51單片機(jī)的壓力傳感器畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、 人生最大的幸福，是發(fā)現(xiàn)自己愛(ài)的人正好也愛(ài)著自己。 畢業(yè) 任務(wù)書(shū) 一、題目 　　智能壓力傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、指導(dǎo)思想和目的要求 　　1. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)職業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)專業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能 提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力 從而達(dá)到鞏固、深化所學(xué)的知識(shí)與技能； 　　2. 培養(yǎng)學(xué)生建立正確的科學(xué)思想 培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)作風(fēng)； 　　3. 培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究 收集資料 熟悉有關(guān)技術(shù)文件 鍛煉學(xué)生的科研工作能力和培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作攻關(guān)能力 三、主要技術(shù)指標(biāo) 　　1. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)職業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)專業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能 提

2、高解決實(shí)際問(wèn)題的能力 從而達(dá)到鞏固、深化所學(xué)的知識(shí)與技能； 　　2. 培養(yǎng)學(xué)生建立正確的科學(xué)思想 培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)作風(fēng)； 　　3. 培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究 收集資料 熟悉有關(guān)技術(shù)文件 鍛煉學(xué)生的科研工作能力和培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作攻關(guān)能力 三、主要技術(shù)指標(biāo) 　　本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一個(gè)智能壓力傳感器的設(shè)計(jì) 要求如下： 　　被測(cè)介質(zhì)： 氣體、液體及蒸氣 　　量程： 0Pa～500pa 　　綜合精度：0.25%FS 　　供電： 24V Dc（12～36VDC） 　　介質(zhì)溫度：-20～150℃ 　　環(huán)境溫度：-20～85℃ 　　過(guò)載能力： 150%

3、FS 　　響應(yīng)時(shí)間：≤10mS 　　穩(wěn)定性：≤0.15%FS/年 能實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)壓力值和保存參數(shù) 并能和上位機(jī)進(jìn)行通信 并具有較強(qiáng)的抗干擾能力 　　所需要完成的工作： 　　1.系統(tǒng)地掌握控制器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程 相關(guān)的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)等 進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)和功能的描述； 　　2.進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證和總體設(shè)計(jì)； 　　3.從全局考慮完成硬件和軟件資源分配和規(guī)劃 分別進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)； 　　4.進(jìn)行硬件調(diào)試 軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào)； 　　5. 查閱到15篇以上與題目相關(guān)的文獻(xiàn) 按要求格式獨(dú)立撰寫不少于15000字的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及1.5萬(wàn)（或翻譯成

4、中文后至少在3000字以上）字符以上的英文翻譯 四、進(jìn)度和要求 　　第01周----第02周：查閱相關(guān)資料 并完成英文翻譯； 　　第03周----第04周：進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查 給出系統(tǒng)詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)和功能 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證和總體設(shè)計(jì)； 　　第05周----第07周：完成硬件電路設(shè)計(jì) 并用PROTEL畫(huà)出硬件電路圖； 　　第08周----第10周：完成軟件模塊設(shè)計(jì)與調(diào)試； 　　第11周----第12周：進(jìn)行硬件調(diào)試 軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào)； 　　第13周----第14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 五、主要參考書(shū)及參考資料 　　1. 單片機(jī)原理及應(yīng)用 張?chǎng)蔚? 電

5、子工業(yè)出版社 　　2. MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 張毅剛等 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 　　3. MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) 李華等 北京航天航空大學(xué) 　　4. PROTEL2004電路原理圖及PCB設(shè)計(jì) 清源科技 機(jī)械工業(yè)出版社 5. 基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究 曹衛(wèi)芳 山東科技大 學(xué) 2005．5 　　6. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 何立民 北京航空航天大學(xué)出版社 2000 　　7. 檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張靖等 中國(guó)電力出版社 2001 摘要

6、 　　壓力是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)之一 壓力的檢測(cè)或控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行必不可少的條件 實(shí)現(xiàn)智能化壓力檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)工業(yè)過(guò)程的控制具有非常重要的意義 本設(shè)計(jì)主要通過(guò)單片機(jī)及專用芯片對(duì)傳感器所測(cè)得的模擬信號(hào)進(jìn)行處理 使其完成智能化功能 介紹了智能壓力傳感器外圍電路的硬件設(shè)計(jì) 并根據(jù)硬件進(jìn)行了軟件編程 　　本次設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)的測(cè)量與顯示 是通過(guò)壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大 送至8位A／D轉(zhuǎn)換器 然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào) 再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識(shí)別的信息 最后顯示輸出 而在顯示的過(guò)程中

7、通過(guò)鍵盤 向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令 讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài) 顯示需要的值 　　本論文根據(jù)壓力傳感器零點(diǎn)補(bǔ)償與非線性補(bǔ)償原理 設(shè)計(jì)出了測(cè)量壓力傳感器的硬件 應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)測(cè)量電路簡(jiǎn)單 成本低 應(yīng)用面廣 但是由于自身的穩(wěn)定性其測(cè)量結(jié)果仍存在誤差 　　 關(guān)鍵詞: 壓力；AT89C51單片機(jī)；壓力傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；LCD顯示； Abstract 　　Pressure is one of the important parameters in the process of industrial p

8、roduction. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives so it is very difficult to find the area in which there is no traces of singl

9、e-chip microcomputer. In this graduation design primarily through by using single-chip and dedicated chip handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor and conduct softw

10、are development to the hardware. 　　The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier the signal is amplified and transferred to the 8-bit A/D converter. Then

11、the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor and finally display output. In the course of show through the keyboard to input all kinds of data and commands i

12、nto the computer the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. 　　In addition based sensor thermal drift and nonlinearity principle this paper has designed Intelligent sensor hardware circuit and edited a C51Program.The circuit with micro-Process is

13、simple and cheap though the result has still a little error. Key words: pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LCD monitor; 目錄 第一章 緒 論 1 1.1前言 1 1.2選題的背景和意義 1 1.3智能壓力傳感器的發(fā)展方向 2 1.4本文研究的內(nèi)容 3 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1系統(tǒng)任務(wù)描述 4 2.1.1控制系統(tǒng)要求 4 2.1.2

14、主要儀器的選擇 4 2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6 2.2.1系統(tǒng)組成 6 2.2.2基于單片機(jī)的智能壓力檢測(cè)的原理 6 第三章 壓力傳感系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 3.1壓力傳感器 7 3.1.1金屬應(yīng)變片的工作原理 7 3.1.2 電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 8 3.1.3電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 8 3.1.4電橋電路的工作原理 9 3.1.5非線性誤差及溫度補(bǔ)償 10 3.2信號(hào)放大電路 11 3.2.1三運(yùn)放放大電路 11 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 12 3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)介 12 3.3.2 配置位說(shuō)明 13 3.3.3 工作時(shí)序圖 14 3.3.4 單片機(jī)對(duì)ADC0

15、832的控制原理 15 3.4 單片機(jī) 17 3.4.1 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 17 3.4.2主要特性 17 3.4.3管腳說(shuō)明 18 3.4.4振蕩器特性 19 3.4.5芯片擦除 20 3.5 液晶屏LCD簡(jiǎn)介 20 3.5.1液晶顯示器原理 20 3.5.2液晶顯示器分類 20 3.5.3字符的顯示 21 3.5.4 LM016L引腳功能說(shuō)明 21 3.6 報(bào)警模塊 22 第四章 軟件設(shè)計(jì) 23 4.1 系統(tǒng)的主程序 23 4.2 A/D轉(zhuǎn)換器的軟件設(shè)計(jì) 25 4.2.1 ADC0832芯片接口程序的編寫 25 4.3 LCD數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)

16、27 4.3.1 LM016LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表 27 第五章 PROTEUS 仿真調(diào)試 29 5.1仿真軟件了解 29 5.1.1proteus軟件介紹 29 5.1.2protuse功能和特點(diǎn) 29 5.2本次設(shè)計(jì)仿真過(guò)程 30 5.2.1 創(chuàng)建原理圖 30 5.2.2 繪制仿真原理圖 30 5.2.3 系統(tǒng)調(diào)試 31 5.2.4 開(kāi)始仿真 31 第六章 總結(jié) 33 6.1 設(shè)計(jì)總結(jié) 33 6.2展望和不足 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 附錄一 PROTEL圖 37 附錄二 源程序 38

17、 第一章 緒 論 1.1前言 在信息高速發(fā)展的今天 傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的智能化和集成化成為其發(fā)展的兩個(gè)重要方向 而傳感器檢測(cè)系統(tǒng)智能化和集成化的程度主要取決于與之相結(jié)合的微處理器的性能 具有數(shù)據(jù)處理能力 能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)抽樣、以及標(biāo)度變換功能的智能壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)和研究的熱點(diǎn) 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化技術(shù)的重要技術(shù)之一 從宇宙探索到海洋開(kāi)發(fā) 從生產(chǎn)過(guò)程的控制到現(xiàn)代文明生活 幾乎每一項(xiàng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)都離不開(kāi)傳感器 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技等各個(gè)領(lǐng)域 傳感器技術(shù)都得到

18、了廣泛的應(yīng)用 并展現(xiàn)出極其廣闊的前景 因此 許多國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)的發(fā)展十分重視 例如在日本傳感器技術(shù)被列為六大核心技術(shù)（傳感器、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和計(jì)算機(jī)）之一 并且是將傳感器列為十大技術(shù)之首；美國(guó)將90年代看作是傳感器時(shí)代 將傳感器技術(shù)列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一 我國(guó)對(duì)傳感器的研究也有二十多年的歷史并取得了很大的成就 目前 在"科學(xué)技術(shù)就是第一生產(chǎn)力"的思想指引下 各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展 傳感器技術(shù)也越來(lái)越受到各方面的重視 雖然在某些方面已趕上或者接近世界先進(jìn)水平 但是從總體來(lái)看 與國(guó)外傳感器技術(shù)的發(fā)展相比 我國(guó)對(duì)傳感器技術(shù)的研究和生產(chǎn)還比較

19、落后 現(xiàn)正處于方興未艾的階段 由于智能傳感器系統(tǒng)的研究起步較晚 其理論和實(shí)踐遠(yuǎn)未成熟 離實(shí)際應(yīng)用需求差距很大 尤其是用于壓力測(cè)量的高性能、小體積、低成本智能壓力傳感器系統(tǒng)更是有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā) 因此 研究開(kāi)發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)對(duì)于促進(jìn)信息技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展、提高設(shè)備的性能及自動(dòng)化水平具有不可低估的意義 1.2選題的背景和意義 　　近年來(lái) 隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 他的應(yīng)用在人們的工作和日常生活中越來(lái)越普遍 工業(yè)過(guò)程控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域 其中由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注 現(xiàn)在可以毫不夸張的說(shuō) 沒(méi)有微型計(jì)算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的

20、儀器 沒(méi)有微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái) 　　壓力測(cè)量對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)具有重要的意義 在工業(yè)生產(chǎn)中 為了高效、安全生產(chǎn) 必須有效控制生產(chǎn)過(guò)程中的諸如壓力、流量、溫度等主要參數(shù) 由于壓力控制在生產(chǎn)過(guò)程中起著決定性的安全作用 因此有必要準(zhǔn)確測(cè)量壓力 為了測(cè)到不同位置的壓力值 本次設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)智能壓力測(cè)量系統(tǒng) 通過(guò)壓力傳感器將需要測(cè)量的位置的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大 送至8位A／D轉(zhuǎn)換器 然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào) 再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LCD顯示器可以識(shí)別的信息 最后顯示輸出 基于單片機(jī)的智

21、能壓力檢測(cè)系統(tǒng) 選擇的單片機(jī)是基于AT89C51單片機(jī)的測(cè)量與顯示 將壓力經(jīng)過(guò)壓力傳感器變?yōu)殡娦盘?hào) 再通過(guò)三運(yùn)放放將電信號(hào)放大為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為0-5V的電壓信號(hào) 然后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 我們所采樣的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0832 ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片 其最高分辨可達(dá)256級(jí) 可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用 使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間 芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn) 以減少數(shù)據(jù)誤差 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng) 獨(dú)立的芯片使能輸入 使多器件掛接和處理器控制變的更加方便 通過(guò)

22、DI數(shù)據(jù)輸入端 可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 　　正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線 分別是CS、CLK、DO、DI 但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的 所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 　　為了提高單片機(jī)系統(tǒng)I/O口線的利用效率 利用單片機(jī)AT87C51的串行口和液晶顯示屏LM016L來(lái)顯示. 1.3智能壓力傳感器的發(fā)展方向 （1）向高智能高精度發(fā)展:隨著自動(dòng)化生產(chǎn)程度的不斷提高 對(duì)傳感器的要求也在不斷提高 必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自

23、動(dòng)化的可靠性 目前能生產(chǎn)精度在萬(wàn)分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少 其產(chǎn)最也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 （2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展:傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能 研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向 提高溫度范圍歷來(lái)是大課題 大部分傳感器其工作范圍都在一20℃~70℃ 在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在一40OC一85OC范圍 而汽車鍋爐等場(chǎng)合要求傳感器工作在一20OC~1200C 在冶煉、焦化等方面對(duì)傳感器的溫度要求更高 因此發(fā)展新興材料(如陶瓷)的傳感器將很有前途 　?。?）向微型化發(fā)展:各種控制儀器設(shè)備的功能越來(lái)越人 要求各個(gè)部件體積

24、能占位置越小越好 因而傳感器本身體積也是越小越好 這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù) 目前利用硅材料制作的傳感器體積己經(jīng)很小 如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的 體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短 而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好 　　（4）高智能化：將壓力傳感器和單片機(jī)聯(lián)系在一起 使其能夠在實(shí)際應(yīng)用中能更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)互換交流 增加儀器的數(shù)字化和智能化 1.4本文研究的內(nèi)容 研究開(kāi)發(fā)一個(gè)智能壓力傳感器 要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)是： 　　1.系統(tǒng)地掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程 相關(guān)的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)等 進(jìn)行設(shè)計(jì)

25、任務(wù)和功能的描述 　　2.進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證和總體設(shè)計(jì) 　　3.從全局考慮完成硬件和軟件資源分配和規(guī)劃 分別進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 　　4.進(jìn)行硬件調(diào)試 軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào) 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)任務(wù)描述 該系統(tǒng)的任務(wù)是能夠測(cè)量出被測(cè)物的壓力并能實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)壓力值和保存參數(shù) 并能和上位機(jī)進(jìn)行通信 并具有較強(qiáng)的抗干擾能力 2.1.1控制系統(tǒng)要求 該控制系統(tǒng)要求滿足以下幾點(diǎn)要求： 　?。?）被測(cè)介質(zhì)： 氣體、液體及蒸氣

26、 　?。?）量程： 0Pa～500pa 　?。?）綜合精度：0.25%FS 　?。?）供電： 24V Dc（12～36VDC） 　?。?）介質(zhì)溫度：-20～150℃ 　?。?）環(huán)境溫度：-20～85℃ （7）當(dāng)壓力超過(guò)一定范圍是可以報(bào)警 　?。?）能實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)壓力值和保存參數(shù) 并能和上位機(jī)進(jìn)行通信 并具有較強(qiáng)的抗干擾能力 2.1.2主要儀器的比較選擇 1、壓力傳感器的選擇 　　壓力傳感器是壓力檢測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分 由各種壓力敏感元件將被測(cè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)作輸出 給顯示儀表顯示壓力值 或供控制和報(bào)警使用 力學(xué)傳感器的種類繁多 如電阻應(yīng)

27、變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等 而電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史 由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、靈敏度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、適合靜態(tài)及動(dòng)態(tài)測(cè)量、測(cè)量精度高等諸多優(yōu)點(diǎn) 因此是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件和電阻應(yīng)變片構(gòu)成 當(dāng)彈性元件感受到物理量時(shí) 其表面產(chǎn)生應(yīng)變 粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片的電阻值將隨著彈性元件的應(yīng)變而相應(yīng)變化 通過(guò)測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化 可以用來(lái)測(cè)量各種參數(shù) 2、放大器的選擇 　　被測(cè)的非電量經(jīng)傳感器得到

28、的電信號(hào)幅度很小 無(wú)法進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 必須對(duì)這些模擬電信號(hào)進(jìn)行放大處理 為使電路簡(jiǎn)單便于調(diào)試 本設(shè)計(jì)采用三運(yùn)算放大器 因?yàn)樵诰哂休^大共模電壓的條件下 儀表放大器能夠?qū)芪⑷醯牟罘蛛妷盒盘?hào)進(jìn)行放大 并且具有很高的輸入阻抗 這些特性使其受到眾多應(yīng)用的歡迎 廣泛用于測(cè)量壓力和溫度的應(yīng)變儀電橋接口、熱電耦溫度檢測(cè)和各種低邊、高邊電流檢測(cè) 3、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 目前單片機(jī)在電子產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用 許多類型的單片機(jī)內(nèi)部已帶有A/D轉(zhuǎn)換電路 但此類單片機(jī)會(huì)比無(wú)A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)在價(jià)格上高幾元甚至很多 我們采用一個(gè)普通的單片機(jī)加上一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器 實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)

29、換的功能 這里A/D轉(zhuǎn)換器可選ADC0832、ADC0809等；串行和并行接口模式是A/D轉(zhuǎn)換器諸多分類中的一種 但卻是應(yīng)用中器件選擇的一個(gè)重要指標(biāo) 在同樣的轉(zhuǎn)換分辨率及轉(zhuǎn)換速度的前提下 不同的接口方式會(huì)對(duì)電路結(jié)構(gòu)及采用周期產(chǎn)生影響 對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的選擇我們通過(guò)比較ADC0809和ADC0832來(lái)決定 這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器都是常見(jiàn)的A/D轉(zhuǎn)換器 其中ADC0809的并行接口A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0832是串行接口A/D轉(zhuǎn)換器 我們所做的設(shè)計(jì)選擇ADC0832 A/D轉(zhuǎn)換在單片機(jī)接口中應(yīng)用廣泛 串行 A/D轉(zhuǎn)換器具有功耗低、性價(jià)比較高、芯片引腳少等特點(diǎn) 4、主控制器的選擇

30、　　單片機(jī)是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī) 在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制 需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力 較低的成本 這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別 它擁有基于復(fù)雜指令集（CISC）的單片機(jī)內(nèi)核 雖然其速度不快 12個(gè)振蕩周期才執(zhí)行一個(gè)單周期指令 但其端口結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)雙向并行口 可兼有外部并行總線 故使其擴(kuò)展性能非常強(qiáng)大 51的內(nèi)部硬件預(yù)設(shè) 可用特殊功能寄存器對(duì)其進(jìn)行編輯 2.1.3總體方案的選擇 經(jīng)過(guò)上述總結(jié) 本設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)作為控制芯片 采用電阻應(yīng)變片壓力傳感器采集壓力信號(hào) 通過(guò)壓力傳感器將采集的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào) 經(jīng)過(guò)AD

31、C0832放大處理 通過(guò)89C51在LCD屏幕上顯示壓力數(shù)據(jù) 在超過(guò)壓力限制時(shí)由蜂鳴器報(bào)警 2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.2.1系統(tǒng)組成 圖2.1 智能壓力傳感器原理方框圖 2.2.2基于單片機(jī)的智能壓力檢測(cè)的原理 本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)組成的壓力測(cè)量 系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號(hào)的輸入通道 用來(lái)采集輸入信息 壓力的測(cè)量 需要傳感器 利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后 再經(jīng)放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效處理 然后用LCD進(jìn)行顯示 　　我們這次主要做的是A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī)和顯示 我們選用的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0832 單片機(jī)為A

32、T89C51 顯示為液晶顯示LCD 根據(jù)硬件電路編程 調(diào)試出來(lái)并顯示結(jié)果 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 第三章 壓力傳感系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1壓力傳感器 3.1.1金屬應(yīng)變片的工作原理 應(yīng)變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的 應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體 是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件 它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一 電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種 金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種 通常是將應(yīng)變

33、片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上 當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí) 電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變 使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變 從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化 這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小 一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋 并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大 再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu) 其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象 俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng) 對(duì)于金屬導(dǎo)體 一段圓截面的導(dǎo)線的金屬絲 設(shè)其長(zhǎng)為L(zhǎng) 截面積為A（直徑為D） 原始電阻為 R 金屬導(dǎo)體的電阻值

34、可用下式表示： 　　 R=ρL∕A (3.1) 　　式中：ρ--金屬導(dǎo)體的電阻率（Ωcm2/m） S--導(dǎo)體的截面積（cm2） L--導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m） 　　當(dāng)金屬絲受到軸向力 F而被拉伸或壓縮產(chǎn)生形變 其電阻值會(huì)隨之變化 通過(guò)對(duì)（3.1）式兩邊取對(duì)數(shù)后再取全微分得: 　　　　　　　　　　　　　　 （3.2） 　　式中為材料軸向線應(yīng)變 且 跟據(jù)材料力學(xué) 在金屬絲單向受力狀態(tài)下 有 (3.3

35、) 式中μ為導(dǎo)體材料的泊松比 因此 有 　　　　　　　　　 (3.4) 　　試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 金屬材料電阻率的相對(duì)變化與其體的相對(duì)變化間的關(guān)系為 (3.5) 　　式中 c為常數(shù)(由一定的材料和加工方式?jīng)Q定)將式 (3.5)代入 (3.4) 且當(dāng)ΔR=R時(shí) 可得 (3.6) 　　式中 k=(1+2μ)+c(1-2μ)為金屬絲材料的應(yīng)變靈敏系數(shù) 　　上式表明 金屬材料電阻的相對(duì)變化與其線

36、應(yīng)變成正比 這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 　　電阻變化率 △R/R 的表達(dá)式為：K=ΔR/Rμ/ε 式中μ-材料的泊松系數(shù)；ε-應(yīng)變量 　　當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí) 其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化 從上式中可很容易看出 其電阻值即會(huì)發(fā)生改變 假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí) 其長(zhǎng)度增加 而截面積減少 電阻值便會(huì)增大 當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí) 長(zhǎng)度減小而截面增加 電阻值則會(huì)減小 只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓） 即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情 3.1.2 電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 　　 電阻應(yīng)變片主要由四部分組成 電阻絲是應(yīng)變片敏感元件;基片、

37、覆蓋片起定位和保護(hù)電阻絲的作用 并使電阻絲和被測(cè)試件之間絕緣;引出線用以連接測(cè)量導(dǎo)線 3.1.3電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 應(yīng)變片可以將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化 為了顯示于記錄應(yīng)變的大小 還要將電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化 因此需要有專用的測(cè)量電路 通常采用直流電橋和交流電橋 3.1.4電橋電路的工作原理 　　 由于應(yīng)變片的電橋電路的輸出信號(hào)一般比較微弱 所以目前大部分電阻應(yīng)變式傳感器的電橋輸出端與直流放大器相連 如圖3.1所示 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　圖3.1直流電橋 　　設(shè)電橋的各臂的電阻分別為R1R3R2R4

38、 它們可以全部或部分是應(yīng)變片 由于直流放大器的輸入電阻比電橋電阻大的多 因此可將電橋輸出端看成開(kāi)路 這種電橋成為電壓輸出橋 輸出電壓U0 為 　 U0= （3.7） 　　由上式可見(jiàn)：若R1R3=R2R4 則輸出電壓必為零 此時(shí)電橋處于平衡狀態(tài) 稱為平衡電橋 　　平衡電橋的平衡條件為： 　　　　　　　　　　　R1R3=R2R4 　 應(yīng)變片工作時(shí) 其電阻變化ΔR 此時(shí)有不平衡電壓輸出 （3.8） 　

39、　由式（3.8）表明：ΔR《 R1 時(shí) 電橋的輸出電壓于應(yīng)變成線性關(guān)系 若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致 即同為拉應(yīng)變活壓應(yīng)變時(shí) 輸出電壓為兩者之差 若不同時(shí) 則輸出電壓為兩者之和 若相對(duì)兩橋臂的極性一直 輸出電壓為兩者之和 反之則為兩者之差 　　電橋供電電壓U越高 輸出電壓U0 越大 但是 當(dāng)U大時(shí) 電阻應(yīng)變片通過(guò)的電流也大 若超過(guò)電阻應(yīng)變片所允許通過(guò)的最大工作電流 傳感器就會(huì)出現(xiàn)蠕變和零漂 基于這些原因可以合理的進(jìn)行溫度補(bǔ)償和提高傳感器的測(cè)量靈敏度 3.1.5非線性誤差及溫度補(bǔ)償 　　由式（3.8）的線性關(guān)系是在應(yīng)變片的參數(shù)變化很小 ΔR《 R1

40、 的情況下得出的 若應(yīng)變片承受的壓力太大 則上述假設(shè)不成立 電橋的輸出電壓應(yīng)變之間成非線性關(guān)系 在在這種情況下 用按線性關(guān)系刻度的儀表進(jìn)行測(cè)量必然帶來(lái)非線性誤差 為了消除非線性誤差 在實(shí)際應(yīng)用中 常采用半橋差動(dòng)或全橋差動(dòng)電路 如圖3.2所示 以改善非線性誤差和提高輸出靈敏度 　　 U U 　　 (a)半橋差動(dòng)電路 （b） 全橋差動(dòng)電路

41、 圖3.2 差動(dòng)電橋 　　圖3.2（a）為半橋差動(dòng)電路 在傳感器這中經(jīng)常使用這種方法 粘貼應(yīng)變片時(shí) 使兩個(gè)應(yīng)變片一個(gè)受壓 一個(gè)受拉 應(yīng)變符號(hào)相反 工作時(shí)將兩個(gè)應(yīng)變片接入電橋的相鄰兩臂 設(shè)電橋在初始時(shí)所示平衡的 且為等臂電橋 考慮到ΔR=ΔR1=ΔR2 則得半橋差動(dòng)電路的輸出電壓為 （3.9） 　　由上式可見(jiàn) 半橋差動(dòng)電路不僅可以消除非線性誤差 而且還使電橋的輸出靈敏度提高了一倍 同時(shí)還能起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔? 如果按圖3.2（

42、b）所示構(gòu)成全橋差動(dòng)電路同樣考慮到 ΔR=ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時(shí)得全橋差動(dòng)電路的輸出電壓為 　　 （3.10） 　　可見(jiàn) 全橋的電壓靈敏度比單臂工作時(shí)的靈敏度提高了4倍非線性誤差也得到了消除 同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔? 該電路也得到了廣泛的應(yīng)用 3.2信號(hào)放大電路 3.2.1三運(yùn)放放大電路 　　 本次設(shè)計(jì)的放大器采用了三運(yùn)放 因?yàn)樗哂懈吖材Ｒ种票鹊姆糯箅娐? 它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成 如圖3.3所示 3.3 三運(yùn)放高共摸抑制比放大電路 　　其

43、中AR1和AR2為兩個(gè)性能一致(主要指輸入阻抗 共模抑制比和增益)的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器 構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大輸入級(jí) AR3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí) 用來(lái)進(jìn)一步抑制AR1和AR2的共模信號(hào) 并適應(yīng)接地負(fù)載的需要 由于每個(gè)放大器求和點(diǎn)的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓 因此 整個(gè)差分輸入電壓現(xiàn)在都呈現(xiàn)在RG兩端 因?yàn)檩斎腚妷航?jīng)過(guò)放大后（在A1 和A2的輸出端）的差分電壓呈現(xiàn)在R5 RG和R6這三只電阻上 所以差分增益可以通過(guò)僅改變RG進(jìn)行調(diào)整 如果R5 ＝ R6 R1＝ R3和R2 ＝ R4 則VOUT = (VIN2－VIN1)(1＋2R5/RG)（R2/

44、R1） 　　由于RG兩端的電壓等于VIN 所以流過(guò)RG的電流等于VIN/RG 因此輸入信號(hào)將通過(guò)A1 和A2 獲得增益并得到放大 然而須注意的是對(duì)加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位 從而不會(huì)在RG上產(chǎn)生電流 由于沒(méi)有電流流過(guò)RG（也就無(wú)電流流過(guò)R5和R6） 放大器AR1 和AR2 將作為單位增益跟隨器而工作 因此 共模信號(hào)將以單位增益通過(guò)輸入緩沖器 而差分電壓將按〔1＋（2 RF/RG）〕的增益系數(shù)被放大 這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來(lái)的差分電路增大了〔1＋（2 RF/RG）〕倍 在理論上表明 得到所要求的前端增益（由RG來(lái)決

45、定） 而不增加共模增益和誤差 即差分信號(hào)將按增益成比例增加 而共模誤差則不然 所以比率〔增益（差分輸入電壓）/（共模誤差電壓）〕將增大 因此CMR理論上直接與增益成比例增加 這是一個(gè)非常有用的特性 最后 由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性 輸入放大器的共模誤差 如果它們跟蹤 將被輸出級(jí)的減法器消除 這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 能夠完成這一任務(wù)的器件稱之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器 本次設(shè)計(jì)的中A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù)字量進(jìn)行輸出 3.3.1 A/D

46、轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)介 　　本次設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器選用兩通道輸入的八位ADC0832 它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片 由于它體積小 兼容性強(qiáng) 性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎 其目前已經(jīng)有很高的普及率 ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片 其最高分辨可達(dá)256級(jí) 可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用 使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間 芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn) 以減少數(shù)據(jù)誤差 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng) 獨(dú)立的芯片使能輸入 使多器件掛接和處理器控制變得更加方便 通過(guò)DI 數(shù)

47、據(jù)輸入端 可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 有關(guān)引腳說(shuō)明如下： 　　? CS 片選使能 低電平芯片使能 　　? CH0 模擬輸入通道0 或作為IN+/-使用 　　? CH1 模擬輸入通道1 或作為IN+/-使用 　　? GND 芯片參考0電位（地） 　　? DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入 選擇通道控制 　　? DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 　　? CLK 芯片時(shí)鐘輸入 　　? Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用） 　　正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線 分別是CS、CLK、DO、DI 它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4

48、所示 圖3.4 ADC0832結(jié)構(gòu)示意圖 3.3.2 配置位說(shuō)明 　　ADC0832工作時(shí) 模擬通道的選擇及單端輸入和差分輸入的選擇 都取決于輸入時(shí)序的配置位 當(dāng)差輸入時(shí) 要分配輸入通道的極性 兩個(gè)輸入通道的任何一個(gè)通道都可作為正極或負(fù)極 ADC0832的配置位邏輯表如表3.1所示 輸入格式 配置位 選擇通道號(hào) CH0 CH1 CH0 CH1 差分 L L + - L H + - 單端 H L + - H H + - 表3.1的配置位邏輯表 　　表中"+"表示輸入通道的端點(diǎn)為正極性；"-"表示輸入端點(diǎn)為負(fù)極性H或L表示高、低電平 輸入配置位時(shí)

49、 高位（CH0）在前 低位（CH1 ）在后 3.3.3 工作時(shí)序圖 　　當(dāng) CS由高變低時(shí) 選中ADC0832 在時(shí)鐘的上升沿 DI 端的數(shù)據(jù)移入 ADC0832內(nèi)部的多路地址移位寄存器 在第一個(gè)時(shí)鐘期間 DI為高 表示啟動(dòng)位 緊接著輸入兩位配置位 當(dāng)輸入啟動(dòng)位和配置位后 選通輸入模擬通道 轉(zhuǎn)換開(kāi)始 轉(zhuǎn)換開(kāi)始后 經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期延接著在第一個(gè)時(shí)鐘周期延遲 以使選定的通道穩(wěn)定 ADC0832緊接著在第4個(gè)時(shí)鐘下降沿輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)輸出時(shí)先輸出最高位（D7～D0）輸出完轉(zhuǎn)換結(jié)果后 又以最低位開(kāi)始重新遍數(shù)據(jù)（D7～D0 ） 兩次發(fā)送的最低位共用

50、當(dāng)片選CS為高時(shí) 內(nèi)部所有寄存器清 輸出變?yōu)楦咦钁B(tài) 如果要再進(jìn)行一次模 數(shù)轉(zhuǎn)換 片選 必須再次從高向低跳變 后面再輸入啟動(dòng)位和配置位 　　 圖3.5 ADC083工作時(shí)序圖 3.3.4 單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制原理 圖3.6 ADC0832與單片機(jī)的接口電路 正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線 分別是CS、CLK、DO、DI 但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的 所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平

51、此時(shí)芯片禁用 CLK和DO/DI的電平可任意 當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí) 須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束 此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作 同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖 DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào) 在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平 表示啟始信號(hào) 在第2、3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 其功能項(xiàng)見(jiàn)表3.2 　MUX Address Channel SGL/ DIF ODD/ SIGN 0 1 1 0 + - 1 1 - + 表3.2ADC0832的功能表 　　如表3.2所

52、示 當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為"1"、"0"時(shí) 只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為"1"、"1"時(shí) 只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為"0"、"0"時(shí) 將CH0作為正輸入端IN+ CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為"0"、"1"時(shí) 將CH0作為負(fù)輸入端IN- CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入 到第3個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用 此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取 從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7 隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù) 直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0

53、一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成 也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù) 即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATD0 隨后輸出8位數(shù)據(jù) 到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成 也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束 最后將CS置高電平禁用芯片 直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了 　　作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV 如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí) 可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi) 從而提高轉(zhuǎn)換的寬度 在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí) 如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H 　　 　　 　　

54、 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 3.4 單片機(jī) 　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展 單片機(jī)的功能將更加完善 因而單片機(jī)的應(yīng)用將更加普及 它們將在智能化儀器、家電產(chǎn)品、工業(yè)過(guò)程控制等方面得到更廣泛的應(yīng)用 單片機(jī)將是智能化儀器和中、小型控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的有種微型計(jì)算機(jī) 3.4.1 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓 高性能CMOS8位微處理器 俗稱單片機(jī) 單片機(jī)的

55、可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次 該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容 由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器 AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本 如圖3.7所示 AT89C51單機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供靈活性高且廉價(jià)的方案 圖3.7AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 3.4.2主要特性 1、與MCS-51 兼容 2、4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 3、壽命：1000寫/擦循環(huán) 4、數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 5、全靜態(tài)工作：0

56、Hz-24Hz 6、三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 7、128*8位內(nèi)部RAM 8、32可編程I/O線 9、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10、5個(gè)中斷源 11、可編程串行通道 12、低功耗的閑置和掉電模式 13、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3.4.3管腳說(shuō)明 　　VCC：供電電壓 　　GND：接地 　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口 每腳可吸收8TTL門電流 當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí) 被定義為高阻輸入 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位 在FIASH編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口

57、當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0輸出原碼 此時(shí)P0外部必須被拉高 　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口 P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流 P1口管腳寫入1后 被內(nèi)部上拉為高 可用作輸入 P1口被外部下拉為低電平時(shí) 將輸出電流 這是由于內(nèi)部上拉的緣故 在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí) P1口作為第八位地址接收 　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口 P2口緩沖器可接收 輸出4個(gè)TTL門電流 當(dāng)P2口被寫"1"時(shí) 其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 且作為輸入 并因此作為輸入時(shí) P2口的管腳被外部拉低 將輸出電流 這是由于內(nèi)

58、部上拉的緣故 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2口輸出地址的高八位 在給出地址"1"時(shí) 它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì) 當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí) P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) 　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口 可接收輸出4個(gè)TTL門電流 當(dāng)P3口寫入"1"后 它們被內(nèi)部上拉為高電平 并用作輸入 作為輸入 由于外部下拉為低電平 P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故 　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口： 　　P3口

59、管腳 備選功能 　　P3.0 RXD（串行輸入口） 　　P3.1 TXD（串行輸出口） 　　P3.2 /INT0（外部中斷0） 　　P3.3 /INT1（外部中斷1） 　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） 　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） 　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） 　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) 　　RST：復(fù)位輸入 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí) 要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 　　ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) 地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)

60、在FLASH編程期間 此引腳用于輸入編程脈沖 在平時(shí) ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào) 此頻率為振蕩器頻率的1/6 因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的 然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖 如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0 此時(shí) ALE只有在執(zhí)行MOVX MOVC指令是ALE才起作用 另外 該引腳被略微拉高 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止 置位無(wú)效 　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) 在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間 每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效 但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 這兩次有效的/

61、PSEN信號(hào)將不出現(xiàn) 　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí) 則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 注意加密方式1時(shí) /EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí) 此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 在FLASH編程期間 此引腳也用于施加12V編程電源（VPP） 　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出 3.4.4振蕩器特性 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出 該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 如采用外部

62、時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件 XTAL2應(yīng)不接 有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器 因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求 但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 3.4.5芯片擦除 整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合 并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成 在芯片擦操作中 代碼陣列全被寫"1"且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前 該操作必須被執(zhí)行 此外 AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯 可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯 支持兩種軟件可選的掉電模式 在閑置模式下 CPU停止工作 但RAM 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器

63、 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作 在掉電模式下 保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器 禁止所用其他芯片功能 直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 3.5 液晶屏LCD簡(jiǎn)介 　　本次設(shè)計(jì)是利用89C51單片機(jī)串行口和一個(gè)LM016L實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示 液晶顯示器（LCD）具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、功耗小的特點(diǎn) 這類液晶模塊不僅可以顯示數(shù)字、字符 還可以顯示各種圖形符號(hào)以及少量自定義符號(hào) 并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)、文字的閃爍等功能；人機(jī)界面友好 使用操作也更加靈活、方便 使其日益成為各種儀器儀表等設(shè)備的首選 3.5.1液晶顯示器原理 　　液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性

64、通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制 有電就有顯示 這樣即可以顯示出圖形 液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn) 目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域 3.5.2液晶顯示器分類 　　液晶顯示的分類方法有很多種 通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等 除了黑白顯示外 液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等 如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分 可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static）、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（Simple Matrix）和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）三種 　　 　　 　　 3.5.3字符的顯示 　

65、　用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜 因?yàn)橐粋€(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成 既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié) 還要使每字節(jié)的不同位為"1" 其它的為"0" 為"1"的點(diǎn)亮 為"0"的不亮 這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符 但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō) 顯示字符就比較簡(jiǎn)單了 可以讓控制器工作在文本方式 根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址 設(shè)立光標(biāo) 在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可 3.5.4 LM016L引腳功能說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 8 D1 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 9

66、 D2 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 10 D3 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 11 D4 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀/寫選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 13 D6 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 14 D7 數(shù)據(jù) 表3.3：引腳接口說(shuō)明表 LMO16LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口 各引腳接口說(shuō)明如表3.3所示: 第1腳：VSS為地電源 第2腳：VDD接5V正電源 第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱 接地時(shí)對(duì)比度最高 對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生"鬼影" 使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度 第4腳：RS為寄存器選擇 高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選指令寄存器 第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作 低電平時(shí)進(jìn)行寫操作 當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址 當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào) 當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù) 第6腳：E端為使能端 當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí) 液晶模塊執(zhí)行命令 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線 LCD同