1511.基于CS1180压力传感器检测系统的软件设计--毕业论文.doc

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1、1 毕 业 论 文 题 目: 基于 CS1180 压力传感器检测系统的控制板设计压力传感器检测系统的控制板设计 姓 名: 学 号: 专 业: 计算机科学与技术 指导老师: 2 目目 录录 摘 要 3 ABSTABSTR RACTACT 3 绪 论 4 1设计概 述 5 11 设计简 介 5 12 设计特 点 6 13 设计布 局 6 14 设计说 明 6 2硬件简 介 7 21 系统简 介 7 22 芯片选 择 7 23 开发环 境 8 24 仿真 器 9 3嵌入式系 3 统 11 31 嵌入式系统概 述 11 32 嵌入式系统特 点 11 33 构建驱动程 序 11 34 RTOS-RTOS

2、-实时操作系统简 介12 35 RTOSRTOS 的优缺 点 12 4具体实 现 13 41 主流 程 13 42 各模块实 现 14 421 传感 器 14 422 CS1180CS1180 14 423 SPSPI I 15 43 键盘操 作 16 44 液晶显 示 17 5调 4 试 23 6结束 语 28 7答 谢 29 参考文 献 31 附 录 32 5 基于 CS1180 压力传感器检测系统设计 摘 要 称重技术的发展趋势是实现快速称量、提高灵敏度和测量精 度、提高动态稳定性，本文设计了一种基于 CS1180 压力传感器检测系 统的控制板。在文中，对压力传感器检测系统的控制板的工作

3、原理做了 详细阐述；设计了基于 CS1180 实现的压力传感器检测系统的机械部分 和硬件电路部分，以及软件部分。该系统的测量精度和快速性都达到了 一定的要求，并且能直观的显示称量结果。从一定意义上说，本文对高 精度快速称重系统的研究做了初步性的探索，取得了一定的进展。本方 案设计采用 AT91SAM 7X256 ARM7 处理器芯片，软件设计平台基 于 UC/OS-II 实时嵌入式操作系统，软件编制采用 C 语言。共有若干 个任务模块组成，大体应包括：键盘操作、液晶显示、CS1180A/D 数 据处理与输出、USB、RS232、CAN、SPI、电源、报警、测试全部机械 性能和试验复现等。本文主

4、要描述键盘操作、液晶显示、测试、数据 处理。 关键词 嵌入式系统，控制板，键盘，液晶，数据处理，RTOS ABSTRACT The development trend of weighing technology is implementing rapid weighing, improving the sensitivity and accuracy, enhancing dynamic stability. This paper describes the design of a control panel,which use check- up testing system base o

5、n CS1180 press sensor. In the paper, its work principle is described in detail; The mechanical part , the hardware circuit, and the software of control panel are designed,which is base on CS1180. The measurement precision and speed of the system have reached a certain requirement. And it can display

6、 the weighing results visually. In a certain sense, this paper has done a preliminary research and made some progress for the high-precision and rapid weighing systemThis project uses processor CMOS chip of AR91SAM 7X256 ARM,software design base on UC/SO-II RTOS,software compile base on C .Its meke

7、up of several task module.Its general comprise keyset manipulate,LCD,CS1180 data processing and putout,USB,RS232,CAN,SPI，electrical source,test capability of all mechanical,test reappearance etc.In this paper describe mainly keyset operate,LCD display,testing and data processing. Key Words：Embedded

8、Sydtem,control panel,keyset,LCD,data pricessing 6 绪论 过去沿用的机械杠杆秤已不能适应生产自动化和管理现代化的要求。自六十年 代以来，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步 取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步 发展。快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面已成为现代称重 技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单位仪表，而且作为工业控制系 统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它 起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗

9、、提高产品质量以及 加强企业管理、改善经营等多方面的作用。称重装置应用已遍及到国民经济各领域， 取得了显著的经济效益。 我国试验机行业已有五十多年的发展史，其发源地在我国的东北吉林省长春市。 随着各行各业对试验机产品需求的增长，随着我国生产制造水平的不断提高和测试 技术的飞速发展，目前生产试验机的公司和企业已遍布全国各地，生产着几百种规 格、型号和系列的试验机产品，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美 市场，具有一定的竞争能力。试验机广泛应于用工矿企业、计量、学校的现场和实 验室，其应用领域涉及到机械、冶金、汽车、建筑、航空、航天、军工、交通、运 输、质检、计量、教育、医疗等各行各业。

10、 虽然该行业具有比较诱人的前景，广大的客户群体，但是由于传统产品的试验 机设备在国际上已被淘汰，在国内也已不能满足新修订的试验方法标准 GB228 的要 求，急需更新换代。从市场及效益分析从长远和发展的角度看，结合目前国内厂家 的技术成熟程度和生产能力，提供给用户的产品 90%仍是老式产品，开发一种基于 先进的、高性能的、高智能性的数字化多功能试验机，来取代目前国内不能满足用 户需求的老式产品，洗牌当前市场上的较落后的试验机设备，这必将是历史发展的 必然，数字化（也称为仪器化）试验机，定使测控试验焕发出青春，赋予了新的生 命。 当今国际市场称重传感器技术的竞争，集中表现在产品的准确度、稳定性和

11、可 靠性的竞争；制造技术与制造工艺的竞争；应用高新技术研发新产品和自主知识产 权产品的竞争。各称重传感器制造企业都在努力培植自己的核心竞争技术和打造核 心竞争产品。 称重传感器的准确度、稳定性和可靠性是重要的质量指标，同时也是用户最关 心的问题。 本方案采用先进的测试手段、嵌入式 ARM 控制系统、20（24）位 AD、结合复 杂分析软件的高精度测量控制系统，以试验机为主机，配以传感器、引伸仪和计算 机，同时在传统行业基础上，增加控制功能、网络传输和管理功能、兼带 USB 传输 以及 CAN 总线传输方式，把采集到的数据，传给 PC 机，进行处理数据，用微机对 主机进行控制，保证在任何条件下对

12、拉力，压力 、冲击、弯曲等强度或力值数 据的完美、准确的测量。 其控制器包括压力传感器介入信号的模拟量的放大，采集，光电编码器信号的 倍频，判向、采集。其 A/D 部分采用国产芯片 CS1180，他具有高精度、低功耗模 数转换芯片，分辨率可达到 20bit，有效分辨率可达 19 位。可以广泛使用在工 艺控制、量重、液体 /气体化学分析、血液分析、智能发送器、便携测量器领域。 7 可以采用手动控制柄的键盘控制试验机衡量的升降，利用 RJ45 网络接口与上位机 进行通讯。另外，上位机测控软件实时显示试验力、变形和位移，实时记录力一时 间，变形一时间，力变形和力一位移试验曲线。试验数据采用数据库管理

13、方式， 自动保存所有试验数据和曲线，用户可以按照自己要求的任意格式打印试验报告。 称重系统被广泛应用于工业和科研领域中，但大多数系统的自动化程度都很低， 所以浪费很多的人力和物力，并且效率低、误差大，造成不必要的损失。而本系统 就可以解决这些缺点。它可以起到减员增效、节支创收、减少误差的作用；它还可 以提高管理、提高劳动生产率，为行业经济发展起到促进作用。 1.设计概述 11 设计简介 本设计具有操作简单，显示信息全面，测量精确度高，重复性好等优点，并具 有极好的抗干扰性能，整机线路及程序根据实际工作特点经过反复的优化设计，与 传统试验机相比较，具有明显的优势。设有自动测量和跟踪（手动）测量两

14、种工作 方式，以适应不同的测量要求。 12 设计特点 1 采用新型高速单片机作为主控芯片，整机响应迅速，功能全面。 2 采用新型高精度仪表放大器，高精度、高稳定性的电压基准以及高精度的 数模转换器，保证了整机具有极高的分辨率和极好的重复性。 3 采用大面积液晶显示屏作为显示器件，界面及参数均采用汉字提示，显示 信息直观全面。 4 具有独特的自动运行模式，使多个测点的测量异常简单，极大的提高了工 作效率。 5 整机布局合理，结构紧凑，线路优化设计，具有较高的抗干扰性能。 6 具有通讯接口，可与微机联机以实现更多功能。 13 设计布局 23 PO 打印* 5 9 0 64 运行 SO 设置 87

15、1 控制面板布局 图 1 设计布局 图 1 所示为本设计的示意图,并不是最终的产品外观,其中左边为液晶显示区： 用来显示行程，力值，测量点或参数信息。右半部分为按键区，完成功能选择或参 数值输入。本机接通电源，打开电源开关后，首先显示试验机名称及生产厂家名称， 延时一段时间后，进行工作模式选择界面。 8 14 设计说明 在使用前，应首先对参数进行设置，步骤及含义如下： 1进入方式： （1） 开机显示完厂家名称后自动进入。 （2） 按“设置”键进入。 1手动模式 2自动模式 3测点设置 4时间设置 5出厂设置 提示：请按数字 15 选择 2操作说明： （1）1-5 为 5 种工作模式，可通过按键

16、盘上相应的数字键选择。如：想进入 “3 测点设置” ，只需按数字键“3”即可进入。在刚进入此界面时，第一 项会出现一个高亮条，按向上向下键可能移动光标，移动到想要进行的设 置项后，按进入键也可进入。 （2）手动模式：与传统试验机工作方式一致，行程和力值变化都会实时的显示 出来，标定时应选择此模式。在此种模式下可通过按键盘上“PO”和 “SO”对试验机显示的力值和行程清零。按“设置”键退出。 （3）自动模式：在设置好测量点和行程零点后，对于电动型试验机，按一次 “运行”键，机器将自动进行一次测量。按“设置”键退出。 （4）测点设置：此模式主要是对自动模式所需的参数进行设置。如测点数量， 是否自动

17、打印，最大、最小行程，各测量点的行程值等。 （5）时间设置：校准本机的时钟。 （6）出厂设置：设置本机工作所需的系统参数，一般用户无需进入。 2.硬件简介 21 系统简介 一个完整的嵌入式系统大体上可以分成软件和硬件两个部分。软件是灵魂， 硬件是躯体。硬件是整个系统运行的基础，没有一整套完善可靠的硬件，再优秀的 软件也将没有载体，发挥不出应有的功能。因此，第一步先要设计一个适合嵌入式 网络的硬件电路。 22 芯片选型 ARM处理器当前有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和 SecurCore。ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10是4个通用处理器系列。每个系列提供一套

18、 特定的性能来满足设计者对功耗、性能和体积的需求。 综合各方面的因素，包括性能、开发工具支持成本等，最终选用了Atmel用于 工业控制网络领域的AT91SAM7X256来作主处理器。它基于ARM7TDMI内核，内含高性 能的32位RISC处理器，性能足以满足通常的网络应用，并且支持它的开发工具选择 范围广泛，支持JTAG调试，开发和调试成本低廉。 9 ARM7系列为低功耗32位核，最适用于对价位和功耗敏感的消费类应用。ARM7系 列具有： 1.嵌入式ICE-RT逻辑，该部分被集成进了所有的ARM处理器中，用于跟踪、调 试程序； 2.极低功耗； 3.能提供0.9MIPS/MHz（实际上就是1微秒

19、处理0.9条指令）的三级流水线（取 指、译码、执行）和冯诺依曼结构。 ARM7的主要应用领域为：因特网设备、网络和调制解调器设备以及移动电话等 多种多媒体和嵌入式应用。 AT91SAM7X256 是开发板中外形体积最大的一个芯片，有 100 个引脚，它不光 外形大，内部包含的东西也很多，在一块芯片上集成了 ARM7TDMI 处理器，片内 256KB Flash 和 64KB SRAM，还包括 USART、SPI、CAN 控制器、Ethernet 网口、定 时器/计数器，实时定时器和模数转换器在内的一系列外围设备。 芯片如图 2 所示： 图 2 AT91SAM7X256 芯片 基于AT91SAM

20、7X256的ARM开发平台开发板清单： 1、基于AT91 SAM7X256的ARM7开发平台开发板一块 2、并口线一根 3、交叉网线一根 4、直连串口线一根 5、标准USB线一根 6、9V/2A直流电源一个 7、JTAG调试板一块 本设计使用的ARM7为AT91SAM7X256,其芯片外设如图3所示: AT91SAM 7X256 液晶显示键盘 CS1180 USB RS232 报警 电源 CAN 芯片外设 图 3 芯片及外设 23 开发环境 嵌入式软件开发相对于 PC 软件开发来说没有什么本质上不同，同样需要经历 编译、链接、调试和应用几个基本阶段，差别只是各阶段使用的工具不同。对于嵌 10

21、入式软件开发，不仅需要常见的如 Visual Studio 这样的集成开发环境（IDE） ， 还需要硬件设备的支持（即 JTAG 仿真器） 。在软件方面，用于 ARM 开发的相关软件 有很多，本设计使用 ADS。需要进行安装配置的工具只有两个，ADS 及仿真器。ADS 的操作界面如图 4 所示，仿真器的界面如图 5 所示。 图 4 ADS 操作界面 图 5 H-JTAG 检测到了开发板 24 仿真器 当编写的程序运行出错，执行结果不是预想的那样时，仿真器可以给程序调试 11 带来很大的帮助。通过仿真器，可以在调试主机上控制目标板实现单步运行、全速 运行、停止、断点等功能，可以观察芯片内部的每个

22、寄存器的值和存储器的内容。 使用仿真器，使查找错误变得十分方便，有利于编写出可靠的程序，可以极大地提 高工作效率。 JTAG (Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协 议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试和系统仿真调试，通过JTAG接口， 可以访问芯片内部所有部件，而不占用其它任何片上资源，属于完全非插入式调试。 这种调试方法，目标程序仍然在目标板上执行，仿真时的硬件结构和实际运行时一 致，因此，这种仿真方法最接近于系统实际运行时的状况，不会由于仿真器的插入 带来线路板物理参数的改变，程序在仿真调试下执行的结果就是实际运行时的结

23、果。 ARM的JTAG接口是由5条信号线：TRS、TMS、TCK、TDI、TDO，分别为测试复位 输入信号、模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。JTAG 仿真器是通过 ARM 芯 片的 JTAG 接口进行调试的一种设备。它的一个端口和被仿真ARM芯片的JTAG端口 连接，另一端则和调试主机相连，运行于调试主机上的调试软件向仿真器发送命令 和数据，仿真器在这里起到一个协议转换的作用，利用JTAG协议与被仿真ARM通讯， 完成调试主机和被仿真ARM间的数据传送。基于JTAG仿真的种种优点，现在普遍均 采用JTAG 仿真器进行开发。下图为JTAG图片如图6所示，原理图如图7所示： 图 6 JTAG

24、 图片 12 图7 JTAG原理图 3.嵌入式系统 3.1嵌入式系统概述 嵌入式系统（ES，Embedded System）是计算机技术、通信技术、半导体技术、 微电子技术、语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结 合后的更新换代产品。因此，嵌入式系统往往是技术密集、投资强度大、高度分散、 不断创新的知识密集型系统，其反映了当代最新技术的先进水平。 嵌入式系统不 仅和一般的PC 机上的应用系统不同，就是针对不同的具体应用而设计的嵌入式系 统之间差 别也很大。嵌入式系统在兼容性方面要求不高，但是在大小，成本方面 限制较多。 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统

25、之中，软件与硬件 高度一体化的系统。嵌入式系统实际上类似于大家都熟悉的计算机BIOS的工作方式， 其具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时的和多 任务的体系。 3.2嵌入式系统特点 嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，它是以应用为中心，以计算机技术为 基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功 耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用 计算机。 嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌入式系统中的 CPU与通用型CPU的最大不同就是前者大多工作在为特定用户群设计的系统中。通常， 13 嵌入式系

26、统CPU都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由 板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。在对嵌入 式系统的硬件和软件进行设计时必须重视效率，去除冗余，针对用户的具体需求， 对系统进行合理配置，才能达到理想性能。与此同时，系统设计还受市场供求关系 的影响。嵌入式处理器的发展也体现出稳定性，一个体系一般要存在8-10年的时间。 一个体系结构及相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品合在一起， 可以构成一套复杂的知识系统。 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进 行的。因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生

27、命周期。 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯 片或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。由于嵌入式系统的运算速度和存储容 量仍然存在一定程度的限制，另外，由于大部分嵌入式系统必须具有较高的实时性， 因此对程序的质量，特别是可靠性，有着较高的要求。 嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。在设计完成以后，用 户如果需要修改其中的程序功能，也必须借助于一套开发工具和环境。 13构建驱动程序 要从理论的高度讲述如何构建驱动程序不太容易，因为硬件设备千变万化，驱 动程序的编写也大相径庭。但控制寄存器操作是驱动程序的灵魂所在。它构成了驱 动程序的基本骨架，是用户

28、程序与底层硬件的交互接口。它直接驱使硬件设备完成 指定行为，离开它，驱动程序将无法工作。所以，要想构建驱动程序必须先了解相 关的控制寄存器，了解了它，才具备了编写的基础。 不过，这还不够，还得充分了解这些寄存器的编程顺序，否则，同样无法驱动 硬件设备。必须从具体的寄存器中跳出来，从全局的高度考虑这些寄存器如何使用、 如何组合才能达到目的。寄存器有着严格的操作顺序，编写之前必须充分掌握了解， 这样会节省很多调试时间。拿到一个新的硬件设备，首先而且必须要做的工作是静 下心来仔细阅读它的数据手册，它是驱动程序的编写指南，离开了它，驱动程序就 会成为空中楼阁。 1.4 RTOS实时系统简介 前/后台系

29、统在面对复杂情形时表现的很不灵活，甚至会出现无法满足需求的 情况，虽然我们使用中断来确保时间要求很高的突发事件能够得到及时处理，但仍 然因为前/后台系统结构性的缺陷使得其在实时性上表现的很差。应用的复杂化， 更高的实时性要求使得实时操作系统（简称RTOS，Real Time Operating System） 应运而生。实时操作系统可以将复杂的应用分解成多个任务，这些任务在内部分时 运行，任务之间以优先级作为切换的根据，高优先级任务可以及时得到CPU的使用 权。这些分时运行的任务与PC系统的多线程操作类似，对用户来说，它们更像是 “同时”在运行。由于RTOS并不像前/后台系统那样顺序调用各个子

30、程序模块，高 优先级的任务可以及时得到CPU的使用权，所以RTOS提供了更短的响应时间，系统 的实时性得到了保证。 实时操作系统遵循的设计原则：采用各种算法和策略，始 终保证系统行为的可预测性，可预测性指在系统运行的任何时刻，在任何情况下， 14 实时操作系统的资源调配策略都能为争夺资源（包括CPU、内存、网络带宽）的多 个实时任务合理地分配资源，使每个实时任务在最坏情况下都要满足其实时性要求。 本文将嵌入式操作系统uCOS-II移植到ARM7处理器上，应用于电子材料试验 机的下位机软件设计，数据采集部分采用24位的CS1180AD转换芯片，多任务之间 通过消息队列来进行数据传递，提高了系统的

31、实时性，稳定性和抗干扰能力。 1.5 RTOS的优缺点 1. 便于应用系统的设计、维护和扩展，提高了代码的可重用性、可读性多任 务分解了复杂的应用，使得我们可以把系统分解成一个个相对独立的子功能模块， 这些子功能模块组合在一起形成了一个协作良好的有机整体。模块化的设计方式可 以让整个系统变得简单、直观，各模块功能单一，模块之间关系清晰、明确，模块 可重复使用，开发、维护周期大大缩短。由于整个系统由很多个模块组成，所以， 增加新功能也只是为系统再增加几个新模块而已，系统并不会受到太大地影响，系 统非常容易扩展。 2. 可裁剪，非常适于资源紧张的嵌入式系统 从应用的角度看，嵌入式设备的 最大特点就

32、是需求明确，不同的设备拥有不同的应用需求。如果某一个嵌入式设备 并不需要RTOS提供的所有功能，那么我们就可以把不需要的功能裁剪掉，这样可以 节省硬件资源，降低设备成本。 3. 实时性，所有时间要求苛刻的事件都能得到及时处理 实际上，实时性并不 是单纯的要求响应速度要快，其真正的含义应该是在规定的时间内完成必须要做的 事情，这一点对于时序要求极高的仪器设备来说尤其重要。像工业控制设备，由于 每一道工序都有着严格的操作步骤，所以这类设备必须按照既定时序，快速、准确 地发出控制指令，时序一旦发生混乱，后果不堪设想。 4. 可以帮助我们设计出稳定、可靠的应用系统 RTOS为我们提供了大量、丰富 的系

33、统功能，这些功能都经过了RTOS厂商的严格测试，因此，在它的基础上开发应 用系统将大大缩小程序错误的范围。随着时间的推移，经验的增长，你会发现在 RTOS的基础上设计出稳定、可靠的应用系统将变得越来越容易。RTOS本身还具有足 够的开放性，允许我们深入了解和掌握RTOS的内部情况，我们可以据此编写出符合 RTOS自身特点的应用系统，从而大大提高了系统的可靠性。 RTOS的缺点主要有两个：其一，使用RTOS会增加一部分硬件资源的开销，这些 硬件资源包括ROM/RAM，以及CPU负荷；其二，增加价格成本，商用的RTOS需要向 RTOS厂商支付高昂的费用，这部分费用可能会促使你放弃使用RTOS。 4

34、具体实现 4.1主流程设计 本设计的主要流程如图8所示: 传感器 flash 片子中的 读取模块 SPIA/D 液晶LCD 设置CAN节点的ID 相关读取历史 数据的模块 键盘按键 CANRS232PC 总流程图 15 图 8 主流程图 本设计思想：传感器检测到一个信号，通过 CS1180 芯片 A/D 转换进行模拟信号 到数字信号的转换，然后通过 SPI，最终把数据存入 flash，相关 读取历史数据的模块把 flash 中的数据读取出来，通过键盘判断 需要显示在液晶中的数据，键盘用来控制液晶 LCD 的显示和 CAN 节点的 ID，在多个 CAN 中选择一个，通过串口，传递给 PC 机。

35、4.2 各模块实现 下面介绍一下一些模块及一些工具的工作原理,只有明白了所有模块各自所具 的功能及能实现的任务,才能对具体模块所用到的数据做好处理。本论文只具体讲 述液晶显示及键盘操作。 421 传感器 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感 器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。压电传感器 中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。目前市场上传感器 种类丰富多样，这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既 包括最基本的变换器，也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。由于存 在这些差异，设计工程师必须尽可

36、能够补偿压力传感器的测量误差，这是保证传感 器满足设计和应用要求的重要步骤。在某些情况下，补偿还能提高传感器在应用中 的整体性能。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测 量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。 实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 本设计中所使用的压力传感器如图 9 所示： 图 9 压力传感器 16 4.2.2 CS1180 CS1180 是高精度、低功耗模数转换芯片。它负责A/D转换。其分辨率为 20bit，有效分辨率可达19 位。可以广泛使用在工艺控制、量重、液体/气体化学 分析、血液分

37、析、智能发送器、便携测量仪器领域. CS1180 主要功能特性 a. 20 位无失码、19 位有效精度模数转换器 b. 集成50Hz、60Hz 陷波（可达90dB） c. INL 小于0.0015% d. 可编程增益（1128） e. 单时钟周期准备就绪 f. 可编程模数转换（ADC）数据速率输出 g. 外接参考电压范围可以为0.1V5V h. 芯片带有校正 i. 集成兼容SPI 总线接口 j. 便携式设备 4.2.3 SPI SPI 接口的全称是“Serial Peripheral Interface“,意为串行外围接口, SPI 接口主要应用在 EEPROM, FLASH,实时时钟,AD

38、转换器,还有数字信号处理器和数字 信号解码器之间。SPI 总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使 MCU 与各种外 围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置 FLASHRAM、网络控制器、LCD 显 示驱动器、A/D 转换器和 MCU 等。SPI 总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准 外围器件直接接口，该接口一般使用 4 条线：串行时钟线（SCK） 、主机输入/从机 输出数据线 MISO、主机输出/从机输入数据线 MOST 和低电平有效的从机选择线 SS(有的 SPI 接口芯片带有中断信号线 INT、有的 SPI 接口芯片没有主机输出/从机 输入数据线 MOSI)。SPI 的通信原理很

39、简单，它以主从方式工作，这种模式通常有 一个主设备和一个或多个从设备，需要至少 4 根线，事实上 3 根也可以（单向传输 时） 。也是所有基于 SPI 的设备共有的，它们是 SDI（数据输入） ，SDO（数据输出） ， SCK（时钟） ，CS（片选） 。 （1）SDO 主设备数据输出，从设备数据输入 （2）SDI 主设备数据输入，从设备数据输出 （3）SCLK 时钟信号，由主设备产生 （4）CS 从设备使能信号，由主设备控制 其中 CS 是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号 时（高电位或低电位） ，对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个 SPI 设备成为

40、可能。 接下来就负责通讯的 3 根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道 SPI 是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是 SCK 时钟线存在 的原因，由 SCK 提供时钟脉冲，SDI，SDO 则基于此脉冲完成数据传输。数据输出 通过 SDO 线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被 读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少 8 次时钟信号的改 变（上沿和下沿为一次） ，就可以完成 8 位数据的传输。 17 要注意的是，SCK 信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在 一个基于 SPI 的设备中，至少有一个主控设备。这样传输

41、的特点：这样的传输方式 有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少 8 位数据， 而 SPI 允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为 SCK 时钟线由主控设备控制， 当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对 SCK 时钟 线的控制可以完成对通讯的控制。SPI 还是一个数据交换协议：因为 SPI 的数据输 入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的 SPI 设备的实现方 式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不 同定义，具体请参考相关器件的文档。 4.3 键盘操作 本设计所使用的键盘如图 10 所示： 图 10 键盘图片 键盘原理图如图 11 所示，引脚如图 12 所示： 图 11 4X4 键盘原理图 1