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因此放大环节要有100倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调的（70～150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可。
由压力传感器的测量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成电阻的相对变化率ΔR/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值200Ω，灵敏系数 K为3，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000ε，则应变电阻相对变化率为：
ΔR/R = K×ε= 3×1000×10－6 =0.003 （3-1） 由式3-1可以看出电阻变化ΔR只有0.6Ω，其电阻变化率只有0.3%。这么小的电阻变化既难以直接准确地测量，又不便直接处理。所以必须采用转换电路，把应变片的ΔR/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。我们采用结合HX711芯片的放大电路，图3.8如下所示：
图3.8 HX711芯片放大电路
3.2.3 A/D模数转换
模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务的器件称之为模数转换器，简称A/D转换器。本次设计中A/D转换器的任务是将放大器输出的模拟信号转换位数字量进行输出。 （1）A/D转换模块器件选择
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目前许多类型的单片机内部已带有A/D转换电路，但此类单片机会比无A/D转换功能的单片机在价格上高出一些，为了节约成本，我们采用一个51单片机加上一个A/D转换器，实现模数转换的功能，A/D转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。目前，世界上有多种类型的A/D转换芯片，有传统的并行、串行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的应用要求。
这里A/D转换芯片可选ADC0832、ADC0809、HX711等；A/D转换芯片种类很多，最常见的属于串行和并行接口模式，接口模式是选择器件的一项重要指标。在同样的转换分辨率和转换速度的下，不同的接口方式会对电路结构及采用周期产生影响。本次设计并没有选择常见的并行接口A/D转换器ADC0809或者串行接口A/D转换器ADC0832。根据系统的精度要求以及综合的分析比较，本设计采用了24位A/D转换器HX711，芯片封装如下图3.9所示。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。降低了系统的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
图3.9 HX711封装图
（2）A/D转换芯片HX711的简介
HX711芯片采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度压力测量而设计的24 位A/D 转换器芯片。该芯片与单片机的接口电路设计和程序编写非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64，对应的满额度差分输入信号电压值分别为±20mV或±40mV。通道B 则为固定的32 增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源[8]。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。有关引脚说明如下表3.2所示：
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表3.2 HX711引脚说明
管脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
名称 VSUP BASE AVDD VFB AGND VBG INA- INA+ INB- INB+ PD_SCK DOUT XO XI RATE DVDD
性能 电源 模拟输出 电源 模拟输入 地 模拟输出 模拟输入 模拟输入 模拟输入 模拟输入 数字输入 数字输出 数字输入输出 数字输入 数字输入 电源
描述
稳压电路供电电源：2.6V~5.5V
稳压电路控制输出（不用稳压电路时为无连接） 模拟电源：2.6V~5.5V
稳压电路控制输入（不用稳压电路时为应接地） 模拟地 参考电源输出 通道A负输入端 通道A正输入端 通道B负输入端 通道B正输入端
断电控制（高电平有效）和串口时钟输入 串口数据输出
晶振输入（不用晶振时无连接）
外部时钟或晶振输入，0：使用片内振荡器 输出数据速率控制，0:10HZ；1:80HZ 数字电源：2.6V~5.5V
正常情况下HX711与单片机的接口应为2条数据线，分别是PD_SCK、DOUT。它的结构示意图如图3.10所示。
图3.10 HX711内部方框图
芯片的串口通讯线由PD_SCK 和DOUT 两端口构成，用来输出数据，选择输入通道和增益。当数据输出管脚DOUT 为高电平时，表明A/D 转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入信号PD_SCK 应为低电平。当DOUT 从高电平变低电平后，PD_SCK
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xx本科生毕业设计（论文） 应输入25 至27 个不等的时钟脉冲（图二）。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24 位数据的最高位（MSB），直至第24 个时钟脉冲完成，24 位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。第25至27 个时钟脉冲用来选择下一次A/D 转换的输入通道和增益，参见下表3.3
表3.3 输入通道和增益选择
PD_SCK脉冲数
25 26 27 输入通道
A B A
增益 128 32 64
PD_SCK 的输入时钟脉冲数不应少于25 或多于27，否则会造成串口通讯错误。当A/D 转换器的输入通道或增益改变时，A/D 转换器需要4 个数据输出周期才能稳定。DOUT 在4 个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。 （4）HX711的数据输出，输入通道和增益选择时序图如下图3.11所示。
T2:PD_SCK脉冲上升沿到DOUT数据有效 T3：PD_SCK正脉冲电平时间
T1：DOUT下降沿到PD_SCK脉冲上升沿
T4：PD_SCK正脉冲电平时间
图3.11 数据输出，输入通道和增益选择时序图
当芯片上电时，芯片内的上电自动复位电路会使芯片自动复位。管脚PD_SCK 用来控制HX711 的断电。当PD_SCK 为低电平时，芯片处于正常工作状态。断电控制图如下图3.12所示。
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图3.12 断电控制
芯片从复位或断电状态进入正常工作状态后，A/D 转换器需要4 个数据输出周期才能稳定。DOUT 在4 个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。 3.3 人机交互模块
矩阵键盘和液晶显示电路是压力检测系统与用户交互的接口，用户通过显示来观察压力大小及经过数据统计分析处理后的系统状态参数，再根据观察到的值，通过键盘对单片机进行控制。本节设计了较为合理的键盘和显示电路完成这些功能。 3.3.1 液晶显示单元
LCD12864用来显示实时压力值，液晶屏电路如图3.13所示。LCD_CS、LCD_RES、LCD_RS、LCD_SDA、LCD_SCK为液晶模块与单片机接口的控制线。CS_ZK、SCK_ZK、SO_ZK和SI_ZK为字库和单片机接口的控制线。
图3.13 12864液晶
该LCD液晶为晶联讯公司的生产的128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示模块。该显示模块既可以当成普通的图像型液晶显示模块使用，又含有JLX-GB2312 字库IC，可以从字库IC 中读取内置的字库的点阵数据写入到LCD 驱动IC 中，以达到显示汉字
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