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1、摘 要本设计为机动车超载检测系统的设计，要求能够判断机动车是否超载并且在超载时能够提供报警和显示超载的重量。本设计采用AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用桥式称重传感器WPL110将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压信号调理后送到A/D转换芯片TLC0838转换成数字信号并计算出载重量；所得的载重量与键盘设定值作比较，判断是否超载，若超载显示超载的重量并报警。下位机与上位机的通讯遵循MODBUS通讯协议，生成标准通信数据包，数据包通过M-BUS总线送入上位机。关键字：AT89C51单片机；超载检测；称重传感器；A/D转换；显示； AbstractThe design f
2、or the motor overload detection system design, requires to determine whether motor overloads and when overloads gives an alarm and displays the weight of overloading.This design uses AT89C51 microcontroller as the core system processing, the use of a bridge load weighing sensor WPL110 changed motor
3、weight into voltage signals; then the voltage signal via amplifier circuit and sent to A / D converter chip TLC0838 into digital signals and calculates the load; obtained through the RS485 interface circuit load to the host computer, the host computer and the seting load for comparison and to determ
4、ine whether the overload, if overload shows the weight and gives an alarm. Under a machine and the upper machine communication follow modbus communication protocols, generation standard communications packet, packets through the M-BUS bus into the upper machine.Keyword: AT89C51microcontroller；Overlo
5、ading detector；Weighing sensor；A / D converter；Show；目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1选题背景11.2主要设计（研究）内 容21.3系统主要技术指标21.4解决的关键问题2第二章 系统总体结构方案设计32.1系统总体结构及其功能32.2方案设计32.2.1方案一32.2.2方案二42.3方案的论证42.3.1 AVR系列42.3.2 51系列52.4方案的确定5第三章 系统的硬件设计73.1单片机73.2采集模块83.2.1惠斯登电桥83.2.2称重传感器WPL11093.2.3 Op07芯片113.2.4 TLC083
6、8芯片133.2.5 小结153.3键盘模块163.4显示模块173.5通讯模块183.5.1 RS-485的优点183.5.2 MAX485芯片193.6看门狗模块203.6.1 MAX813L芯片203.6.2 24C02芯片233.7报警模块243.8 电源模块24第四章 软件设计264.1系统主程序的设计264.1.1 设计思想264.1.2 资源分配264.1.3 主程序流程图264.2参数恢复子程序的设计274.2.1 设计思想274.2.2 资源分配284.2.3 参数恢复子程序流程图284.3看门狗中断子程序的设计304.3.1 设计思想304.3.2 资源分配304.3.3
7、看门狗中断子程序流程图314.4通讯子程序的设计324.4.1 设计思想324.4.2 资源分配334.4.3 通讯子程序流程图334.5键盘子程序的设计344.5.1 设计思想344.5.2 资源分配354.5.3 键盘子程序流程图354.6采集子程序的设计364.6.1 设计思想364.6.2 资源分配364.6.3 采集子程序流程图374.7显示子程序的设计384.7.1 设计思想384.7.2 资源分配384.7.3 显示子程序流程图39第五章 总结405.1系统先进性405.2系统局限性40参考文献41英文原文及翻译43原文43翻译49致谢53附录541程序清单:54(1)主程序：5
8、4(2)恢复参数子程序：55(3)看门狗中断子程序：58(4)通讯子程序：58(5)键盘子程序：59(6)采集子程序：60(7)显示子程序：632元器件清单:64第一章 绪 论1.1选题背景车辆超载是指运输车辆所载的货物质量超过了额定装载质量的情况,车辆超载有着以下危害：1 车辆超载会增加车辆对路面的损害，按照国际上通用的计算方法，汽车轴载质量对公路路面的破坏关系服从“十六次方法则”，即汽车轴载质量每增加一倍，公路受损将增加16倍,全国公路每年因车辆超载造成的损失超过300亿元。2. 容易引发道路交通事故，汽车超载之后，车辆处于超负荷状态行驶，会导致车辆的制动和操作性等安全性能迅速下降，表现为
9、轮胎变形爆胎、刹车失灵、转向器轻飘抖动、钢板弹簧折断、半轴断裂等等。据统计载重货车道路交通事故中有80%以上是由于超载运输所造成的。可见对于如何限制汽车超载的研究对道路的保养和减少交通事故有极其重要的意义。目前，为有效治理机动车严重违章超载、超限运输现象，预防道路交通事故，维护良好的道路交通秩序，许多交通管理部门专门成立了“治超”机构，“治超”人员日夜上路查堵，往往造成交通堵塞，查一漏百，而人工判断又缺乏准确性，查堵中的不正之风时有发生。鉴于这种情况，在超载车必经的道路下埋上检测仪器，通过电脑自动识别是否超载就显得尤为重要。本设计就是基于这种需求，设计一基于单片机的机车超载检测系统，对过往机动
10、车辆进行称重，判断是否超载，若超载显示超载重量并进行报警。要判断汽车是否超载首先要知道车辆所装载的货物质量，随着传感器技术和微处理器技术的发展，利用电子技术也可以测量出物体的质量进而实现对汽车超载的监控，而且精度可以做的很高。利用电子技术判断汽车是否超载的基本的原理是：利用传感器将汽车的载重量转化为电压信号，然后通过放大电路将这个微弱的电压信号按比例放大后送A/D转换芯片转换为数字信号，通过接口电路将这个数字信号传送给计算机进行处理，计算出汽车的载重量并判断是否超载，如果超载了要显示超载的重量并报警。1.2主要设计（研究）内 容本设计涉及一基于单片机设计的机车超载检测系统，在高速公路收费口的路
11、面上装有固定连着传感器的钢板，当汽车经过时，车辆的重量就会被称重传感器测量出来，送到变送器处理后，再传送到计算机，经过分析判断，就会对超载车辆发出警报。设计实现的主要功能：（1）该系统有32个传感器，每个收费路口用4个传感器组成一个称，可同时检测8个收费口；（2）具备掉电参数保护功能，上电后参数恢复功能； （3）能够遵循RS-485通讯网络协议，生成标准MODBUS通信数据包。1.3系统主要技术指标本系统所实现的主要技术指标如下:（1）参数测量误差范围为不大于1%；（2）监控数量：32台；1.4解决的关键问题本系统需要解决的关键问题如下：（1）寻找适合现场条件的称重传感器。传感器的灵敏度、测量
12、范围都会影响所测数据的准确性。（2）测量数据的处理。若测量数据处理不当，系统就会做出错误的判断。（3）键盘输入。键盘用来设定上限值和解除报警。（4）超载报警和显示。系统超载要发出报警并显示超载量。（5）掉电保护。在一些测控系统中，存在电源开断、瞬时电压不稳等不安全因素，将会造成系统死机、信息丢失、运行不稳定等故障，这就需要掉电保护。（6）与上位机的通信。第二章 系统总体结构方案设计2.1系统总体结构及其功能设计总体结构如图2.1所示。图2.1 以单片机为处理器的系统本设计为机动车超载检测系统的设计，要求能够判断机动车是否超载并且在超载时能够提供报警和显示超载的重量。本设计采用AT89C51单片
13、机作为系统处理的核心，利用桥式称重传感器WPL110将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压信号调理后送到A/D转换芯片TLC0838转换成数字信号并计算出载重量；所得的载重量与键盘设定值作比较，判断是否超载，若超载显示超载的重量并报警。下位机与上位机的通讯遵循MODBUS通讯协议，生成标准通信数据包，数据包通过M-BUS总线送入上位机。2.2方案设计2.2.1方案一处理器基于AVR的机动车超载检测系统。本检测系统主要由主控制板、显示部分、键盘部分、采集部分、串行通信部分和报警部分构成。主控制板主要由AVR单片机、CPLD、滤波电路、电平转换电路等构成。AVR单片机主要实现控制功能
14、，CPLD主要实现I/O口扩展、逻辑判断等功能。系统经过初始化之后，先用键盘设定载重上限值，然后采集数据，由AVR单片机判断是否超载，超载要发出报警。2.2.2方案二处理器基于51系列单片机的机动车超载检测系统。系统硬件框图如下所示:图2.2 基于51系列单片机的系统硬件框图本次设计采用51系列的AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用桥式称重传感器WPL110将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压调理后送到A/D转换芯片TLC0838转换成数字信号并计算出载重量；所得的载重量将通过RS485接口电路送到上位机，上位机与设定的载重量作比较并判断是否超载，若超载显示超载的重量并
15、报警；参数可通过键盘设定，键盘还可解除报警。2.3方案的论证2.3.1 AVR系列AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。 通用寄存器一共32个（R0R31），前16个寄存器（R0R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由X（由R26、R27组成）、Y（由R28、R29组成）、Z（由R30、R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三
16、组DPTR)，而且还能作后增量或先减量等的运行。2.3.2 51系列51系列内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H2FH，它既可作字节处理，也可作位处理，使用极为灵活。AVR系列单片机不能直接对RAM单元中的位进行操作，若想对RAM中的某位置位时，必须通过状态寄存器SREG的T位进行中转。51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时
17、，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十A甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现，I/O脚不通，电流经R驱动LED发光；低电平时，I/O脚导通，电流由该脚入地，LED灭（I/O脚导通时对地的电压降小于1V，LED的域值1.51.8V）。2.4方案的确定本次设计采用51系列AT89C51单片机，选用它作为核心控
18、制芯片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。 与系统相关的技术方案包括：看门狗的选择、传感器的选择、A/D转换转换器的选择、显示器的选择、通讯模块的选择及电源方案等。a) 看门狗的选择：看门狗芯片可以选择X25045和MAX813L等。X25045内部没有故障检测，而MAX813L内部自带了看门狗跃迁检测器，故选用MAX813L。它有加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200 ms；独立的看门狗输出，如果看门狗输入在16 s内未被触发，其输出将变为高电平；1.25 V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或5 V以外的电源监控；低电平有
19、效的手动复位输入；8引脚DIP封装。 b) 传感器的选择：桥式称重传感器有WPL110、CL110等, CL110的额定载荷是1030t，而WPL110的额定载荷是1050t，故本设计选择WPL110。它抗偏载，组合压头具有自动复位与调心功能。高精度、低功效、全密封，适用于各类恶劣环境。量程是1050t ，综合精度达到002（线性+滞后+重复性），灵 敏 度是2.0mV/V ，工作温度在-20+65 ，输入阻抗是700 ，输出阻抗是750 ，安全过载：150 F?S ，供桥电压为12VDC 。c) A/D转换转换器的选择：A/D转换转换器，根据输出的信号格式，可分为并行AD和串行AD。并行方式
20、一般在转换后可直接读取数据，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少、封装小，在PCB板上占用的空间也小。故本设计采用串行ADTLC0838。TLC0838是美国德州仪器公司生产的8位逐次逼近模数转换器。具有输进可配置的多通道多路器和串形输进输出方式。它有8位分辨率；易于和微处理器接口或独立使用；可满量程工作；可用地址逻辑多路器选通8输进通道；单5V供电，范围为05V：输进和输出与TTL、CMOS电平兼容；时钟频率为250kHz时，其转换时间为32s；总调整误差为1LSB。d) 显示器的选择：本设计采用LED（Light Emitting Diode），发光二极管，它是一种固态的半导体器件，
21、它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。LED体积小，耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；e) 通讯模块的选择：本设计采用RS-485通讯网络协议，RS-485驱动器和接收器价格便宜，并且只需要单一的一个+5V（或者更低）的电源来产生差动输出需要的最小1.5V的压差。RS-485是一个多引出线接口，这个接口可以有多个驱动器和接受器，而不是限制为两台设备。利用高阻抗接受
22、器，一个RS-485连接可以最多有256个接点，最长可以达到4000ft,比特率可以高达10Mbps。f) 电源方案：本设计中的电源主要有两种：、+5V和+12V。+5V为单片机、TLC0838、显示、键盘、蜂鸣器、MAX813L及MAX485的模拟电源与数字电源； +12V的电源是供给运算放大器、传感器和看门狗芯片的。综上所述，我们本次设计采用51系列的AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用桥式称重传感器WPL110将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压信号放大后送到A/D转换芯片TLC0838转换成数字信号并计算出载重量；所得的载重量将通过RS485接口电路送到上位机，
23、上位机与设定的载重量作比较并判断是否超载，若超载显示超载的重量并报警；参数可通过键盘设定，键盘还可解除声光报警。第三章 系统的硬件设计本系统主要由看门狗模块、通讯模块、键盘模块、采集模块和显示模块组成，硬件框图如图3.1所示。图3.1 系统硬件框图下面将具体介绍各个主要组成部分的功能、选型以及具体连接方式。3.1单片机AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
24、芯片图如图3.2所示。3.2采集模块3.2.1惠斯登电桥1桥路形式在应变计的电测技术中，应用最广泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求。 电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如图3.3所示，它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4组成。当四臂电阻R1=R2=R3=R4=R时，称为等臂电桥；当R1=R2=R,R3=R4=RR时，称为输出对称电桥；当R1=R4=R，R2= R3=RR时，称为电源对称电桥，本设计采用等臂电桥。 图3.3 电桥电路2工作
25、方式：单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。本设计采用全桥方式。3.输出方式电桥的输出方式有电流型和电压型两种，主要根据负载情况而定。本设计采用的是电压输出型，故只介绍电压输出型。当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为： (1-3-1)对于等臂电桥R1=R2=R3=R4=R ，当R1的电阻增量R1=R时，可得输出电压
26、为： (1-3-2)在实际使用中为了进一步提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式，R1=R+R,R2=R-R,R3=R+R,R4=R-R，将上述条件代入式(1-3-1)得 (1-3-3)由式(1-3-3)看出，由于充分利用了双差动作用，它的输出电压为单臂工作时的4倍，所以大大提高了测量的灵敏度。本设计中用的传感器是WPL110，它输入阻抗是770，输出阻抗是700，即R=70，输入电压U=12V，代入公式1-3-3可知，电桥的输出电压 即电桥输出电压范围是01V.已知TLC0838的输入电压是05V，故需将电压放大5倍。3.2.2称重传感器WPL1101电阻应变
27、式称重传感器原理电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电
28、信号的转换任务。2检测电路检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。3称重传感器的选择称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。传感器量程的
29、选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。根据经验，一般应使传感器工作在其30%70%量程内，但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等，在选用传感器时，一般要扩大其量程，使传感器工作在其量程的20%30%之内，使传感器的称量储备量增大，以保证传感器的使用安全和寿命
30、。传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠；另一方面，要考虑厂家的建议。厂家一般会根据传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点规定传感器的适用范围，譬如铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡、天车秤等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。所以，采用的传感器满足仪表输入灵敏度的要求，能够与所选仪表匹配。满足整台电子秤准确度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器准确度选择的时候，应使传感器的准确度略高于
31、理论计算值，因为理论往往受到客观条件的限制，如秤体的强度差一点，仪表的性能不是很好、秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响到秤的准确度要求，因此要从各方面提高要求，又要考虑经济效益，确保达到目的。4称重传感器的基本应用称重传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等领域如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。综合考虑以上因素，本设计采用桥式称重传感器WPL110。桥式称重传感器WPL110.具有大力值、抗偏载，组合压头具有自动复位与调心功能。高精度、低功效、全密封适用于各类恶劣环境
32、。适用于汽车衡、轨道衡以及各类电子衡器等。 WPL110的技术参数如表1所示：表1 WPL110的技术参数型号WPL110量程1050t综合精度002(线性+滞后+重复性)灵 敏 度2.0mV/V零点温度影响0.02F?S/10输出温度影响0.02F?S/10工作温度-20+65输入阻抗770输出阻抗700安全过载150 F?S供桥电压建议12VDC材 质合金钢接线方式电源(+)红线；电源(-)绿线；输出(+)黄线；输出(-)白线3.2.3 Op07芯片1.Op07简介Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V）
33、，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。2.OP07特点OP07有许多特点，如不超过150V的超低偏移；1.8nA的低输入偏置电流；0.5V/的低失调电压漂移；3V至22V的高电源电压范围3.OP07芯片引脚功能说明：（引脚如图3.4所示，说明如表2所示）图3.4 OP07芯片引脚图表2 OP07引脚说明OP07引脚说明OP07引脚说明1调零端5空脚2反向输入端6输出3正向输入端7电源
34、4接地8调零端4.OP07的接线方式 如图3.5所示为OP07的差分减法电路，根据“虚短”，“虚断”，可得 （1-3-4）当R1= R2 ，R3= Rf时， （1-3-5）当R1= R2= R3= Rf时，U0=UI2- UI1 （1-3-6） 由于信号需放大5倍，取R1=R2=10K，R3=Rf=50K,正好满足要求。图3.5 OP07的差分减法电路3.2.4 TLC0838芯片AD转换转换器，根据输出的信号格式，可分为并行AD和串行AD。并行方式一般在转换后可直接读取数据，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少、封装小，在PCB板上占用的空间也小，但需要通过软件处理才能得到所需要的数据
35、，故本设计采用TLC0838。1.TLC0838的主要特点TLC0838是美国德州仪器公司生产的8位逐次逼近模数转换器。具有输进可配置的多通道多路器和串形输进输出方式。这些接口在与微控制器连接时可以配置成移位寄存器，其多路器可由软件配置为单端或差分输进，也可以配置为伪差分输进。另外，其输进基准电压大小可以调整。存全8位分辨率下，它答应任意小的模拟电压编码间隔。由于TLC0838采用的是串行输进结构，因此封装体积小，可节省51系列单片机IO资源，价格也较适中。其种类有贸易级别，工作环境为0+70，_T业级别，工作环境为40+85。更高的可达40+125。在实际运用中我们选用的是TL0838I型号
36、，满足了实际需要。TLc0838具有8位分辨率；易于和微处理器接口或独立使用；可满量程工作；可用地址逻辑多路器选通8输进通道；单5V供电，范围为05V：输进和输出与TTL、CMOS电平兼容；时钟频率为250kHz时，其转换时间为32s；总调整误差为1LSB。2.工作特点：TLC0838可通过和微控制器相连的串行数据链路来传送控制命令，在使用前需要对通道进行选择和输进端进行配置，其控制逻辑表如表3所列。表3 TLC0838配置信息位的功能控制位选择的模拟通道（CH0-CH7）ComDif/SglOdd/EvenSel1Sel0012345670000V+V-0001V+V-0010V+V-001
37、1V+V-0100V+V-0101V+V-0110V+V-0111V+V-1000V+V-1001V+V-1010V+V-1011V+V-1100V+V-1101V+V-1110V+V-1111V+V-注：V+ 输入电压的正端，V-输入电压的负端。被转换的电压为V= V+ V-.3.引脚功能描述图3.6 引脚排列TLC0838的引脚排列如图3.6所示，其中CH0CH7为模拟输进端；Cs为片选端；DI为串行数据输进，该端仅在多路器寻址时(MUX Settling Time)才被检测；DO为AD转换结果的三态串行输出端；CLK为时钟；SARS为转换状态输出端，该端为高电平时，表示转换正在进行，为低
38、电平则表示转换完成；REF为参考电压输进端；VCC为电源；DGTLGND为数字地，ANGL GND为模拟地，COM公共端；SE为数据保持，输出，该端为高电平时，数据保存在数据线上，该端为低电平时，数据输出。4.与单片机的接口电路设计图3.7 TLC0838与AT89C51单片机的硬件接口电路TLC0838与AT89C51单片机的硬件接口电路的电路原理如图3.7所示。图中，单片机的P2.0接TLC0838的片选信号，P1.1用于产生AD转换的时钟，P1.0为一个双向IO口，可用于对模拟输进进行配置及输出转换所得的数据。在这里，模拟信号以单端方式输进，参考电压为5V，即AD模拟量的输进范围为05V
39、。3.2.5 小结 将惠斯登电桥、放大器、TLC0838与单片机连接起来，就组成了本系统的采集模块。四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式，测得的信号经计算输出范围是0-1V,而TLC0838的输入电压范围是0-5V，故信号需放大5倍。整体接口电路如图3.8所示：图3.8 采集模块整体硬件接口电路3.3键盘模块矩阵式键盘的结构及工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图3.9所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如P1口)就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了
40、一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)。图3.9 矩阵式键盘电路图由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，行线所接的8255 PC口（PC7PC4）作为输出端，列线所接的8255 PC口（PC3PC0）作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别如下所述。介绍一种确定矩阵式键盘上何
41、键被按下的方法 “行扫描法”。行扫描法行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘：判断键盘中有无键按下：将全部行线PC7PC4置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.4显示模块 如图3.10是一种由
42、8255A接口芯片、驱动器和共阴极 LED显示器构成的数字显示电路。图3.10 显示电路 由图可见，先从PB口选通要点亮的的数码管代码，然后CPU送来的二进制数字代码从8255A的 A口输出，并经7407驱动后与 LED相连。若要显示数字0，应使g段熄灭，其余段均点亮。为此，可编程使PA6输出高电平(经反相后输出低电平)，其余位输出低电平(经反相后输出高电平)，即数字0的编 码为01000000B40H，其中PA7未派用处，我们也将它置为0。同样，可求出 l的编码为79H，2的编码为24H等等。将数字0F(也可以是09)所对应的七段代码组成一个表，进行查表，就可求得各数字对应的七段代码值。把要
43、显示的数字的七段代码从8255A输出，就可点亮相应的段，显示这个数字。依次循环点亮4个数码管。3.5通讯模块在电参数仪的设计中，数据采集由单片机AT89C51负责，上位PC机主要负责通信（包括与单片机之间的串行通信和数据的远程通信），以及数据处理等工作。在工作中，单片机需要定时向上位PC机传送大批量的采样数据。通常，主控PC机和由单片机构成的现场数据采集系统相距较远，近则几十米，远则上百米，并且数据传输通道环境比较恶劣，经常有大容量的电器（如电动机，电焊机等）启动或切断。为了保证下位机的数据能高速及时、安全地传送至上位PC机，单片机和PC机之间采用RS485协议的串行通信方式较为合理。3.5.
44、1 RS-485的优点 我们可以用RS-232接口连接两台计算机，但是，当你需要在一个更长的距离上或者比RS-232更快的速度下进行传输的时候，RS-485就是一个解决的办法。RS-485与RS-232相比有很多优点：1)成本低:驱动器和接收器价格便宜，并且只需要单一的一个+5V（或者更低）的电源来产生差动输出需要的最小1.5V的压差。与之相对应，RS-232的最小+5V与-5V输出需要双电源或者一个价格昂贵的接口芯片，这个接口芯片可以生成这些电源。2)网络能力:RS-485是一个多引出线接口，这个接口可以有多个驱动器和接受器，而不是限制为两台设备。利用高阻抗接受器，一个RS-485连接可以最
45、多有256个接点。3)长距离连接:一个RS-485连接最长可以达到4000ft,而RS-232的典型距离限制为50到100ft。4）快速:比特率可以高达10Mbps。电缆长度和比特率是有关的，较低的比特率允许较长的电缆。5）抗干扰:通常，485通讯具有较高的抗干扰能力，但是在工业现场环境恶劣的场合，难免会受到不同 程度的干扰，为此，一般可使用120欧线路匹配电阻提高抗干扰能力。3.5.2 MAX485芯片MAX485是用于RS485通信的小功率收发器，含有一个驱动器和一个接收器。驱动器不是限斜率的，允许它们以每秒2.5Mbps的速度发送数据。收发器的工作电流在120500uA之间，只需一个+5V的电源。驱动器具有短路电流限制和使用热关闭控制电路进行
