【数显卡尺的硬件和软件设计案例4700字】

1 1 1.1硬件设计整体框图 11.2单片机的选型 21.2.1STC89C52RC芯片性能介绍 21.2.2功能模块引脚说明 31.2.3串口工作方式选择 31.2.4复位电路 41.2.5时钟电路 1.3传感器的选型 51.4显示模块的选型 71.5本章小结 8 92.1软件设计思想 92.2程序流程图 92.3本章小结 1硬件设计1.1硬件设计整体框图根据总体设计方案，对硬件整体框图进行设计。在设计方案中需要用到位移测量传感器，并通过传送电路将数据处理好发给单片机，还需要一个可以显示数据的TM003A桂林天目公司生产的容栅位移传感器对位移数据采集，通过容栅传感器的数据发射端口将采集到的数据送给单片机。采用一个0.96寸四针IC的oled显示屏完成数据的显示，可以将容栅传感器自带的清零端设计成清零键，对数据进行清零处理，也可以利用程序设计，用复位按钮对数据清零。数显图如图1.1所示：2清零键清零键容栅传感器复位电路单片机显示模块电源模块晶振电路3RXD/P3.0TXD/P3.1 123456789P0.3/AD3P0.4/ADdP0.6/AD6P2.5/A13P2.4/A12P2.2/A10P2.0/A81.由于传感器发送的数据是以一个字节的形式发送给单片机，所以单片机的2.和第一点类似，单片机的TXD/P1.1(发送数据)引脚连接容栅传感器的RXD(接收数据)引脚。一个引脚用于数据的发送，另一个引脚用于数据的接收，从而可以实3.容栅位移传感器一共有5个引脚，电源引脚接5V电压，最后一个清零引脚C接TO/P1.4引脚，实现清零功能。1.TM003A集成电路数据传输的波特率为9600bps;3.数据传输：以每秒8组数据自动发送。4在SCON串行口控制寄存器中，SM0和SM1的取值为0或1,通过这两个取值的搭配对工作方式进行选择，因此一共有方式0、方式1、方式2和方式3,4种工作方式，由容栅位移传感器的通讯协议可得，其中方式1为10位的异步串口通信方式，格式为1个起始位、8个数据位(D0~D7)和一个停止位。所以串行□工作方式选用方式1,其工作方式选择如表1.1所示：工作方式功能说明串口设置0008位同步移位寄存器方式10110位UART21011位UART31111位UART串□工作方式1的逻辑结构示意图如图1.4所示：TXD起始D0TI(中断标志)RXD起始D0RI(中断标志)在本课题数显游标卡尺设计中，复位电路的复位方式可以用上电复位和外部按键复位。单片机复位电路的功能相当于手机重启功能，当电路发生突发状况时，可软件程序将重新运行，通过程序设计使初始数据为零，所以复位按钮的另一个功能可以作为清零按钮，使显示模块显示的读数为零，方便设计测量。复位电路图如图晶振可以给单片机提供时钟信号，它是时钟电路的部件中最不可或缺的一个部件。由于TM003A集成电路的数据传输波特率为9600pbs,通过计算其对于的晶振频率为11.0592MHz,为了可以准确接收到容栅传感器的数据，单片机选用晶振的晶振频率和TM003A集成电路的晶振频率一样，如果晶振频率不一样，单片机可能接收不到数据，所以本设计使用11.0592MHz的晶振频率。时钟电路的电路图如图1.6所1.容栅位移传感器的工作原理信号，然后将获得到的电信号在整合电路中进行数据处理定尺和动尺这两部分组成，定尺和动尺实际上是一个固定的电极用技术将定尺和动尺的相对面上分别印制一系列其电容称为容栅，电容的平行板间填充有电介质，容值。容栅传感器动栅尺和定栅尺的结构示意图如下图1.7所示：46-46定尺6图中，上部分为动尺，下部为定尺。由图可见，动尺上有一个长条形的公收电级R和多个发射极E,发射极在动尺上等长等宽平行排列在一起，每个发射极屏蔽电极S。在定尺上，反射电极片M和动尺上的发射极一样排列在一起，且反射电极片之间也是相互绝缘的。所以容栅光栅传感器相比，容栅传感器不仅功耗小和体积小，而且制感器也具有精度和分辨率高、组成简单、测量范围大、2.TMOO3A容栅位移传感器的介绍本设计中采用的TM003A容栅位移传感器款小尺寸的容栅位移传感器，模块卡尺带输出芯片，由桂林天目有限公司生产，这款传感器专注于位移的测量，可接单片机、PLC和电脑等设备，是一款性能强大的位移传感器。TMOO3A容栅位移传感器的实物之所以选择这款位移传感器，是因为它具有尺寸小、量程大、分辨率高、抗干扰能力强、性能稳定、功耗低和转换率快等很多优秀的特点。其中它的尺寸大小为：长30mm(位移方向),宽20mm,PCB板连同元器件的厚度不大于2.5mm。TMOO3A容栅位移传感器在行业中有四大领先行业优势：第一，它对电路的设计优化好，有很强的感应信号性能；第二，可以带数据输出，在采集到位移数据后，可以将采集到的自动数据处理好并输出给控制器；第三，同行业的其他容栅位移传感表.2TM003A功能引脚功能引脚电源数据发送数据接收外部清零C地线3.读取TM003A容栅传感器数据的步骤TM003A采用串□数据传输的方式与单片机相连。TM003A的数据在TX引脚发送，当连接电源后，传感器就会发送数据，数据以每秒八组数据自动发送，其数据格式为十个字节的ASCII码，第一个字节为符号位，中间八个字节为数据位，第十个字节为回车符。单片机是以每次一个字节的方式不停的接收数据，如果单片机没有接收到传感器的数据，那么oled显示模块就显示感器具体的硬件接线图如图1.9所示：单片机单片机0AC4.传感器的清零方式：本设计通过程序实现指令的清零，按下电源键或复位键开始运行程序，使传感容栅位移传感器C引脚接单片机IO引脚，需要数据清零时，将C引脚接地便可数显游标卡尺设计的显示模块选择一个0.96寸oled显示屏，它是一个4针IIC接8□的小尺寸多功能显示屏，分辨率为128×64。之所以选择一个0.96寸oled显示屏， 而不选择更便宜1602液晶显示屏，是因为这款显示模块比我们常接触的1602液晶屏示的功耗小、显示清晰度高和显示稳定。1602液晶屏的功耗相比oled显示屏1602不仅显示不清楚，而且有时候显示不稳定。oled显示屏最突出的一个的一个特点是，它比1602尺寸小和更轻薄，方便设计安装。这款oled显示屏不仅可以显示传感器采集到的数字，还何以显示汉字，更适合小系统的设计。oled的实物图如图1.10本章节介绍了系统的硬件设计和硬件选型。主要介绍了各个模块的工作原理、软件是整个设计的灵魂，为了更好的完成软件设计，首先要理解和构思该设计的整体思路，弄清楚软件设计的逻辑关系。我的软件设计思想是，根据自己对各个硬件模块的理解，先对每个模块进行软件设计，将可能遇到的问题分模块一一解决，先设计好每个模块，让每个模块可以单独运行后，想办法将各个模块的软件设计合并起来，组成一个总的软件设计。这样做的好处就是可以清楚的将软件设计的整体思路给体现出来，可以减少程序设计过程中可能遇到的逻辑问题，避免一些不必要的麻烦。本软件设计主要包括显示模块和传感器模块。软件设计框图如图2.1所示：传感器数据接收子程序清零子程序传感器数据接收子程序清零子程序主程序主程序主要实现对每个子程序的调用，传感器数据接收子程序主要是获取传感器采集到的位移数据，oled显示子程序将本设计分为数据接收、显示和清零这几个功能，将各个功能模块整合到一起后，就形成了一个完整的数显游标卡尺的软件设计。上电之后，程序就会开始运行，在完成初始化和oled显示屏清屏之后，传感器和显示屏就会开始工作，传感器采集到数据的数据通过串口开始发送给单片机，如果串□中断标志RI不等于1则返回上一步操作，如果串□中断标志RI等于1,则令中断标志RI=0,开始接收数据。如果接收到的数据不是回车符‘\r',则返回上一步操作。如果接收到的数据是回车符，则将接收到的下一个字节送给数组RecBuf[R]。将接收到的第一个字节的对应字符显示到oled显示屏的最左边，将接收到的下一个字符显示到上一个字符的右边，以此类推直到显示完一组数据。如果显示完一组数据，也就是R>9,则令变量R=0,并返回开中断后的下一步，重新开始下一组数据的接收，一直循环整段程序，直到关闭电源。按下清零