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文檔簡介
這樣一款攜帶方便、功耗超低的智能化儀表。電子式拉力計(jì)。它由ATmega16AVR單片機(jī)為處理核心,由MT-TS應(yīng)變式傳感器來測量拉力的變化,最后測量結(jié)果由LCD1602顯示。它能實(shí)現(xiàn)以下功能:量結(jié)果在LCD顯示屏上顯示。顯示器顯示,便于使用者讀取。DESIGNOFELECTRONICTENSOMEWiththewidespreaduseofembeddeddevices,Currentlymoreandmoreelectronicinstrumentationapproatechnology,computertechnologyandprecisionmeasurementtechnoproduct.Digitalmeterwithfastresponse,highresoluinstrumentationhasbecomeanimportantbranchoftheinstrumentationfield.Thepaperdesignanelectronictensionmeterissuchaportable,ultra-low-powerintelligentinsttechnologiesmicrocontrollertechnologyandseRally.ItconsistsATmega16AVRmicrsensorstomeasurechangesintension,measurementresultsfromtheLCD160achievethefollowingfunctiMeasuringrangeisdividedinto0~50N,50~500simple,themeasurementresultsusingtheLCDdisplay,Keywords:DigitalInstrument;ElectronicTensometer;ATmega1 3.2.1ATmegaAVR16功能詳述 費(fèi);記錄結(jié)果在紙上,不利于信息的進(jìn)一步處理[1-2]。數(shù)字式儀表是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)快、精確度高、分辨率高等優(yōu)點(diǎn),還能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話,便于數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理。此帶有CPU的智能數(shù)字式儀表,能與電腦有效連接以實(shí)現(xiàn)連續(xù)記錄,對儀表技術(shù)的開發(fā)由于智能型儀表功能上明顯的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)年來,化工業(yè)的四大測量參數(shù)壓力、溫度、進(jìn)行數(shù)字通訊,在DCS操作界面上也能方便地進(jìn)行故障檢查、參數(shù)修正等工作;智能采集,還加入越來越多的遠(yuǎn)程控制功能。測量儀表的主要功能由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析等三擬的應(yīng)用前景和市場。方面的缺陷,在現(xiàn)代高精度的測量要求下,已經(jīng)不能滿足人們的需求。計(jì)的目的是研制出高性能、易使用的電子式拉力計(jì)系統(tǒng)。50~500N)的轉(zhuǎn)換,測量精度為1采用液晶顯示器顯示結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)拉力的測試和顯示。理。最后處理結(jié)果在LCD液晶顯示模塊上顯示其拉力大小。本文主要從硬件和軟件方面設(shè)計(jì)了電子式拉力計(jì),所做工作如下:精度。2.設(shè)計(jì)了電子式拉力計(jì)各模塊的硬件組成,繪制了各個(gè)功能模塊的原理圖并畫出總3.采用模塊化設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了電子式拉力計(jì)軟件上的各個(gè)功能。2設(shè)計(jì)方案的比較及論證本設(shè)計(jì)要求完成一個(gè)電子式拉力計(jì)的設(shè)計(jì),通過拉力傳感器對信號的采集、放大、A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,達(dá)到對拉力的測試功能。本設(shè)計(jì)要求以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心部件,以鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)兩檔測量量程系統(tǒng)原理圖,本章節(jié)就AT89C51方案和ATmega16AVR方案進(jìn)行比較和論證。2.1.1AT89C51方案2.1.2ATmega16AVR方案傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按人們需求轉(zhuǎn)換為可用的信號進(jìn)行輸出的器件受被測量的變化并轉(zhuǎn)換為可用信號的元件,它將被測量轉(zhuǎn)換為電信號或其它非電信號。獲或者直接能被數(shù)字設(shè)備識(shí)別。感器進(jìn)行簡要介紹。埃附著等使觸點(diǎn)在移動(dòng)過程中的接觸電阻發(fā)生非線性變化,從而產(chǎn)生噪聲。機(jī)械制造、數(shù)控系統(tǒng)、拉力試驗(yàn)機(jī)等計(jì)量與工業(yè)控制系統(tǒng)中。壓或電流從而完成了將外力的變化轉(zhuǎn)換為電信號的過程。其具有靈敏度高,機(jī)械滯度較大,當(dāng)外力變化很大時(shí)非線性誤差較大。因此針對不同需要MT-TS系列應(yīng)變式拉測試及控制系統(tǒng)。器MT-TS。片粘貼在應(yīng)變梁的應(yīng)力集中點(diǎn)上。并經(jīng)高溫處理后,使之與應(yīng)變梁較好的粘合在一起,其具有如下優(yōu)點(diǎn):5.環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),可以在高溫、高壓、振動(dòng)、核輻射及化學(xué)腐蝕很嚴(yán)重的環(huán)境下工作。其電阻阻值的變化,可以通過應(yīng)變與壓力關(guān)系,將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號。其基本性能參數(shù)如下:?橋路形式:惠斯通全橋;?輸出信號:可按要求為0~5V或4~20mA;?補(bǔ)償溫度范圍:0□~50□;?工作溫度范圍:-20□~80□;?零點(diǎn)溫度漂移:0.05%FS/□;?靈敏度溫度漂移:0.05%FS/□;?過載能力:150%FS。2.2.2ATmega16AVR系外設(shè)成為電子技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)人員的新寵。耗8位單片機(jī)。RISC(ReducedInstru片機(jī)具備1MIPS/MHz的高速處理能力。輻射和X射線等諸多優(yōu)點(diǎn),液晶顯示器已經(jīng)在平板顯示領(lǐng)域中占據(jù)了主導(dǎo)地位,更由于它顯示字符規(guī)范、可漢字化、能顯示各種圖形、曲線等豐富的內(nèi)容。點(diǎn)陣或者液晶顯示器(簡稱LCD)。但是LED點(diǎn)陣存在著功耗大、顯示效果差的缺點(diǎn),而LCD憑借其功耗低、容量大、分辨率高、穩(wěn)定性好、輻射低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于智能儀器儀表的顯示,逐漸成為顯示器市場的主流。具備了液態(tài)流動(dòng)的特性和固態(tài)晶體的光學(xué)特性。當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通,按序列排列,使光線容易通過;不通電時(shí)排列混亂,使光線不能通過,這就讓液晶能如閘門般地阻隔或讓光線中間夾著一層液晶。當(dāng)光線通過這層液晶時(shí),液晶本身會(huì)按序排列或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀,因而阻隔或者使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物,由長棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下,這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開槽平液晶分子會(huì)順著槽排列,所以假如那些槽非常平行,則各分子也是完全平行的。[12]晶顯示器。還可以扭曲210°或270°等,特點(diǎn)是電光響應(yīng)曲線更好,可以適應(yīng)更多的行列驅(qū)動(dòng)。液晶很難做成高分辨率的液晶模塊。(3)DSTN(DoubleSTN)液晶,上供電。STN(DSTN)液晶只能實(shí)現(xiàn)偽彩色(一般人眼可以分辨218色,所以達(dá)到218色或電容,容易出現(xiàn)串?dāng)_現(xiàn)象,所以DSTN不能顯示真正的活動(dòng)圖像。(4)TFT(ThinFilmTransistor)是薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器件,在每個(gè)像素根據(jù)顯示的內(nèi)容,可將液晶顯示器可分為字符型液晶顯示器和圖像型液晶顯示器,器儀表使用壽命。該型號液晶顯示器為16×2型單色字符型串行液晶顯示模塊,可用于顯示字母、數(shù)字、__ LCD1602主要技術(shù)參數(shù);顯示容量:16×2個(gè)字符;字符尺寸:2.95×4.35(W×H)工作電流:2.0mA/5.0V。LCD1602液晶模塊內(nèi)部控制器共有11條控制指令,如表2-1所RW10000000001200000001*300000001S40000001DCB5000001**600001NF**70001字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址80019011011LCD1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。(說明:1為高電平、0為低電平)幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效,低電平則無效。平時(shí)為單行顯示,高電平時(shí)雙行顯示F:低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符,高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。命令或者數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙。的放大后送入ATmega16AVR芯片的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由于采集到的拉力然后再送入AD623進(jìn)行放大。原理圖如3.1所示:其中輸入是直流電流,輸出是模擬電壓信號。傳感器由統(tǒng)一的系統(tǒng)供電模塊供電。其中傳感器負(fù)激勵(lì)信號連接到終端X1-1電源線EMI濾波器是由電容、電感等集總參數(shù)元件組成的無源雙向多端口網(wǎng)絡(luò),(10KHZ)范圍內(nèi)衰減射頻能量而讓工頻信號無衰減或很少衰減地通過。這種電源線濾波此次課題設(shè)計(jì)采用通過外接電阻的控制來實(shí)現(xiàn)增益變換的放大器AD623(電路原電源電壓(通常稱之為電源限輸出)的儀表放大器,它能在單電源(+3V到+12V)下提供滿的設(shè)置放大倍數(shù),且符合8引腳的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳配置,在無外接電阻條件下,AD623相連(RG=∞)。對于任意的增益值,RG可由RG=100KΩ/(G?1)對這個(gè)公式進(jìn)行轉(zhuǎn)化可得:–全靜態(tài)工作–只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器擦寫壽命:10000次–可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密–支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能–兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的–一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的1–面向字節(jié)的兩線接口–具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器–片內(nèi)模擬比較器–上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測–片內(nèi)/片外中斷源–6種睡眠模式:空閑模式、A/D噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby–正常模式:1.1mA–空閑模式:0.35mA–掉電模式:<1μA加器和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)瓶頸效應(yīng),提高了系統(tǒng)性能。AVR卻沒有對外部時(shí)鐘進(jìn)行分頻,直接用一個(gè)時(shí)鐘周期來執(zhí)行一條指令,提高運(yùn)行速度,具有比普通的CISC微控AVR單片機(jī)采用了哈佛(Harvard)總線結(jié)構(gòu),程序存儲(chǔ)器與數(shù)存儲(chǔ)器是分開的。微處理器能直接訪問全部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。片機(jī)都具有了ISP(InSystemP 采用高級語言編程能夠搞笑的進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā),并能輕易的在不同平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)程序移植。能夠緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。本芯片是以Atmel高密度非易失性之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序能夠使用任意接口將應(yīng)或46dB(200x)的放大級。七路差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負(fù)端(A/D1),而其他任何之內(nèi)?;鶞?zhǔn)電壓可以通過在AREF引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解耦,以更好地抑制噪聲。主要技術(shù)參數(shù)和特點(diǎn):?0.5LSB的非線性度;?±2LSB的絕對精度;?65~260μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間;?8路復(fù)用的單端輸入通道;?7路差分輸入通道;?連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式;?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷;?基于睡眠模式的噪聲抑制器。由于Atmega16內(nèi)部自身帶有A/D轉(zhuǎn)換器,因此信號采集電路可直接與Atmega16單片機(jī)連接,利用其內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)LCD1602內(nèi)部集成了放大器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,Atmega16輸出的信號可直接輸送給如圖3.7所示LCD_LIGHT為背光源,所以應(yīng)當(dāng)保持PD3為高電平;LCD_RW為LCD1602寫入數(shù)據(jù)即可。部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、方便,而且成本低廉。時(shí)PC1或PC2端口可以檢測到信號由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑瑥亩羞M(jìn)而得知所選擇的量程。聲。在以下幾種情況下會(huì)發(fā)生報(bào)警:量程切換、量程顯示、測量值顯示操作;RST”,提示操作者測量值超過系統(tǒng)設(shè)計(jì),需要系統(tǒng)復(fù)位。晶振電路與復(fù)位電路如圖3.10所示。8MHz晶振。ATmega16的復(fù)位方式為低電平復(fù)位,該系統(tǒng)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式系統(tǒng)運(yùn)行期間,也可以通過輕觸開關(guān)S4對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作。的軟件設(shè)計(jì)就充分運(yùn)用了模塊化設(shè)計(jì)思想。塊、液晶顯示模塊、報(bào)警電路模塊。在系統(tǒng)開始進(jìn)行拉力測量與顯示之前,必須先對單片機(jī)的端口屬性進(jìn)行定義,包括端口的輸入、輸出特性、A/D轉(zhuǎn)換器通道寄存器定義初始化。二功能。本系統(tǒng)中不用考慮端口的第二功能,每個(gè)端口的基本輸入輸出功能是相同的。ATmega16AVR單片機(jī)提供了由位控制的n00否01是10否推挽0輸出11否ATmega16AVR單片機(jī)的每組I/O沖器可以吸收20mA的電流。能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。如果設(shè)置了上拉電阻,當(dāng)管腳被拉低時(shí),管腳會(huì)輸出電流。DDRX為I/O口的方向寄存器,可讀可寫。在寫操作時(shí),DDRX用于指定I/O口是作為輸入口還是輸出口用;在讀操作時(shí),從DDRX寄存器讀出來的是端口的方向設(shè)定值。DDRX寄存器的初始值為0x0076543210存入內(nèi)部鎖存器,以確定端口的工作狀態(tài)(端口設(shè)定)或者將寫入的數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總PINX不是I/O的寄存器,這個(gè)地址用于訪問端口的邏輯值,且只允許讀操作。從PINX讀入的數(shù)據(jù)反映的是I/O口引腳的邏輯PORTC=0xff;//PC0推挽1輸出ADCSR=0xe6;//選delay(100);/延/時(shí)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理主要完成對數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換,其設(shè)計(jì)是否合理極為重要,因?yàn)樗苯佑绊懙奖鞠到y(tǒng)的測量精度。ATmega16單片機(jī)的ADC具有兩種工作方式:單次轉(zhuǎn)換方式和自由轉(zhuǎn)換方式。在單次轉(zhuǎn)換方式下,由程序啟動(dòng)每一次轉(zhuǎn)換;而在自由轉(zhuǎn)換方式下,ADC會(huì)連續(xù)采樣并所示。以開始下一次的A/D轉(zhuǎn)換,其工作時(shí)序如圖4.2所示。當(dāng)ADC工作在自由轉(zhuǎn)換模式時(shí),第13個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換后即可以開始下一次ADC的時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過一個(gè)7位的與分頻器分頻得到。ADC的時(shí)鐘分頻器的率將降低采樣精度?!狝DC多路選擇寄存器ADCMUX用于選擇A/D轉(zhuǎn)換的通道。ADCMU初始值為0x00。000001010011100101110111ADFR將啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中ADSC一直保持為高。在轉(zhuǎn)換過程結(jié)束后,轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)入ADC數(shù)據(jù)寄存器之前的一個(gè)ADC時(shí)鐘,ADSC工作在自由轉(zhuǎn)換模式下。ADC將不斷對信號進(jìn)行采樣并將最近一次的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存入動(dòng)一次啞轉(zhuǎn)換,以初始化ADC。位4:ADIF位為ADC中斷標(biāo)志位。ADC轉(zhuǎn)換完成后ADIF置位。如果全局中斷程序里,ADIF被硬件清零,對ADIF寫1也可以對其清零。0002001201040118100101110111——————ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH和ADCL用于存放A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),作為A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,ADCL必須被先讀,然后再讀取ADCH的數(shù)據(jù)。這樣,在ADCH寄存器被讀取之前即使新一次的采樣已經(jīng)完成,系統(tǒng)人不會(huì)更新ADC數(shù)據(jù)寄存器,以保證對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的正確讀取。A/D轉(zhuǎn)換的程序流程圖如圖4.5所示。開始開始啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換讀取采樣獲的10位數(shù)據(jù)將采樣值轉(zhuǎn)換為拉力值結(jié)束結(jié)束即采用PA0通道,ADC始終是使能的,采用自由轉(zhuǎn)換工作模式,允許A成,ADIF=0表示轉(zhuǎn)換未完成,繼續(xù)檢測ADIF直到ADIF=1則A/D轉(zhuǎn)換完成,調(diào)用中的拉力的對應(yīng)數(shù)據(jù)。LCD1602為16x2液晶顯示器,可以顯示2行16列字符。LCD160為一種慢顯示器件,所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)液晶模塊的忙標(biāo)志為低電平即告訴模塊在哪里像是字符,為LCD1602的內(nèi)部顯示存儲(chǔ)器(CGRAM)如圖4.6所示。否處于忙狀態(tài),這也正是LCD1602的缺陷所在,這樣的操作將消耗單片機(jī)有限的內(nèi)存單元。LCD1602液晶顯示模塊的內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母大小寫、常用符號、日文假名等。LCD1602初始化的一般過程:6.寫指令38H(不檢測忙信號,但是以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需要檢測忙信號;10.顯示光標(biāo)移動(dòng)位置;本設(shè)計(jì)的液晶顯示程序流程圖如圖4.7所示。初始化延時(shí)設(shè)置第一行顯示初始位置設(shè)置第二行顯示初始位置第二行用于顯示當(dāng)前測得的拉力值。LCD1602顯示的相關(guān)程序如下:voiddelay(unsignedintx);/延/時(shí);voidWriteDataLCM(unsignedcharWDLCM);//寫數(shù)據(jù);BuysC為0時(shí)忽略忙檢測;unsignedcharReadStatusLCM(void);//讀狀態(tài);voidLCMInit(void);//LCM初始化;unsignedcharReadDataLCM(void);//讀數(shù)據(jù);voiddisplayonechar(unsignedX,unsignedcharY,unsignedcharDData);//按指定位置顯示一個(gè)字符;voiddisplay50(floata);//*****測量值<=50顯示*****;本設(shè)計(jì)的鍵盤采用觸發(fā)式鍵盤,其結(jié)構(gòu)簡單,編程容易,軟硬件都比較容易實(shí)現(xiàn)。其程序流程圖如圖4.8所示。開始開始掃描鍵盤消抖<>N是否有鍵按下<>N讀取鍵值(量程選取)YLCD1602顯示量程結(jié)束如流程圖所示,首先對鍵盤進(jìn)行掃描,當(dāng)單片機(jī)鍵盤端口PC1和PC2檢測到選擇的量程,并將量程通過LCD1602顯示出來。時(shí),LCD1602還會(huì)不斷顯示RST,提示操作者,測量值超過拉力計(jì)的最大量程,系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位。LCD1602報(bào)警顯示程序如下:voiddisplayerror(void);//****voiddisplayrst(void);//***耐心指導(dǎo)。使得我能及時(shí)彌補(bǔ)在專業(yè)上的不足,順利的做完這份畢業(yè)設(shè)計(jì)。提升。起來,MSP430內(nèi)部集成了一個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器,因此能大大降低電路的復(fù)雜度。選擇了也自帶8路10位A/D轉(zhuǎn)換器的ATmega而在軟件方面,本設(shè)計(jì)使用了模塊化的設(shè)計(jì)方法,并使用了C語言來編寫源程序。設(shè)計(jì)上所花費(fèi)的時(shí)間非常多。的思考問題和解決問題的能力。中去學(xué)習(xí),甚至實(shí)踐中學(xué)到的知識(shí)是要多于在書本上學(xué)到的。[1]廖紅華,黃鵬.智能化儀器儀表技術(shù)發(fā)展綜[4]薛新紅.虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[9]XiaoY,XiaokeS.Soilpressuremini-sensormadeofmonocrystallinesiliconandthemeasurementofitssensitivitycoefficient[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology-Mater.Sci.Ed.,2005,20(4):135-137.(外文[11]金春林.AVR系列單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用實(shí)例[M].北[13]孫力,鮑健.用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用.1999.7:45[14]佟長福.AVR單片機(jī)GCC程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:[15]LiQinquan.Da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