实验二 压力测量实验

1 压力检测实验压力检测实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握压力检测模块组成结构与原理 2 掌握 A D D A 转换的实现方法 3 掌握多控制器实现压力检测的基本方法 4 熟悉触摸屏作显示用的实现方法 5 了解将压力转换成重量的计算方法及软件实现 二 实验设备二 实验设备 综合实验平台箱 一台 简易电子称 一台 导线若干 三 实验内容三 实验内容 1 系统介绍 该实验系统原理框图如图 1 所示 它主要用于对称重模型电子称砝码进行压力检测并 显示重量 首先 通过触摸屏的控制界面 可以为系统设定一个重量值 另一方面通过 A D 芯片采集压力信号 转换后送给控制器 由控制器处理变为重量值 经串口通信后在 触摸屏显示窗口显示 同时显示的还有重量曲线及误差率 图 1 压力检测系统原理图 2 硬件介绍 1 基本原理 本实验需要用到简易电子称 A D 转换模块 综合实验平台的触摸屏以及检测板上的 两个接口 其实物硬件连接如图 2 所示 从图中可看到 由检测板给 A D 转换模块供电 并且检测板起信号传递作用 通过检测板上的跳线可以到多个处理器起多路开关的作用 图 2 实验硬件连接图 A D 转换电子称控制器触摸屏显示 2 A D 转换模块硬件原理图如图 3 所示 图 3 A D 转换模块硬件原理图 由图 3 可知 该模块信号转换由压力传感器 电子称上 接口 P 以及 SDI0809 芯片 实现 SDI0809 芯片 VCOM 脚和模块上的地通过 P 的 4 脚和 1 脚给压力传感器供电 压力 桥通过 P 的 2 脚和 3 脚将差分压力信号送到 SDI0809 的 AIN1P 脚和 AIN1N 脚 经 SDI0809 的 A D 转换的数字信号由简易的 SPI 通信 DRDY DOUT 和 SCLK 给处理器 2 SDI0809 芯片 通过上述分析可知 SDI0809 芯片是实现该 A D D A 转换的核心芯片 同时它还要 完成与单片机的数据通信工作 SDI0809 芯片是一款 24 位无失码的高分辨率模数转换器 采用 3 阶 Sigma Delta 结 构 内部集成 128 倍增益 可方便的应用到各类微弱信号测量系统中 如 电子秤 数字 压力传感器 血压计等 主要特征 24 位分辨率 无失码 21 位有效位 ENBO 128 倍放大 18 3 位不动码 内部集成 128 2 倍增益放大器 内部集成震荡器 频率 4 92MHz 偏差 5 输出码率 10Hz 20Hz 可选 内部集成参考电压 VCOM 输出 2 8V 亦可做为简单开关使用 VCOM 输出 AVDD SPI 接口提供休眠控制 并切断 VCOM 输出 方便间歇供电 内部采用最新算 法 超快恢复速度 提供环境监测通道 B 单端输入 精度 11 位 输出码率 600Hz 提供时间机制 可方便的在设备上显示时间 采用 SPI 简化数据输出接口 2 线 可采用端口更少的 MCU 工作电压 2 3v 6v 3 SDI0809引脚图如图4所示 图 4 SDI0809 引脚图 VDD 电源端 2 5 6V VCOM 模拟输出 内部集成参考电压 VCOM 输出2 8V 亦可做为简单开关使用 VCOM 输出AVDD AIN1P 通道A差分模拟输入正相端 AIN1N 通道A差分模拟输入反相端 AIN2P 通道B模拟输入正相端 GND 地端 SCLK 数字输入 SPI 接口时钟信号 需串接 1K 电阻 DRDY DOUT 数字输出 ADC 数据有效信号 及 串行数据输出 具体控制时序参考 SPI 接口时序描述部分 需串接 1K 电阻 功能模块描述 1 ADC SDI0809 的核心部分为采用 3 阶 Sigma Delta 调制器结构的模数转换器 其内部集成 可编程增益 PGA 2 128 该调制器对输入模拟差分信号的采样频率为 76 8KHz 远高 于模拟信号的最大带宽 因而简化了应用时输入通道的前置防混叠滤波器 2 通道选择 MUX SDI0809 提供两个通道数据测量通道 通道 A 采用差分输入 进行高精度测量 通 道 B 采用单端输入 固定 2 倍增益 方便测量环境参数 如 电源电压 通道 A B 的使用通过 SPI 接口发送的时钟上升沿数目来判断 A 通道 输入 AIN1P AIN1N 输入范围 0 5VREF GAIN 采用补码输出 输入为正 000001h 7FFFFFh 0000000h 000000h 输入为负 FFFFFFh 800000h B 通道 输入 AIN1P AGND 输入不能为负 输入范围 0 5VREF 2 输出 002000h 7FE000h 输出 24 位 但只有前面 11 为有效 其余为 0 3 振荡器模块 4 SDI0809 内部集成了 RC 震荡器 震荡频率为 4 9152MHz 4 内置参考源模块 SDI0809 内部集成了 LDO 输入为 VDD 输出为 VCOM 该 LDO 提供 2 8V 参考 电压输出 可以给传感器和 SDI0809 本身的参考电压供电 该 LDO 模块亦可做为简单开关使用 VCOM 输出 VDD 5 休眠机制 SDI0819 在 SCLK 高电平持续 100us 左右进入休眠状态 SCLK 低电平马上退出休眠 在休眠状态下 将关断主要模拟部分的电源 大部分数字电路停在进入休眠时的状态 只保留时间模块 节省了大部分功耗 休眠时 LDO 关闭 以切断外部传感器电源供电 实现间歇性的供电 实现低功耗 SDI0809 内部算法对休眠恢复进行了专门的处理 加快恢复速度大大 一般休眠恢复 要 4 个数据周期才能输出稳定的数据 如 10Hz 码率的话 恢复时间大概为 0 4s SDI0809 在退出休眠 2 个数据周期后即稳定 精度低的场合 电子称 6000 点一下 退 出休眠 1 个数据周期后就可以使用数据 在休眠模式下 在预定的休眠时间过后 SDI0809 提供恢复提醒脉冲 可以连接到 MCU 的外部中断 将 STOP 模式下的 MCU 唤醒 这样系统休眠时 MCU 可以进入 STOP 模式 进一步减小休眠功耗 SDI0809 的预定休眠时间可以通过 SPI 设定 200ms 400ms 600ms 800ms 当 进 入休眠后 SDI0819 每隔预定的时间提供一次恢复提醒脉冲 6 SPI 接口 SDI0819 采用 SPI 简化数据输出接口 2 线 SCLK 为时钟信号输入 DRDY SDO 为数据输出 SPI 接口提供 命令 SCLK 上升沿数目 B 通道 25 A 通道 2 倍 26 A 通道 128 倍 27 休眠 200ms 28 休眠 400ms 25 26 27 29 休眠 600ms 30 休眠 800ms 31 具体时序参考 SPI 接口描述 SPI 接口描述 ADC 转换数据读时序 SDI0809 采用两线 SPI 接口 DRDY DOUT SCLK 其中 SCLK 为串行接口 的时钟信号 DRDY DOUT 为 SDI0819 的数据准备标志与数据输出复用信号 SDI0809 通过 SPI 接口输出转换完毕的 24 位编码 高位在前 正常 MCU 接口时序如下 当 SDI0819 新转换数据到来后 DRDY DOUT 马上有效 变为低电平 此时 DRDY DOUT 为数据有效标志信号 5 DRDY DOUT 下降沿触发 MCU 中断 后者通过 SCLK 发送给 SDI0819 时钟信号 SDI0819 在 SCLK 的上升沿将数据发送到 DRDY DOUT 上 此时 DRDY DOUT 为 数据信号 数据信号高位在前 一共发送 24 为数据 在第 25 个 SCLK 的上升沿 DRDY DOUT 强制拉高 恢复为数据有效标志信号 如果没有新的 SCLK 到来的话 这种状态直到 SDI0819 新转换数据到来 25 个 SCLK 后 可继续方法送 SCLK 如果在新数据到来时 SDI0819 只检测到 25 个 SCLK 上升沿 将马上启用 B 通道 如果检测到 26 个 SCLK 上升沿 将启用 A 通道 PGA 2 如果检测到 27 个 SCLK 上升沿 将启用 A 通道 PGA 128 其他数值将保持现在配置不做处理 图 5 ADC 转换数据读时序图 休眠命令时序 SDI0819 在 SCLK 高电平持续 100us 左右进入休眠状态 SCLK 低电平马上退出休眠 预定休眠时间可以通过 SPI 设定 200ms 400ms 600ms 800ms 当进入休眠时 检测到的 CLK 上升沿为 检测到的 SCLK 上升沿 预定休眠时间 25 26 27 29 400ms 28 200ms 30 600ms 31 800ms 6 图 6 休眠命令时序图 2 软件功能 该模块软件编程主要实现 SPI 协议下 SDI0809A D 转换的控制 即通过 SPI 协议对 SDI0809 芯片进行 A D 操作 读取压力传感器输入的模拟信号 并输出数字量 经控制器 处理后在触摸屏上显示 其主程序流程图如图 7 所示 完整源程序见附录 开始 初始化 读取SDI0809转 换值 将压力值转换成 重量值 在触摸屏上显示 结束 图 7 主程序流程图 四 实验步骤四 实验步骤 A 主控制器使用单片机主控制器使用单片机 1 完成硬件连接 将 A D 转换模块的跳线连接到检测板的接口 P7 检测板上的接口 P3 接单片机板的接口 JPWR 通过连接线单片机板给检测板供电 检测板上的接口 P6 接单 片机的 IO 口 JP9 P6 的 1 脚接 JP9 的 P3 7 其余脚依次 接口 P16 为触摸屏接入检测板的接口 连接好 电源线 DC5V 接检测板上接口 JP 给触 摸屏供电 检测板上接口 J2 为液晶屏的串口 将其与单片机的串口通过串口线连接 7 2 给单片机供上电 打开单片机编译环境 Keil C 导入程序并编译 用程序烧写软 件将其 hex 文件下载到单片机 3 在触摸屏选择界面选电子秤测量系统 点进去后 进入电子秤测量系统参数设定 选择相应的电子秤序号和使用的控制器 点击确定进入下一界面 右下位置会显示控制器 为单片机 在输入框中输入将放在电子秤秤盘上的砝码重量 然后点击开始按钮 观察触 摸屏显示窗口上的显示曲线及左下角显示的误差率 记录现象及数值 4 把电源关掉 并把到单片机的连接线都断开 然后才能进行下一步的实验 B 主控制器使用主控制器使用 ARM 1 完成硬件连接 将 A D 转换模块的跳线连接到检测板的接口 P7 检测板上的接口 P11 是接 ARM 板的 J4 通过连接线 ARM 板给检测板供电 并实现信号的传输 接口 P16 为触摸屏接入检测板的接口 连接好 电源线 DC5V 接检测板上接口 JP 给触 摸屏供电 检测板上接口 J2 为液晶屏的串口 将其与 ARM 板的串口通过串口线连接 2 给 ARM 板供上电 打开 ARM 集成开发环境 ADS 导入程序并编译 再将其下载到 ARM 芯片中 3 在触摸屏选择界面选电子秤测量系统 点进去后 进入电子秤测量系统参数设定 选择相应的电子秤序号和使用的控制器 点击确定进入下一界面 右下位置会显示控制器 为 ARM 在输入框中输入将放在电子秤秤盘上的砝码重量 然后点击开始按钮 观察触摸 屏显示窗口上的显示曲线及左下角显示的误差率 记录现象及数值 4 把电源关掉 并把到 ARM 板的连接线都断开 然后才能进行下一步的实验 C 主控制器使用主控制器使用 DSP 1 完成硬件连接 将 A D 转换模块的跳线连接到检测板的接口 P7 检测板上的接口 P13 的 1 8 脚通过跳线连接到接 P14 的 1 8 脚 检测板上的接口 P13 的 14 21 脚通过跳线 连接到接 P14 的 14 21 脚 这样通过连接线 DSP 板给检测板供电 并实现信号的传输 接口 P16 为触摸屏接入检测板的接口 连接好 电源线 DC5V 接检测板上接口 JP 给触 摸屏供电 检测板上接口 J2 为液晶屏的串口 将其与 DSP 板的串口 J1 也在检测板上 通过串口线连接 2 给 DSP 板供上电 打开 DSP 集成开发环境 CCS 导入程序并编译 再将其下载到 DSP 芯片中 3 在触摸屏选择界面选电子秤测量系统 点进去后