基于单片机的升力检测仪系统设计
该系统的完成所涉及的知识:
(1)Altium Designer软件的使用及系统原理图的绘制和PCB板的设计。
(2)AT89S52单片机及外围配套电路的基础知识。
(3)C语言程序设计基础。
(4)Proteus仿真软件的应用
(5)Keil 4软件的应用及调试方式。
(6)压力传感器模块及液晶显示模块的使用。
功能描述:
以AT89S52单片机为MCU,通过编写相应的C语言控制程序,当施加外力于压力传感器时,该力大小可以以具体数值的形式显于LCD1602液晶显示屏,完成对外力大小的测试。
系统构成:
数据采集模块:压力传感器。
转换模块:24位A/D转换器芯片HX711。
主控模块:AT89S52单片机。
显示模块:LCD1602液晶显示。
单片机的方案选择:
单片机是整个系统的控制核心,对单片机的选择应从整体去考虑,根据需要实现的功能、硬件的匹配、系统的性能指标、经济因素以及实际情况去考虑。
采用方案:AT89S52单片机;
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统内编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
功能划分:
使用AT89S52对输出模块进行控制,就必须有相应的其他模块做支撑,系统中包含信号的传输、数据的处理、信号反馈等具体功能。具体系统功能划分如图2所示。
单片机最小系统设计
AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Bytes ISP(In-s ystem
programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。最小系统电路图如图3所示.
传感器电路
电路图如图4所示。
LCD1602
显示电路采用LCD1602,电路图如图5所示。
程序下载接口
电路图如图6所示。
PCB设计流程
(1)设置原理图设计环境。其中,工作环境设置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜单进行的,画原理图环境的设置主要包括图纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等。
(2)放置元件,将电气和电子元件放置在图纸上。
(3)原理图布线。元件一旦放置在原理图上,不需要用导线将元件连接起来,连接时一定要符合电气规则。
(4)编辑和调整。编辑元件的属性。包括元件名、参数、封装图等。调整元件和导线的位置等操作。
(5)检查原理图。使用电气规则功能(ERC)检查原理图的连接是否合理和正确。给出检查报告,若有错误则要根据错误进行改正。
(6)生成网络表。所谓网络表就是元件名、封装、参数及元件之间的连接表,通过该表可以确认各个元件和它们之间的关系。
l 对电路板的设计主要分为以下几个步骤;
(1)使用原理图编辑器设计原理图,进行电气检查(ERC)并生成原理图的网络表。
(2)进入电路板(PCB)环境,使用电路向导确定电路板的层数、尺寸等电路板参数。
(3)使用Design/Netlist菜单,调入网络表。
(4)布置元件,就是将元件合理地分布在电路板上。自动布置元件或人工布置元件,多次布置直到自己满意为止。
原理图如图7所下:
Proteus仿真软件的应用:
Proteus是英国著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
仿真步骤:
1.原理布图
2.PCB自动或人工布线
3.SPICE电路仿真
Proteus仿真图:
单片机最小系统控制LCD1602液晶模块系统仿真图:
主程序设计流程图如图11所示:
最后展示一下成果图:
给升力检测仪系统供电后达到了预期的设想,下面两张图分别是该系统供电后的正面和反面照片。