基于单片机的OLED屏幕显示----电子秤

I 摘要摘要 目前市场上显示器多是 LCD 的 但 LCD 有很多缺点 例如 LCD 显示需要背光源的 支持 很窄的视角范围 功耗比较大 响应速度有点慢等缺点 但 OLED 显示系统解决了这 些缺点 现在 OLED 显示技术虽然应用的不是很广泛 但是诸多优点 使得 OLED 成为研究的热 门 我相信不久 OLED 完全可以取代 LCD OLED 技术的发展日新月异 最近发现的的软性有机发光显示技术 这项技术让曲面屏 成为现实 这是手机电脑显示屏研发的热门 很有科技前瞻性 这次我主要做的就是 OLED 屏幕显示 主要实现的功能就是实现动态图画还有文字的 OLED 显示 为了使论文和实践更具有实用性和学习型 我做了一个基于单片机的电子称 OLED 显示 系统 可以显示开机动态图画和进行称重 整个系统结构简单 使用方便 精度高 具有一 定的开发价值 根据上述方案进行了系统硬件和软件设计 该系统以单片机作为控制核心 通过 KeiluVsion3 集成开发环境 采用 C51 语言设计了 MCU 应用程序 实现了嵌入式系统 中汉字 字符及图片等相关信息的显示功能 关键字关键字 OLED 电子称 单片机 II ABSTRACT ABSTRACT Currently on the market monitor is LCD but LCD has many shortcomings for example LCD display requires the presence of a backlight a narrow range of viewing angles large power consumption response speed is slow and so on the shortcoming but OLED display system to solve these shortcomings Now OLED display technology is not very widely used but many advantages making OLED become a hot research I believe that soon OLED can replace LCD OLED technology is developing rapidly the recent discovery of soft organic light emitting display technology this technology allows curved screen to become a reality This is the popular mobile phone computer display research and development Very forward looking in science and technology This time I mainly do is the OLED screen display the main function is to achieve dynamic picture and text OLED display In order to make the paper and the practice is more practical and learning I made a based on single chip electronic said OLED display system can display Boot dynamic pictures and were weighed The whole system has the advantages of simple structure convenient use high precision with a value of development According to the plan of design of the hardware and the software of the system the system with single chip microcomputer as control core through the KeiluVsion3 integrated development environment using C51 language design of the MCU application software to realize the display of embedded system in Chinese characters characters and pictures and other information related to the function KeywordKeyword OLED Electronic balance MCU III 目录目录 1 OLED 概述 1 1 1 OLED 科技最新动态 1 1 2 OLED 的发现 1 1 3 OLED 的发展和现状 1 1 3 1 国际形势 1 1 3 2 商品化过程 2 1 3 3 OLED 的潜力 2 1 3 4 OLED 在我国的发展 3 1 4 OLED 的优点 4 1 5 我的研究目的和意义 4 2 设计概述 5 2 1 电子称概述 5 2 2 系统硬件机构框图 5 2 2 1 称重传感器 6 2 2 2 电子称流程图 7 2 2 3 电子称接线图 8 2 2 4 系统电路原理图 8 3 硬件概述 9 3 1 0 96 寸 OLED 9 3 1 1 选 0 96 寸 OLED 的目的 9 3 1 2 0 96 寸 OLED 裸屏外观 9 3 1 3 0 96 寸 OLED 模块 10 3 1 4 0 96 寸 OLED 驱动 IC 11 3 1 5 四针 IIC 接口模块使用说明 11 3 2 HX711 13 3 2 1 HX711 简介 13 3 2 2 HX711 的特点 13 3 2 3 管脚说明 14 3 2 4 模拟输入 15 3 2 5 供电电源 15 3 2 6 时钟选择 15 3 2 7 串口通讯 16 3 2 8 复位和断电 17 3 2 9 注意事项 17 3 3 称重传感器的原理及使用 18 3 3 1 平行梁称重传感器的外形 18 3 3 2 称重传感器的工作原理 18 3 3 3 称重传感器的使用 19 3 4 单片机 STC90C52RC 20 3 4 1 输入 输出引脚 I O 口线 20 IV 3 4 2 控制口线 20 3 4 3 电源及其它 21 4 软件设计 22 4 1 集成开发环境 22 4 1 1 Keil uVision3 的简介 22 4 1 2 Keil Vision 的功能 22 4 1 3 Keil C51 单片机软件开发系统 22 4 2 取模 23 4 2 1 取模软件 23 4 2 2 取模软件参数设置 23 4 3 烧录软件的使用 24 4 4 在 kile 上进行软件操作 24 4 4 1 软件程序流程图 24 4 4 2 主要操作函数 25 4 4 3 进行源程序的解析 25 5 实验结果 28 5 1 开机显示 28 5 1 1 开机显示动态图片 28 5 1 2 开机后状态 28 5 1 3 进行称重后的现实 29 6 实验总结 30 6 1 本文主要研究工作和结论如下 30 6 2 不足之处 31 7 参考文献 32 8 致谢 33 1 1 OLED 概述 1 1 OLED 科技最新动态 随着智能手机产品的逐步成熟 在现有产品上进行重大创新的难度不断提高 三星推动的 OLED 屏具有色域广 能耗低 产品轻薄的优点 特别是曲面屏产品 Galaxy S7 Edge 具有独特的产品外观和 UI 设计潜力 使得 OLED 成为智能手机 创新的重要方向 OLED 将逐步替换现有的 LCD 家族产品 TFT In cell 逐步 成为高端市场主流 特别是在未来 iPhone 采用 OLED 之后将进一步推动行业趋势 的确立 1 2 OLED 的发现 有机发光二极管是由美籍华裔教授邓青云在实验室中发现 又称为有机电 激光显示 1 这是对 OLED 研究的开端 邓青云先生出生于香港 移民美国后 成为柯达研究实验室的一名研究员 发现了 OLED OLED 凭借着自发光的特性 完全不需要背光 而且视角特别大 非常照顾人的视觉感 大家肯定认为非常 耗电 但是他却比 LCD 还要省电 凭借这几项优良性能 OLED 显示技术成为现 在世界研究的热门 1 3 OLED 的发展和现状 1 3 1 国际形势 OLED 技术起源于西方发达国家 这也是因为西方 特别是美国 一直都是 先进科技的发源地 因为美国集合了全世界优秀的人才 美国硅谷高管三分之 一都是印度裔 要是中国的企业 大家早就受不了啦 这也是美国的精神吧 这也是大家都有一个美国梦的原因 大规模产业化还是成功于现在世界制造业 的中心 东亚 主要的这些地方在日本 韩国 台湾等地区 全球涉足 OLED 产业的企业很多 但是产品良莠不齐 能完全掌握技术并能 大规模生产的更是少数 而且多生产的是小尺寸无源的器件 要真正对 LCD 进 行更新换代 完全替换 还有很长的路要走 所以说 OLED 的研究还任重道远 因此全球 OLED 产业还处于产业化初期 2 我国虽然起步比较晚 近几年在政府的强力介入下 资金人才逐渐向这方 面倾斜 产生和扶持了好多企业进行 OLED 研究 虽然有一定成效 但是都集中 在小分子 高端的 OLED 几乎不能生产 竞争力非常薄弱 真正的国际上 OLED 的生产和高端技术还大都掌握在日本 韩国和台湾企业手中 我国还需进一步 努力 1 3 2 商品化过程 为了能在新到来的 OLED 产业中迎来更好的利润 占据更好的地形 大公司 纷纷加大投资 产业的布局可能瞬间决定一个公司的生死存亡 诺基亚 摩托 罗拉的教训也许还在我们耳边回响 尤其在科技公司中如同一个警示牌 三星 友达等面板巨头纷纷投入此方向的研究 就连代工著称的富士康也不忘插一脚 也是为了提高利润率 加大代工的利润 此次收购日本大企业夏普 也是看中 了夏普此方面的技术 OLED 现在应用在很多地方 比如大部分应用在电子器材和光电显示上 包 括仪器面板 广告版 和电子板等 韩国三星企业在 2004 年参加 IMID 大会时 曾作出大胆的预言 OLED 显示技术可以满足各种显示尺寸的应用 在显示器尺 寸与分辨率的关系中 应用方面可以包括各种中小尺度面板的手机 平板 笔 记版电脑 和大尺寸的液晶电视和屏幕等等 与其他技术所包含的屏幕 OLED 是唯一能够支持这么多种不同尺寸显示应用的技术 除了上段所示的这么多好处外 还有一项新技术得到了大家的关注 可弯 曲式有机发光二极管显示器 这项技术引起了好多企业的关注和持续的投资 已成为好多国家实验室的热门话题 也是国家重点支持的项目 这种技术的实 现主要利用了有机材料本身所具有的良好可弯曲性 将 OLED 制作在耐撞击 轻 便 不易破碎 方便携带 低价的塑料基板上 这样可以符合以后智能手机和 平板电脑等显示器所需的 轻 小 薄 省 彩 美 多元化 的特性 很多 公司提出了这个概念 如 IBM 所发展的 可戴式计算机 Olympus 鼓吹的 可穿式电视 日本东北先锋所发表的穿着式可弯曲显示器等 美国著名的 公司 UDC 公司也预测 FOLED 是 OLED 技术发展的趋势 也是其独特的应用 未来 可卷收型及窗帘型的显示屏都将实现 1 3 3 OLED 的潜力 2 市场研究机构卢克斯研究宣称 有机发光二极管的应用由于其技术的限 3 制 应运短期内不会大量增长 市场需求也不会很多 再过五年市场规模约能 达到一亿多美元 有机发光二极管具有成本很低廉 光线舒适 视角大 省电等优势 但是 由于很多技术问题 现在 OLED 生产成本还是比较高 比着 OLED 并没有明显的 太多的优势 在消费者的接受度上还没有可靠的考察和根据 因此虽然现在 OLED 话题虽然很热 但是大的科技公司 如华为 小米 HTC 华硕等 都没 有推出此产品 虽然三星最近有个曲面屏的设想 但是实现与否还有待观察 技术的不成熟和成本的高昂化阻碍了 OLED 产值的扩大 随着技术的发展和突破 成本的降低是必须的 比如现在 OLED 的花费约 19 美元 流明 假设技术革新再过五六年 预期制备 OLED 的成本将大幅下降 但是这也是杯水车薪 就算 OLED 的成本出现大幅下降 但是如现在普通的照 明设备相比 有点太奢侈了 因此会阻碍它的推广和应用 因此产值堪忧 但这些并不能影响 OLED 的研发投入 因为它具有太多的有点啦 如果能形 成具体的规模 很多技术的临门一脚一旦完成 技术的革新推动产业的革命 将会对世界各国的产业带来质一样的改变 1 3 4 OLED 在我国的发展 1 我国 OLED 产业初具规模 目前 日本 韩国 中国台湾是 OLED 面板的主要生产厂商所在地 OLED 最开始起源于欧美 美国柯达公司第一个发表了可以使用和推广的 OLED 器件 随后亚洲和欧美各国的许多研发产品陆续推出 极大地推动了 OLED 的发展 日 本很重视此方面的发展 现在已经形成了一条涵盖 OLED 上 中 下的产业链 可谓是 OLED 世界分工中不可替代的一环 我国虽然介入的时间比较晚 现在也 是初具规模 有好多厂商从事其中 努力做世界经济分工中的一环 我国的著 名企业有昆山维信诺 汕尾信利 京东方 四川虹视 佛山彩虹等 2 OLED 发展受到国家重视 虽然我国的 OLED 已经出具规模 但仍有很大的进步空间 不能类比现在的 日韩台的企业 我国在技术方面很欠缺 尤其是核心技术 从事的 OLED 的方向 也比较窄 大部分是小分子型 从事高分子的企业很少 这引起了我国政府的关注 在国家政策的引导下 工业和信息化部做出必 要的帮助和支持 出台法律法规引导和扶持 OLED 产业的发展 因此我国的 OLED 研发取得了长足的发展 2008 年 10 月 在昆山建立了我国内地第一条 OLED 大规模生产线 这条生产线由清华大学组建 并成立了维信诺公司 由此 4 实现了我国小尺寸 OLED 显示屏的量产 2010 年底 我国首条 AMOLED 中试线已经在昆山建成投产并能实现全部生 产工艺 我国台湾的奇美旗下的公司 IDT 公司在 2003 年所率先发表的 20 英寸 的主动式 OLED 面板 更是轰动了一时 1 4 OLED 的优点 OLED 由玻璃基板和非常薄的有机材料涂层所构成 它的发光机理取决于电 流与有机材料的作用 当有电荷通过时 这些有机材料就会发光 发光的颜色 则取决于有机材料的成分 根据不同的材料的改变就能获得所需要的颜色 非 常便捷 我们所用的 OLED 显示主要是有源阵列显示 因为 OLED 内部都具有内 置的电子电路系统 所以每个像素的驱动都有一个相应的电路进行支持 OLED 有许多优于 LCD 的优点 LCD 显示需要背光源的支持 很窄的视角范围 功耗 比较大 响应速度有点慢等缺点 但 OLED 显示系统解决了这些缺点 这些技术 的改善提供了浏览照片和视频的最舒服的享受 而且对电路设计的限制会大大 减少 有利于开发和应用 3 OLED 为自发光材料 不需用到背光板 同时廉价 彩色比较艳丽 可携 带 温度适应性高 可视的角度比较大 功耗低 响应迅速 可弯曲等特性 符合轻薄短小的原则 非常适合应用在智能手机和平板电脑上 由此总结显示优点 自发光 视角范围大 功耗低 响应速度快 图像画 质稳定 色彩艳丽 分辨率高等优点 1 5 我的研究目的和意义 根据上面的介绍 OLED 这种东西的发展有可能在将来使得高度可携带 折叠的显示技术变为可能 这是手机电脑显示屏研发的热门 很有科技前瞻性 这次我主要做的就是 OLED 屏幕显示 主要实现的功能就是实现动态图画还 有文字的 OLED 显示 为了使论文和实践更具有实用性和学习型 我做了一个基于单片机的电子 称 OLED 显示系统 可以显示开机动态图画和进行称重 整个系统结构简单 使 用方便 精度高 具有一定的开发价值 根据上述方案进行了系统硬件和软件 设计 该系统以单片机作为控制核心 通过 KeiluVsion3 集成开发环境 采用 C51 语言设计了 MCU 应用程序 实现了嵌入式系统中汉字 字符及图片等相关 信息的显示功能 该方案具有运行时可靠稳定 接口简单方便 编程容易 功 5 耗低 成本低 体积小 便于维护的优点 2 设计概述 2 1 电子称概述 我本来想做单纯的 OLED 屏幕显示的 但是由于 OLED 屏幕的价钱问题 我 只买了 0 96 寸的 OLED 屏幕 而且只能显示两种色彩 无法完成全彩图片的显 示 而且由于单片机的储存器和处理数据帧数的问题 要显示大型的动态动画 需要加外部储存器 非常麻烦 而且要求的芯片很难买到 所以只能显示小型 的两种色调的小动态图画 在与老师的交流中 老师说 如果这样 你的工作 量太小 论文 答辩都不好整 做个前端吧 所以我就做了这个电子秤 整个电子称具有结构简单 易于实现 使用起来方便 基本功能健全 精 度高等优点 具有一定的开发和研究价值 2 2 系统硬件机构框图 如下图 2 1 称重传感器 STC90C52RC 单片机 单片机 控制模块 数据采集 部分 OLED 屏幕 键盘 两个独立按键 电子称专用高精度高增益 24 位 A D 转换芯片 HX711 6 图 2 1 系统硬件结构框图 我做的这个电子秤是以单片机 STC90C52RC 为控制核心 从而实现电子秤 的基本控制功能 系统部分主要涵盖 STC90C52RC 控制电路和复位电路 传感 器 采集信号的放大和 A D 转换是数据采集的主要内容 也是核心内容 4 采 集模拟信号放大和 A D 转换部分是由芯片 HX711 实现的 这是一款专用型高精 度 24 位 A D 转换芯片 在后面我们会着重介绍 人机交互界面为按键 输入 我本来焊了四个键在上面但是发现只需要两个就能完成 白白浪费了两个键 也是统筹不好的缘故 和点阵式液晶显示 实现主要靠按键和 OLED 屏幕显示 器 这样就实现了直观数据显示和基本的电子称操作 这就是我电子称的基本 架构 5 该电子秤可以实现基本的称重功能 称重范围为 0 5Kg 重量误差不大 于 0 005Kg 2 2 1 称重传感器 1 技术参数表 如下图 2 2 图 2 2 技术参数 2 受力方式 如下图 2 3 7 图 2 3 受力示意图 3 称重传感器安装方式 如下图 2 4 图 2 4 称重传感器安装方式 2 2 2 电子称流程图 如下图 2 5 8 图 2 5 电子称流程图 2 2 3 电子称接线图 如下图 2 6 图 2 6 电子称接线图 2 2 4 系统电路原理图 系统的电路图 如下图 2 7 9 图 2 7 系统电路图 3 硬件概述 3 1 0 96 寸 OLED 3 1 1 选 0 96 寸 OLED 的目的 OLED 即有机发光二极管 OLED 为自发光材料 视角范围大 同时廉价 彩色比较艳丽 可携带 温度适应性高 图像画质稳定 分辨率高 可弯曲等 特性 非常适合应用在智能手机和平板电脑上 被认为是下一代的平面显示器 新兴应用技术 LCD 都需要背光 而 OLED 不需要 因为它是自发光的 这样同样的显示 OLED 效果要来得好一些 以目前的技术 OLED 的尺寸还难以大型化 但是分 辨率确可以做到很高 在此我们使用的 0 96 寸 OLED 显示屏是中景园电子的产品 该屏有以下 特性值得一提 我们使用的 0 96 寸 OLED 只有黄蓝 白 蓝三种颜色可选 白光则为 10 纯白 也就是黑底白字 蓝色则为纯蓝 也就是黑底蓝字 我们这次使用的是 的黄蓝屏 黄蓝是黄光为上 1 4 蓝色为下 3 4 而且颜色和显示区域均不能 修改 这是设定好的我们不能更改 也改变不了 屏幕的分辨率为 128 64 多种接口方式 OLED 裸屏接口的接口方式包括 6800 8080 两种并行 接口方式 IIC 接口方式 只需要 2 根线就可以控制 OLED 了 3 线或 4 线的串行 SPI 接口方式 这五种接口是通过屏上的 BS0 BS2 来配置的 中景园电子为本屏开发了两种接口的样板 接口分别为 七针的 SPI IIC 兼容模块 四针的 IIC 模块 两种模块都很方便使用 我们在此次实 验中所选的是四针的 IIC 模块 3 1 2 0 96 寸 OLED 裸屏外观 如下图 3 1 图 3 1 裸屏外观 裸屏为 30pin 从屏正面看左下角为 1 右下角为 30 3 1 3 0 96 寸 OLED 模块 1 SPI IIC 接口模块 6 模块接口定义 1 GND 电源地 2 VCC 电源正 3 5 5V 3 D0 OLED 的 D0 脚 在 SPI 和 IIC 通信中为时钟管脚 4 D1 OLED 的 D1 脚 在 SPI 和 IIC 通信中为数据管脚 5 RES OLED 的 RES 脚 用来复位 低电平复位 6 DC OLED 的 D C E 脚 数据和命令控制管脚 7 CS OLED 的 CS 脚 也就是片选管脚 11 如下图 3 2 图 3 2 2 IIC 接口模块 1 GND 电源地 2 VCC 电源正 3 5 5V 3 SCL OLED 的 D0 脚 在 IIC 通信中为时钟管脚 4 SDA OLED 的 D1 脚 在 IIC 通信中为数据管脚 如下图 3 3 图 3 3 因为七针 SPI IIC OLED 由于这两种接口占用数据线比较多 而且不太常 用 所以模块在设计的时候没有用 直接选用四针的 IIC 接口模块 3 1 4 0 96 寸 OLED 驱动 IC 本屏所用的驱动 IC 为 SSD1306 7 SSD1306 是一款 128 64 点阵式的液晶 显示模块 它具有内部升压功能 这就方便了我们设计电路 在这里 就可以 省的设计这段电路 纵然如此 也可以选用外部升压 率性自然 SSD1306 的 每页包含了 128 个字节 总共 8 页 这样刚好是 128 64 的点阵大小 这点与 1 3 寸 OLED 驱动 IC SSD1106 稍有不同 SSD1106 每页是 132 个字节 也是 8 页 所以在用 0 96 寸 OLED 移植 1 3 寸 OLED 程序的时候需要将 0 96 寸的显 12 示地址向右偏移 2 这样显示就正常了 否则在用 1 3 寸的时候 1 3 寸屏右边 会有 4 个像素点宽度显示不正常或是全白 这点大家注意一下 其它的 SSD1306 和 SSD1106 区别不大 3 1 5 四针 IIC 接口模块使用说明 1 IIC 模块 8 四针 IIC 接口相对比较简单一些 只有两个信号线 如下图 3 4 1 GND 电源地 2 VCC 电源正 3 5 5V 3 SCL OLED 的 D0 脚 在 IIC 通信中为时钟管脚 4 SDA OLED 的 D1 脚 在 IIC 通信中为数据管脚 图 3 4 2 IIC 接口设计 如下图 3 5 图 3 5 在 IIC 接口中需要将 BS1 配置为 1 BS0 为 0 所以 R1 R4 焊接 R2 R3 不焊接 R8 可焊接也可不焊接 3 DIY 用户元件参数选择说明 13 对于 DIY 用户来说可能元件不像公司那么全 在设计的时候可能有些元件 没有 需要用其它参数的元件来拼凑 在 0 96OLED 中有几个参数比较重要 尽 量搞成一样的 如下图 3 6 图 3 6 这里面的 C3 C4 在内部升压的时候要用 这两个参数尽量做到一样 都为 1uf 如下图 3 7 图 3 7 与 26 脚相连接的 910 电阻 R5 的参数可以选在 1M 左右的 如果太小可能 对屏的寿命有影响 如果太大屏的亮度会暗一些 不过不影响使用 3 2 HX711 3 2 1 HX711 简介 HX711 是采用了海芯科技技术的产品 利用此项集成电路专利技术 构成 了这一款 24 位的 A D 转换器芯片 9 这个芯片专业服务于高精度电子秤 该芯 片有很多优点 譬如集成度多 它集成了包括稳压电源 片内时钟振荡器等其 它相同类型芯片工作所必须设计的外围电路 抗干扰性强 响应速度快等优点 不仅降低了电子秤的整机成本 而且方便设计 节省工序 而且电子称的性能 也有提升 该芯片的程序操作也很便捷 不需要对芯片进行编程控制 完全可 以由连接的 MCU 所控制 直接驱动 非常方便快捷 10 有通道 A 和通道 B 两个 输入选择开关 这些通道与芯片内部的低噪声可编程放大器相连 每个通道的 增益有很大差别 通道 A 的可编程增益为 128 或 64 而通道 B 则为 32 功能差 14 别也很大 通道 A 增益对应的是为 20mV 或 40mV 满额度差分输入信号幅值 通道 B 用于系统参数检测 此芯片系统板上无需另外的模拟电源 因为外部传 感器和芯片内的 A D 转换器可以由芯片内稳压电源提供 不仅如此 芯片内自 有的时钟振荡器 所以自己有 就不需要外边的的时钟啦 而且芯片的上电自 动复位功能更是简化了开机的初始化过程 3 2 2 HX711 的特点 11 特点有 1 有两路可差分输入 2 片内低噪声可编程放大器 可根据通道的不同而选择合适的增益 有三 种可供挑选 3 芯片有片内稳压电路 4 片内具有时钟振荡器 可自行进行时钟控制 5 该电路具有上电自动复位功能 6 此芯片所有控制由管脚输入 不需要其他方面的操作 7 有两个输出数据速率可以选择 分别为 10 和 80HZ 8 可以抑制 50 和 60HZ 的频率干扰 9 工作电流 I 1 6mA 断电电流 I 1 A 10 工作电压范围 2 6 5 5V 11 工作温度范围 40 85 下图 3 8 为 HX711 的内部方框图 图 3 8 HX711 内部方框图 15 3 2 3 管脚说明 16 管脚的 SOP 16 封装和相应的管脚描述 如下图 3 9 和图 3 10 图 3 9 封装图 图 3 10 管脚描述 3 2 4 模拟输入 模拟输入有通道 A 和通道 B 两个输入选择开关 由于从传感器传过来的信 号较弱 所以 A B 这些通道必须与芯片内部的可编程放大器相连 这样才能保 证信号的强度 每个通道的增益有很大差别 通道 A 的可编程增益为 128 或 64 而通道 B 则为 32 这是固定值 改变不了 功能差别也很大 通道 A 增益 16 对应的是为 20mV 或 40mV 满额度差分输入信号幅值 通道 B 用于系统参数检 测 3 2 5 供电电源 数字电源应使用与 MCU 芯片相同的的数字供电电源 12 此芯片系统板上无 需另外的模拟电源 因为外部传感器和芯片内的 A D 转换器可以由芯片内稳压 电源提供 稳压电源的供电电压可与数字电源相同 外部压电阻 R1 R2 和芯片 的输出参考电压决定了稳压电源的输出电压值 有一特定的公式 如果不使用 芯片内的稳压电路 管脚 VSUP 应连接到数字电源或模拟电源中电压较高的一个 管脚上 3 2 6 时钟选择 如果将管脚 XI 即数字输入接地 这时外部电路的时针输入或晶振输入将被 隔绝 将会自动选择内部的时钟振荡器进行操作 内部始终振荡器输出数据速 率为 10Hz 或 80Hz 如果将外部输入时钟通过一个 20pF 的隔直电容连接到 XI 管脚上 或将晶 振连接到 XI 和 XO 管脚上 这样就可以得到稳定准确的输出数据速率 这时芯 片内的时钟振荡器电路不被使用 这时利用的是外部输入时钟电路和晶振时钟 当需要芯片输出数据速率为准确的 10Hz 或 80Hz 此时 就需要特别规定晶振频 率 输出数据速率与晶振频率有一定的关系 这时我们需要查询更多的资料 使用外部输入时钟时 输入信号的波形可以为方波 三角波 正弦波等任意波 形 在这里不做特殊要求 3 2 7 串口通讯 管脚 PD SCK 和 DOUT 构成串口通讯线 有很多特性 这是我们根据串口通 讯线的脉冲数选择输入通道和对应的增益 具体选择见图 3 11 图 3 11 输入通道和增益选择 这是我们需要特别注意的是 管脚 PD SCK 的输入时钟脉冲数的范围有规定 17 就是不少于 25 或不大于 27 否则会造成电路紊乱 当一个输出周期完成后 如果 A D 转换器的输入模式发生变化时 这时需 要 4 个数据输出周期才能稳定 管脚 DOUT 在 4 个数据输出周期后才会正常工作 输出有效数据 具体图示如下图 3 12 图 3 12 数据输出 输入通道的工作时序图 3 2 8 复位和断电 当芯片工作时 上电后芯片内部电路会使芯片自动复位 芯片的工作状态 由管脚 PD SCK 控制 当管脚状态为低电平 芯片就可以正常工作 当管脚 PD SCK 处于高电平并持续超过 60 s 芯片就会进入断电状态 芯 片就会停止工作 13 如果此时使用片内稳压电源电路 断电时 外部传感器和 片内 A D 转换器会被同时断电 当 PD SCK 低电平时 芯片会自动复位进入工 作状态 开始正常工作 当一个输出周期完成后 如果 A D 转换器的输入模式发生变化时 这时需 要 4 个数据输出周期才能稳定 这时管脚 DOUT 在 4 个数据输出周期后 才会正 18 常工作 这时芯片才会输出有效的数据 如下图 3 13 所示 断电控制 图 3 13 断电控制 3 2 9 注意事项 1 芯片数字输入管脚 因为此芯片无内置电阻 来进行拉高或拉低 为了 保证芯片正常工作 这些管脚不能悬空 2 根据通道 A 和通道 B 的增益等性质的不同 我们规定通道 A 为小信号输 入通道 通过与传感器相连来进行工作 通道 B 用于系统参数检测 3 我们应使用晶体管保证芯片的正常工作 本次试验用的是 S8550 4 为了保证芯片正常工作 我们应该保证传感器和 A D 转换器用一样模拟 电源供电 5 因为输出数据为 24 位 所以应该保证管脚 PD SCK 的输入时钟脉冲数不 能少于 25 但是为了效率也不应该多于 27 负责会影响芯片的正常工作 6 与管脚 DOUT 相连的 MCU 接口不能接拉高或拉低电阻 这样做可以减少 MCU 与 A D 之间的干扰 3 3 称重传感器的原理及使用 3 3 1 平行梁称重传感器的外形 电子秤等一般都选用 14 双孔悬臂平行梁应变式称重传感器 它有很多优点 精度高 做工简单 可操作性强 称重范围比较大 有很高的固有频率 结构 性好等优点 其典型结构如图 3 14 所示 19 图 3 14 应变式称重传感器 3 3 2 称重传感器的工作原理 应变式力传感器的受力工作原理如图 3 15 所示 图 3 15 应变式力传感器的受力工作原理 其作用原理是 15 力敏型的弹性元件上粘上应变片 上下都沾 当有力作 用于元件时 弹性元件的变化也引起应变片产生形变 进而形成了电阻的变化 按如图 3 16 所示的电路连接 这个电路桥的作用是当电阻变化时 会转变成相 应的电压变化 再通过计算公式就可以得到所测物体的重量 图 3 16 应变式力传感器的电路工作原理 电桥的四个臂上都接工作应变片 都参与机械变形 同处一个温度场 温 度影响相互抵消 电压输出灵敏度颇高 当 4 个应变片的材料 阻值都相同时 我们可以推导出以下公式 20 3 3 3 称重传感器的使用 平行梁式称重传感器使用时要按悬臂梁方式安装 具体安装方式可以参见 图 3 17 传感器的变形量也必须可控如果压力过大 形变量过大 就会造成传 感器的永久性损坏 所以在安装和使用的过程中不要超载 这个要特别注意 在连接电路时 有一定的规定 传感器的四根线按下图进行连接 不能有 误 否则会造成一起实验失败 另外为保正精度 一般不要随意调整线长 图 3 17 连接电路 3 4 单片机 STC90C52RC 单片机 STC90C52RC 是 51 单片机的一种 51 单片机是也是我们单片机学习 的重中之重 51 单片机起源于 Intel 的 8004 单片机 随着技术的长足发展 8004 单片机也得到了很多改进 成为现在流行的 8 位单片机 它比较有名的代 表就是 AT89 系列 它是 ATMEL 公司出品的 它的应用非常广泛 尤其在工业测 控系统 方便了操作 节省了人力物力 51 系列的种种优点让它成为市场的宠 儿 许多公司都推出了相应的兼容机型进行支持 51 单片机也是一个很适合初 学者所使用的单片机 也是比较常见的一种 但是 51 系列的单片机一般不具备 自编程能力 该芯片引脚如图 3 18 所示 其引脚功能说明如下 21 图 3 18 STC90C52RC 的管脚图 3 4 1 输入 输出引脚 I O 口线 在 39 32 脚 为 P0 0 P0 7 为单片机的双向输入 输出端口 在 1 8 脚 为 P1 0 P1 7 是单片机的 8 位准输入 输出端口 在 21 28 脚 为 P2 0 P2 7 是单片机的 8 位准输入 输出端口 在 10 17 脚 为 P3 0 P3 7 是单片机的 8 位准输入 输出端口 3 4 2 控制口线 在单片机第 29 脚 用来外部程序存储器读选通信号 PSEN ALE 在单片机第 30 脚 用来地址锁存允许 编程信号 PROG VPP 在单片机第 31 脚 用来外部程序存储器地址允许 固化编程电压EA 输入端 RST VPD 在单片机第 9 脚 用来 RST 是复位信号输入端 VPD 是备用电源 输入端 3 4 3 电源及其它 Vcc 在单片机第 40 脚 接的电压值为 5V GND 在单片机第 20 脚 此端接地 XTALl XTAL2 分别在单片机的第 19 和 18 脚 是时钟电路引脚 当使用 内部时钟时 这两个引脚端需要外接石英晶体和微调电容 接的规格有规定 22 当使用外部时钟时 这两个端口用于外接外部时钟源 4 软件设计 4 1 集成开发环境 我此次实验用的是 Keil Vision3 现在简单介绍一下它 4 1 1 Keil uVision3 的简介 Keil Vision3 是德国一家名叫 Kile 的公司研发的嵌入式开发工具 运 行 RealView MDK 开发环境 Keil Vision3 集成了业内领先的技术 非常有 利于开发者操作 里面包括集成开发环境与 RealView 编译器 支持许多处理器 包括简单的如单片机 复杂的如最新的 Cortex M3 核处理器 其功能包括 自 动配置启动代码 集成 Flash 烧写模块 强大的 Simulation 设备模拟 性能分 析等 与之前的工具包相比 Kile 的功能更全面 性能更优异 23 4 1 2 Keil Vision 的功能 美国 Keil Software 公司出品了 Keil C51 这个软件兼容 C 语言的开发 可以利用这个平台进行对单片机的操作 而 C 语言的广泛应用性和易学性更加 推动了这个开发软件的流行 16 将 C 编译器 宏汇编 链接器 库管理和一个 功能强大的仿真调试器等通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起 非常 有利于开发者应用研究 4 1 3 Keil C51 单片机软件开发系统 C51 工具包主要包括两种开发环境 Vision 是面向 Windows 而 Ishell 是面向 Dos 的集成开发环境 我们可以利用此软件编译我们所写的源文件 由 编译器编译生成目标文件 生成 obj 格式的文件 obj 文件再生成绝对目标文 件 格式为 abs abs 文件再转换成标准的 hex 文件 这样就可以对源代码进 行调试 也可由仿真器使用直接对目标板进行调试 也可以直接用烧录软件录 入程序存贮器 4 2 取模 4 2 1 取模软件 取模所用软件 如下图 4 1 图 4 1 取模软件 24 4 2 2 取模软件参数设置 参数设置如下图 4 2 图 4 2 取模参数 4 3 烧录软件的使用 我这次使用的烧录软件是 STC ISP STC ISP 是一款烧录软件主要为单 片机下载编程 是主要服务于 STC 系列单片机 使用简便 现已被广泛使用 使用步骤如下 1 打开 STC ISP 界面 选中单片机 此处我们选择 STC89C52RC 2 一般它会自动发现端口 设定时波特率一般固定 如果遇到下载问题 可以进行调试 3 硬件连接后 找到所需要录入的 hex 文件 选中 4 编译 KEIL 时生成的 HEX 代码能自动进入到软件中 点击 Download 下 载 5 这样即可把 HEX 文件录入到单片机内 6 程序写入完毕 目标板开始运行 这样就可以显示出运行结果 4 4 在 kile 上进行软件操作 4 4 1 软件程序流程图 下面是我实验所用流程图 我下图 4 3 25 图 4 3 软件流程图 4 4 2 主要操作函数 打开几个不同平台下的程序 会发同一通信接口类型下的程序内部的操作 函数是完全一样的 只是管脚定义方式不同 还有一个就是需要包含所用平台 的头文件 其它的其实都不用作修改 因为其它的函数均是对 OLED 屏的操作 与所用的处理器平台没有关系 在移植的时候尽量参考 C51 的程序 大家打开程序会发现主要有几个文 件 如下图 4 4 图 4 4 主要操作函数 Bmp h 是存放的图片数据 也就是大家对 BMP 图片取模的数据 Oledfont H 主要是存放的字库数据 包含常用的字符和用户自己所取模的 中文 26 Oled c 主要是函数的操作 Main c 这个就不说了 就是此次编译的源程序 OLED H 这个主要是函数说明和管脚定义 大家进到文件内部可以看到 4 4 3 进行源程序的解析 如下图 4 5 和 4 6 烧录的源程序 其中所包含的对象 图 4 5 烧录的源程序 其中 bmp 和 oledfont 里面主要是点阵 即图片和文字取模后的点阵 oled h 是头文件 oled c 是一个库文件 下面是一段 oled c 的一段程序 此段程序显示 BMP 图片 128 64 起始点坐标 x y x 的范围 0 127 y 为 页的范围 0 7 27 图 4 6 烧录的源程序 Key h 和 led h 是头文件 key c 是一个库文件 Main 是主文件 即主程 序 下面是 main 里的程序段 这是主程序调用的头文件 此段程序开始讲是否进行去皮操作 并进行显示操作 显示重量和郑大电 子一班电子称蒋岩 28 5 实验结果 经过一个多月的努力 终于成品出来啦 5 1 开机显示 5 1 1 开机显示动态图片 如下图 5 1 图 5 1 开机显示动态图片 29 5 1 2 开机后状态 如下图 5 2 图 5 2 开机后状态 5 1 3 进行称重后的现实 如下图 5 3 图 5 3 进行称重后的现实 30 6 实验总结 6 1 本文主要研究工作和结论如下 1 分析国内外 OLED 显示发展形式 根据不同结构 OLED 的经费情况和实验 需求 选用已量产的 0 96 寸 OLED 作为本系统的显示屏幕 设计并完成了电子 称 OLED 屏幕显示系统 2 HX711 是采用了海芯科技技术的产品 17 利用此项集成电路专利技术 构成了这一款 24 位的 A D 转换器芯片 这个芯片专业服务于高精度电子秤 该