;th0 = 0 x14;tl0 = 0 x00;th1 = (65536-1000)/256;tl1 = (65536-1000)%256;ea = 1;et0 = 1;tr0 = 1;et1 = 1;tr1 = 1;p1 = 0 x3f;/0011 1111while(1)if(flag_adc = 0)flag_w +;if(f

45、lag_w = 2)flag_w = 0;if(flag_w = 0)p1 = 0 x0f;/0000 1111if(flag_w = 1)p1 = 0 x7f; /0111 1111delayms(1); st = 0;st = 1;st = 0;flag_adc = 1;if(eoc = 1 & flag_adc = 1)flag_adc = 0;oe = 1;if(flag_w = 0)adc_buf0 = p3;if(flag_w = 1)adc_buf1 = p3;oe = 0;delayms(100);adc0 = adc_buf0 * 125 / 32 ;dat_0 =

46、adc0 / 1000 ;dat_1 = adc0 /100 % 10;dat_2 = adc0 /10 % 10;dat_3 = adc0 % 10;dat_4 = 10;dat_5 = adc_buf1 /100;dat_6 = adc_buf1 /10 % 10;dat_7 = adc_buf1 % 10;void timer0_int() interrupt 1 clk = !clk;void time1() interrupt 3th1 = (65536-1000)/256;tl1 = (65536-1000)%256;count_led +;display8();led 顯示器程序

47、#include reg52.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#definedis_port p0uchar count_led;uchar dat_0;uchar dat_1;uchar dat_2;uchar dat_3;uchar dat_4;uchar dat_5;uchar dat_6;uchar dat_7;/此表為 led 的字模, 共陰數(shù)碼管 0-9 - unsigned char code disp_tab = 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x0

48、7,0 x7f,0 x6f,0 x00; / 0110 0011void display(uchar i,uchar dat)dis_port = 0 x00;switch(i)case 0:p2 = 0 x01 ; break;case 1:p2 = 0 x02 ; break;case 2:p2 = 0 x04 ; break;case 3:p2 = 0 x08 ; break;case 4:p2 = 0 x10 ; break;case 5:p2 = 0 x20 ; break;case 6:p2 = 0 x40 ; break;case 7:p2 = 0 x80 ; break; dis_port = disp_tabdat