數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)

1、數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)摘要：本文介紹基于氣壓傳感器MPX4105的精密數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)氣壓傳感器MPX4105獲得與氣壓相對(duì)的模擬電壓值，并經(jīng)過(guò)電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，通過(guò)單片機(jī)對(duì)此脈沖序列的計(jì)數(shù)等處理后獲得實(shí)際的氣壓值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示。闡述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，以C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和編碼?？傮w目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 關(guān)鍵詞：氣壓傳感器，電壓/頻率轉(zhuǎn)換，單片機(jī)The Design of Numeral-barometerAbstract：Introduces a precise numerical baromet

2、er system based on MPX4105, giving the achieve-method of soft and hardware Obtain the value of analog voltage according to the air pressure via MPX4105, and convert it into numerical pulse by the voltage/frequency conversion. Recur to the take count of the pulse-sequence and relevant management by t

3、he SCM, an actual air-pressure value is obtained. On the system software design, development tools is C language, a detailed design and coding. The overall objective is to achieve system reliability, stability, security and economy.Key words: Gs pressure transducer，Voltage / frequency conversion，SCM

4、1引言1.1課題背景數(shù)字氣壓計(jì)是利用壓敏元件將待測(cè)氣壓直接變換為容易檢測(cè)、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?hào)，然后再經(jīng)過(guò)后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的一種設(shè)備。其中的核心元件就是氣壓傳感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測(cè)量等方面起著重要作用。運(yùn)用于氣壓計(jì)的氣壓傳感器基本都是依靠不同高度時(shí)的氣壓變化來(lái)獲取氣壓值的。相對(duì)比于普通的水銀氣壓計(jì)，有準(zhǔn)確易讀，易攜帶的優(yōu)點(diǎn)。氣象學(xué)研究表明，在垂直方向上氣壓隨高度增加而降低。例如在低層，每上升100m氣壓便降低10hPa；在56km的高空，高度每增加100m，氣壓便會(huì)降低7hPa；而當(dāng)高度進(jìn)一步增加時(shí)，即到910km的高空之后，高度每增加100m，氣壓便會(huì)

5、降低5hPa；同樣，若空氣中有下降氣流時(shí)，氣壓會(huì)增加；若空氣中有上升氣流時(shí)，作用于空氣柱底部的氣壓就會(huì)減小。一般把作用于單位面積上空氣柱的重量稱(chēng)為大氣壓力。數(shù)字氣壓計(jì)大量應(yīng)用在各種工礦企業(yè)，野外作業(yè)，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等等的地方。需求極為廣泛。1.2 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀常見(jiàn)氣壓計(jì)有液體氣壓計(jì)和盒式氣壓計(jì)。飛機(jī)上使用的高度計(jì)實(shí)際上是用盒式氣壓計(jì)改裝成的。常見(jiàn)的液體氣壓計(jì)有水銀氣壓計(jì)和酒精氣壓計(jì)2種，這2種都是老式的氣壓計(jì)，體積大，精度低，不方便攜帶且容易壞，當(dāng)今社會(huì)科技高速發(fā)展，各行各業(yè)不斷出現(xiàn)新技術(shù)新材料，氣壓測(cè)量這塊也是這樣，盒式氣壓計(jì)的出現(xiàn)部分的解決了液體氣壓計(jì)所無(wú)法解決的缺點(diǎn)，比如體積、方

6、便攜帶等等。人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后微電子行業(yè)發(fā)展極為迅速，各種各樣的電子傳感器被發(fā)明且被運(yùn)用到各行各業(yè)，為人們的生產(chǎn)生活創(chuàng)造了極大的便利。數(shù)字氣壓傳感器亦已出現(xiàn)，并大量被運(yùn)用，甚至現(xiàn)在很多手持設(shè)備中都已經(jīng)加入了氣壓計(jì)功能，比如手機(jī)，GPS等，方便了人們的出行旅游。目前國(guó)際國(guó)內(nèi)很多公司都推出了其數(shù)字氣壓傳感器，如摩托羅拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b另外還有華普微電子的HP03系列數(shù)字氣壓傳感器。眾多數(shù)字氣壓傳感器的出現(xiàn)使得多樣化的數(shù)字化氣壓測(cè)量裝置、用品大量出現(xiàn)，并越來(lái)越普及，精度也越來(lái)越高。數(shù)字氣壓計(jì)一般不會(huì)只有測(cè)量氣壓一種功能，一般都有其他的功能，比

7、如測(cè)溫度、指南針、碼表等等的功能。微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。微控制器誕生于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，其成本越來(lái)越低，而性能越來(lái)越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無(wú)處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。例如電機(jī)控制、條碼閱讀器掃描器、消費(fèi)類(lèi)電子、游戲設(shè)備、電話(huà)、HVAC、樓宇安全與門(mén)禁控制、工業(yè)控制與自動(dòng)化和白色家電(洗衣機(jī)、微波爐)等。本次設(shè)計(jì)也將采用微控制器作為電子氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)采集處理和控制元件。微控制器可從不同方面進(jìn)行分類(lèi)：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機(jī)；根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和Von Neumann結(jié)構(gòu)；根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲(chǔ)器的類(lèi)別

8、可分為OTP、掩膜、EPROMEEPROM和閃存Flash；根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。氣壓傳感器和微電子控制器的結(jié)合，可以創(chuàng)造出很多應(yīng)用，可以說(shuō)只要能有好的想法，一般都可以實(shí)現(xiàn)，氣壓計(jì)已經(jīng)由以前的只有專(zhuān)業(yè)場(chǎng)合專(zhuān)業(yè)人士才能使用的測(cè)量器具變成今天的隨處可見(jiàn)，方便使用的電子產(chǎn)品，并集成到眾多的電子產(chǎn)品中，都?xì)w功于電子行業(yè)技術(shù)發(fā)展和很多有創(chuàng)新精神開(kāi)發(fā)者。1.3本課題的研究意義本課題是要設(shè)計(jì)一個(gè)利用微控制和數(shù)字化氣壓傳感器為核心元件組成的電子氣壓計(jì)

9、系統(tǒng)。微控制和數(shù)字化氣壓傳感器的結(jié)合可以使得氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)更具靈活性，測(cè)量精度相對(duì)于液體氣壓計(jì)也有了顯著提高。測(cè)量結(jié)果的顯示也更直觀，并可靈活的加入超壓、低壓報(bào)警等特殊功能，以滿(mǎn)足某些特定需要。通過(guò)本次設(shè)計(jì)也較好的鍛煉了本人的動(dòng)手能力，為將來(lái)的工作打下了一定的基礎(chǔ)，同時(shí)可以充分利用課堂所學(xué)知識(shí)進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)，在運(yùn)用這些知識(shí)的過(guò)程中，加深了對(duì)這些知識(shí)的理解。由原先的機(jī)械記憶變?yōu)轭I(lǐng)會(huì)本質(zhì)。1.4 本課題相關(guān)理論綜述在設(shè)計(jì)電子氣壓計(jì)之前首先要搞清楚氣壓的定義。氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓以百帕（hPa）為單位，取一位小數(shù)。國(guó)際制單位：帕

10、斯卡，簡(jiǎn)稱(chēng)帕，符號(hào)是Pa。常用單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。表示氣壓的單位，習(xí)慣上常用水銀柱高度。例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于760毫米高的水銀柱的重量，它相當(dāng)于一平方厘米面積上承受1.0336公斤重的大氣壓力。由于各國(guó)所用的重量和長(zhǎng)度單位不同，因而氣壓?jiǎn)挝灰膊唤y(tǒng)一，這不便于對(duì)全球的氣壓進(jìn)行比較分析。因此，國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定用百帕作為氣壓?jiǎn)挝?。?jīng)過(guò)換算：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1013百帕（毫巴）1毫米水銀(汞柱）柱高4/3百帕（毫巴）1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓760mm水銀(汞柱）柱高。氣壓產(chǎn)生的原因：從分子動(dòng)理論可知，氣體的壓強(qiáng)是大量分子頻繁地碰撞容器壁而產(chǎn)生的。單個(gè)分子對(duì)容器壁的碰撞時(shí)間極短，作用是不連續(xù)的，但大量分子頻繁的碰撞

11、器壁，對(duì)器壁的作用力是持續(xù)的、均勻的，這個(gè)壓力與器壁面積的比值就是壓強(qiáng)大小。 影響壓強(qiáng)的因素：氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度 、大氣密度等有關(guān)，一般隨高度升高按指數(shù)律遞減。氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個(gè)最高值、一個(gè)最低值，分別出現(xiàn)在910時(shí)和1516時(shí)，還有一個(gè)次高值和一個(gè)次低值，分別出現(xiàn)在2122時(shí)和34時(shí)。氣壓日變化幅度較小，一般為0.10.4千帕，并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風(fēng)、天氣的好壞等關(guān)系密切，因而是重要?dú)庀笠蜃?。通常所用的氣壓?jiǎn)挝挥信?Pa)、毫米水銀柱高(mmHg)、毫巴(mb)。它們之間的換算關(guān)系為：100帕1毫巴34毫米水銀柱高。氣象

12、觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。溫度為0時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓最先由意大利科學(xué)家 托里拆利 測(cè)出。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路分析 （1） 設(shè)計(jì)方案一：采用單片機(jī)主控，通過(guò)壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)含有單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，將結(jié)果傳送到單片機(jī)控制的主控器，數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器顯示。原理框圖如圖2.1所示。顯示器單片機(jī)控制的主控制器總線單片機(jī)控制的檢測(cè)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器壓力傳感器圖2.1 方案一原理圖 （2） 設(shè)計(jì)方案二：采用集成的單片機(jī)主控，通過(guò)壓力傳感器將氣壓信號(hào)送入帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)中，以及在相關(guān)模擬分立元件的輔助下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以

13、及其它的數(shù)據(jù)處理，將處理的結(jié)果送顯示部分進(jìn)行顯示。原理框圖如圖2.2所示。氣壓傳感器顯示器微處理器89C52 圖2.2 方案二原理圖綜上所述，方案一電路雖然與方案二類(lèi)似，都較方案一調(diào)整方便、可兼顧的指標(biāo)多，但方案一利用PC機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)軟件操作，在操作運(yùn)行復(fù)雜，并且性?xún)r(jià)較底，因?yàn)楹馁M(fèi)較大，所以在實(shí)際應(yīng)用中一般不用，所以我們選擇第二種方案。設(shè)計(jì)51單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮下面4個(gè)方面的內(nèi)容。選擇合適的氣壓傳感器芯片，這要根據(jù)實(shí)際需要以及各種氣壓傳感器的性能參數(shù)來(lái)決定。選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器件，它的作用是將氣壓傳感器輸出的模擬電流或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。設(shè)計(jì)單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器件的接口電路。

14、實(shí)現(xiàn)氣壓信息采集并輸出的軟件設(shè)計(jì)。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)初始化模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)處理模塊顯示模塊圖2.3 單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由圖2.3可知，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下。測(cè)量時(shí)被測(cè)氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號(hào)不能直接交由單片機(jī)處理。因此，需要經(jīng)過(guò)V/F轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。通過(guò)單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，得到單位時(shí)間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示給用戶(hù)。2.3系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)思想通過(guò)對(duì)

15、單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對(duì)定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中我們關(guān)鍵是使單片機(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)接受傳感器的電壓值為模擬信號(hào)，它要和A/D轉(zhuǎn)換模塊的鋸齒波發(fā)生裝置發(fā)送過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)相比較，即通過(guò)P1.0和P1.1引腳進(jìn)行比較，同時(shí)開(kāi)發(fā)定時(shí)器0，當(dāng)待測(cè)模擬信號(hào)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)時(shí)，P3.6引腳信號(hào)將會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)的定時(shí)器0的值通過(guò)量綱轉(zhuǎn)化就得到了相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。2.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理

16、模塊主要是對(duì)A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，并且對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，此處理過(guò)程主要是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初值定義以及相應(yīng)的移位處理，并且把處理好的數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的緩沖區(qū)，為后面的顯示模塊作好準(zhǔn)備。2.3.3 顯示模塊用單片機(jī)芯片AT89C52的P0.0/AD0P0.7/AD7端口接數(shù)碼管的ah端，8位數(shù)碼管的S1S5通過(guò)AT89C52的P2.0P2.4端口來(lái)控制選通每個(gè)數(shù)碼管的位選端。在數(shù)據(jù)的顯示模塊中，我們采用的是LED動(dòng)態(tài)顯示的方式。其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程在上述設(shè)計(jì)思想中詳細(xì)說(shuō)明。7段數(shù)碼管選用共陽(yáng)連接方式，通過(guò)端口輸出編碼后的段碼，對(duì)應(yīng)筆畫(huà)為“高電平“時(shí)點(diǎn)亮。2.4氣壓傳感器的選擇氣壓傳感器對(duì)于

17、數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，需要綜合實(shí)際的需求和各類(lèi)氣壓傳感器的性能參數(shù)加以選擇。氣壓傳感器的主要性能參數(shù)如下。測(cè)量范圍即所能測(cè)量的大氣壓力范圍，單位為kPa。測(cè)量精度測(cè)量結(jié)果（電流或電壓）的精度。溫度補(bǔ)償范圍一般要選用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器，因?yàn)闇囟妊a(bǔ)償特性可以克服半導(dǎo)體壓力敏感器件存在的溫度漂移問(wèn)題。測(cè)量的是否是絕對(duì)氣壓值絕對(duì)氣壓值對(duì)應(yīng)的即是實(shí)際的氣壓值，顯然要實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)需要測(cè)量絕對(duì)氣壓值的氣壓傳感器。數(shù)字氣壓計(jì)顯示的是絕對(duì)氣壓值，同時(shí)為了簡(jiǎn)化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器7。經(jīng)過(guò)綜合考慮，我們選用美國(guó)摩托羅拉公司的集成壓力傳感器芯片MPX4

18、105作為氣壓傳感器。MPX4105可以產(chǎn)生于所加氣壓呈線性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓，它具有以下特點(diǎn)：供電范圍：4.855.35V，典型值為5.1V。測(cè)量范圍：15105kPa。工作溫度范圍：085。溫度補(bǔ)償范圍：-40+125。測(cè)量精度為1.7%VFSS。最低氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓VOFF為0.1840.428V，典型值為0.306V；最高氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓VOFF為4.8044.988V，典型值為4.896V；滿(mǎn)刻度輸出電壓間距VFSS的典型值為4.590V。理想的微處理器接口。2.5 A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇氣壓傳感器MPX4105輸出的是模擬電壓，因此，必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換才能交由單片機(jī)處理。關(guān)

19、于A/D轉(zhuǎn)換，其模塊的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換分辨率為10位，最多含8個(gè)輸入通道和一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器。我采用一種電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電壓的數(shù)字化處理。V/F轉(zhuǎn)換電路由V/F器件實(shí)現(xiàn)。V/F器件的作用是將輸入電壓的幅值轉(zhuǎn)換成頻率與輸入電壓幅值成正比的脈沖序列，雖然V/F器件本身還不能算做量化器，但加上定時(shí)器與計(jì)數(shù)器以后也可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。V/F器件的突出特點(diǎn)就是它能夠把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離傳送并能直接輸入單片機(jī)接口的脈沖序列。通過(guò)測(cè)試V/F的輸出頻率。可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。針對(duì)電路的實(shí)際需要，并考慮到外圍電路實(shí)現(xiàn)的難易程度和相應(yīng)的性能指標(biāo)，我選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的芯片LM

20、331來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。LM331是一款高精度電壓/頻率轉(zhuǎn)換芯片，它具有以下特點(diǎn)：最大非線性誤差為0.01%?？蓡?、雙電源供電，電壓范圍為540V。脈沖輸出可兼容任何邏輯形式。內(nèi)部具有溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，因而具有極佳的溫度穩(wěn)定性，最大溫漂為50ppm/。寬的滿(mǎn)量程頻率范圍：1Hz100KHz。2.6 三端穩(wěn)壓器本設(shè)計(jì)中的LM331工作電源采用+15V，但是單片機(jī)、MPX4105等其他芯片需要+5V供電，因此還需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的供電電路以滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的電源需求。選用摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片MC78L05作為電源電路。其輸入電壓范圍：2.624V，輸出+5V 固定電壓；具有內(nèi)部短路電路限

21、制和熱過(guò)載保護(hù)功能，無(wú)需外部元器件。2.7 數(shù)碼管顯示2.7.1 數(shù)碼管靜態(tài)顯示當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，這種顯示方式每一位都需要一個(gè)8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，當(dāng)顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。2.7.2數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位，對(duì)于顯示器的某一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。若顯示器的位數(shù)不大于8，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)I/O口，控制顯示

22、器的各位所顯示的字型也只需一個(gè)8位口。單個(gè)LED是由段發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示單元。有10個(gè)引腳，對(duì)應(yīng)于個(gè)段、1個(gè)小數(shù)點(diǎn)和2個(gè)公共端9。本設(shè)計(jì)中需要用5個(gè)LED組成顯示單元，共陰極接法，所以我們采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。2.8 系統(tǒng)配置我們以AT89C52單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過(guò)氣壓傳感器對(duì)氣壓信號(hào)的采集、控制、放大等處理完成氣壓參數(shù)的自動(dòng)獲取，以及進(jìn)行數(shù)字顯示等等。在此過(guò)程中需要利用AT89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器對(duì)其進(jìn)行度量，再使用軟件模塊對(duì)其進(jìn)行處理，即得到了A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。進(jìn)行多次A/D轉(zhuǎn)換后，我們就可以采集到一脈沖序列的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示給用戶(hù)，進(jìn)

23、而達(dá)到了我們對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。3硬件電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)之前的分析,單片機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)碼管顯示電路，它通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成，是將采集到得氣壓值通過(guò)數(shù)碼管顯示的電路。硬件電路離不開(kāi)功能性器件，因此首先來(lái)看看本數(shù)字胎壓計(jì)所采用的主要器件。3.1單片機(jī)電路部分3.1.1 主要芯片介紹89C52單片機(jī)89C52單片機(jī)的40條引腳按功能來(lái)分，可以分為3部分，電源及時(shí)鐘引腳、控制引腳和輸入/輸出引腳。如下圖3.1所示： 圖3.1 單片機(jī)引腳圖 89C52單片機(jī)引腳功能主電源及時(shí)鐘引腳此類(lèi)引腳包括電源引腳Vcc、Vss、時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。 （1）Vcc（40腳）：接+5V電源，

24、為單片機(jī)芯片提供電能。 （2）Vss（20腳）接地。 （3）XTAL1（19腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的振蕩器，可提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。 （4）XTAL2（18腳）在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸出端?？刂埔_此類(lèi)引腳包括RESET（即RSR/VPD）、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信號(hào)，有些具有復(fù)用功能。 （1）RSR/ VPD（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（REST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持為不高于0.5V的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此

25、引腳可接上備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（50.5V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 （2）ALE/PROG（30腳）：ALE為地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 （3）PSEN（29腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問(wèn)外部

26、程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或取常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期均PSEN兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 （4）EA/VPP（31腳）：EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。輸入/輸出引腳此類(lèi)引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。 （1）P0（P0.0P0.7）是一個(gè)8位三態(tài)雙向I/O口，在不訪積壓處部存儲(chǔ)器時(shí)，做通用I/O口使用，用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，

27、當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，此口為地址總路線低8位及數(shù)據(jù)總路線分時(shí)復(fù)用口，可帶8個(gè)LSTTL負(fù)載。 （2）P1（P1.0P2.7）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口（作為輸入時(shí)，口鎖存器置1），帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶4個(gè)LSTTL負(fù)載。 （3）P2（P2.0P2.7）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總路線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。 （4）P3口功能表，如下表3.1所示。表3.1 P3口功能表P3口各個(gè)位的第二功能P3口的位第二功能說(shuō)明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)射口P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5T1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)

28、輸入P3.6WR外部RAM寫(xiě)信號(hào)P3.7RD外部RAM讀信號(hào)3.2 氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路部分MPX4105壓力傳感芯片氣壓傳感器選用摩托羅拉公司生產(chǎn)地集成壓力傳感芯片MPX4105，其引腳分布如圖3.2所示。 MPX4100123456VOUT GND VCC NC NC NC圖3.2 MPX4105引腳分布圖各引腳功能說(shuō)明如下：VOUT(1腳)：電壓輸出腳。GND（2腳）：接地端。NC（4、5、6腳）：空引腳，用于芯片內(nèi)部連接，懸空不適用。LM331電壓/頻率轉(zhuǎn)換器電壓/頻率轉(zhuǎn)換器選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的高精度V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331，其引腳分布如圖3.3所示。LM33112347665CO

29、 RefCFOGNDVCCCmpInThreR/C 圖3.3 LM331引腳分布圖各引腳功能說(shuō)明如下：CO(1腳)：電流輸出腳。RefC（2腳）：基準(zhǔn)電流腳。此引腳可接一固定電阻串聯(lián)一個(gè)可變電阻器的組合，用于調(diào)整轉(zhuǎn)換增益。FO（3腳）：脈沖序列輸出腳。該序列的頻率值對(duì)應(yīng)于輸入電壓的脈沖序列。GND（4腳）：接地端。R/C（5腳）：組容網(wǎng)絡(luò)引腳。Thre（6腳）：閾值電壓腳。芯片內(nèi)部的電壓比較器會(huì)對(duì)此引腳上的電壓和7腳CmpIn上的電壓作比較。CmpIn(7腳)：比較器電壓輸入腳。需要進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過(guò)低通濾波后由此引腳輸入。VCC（8腳）：電源腳?？刹捎脝巍㈦p電源供電，輸入電壓540V。

30、MC78L05電源電路由于數(shù)字胎壓計(jì)采用的是+15V電源供電，LM331工作于+15V，但是單片機(jī)、MPX4105等其他芯片需要+5V供電，因此還需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的供電電路以滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的電源需求。電源電路選用摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片MC78L05。MC78L05具有以下特點(diǎn)：輸入電壓范圍：2.624V，輸出+5V固定電壓；具有內(nèi)部短路電路限制和熱過(guò)載保護(hù)功能；無(wú)須外部器件。其引腳分布如圖3.3所示。各引腳功能說(shuō)明如下：Vout(1腳)：+5V固定電壓輸出腳。GND(2腳)：接地端。Vin(3腳)：電壓輸入腳，可輸入的電壓范圍為2.624V。 MC78L05123Vout GND Vi

31、n 圖3.4 MC78L05引腳分布圖數(shù)字胎壓計(jì)的硬件電路可分為4個(gè)部分：氣壓傳感器、V/F轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路和電源電路。氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路的原理圖如圖3.5所示。圖3.5 基于MPX4105的數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)氣壓傳感及V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖圖3.5中，U3為氣壓傳感芯片MPX4105，它工作于+5V電壓，將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓（對(duì)應(yīng)圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為Vin），送至V/F轉(zhuǎn)換電路。電阻R5和電容C7構(gòu)成典型的去耦合濾波電路。U2為V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331，它工作于+15V電壓，此電路的設(shè)計(jì)可參考LM331的芯片資料。在此電路中，電壓Vin和輸出脈沖FO的頻率fo的轉(zhuǎn)換關(guān)系滿(mǎn)足公式（1）。Fo

32、=Kvin (1) 其中，K=, Rs=R2+R3 （2）電路中，Rt、Ct和RL的典型值分別為6.8k、0.01pf和100k，Rs由一個(gè)定值電阻R2和一個(gè)可變電路R3串聯(lián)組成，其中，R2為22k，R3的最大阻值為12k，通過(guò)可變電阻R3調(diào)節(jié)Rs的阻值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路轉(zhuǎn)換增益的調(diào)整。氣壓的變化引起Vin的變化，而Vin在滿(mǎn)刻度輸出電壓間距V內(nèi)變化，V典型值為4.590V，所以Vin變化范圍很小，那么根據(jù)fo=KVin的關(guān)系式，必須增大K值，才能提高測(cè)量的精度。fo通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)測(cè)得，該計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍為065536，500ms計(jì)數(shù)頻率1次。因此，K值的選取還要考慮到計(jì)數(shù)器的計(jì)

33、數(shù)范圍。綜合考慮之后，將K值設(shè)為2000，這樣代入式（2）計(jì)算，可知R3的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)到6.424k。圖3.5中，Cin和Rin構(gòu)成低通濾波器，濾除輸入電壓信號(hào)中的干擾脈沖。其中，Cin取0.1，Rin取100k，C的取容值為1的漏極電流小的電容。3.3 胎壓計(jì)電源與單片機(jī)電路部分?jǐn)?shù)字胎壓計(jì)的設(shè)計(jì)的電源與單片機(jī)電路原理圖如圖3.6所示。圖3.6 基于MPX4105的數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單片機(jī)電路原理圖圖3.6中，U4為電源轉(zhuǎn)換芯片MC78L05，它將+15V電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，提供單片機(jī)和氣壓傳感芯片使用。U1為單片機(jī)芯片AT89C52，工作于11.592MHz時(shí)鐘，它的P3.5腳（定時(shí)/計(jì)數(shù)

34、器1外部脈沖輸入端）和FO相連，對(duì)脈沖序列計(jì)數(shù)，以獲取頻率信息，從而轉(zhuǎn)換為氣壓值。U1的P0口和P2口是和數(shù)碼管顯示電路的接口，其中，P0口味8位段碼，P2口提供5位位碼（5位7段數(shù)碼管顯示），數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成，如圖3.7所示。圖3.7 數(shù)字顯示電路組成方塊圖數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字型重疊式；第二種是分段式；第三種是點(diǎn)陣式。目前以分段式應(yīng)用最為普遍，主要器件是七段發(fā)光二極管（LED）顯示器。它可分為兩種，一是共陽(yáng)極顯示器（發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上），另一是共陰極顯示器（發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一個(gè)公

35、共點(diǎn)上，使用時(shí)公共點(diǎn)接地）。最后給出該課題設(shè)計(jì)的完整原理圖，如下圖3.8所示： 圖3.8 電路完整原理圖3.4 pcb制作經(jīng)過(guò)前面的努力，數(shù)字胎壓計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)在本人及同組人的共同努力下已經(jīng)完成， PROTEL99SE是一個(gè)全32位的電路板設(shè)計(jì)軟件，使用該軟件可以容易地設(shè)計(jì)電路原理圖、畫(huà)元件圖、設(shè)計(jì)電路板圖、畫(huà)元件封裝圖和電路仿真。在這里主要用它來(lái)繪制電路原理圖和生成印制電路板。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下我們上面用PROTEL畫(huà)好的電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。其中，工作環(huán)境設(shè)置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜單進(jìn)行的，畫(huà)原理圖環(huán)境的設(shè)置主要

36、包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。（2）放置元件，將電氣和電子元件放置在圖紙上。（3）原理圖布線。元件一旦放置在原理圖上，不需要用導(dǎo)線將元件連接起來(lái)，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。（4）編輯和調(diào)整。編輯元件的屬性。包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。（5）檢查原理圖。使用電氣規(guī)則功能(ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報(bào)告，若有錯(cuò)誤則要根據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行改正。（6）生成網(wǎng)絡(luò)表。所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過(guò)該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的關(guān)系。（7）打印原理圖。對(duì)電路板的設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)步驟；（1）使用原理圖編輯器設(shè)計(jì)原理圖，進(jìn)

37、行電氣檢查(ERC)并生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表。（2）進(jìn)入電路板(PCB)環(huán)境，使用電路向?qū)Т_定電路板的層數(shù)、尺寸等電路板參數(shù)。（3）使用Design/Netlist菜單，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表。（4）布置元件，就是將元件合理地分布在電路板上。自動(dòng)布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己滿(mǎn)意為止。（5）完成修飾等工作，完成整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)。4軟件設(shè)計(jì)就該設(shè)計(jì)的單片機(jī)而言，它的輸入信號(hào)是具有一定頻率的脈沖序列，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器可以獲得此脈沖序列的頻率，此頻率對(duì)應(yīng)于某個(gè)氣壓值，如何將頻率換算成該氣壓值是軟件設(shè)計(jì)首先需要考慮的問(wèn)題。4.1用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)C語(yǔ)言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單的

38、語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)便件的直接操作。用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開(kāi)發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)11。其優(yōu)勢(shì)如下：（1）可以大幅度加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用C語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)。（2）無(wú)需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專(zhuān)業(yè)水平的程序。（3）可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。（4）省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語(yǔ)言中要為每一個(gè)子程序分配

39、單片機(jī)的資源。在使用C語(yǔ)言后，只要在代碼中申明一下變量的類(lèi)型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯(cuò)。（5）匯編語(yǔ)言的可移植性很差，而C語(yǔ)言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其它種類(lèi)的單片機(jī)上。（6）C語(yǔ)言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類(lèi)型，針對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及EEPROM空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，供用戶(hù)使用。并且C編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始

40、化代碼。（7）對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。正由于C語(yǔ)言在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。4.2 如何由頻率計(jì)算出氣壓值信號(hào)每一步的變換過(guò)程如下：第一步，被測(cè)氣壓經(jīng)過(guò)氣壓傳感器MPX4105轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù)MPX4105的芯片資料可知，輸出電壓VOUT和大氣壓P的關(guān)系如下VOUT=VCC(0.01P-0.09) （3）這里VCC為+5V，因此可得：VOUT=5(0.01P-0.09) （4）第二步，MPX4105的輸出電壓VOUT作為輸入電壓Vin，經(jīng)過(guò)V/F轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?duì)應(yīng)頻率fo的脈沖序列FO。Vin和FO

41、的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系如上一節(jié)的式（1）所示。綜合式（1）和式（4），根據(jù)VOUT=Vin,可得：P=+9 （5）式（5）中，fo的單位為Hz，P的單位為kPa，K為V/F轉(zhuǎn)換增益，設(shè)計(jì)中K值為2000。在軟件中，根據(jù)式（5）編程計(jì)算得到氣壓值P。程序設(shè)定如下：T0為定時(shí)器，基本的定時(shí)時(shí)基50ms。T1為計(jì)數(shù)器運(yùn)用內(nèi)部中斷0可保證T0定時(shí)滿(mǎn)500ms后就讀取此時(shí)計(jì)數(shù)器的值以計(jì)算氣壓值，使T0、T1均工作于方式1并在P0口送字型碼，同時(shí)可用P2.0P2.4提供片選碼。4.3程序流程圖單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)的程序流程如圖4.1所示。開(kāi) 始設(shè)置計(jì)時(shí)器0設(shè)置計(jì)數(shù)器1While(1);50ms定時(shí)器0服務(wù)子程序E

42、T0=0;count+;Count=10?ET0=1;TR1=1;調(diào)用顯示函數(shù)計(jì)算氣壓值TR1=0;count=0;圖4.1 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)的程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試與仿真本次設(shè)計(jì)由我和黃歡歡同學(xué)共同完成，本人主要負(fù)責(zé)硬件方面的工作，而黃歡歡同學(xué)主要負(fù)責(zé)本次設(shè)計(jì)的軟件部分。我們這個(gè)設(shè)計(jì)的仿真軟件主要講述的是Keil軟件與Proteus軟件的結(jié)合與應(yīng)用。5.1 Keil軟件介紹Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能

43、強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存儲(chǔ)器中。Keil u Vision2 ADE是Keil software公司的產(chǎn)品，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代

44、碼編寫(xiě)工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個(gè)人開(kāi)發(fā)或人數(shù)少、對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的管理還不成熟的開(kāi)發(fā)團(tuán)體。 u Vision2本身自帶項(xiàng)目管理器，其開(kāi)發(fā)流程步驟如下：開(kāi)啟u Vision2，建立工程文件并且從器件數(shù)據(jù)庫(kù)里挑選出項(xiàng)目實(shí)際使用的器件。建立一個(gè)新的源文件，并且把這個(gè)源文件添加到工程中去。為單片機(jī)添加并且設(shè)置啟動(dòng)代碼。設(shè)置硬件相關(guān)的選項(xiàng)。編譯整個(gè)工程并且生成下載到存儲(chǔ)器用的HEX文件。5.2 PROTEUS軟件介紹Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)

45、句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 對(duì)于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項(xiàng)或F12快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用debug菜單下的pause animation菜單項(xiàng)或pause鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用debug菜單下的

46、stop animation菜單項(xiàng)或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。對(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restart debugging菜單項(xiàng)命令，此時(shí)可以選擇stepover、step into和step out命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10、F11和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start / restart debuging命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。運(yùn)行proteus的ISIS程

47、序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view菜單下的捕捉對(duì)齊和system下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過(guò)工具欄中的p(從庫(kù)中選擇元件命令)命令，在pick devices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫(xiě)程序；在source菜單的Definecode generation tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在source菜單的Add/removesource files命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過(guò)debug菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。5.3 單片機(jī)調(diào)試仿真這里我們采用prote

48、us的系統(tǒng)總體執(zhí)行效果調(diào)試方法，調(diào)試單片機(jī)的供應(yīng)電源和復(fù)位電路部分。這里單片機(jī)時(shí)鐘工作在11.0592MHZ，電源電路、晶振電路和復(fù)位電路是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，應(yīng)首先保證它們的正常工作。如下圖5.1所示： 圖5.1單片機(jī)調(diào)試仿真5.4原理圖檢查調(diào)試應(yīng)用Protel軟件使用電氣規(guī)則功能(ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報(bào)告，若有錯(cuò)誤則要根據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行改正。如下圖5.2所示。 圖5.2 原理圖檢查5.5 器件連接調(diào)試電路中各器件的元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行檢查，通過(guò)該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的關(guān)系。如下圖5.3所示。 圖5.3 器件連接檢查5.6 PCB

49、檢查對(duì)于PCB圖的檢查主要從這幾個(gè)方面進(jìn)行檢查：PCB設(shè)計(jì)檢查、PCB電氣特性檢查、PCB物理特性檢查、PCB印制板的設(shè)計(jì)要求檢查、PCB導(dǎo)線圖形檢查。檢查后設(shè)計(jì)的PCB圖如下圖5.4，圖5.5（3D正面），圖5.6（3D反面）所示。圖5.4 PCB檢查圖5.5 3D圖5.6 3D6畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)6.1主要成果本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在自己的努力，同學(xué)的幫助，老師的指點(diǎn)下已全部完成，結(jié)果重要，過(guò)程也很珍貴，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了好多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，仔細(xì)認(rèn)真的想想總結(jié)一下將對(duì)自己是個(gè)質(zhì)的提升。現(xiàn)先將此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果簡(jiǎn)要匯報(bào)如下：完整的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)方案如何選擇合適的氣壓傳感器利用V/F轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)的轉(zhuǎn)換

50、所需使用的電壓轉(zhuǎn)換電路提供+5V電源低成本6.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和感謝當(dāng)畢業(yè)論文寫(xiě)到這里的時(shí)候，為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本要畫(huà)上句號(hào)了。在李博老師的耐心指導(dǎo)下，自己可謂有了一個(gè)全新的提高。畢業(yè)設(shè)計(jì)也較順利圓滿(mǎn)地完成了。此次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是“基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)”，一開(kāi)始拿到這個(gè)課題是一頭的霧水，不知道該如何的下手，也就在畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段，李老師為我們指出了此課題的大概方向和需要查閱的相關(guān)書(shū)籍以及在后面會(huì)遇到的主要問(wèn)題，可謂受益頗多。在學(xué)習(xí)了相關(guān)本次設(shè)計(jì)的知識(shí)后，我便開(kāi)始了實(shí)際的設(shè)計(jì)部分，在這個(gè)過(guò)程中遇到了相當(dāng)多的問(wèn)題和困難，比如選用什么樣的氣壓傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換芯片，傳感器電路及A/D

51、轉(zhuǎn)換和單片機(jī)的接口電路、氣壓顯示電路如何去設(shè)計(jì)等，在此要感謝李老師在此過(guò)程中給與我們的耐心指導(dǎo)。到此畢業(yè)設(shè)計(jì)就此完成。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)幾年的理論學(xué)習(xí)和這次在即將走向工作崗位的時(shí)候能將理論與實(shí)踐相結(jié)合的來(lái)鍛煉自己可謂是難得的一次提高，在此感謝學(xué)校為我們安排的這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也感謝在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中給與我極大幫助和理解的李老師和幫助過(guò)我的同學(xué)。參考文獻(xiàn)1ATMEL公司 AT89C51的技術(shù)手冊(cè)2深圳市中源單片機(jī)發(fā)展有限公司 AT89C52 DATASHEET3復(fù)旦大學(xué)出版社 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用和實(shí)驗(yàn) 張友德等4.張洪潤(rùn)等，電子線路與電子技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2005；5.王松武等，電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005；6.李建忠，單片機(jī)原理及應(yīng)用，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002；7.黃智偉等，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程，北京：電子工業(yè)出版社，2004；8.樊昌信等.通信原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001；9.單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)馬忠梅等 北京航空航天出版社 1999年10.何希才，新型集成電路及應(yīng)用實(shí)例，北京：科學(xué)出版社，200211HP