3 系统硬件设计 表3-5 数码管显示码
字符 dp g f e d c b a 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0
共阳笔端码
C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H
共阴笔端码
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH
图3-8 LED显示电路图
为了增强位选信号的驱动能力，将位选端口接在9012三极管的基极，使9012三极管工作在开关状态，大大提高了数码管显示的亮度。
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4 系统软件设计
4 系统软件设计
系统软件采用了模块化设计，主要包括毫秒级延时子函数、A/D数据采集子函数、数码管显示子函数和主函数。
4.1 系统主函数
在系统通电后，主程序首先完成系统初始化[15]，其中包括系统变量定义和给系统变量赋初值等，然后调用A/D采集函数，将A/D采集模块输出的24位二进制串行数据转化为十进制，接着进行调零和定标，最后分离出四位十进制数据的千位、百位、十位和个位，调用数码管显示函数，将对应的数值送到对应的数码管上进行显示。系统主函数流程图如图4-1所示。
4.2 A/D数据采集子函数
A/D数据采集子程序主要是采集压电传感器的输出小信号，前24个ADSK脉冲采集24位串行二进制数据，接下来的1～3个ADSK脉冲选择下次A/D采集的通道和增益，本设计采用1个ADSK脉冲，选择通道A，增益为128。其流程图如图4-2所示。
开始 开始 2 系统初始化 A/D端口初始化 A/D采集 4 采集24位串行数据 进制转换、调零和定标 选择下次采集通道和增益 分离千、百、十和个位 输出数据编码 数值显示 返回 图4-1 系统主函数流程图 图4-2 A/D数据采集子函数流程图
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4.3 数码管显示子函数
数码管显示程序用LED动态显示数据信息，依次扫描千位、百位、十位和个位。其流程图如图4-3所示。在延时程序中对延时时间的设置要到位，本设计中千位位选、百位位选、十位位选的延时时间为100ms。如果延时时间设置的太长，因为视觉的暂留效果，会观察到四位数码管是从左到右依次地显示，而不是同时显示。如果设置的太短，数码管亮度会变暗，不便于观察实验现象。程序中没有对个位数据延时，因为各位位选打开以后，没有立即关闭，接着执行数码管显示程序，起到了一定的延时效果。
开始 送千位数据，打开千位位选，延时 送百位数据，打开百位位选，延时 送十位数据，打开十位位选，延时 送个位数据，打开个位位选 返回 图4-3 数码管显示子函数流程图
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5 系统测试及定标
5 系统测试及定标
5.1 系统硬件测试
系统硬件调试比较简单，首先检查电路的焊接是否正确，用万用表检测电路板是否存在短路或者断路。经检测后再接上电源，用万用表测量电源部分的各个输出电压值，经调试正常后方可接到各部分电路。先按下单片机复位键将系统复位，调用数码管显示子函数显示1234，显示无误后，接上传感器和由24位串行A/D转换芯片构成的调理电路和A/D转换电路，将全部的程序烧到芯片中，观察数码管上是否显示0000，如果没有显示，即进行软件调零工作，待调零完成后，用手给传感器慢慢施加压力，看数码管上的数值是否也跟随增大，当放手后，看数码管的数值是否回到0000附近。
5.2 线性度的确定
在进行定标的过程中，依次增大砝码的质量，尽量把砝码放在传感器测试端的边沿上，使砝码的重心在传感器测试区的中心，这样得出的值比较准确。待数码管显示
值稳定后，记下显示值。 用MATLAB[16]来绘制曲线，源程序参考附录4。
5.2.1 未定标时数码管显示值
在软件设计中，如果没有加入清零程序，当没有砝码放在传感器上时，数码管显示初值为70（g）。接着依次放上10（g），20（g），40（g），50（g）??，记下数码管的示数。再通过MATLAB进行绘图，得出数码管的显示值和砝码值呈线性关系。未定标时的线性测试曲线如图5-1所示，数码管显示值如表5-1所示。
5.2.2 定标后数码管显示值
此时用最小二乘法进行拟合，最小二乘法公式为（k?[8]
n?xiyi??xi?yin?xi?2?x?i2，
b??xi?y??x?xyn?x???x?2iii22iii）从而求出k?0.763，b?64.044。最小二乘法有严格的数
学依据，尽管计算复杂，但得到的拟合直线精密度高，即误差小。接着在软件设计中加入清零程序，定标过程就完成了。定标后的校验曲线如图5-2所示，定标后数码管的显示值如表5-2所示。
5.2.3 误差分析
由于所采用的传感器灵敏度很高，如果传感器在水平方向固定的不是很好，会存在
一定的误差。另外传感器的引线也很灵敏，稍微触动一下，也会产生误差。
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