基于單片機的壓力測試儀設(shè)計

1、 成成 績績 評評 定定 表表 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 專 業(yè)測控課程設(shè)計題目基于單片機的壓 力測試儀設(shè)計 評 語 組長簽字： 成績 日期 課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)測控技術(shù)與儀器 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 課程設(shè)計題目基于單片機的壓力測試儀設(shè)計 實踐教學(xué)要求與任務(wù)實踐教學(xué)要求與任務(wù): : 電子測量技術(shù)是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。本設(shè)計是對該課程綜合 應(yīng)用能力的檢驗，在鼓勵學(xué)生熟悉基本原理的前提下，注重與實際應(yīng)用相聯(lián)系，提出 自己的方案，完善設(shè)計。 1、熟悉被測對象的測量技術(shù)工作原理； 2、提出可行設(shè)計方案； 3、根據(jù)方案設(shè)計硬件電路，應(yīng)用 protel 繪制電路原理

2、圖； 4、軟件編程并調(diào)試； 5、硬件焊接與調(diào)試； 6、完成課程設(shè)計報告。 工作計劃與進度安排工作計劃與進度安排: : 第 18 周（6 月 23 日-6 月 27 日）：布置設(shè)計任務(wù)，查資料，完成總體設(shè)計框架。 第 19 周（6 月 30 日-7 月 4 日）：完善設(shè)計內(nèi)容，焊接調(diào)試，驗收答辯。 指導(dǎo)教師： 專業(yè)負責(zé)人： 學(xué)院教學(xué)副院長： 摘要摘要 在工業(yè)生產(chǎn)控制過程中，壓力是一個很重要的參數(shù)。比如利用測量大氣壓 力來間接測量海拔高度，在工業(yè)生產(chǎn)中測量壓力參數(shù)來判斷反應(yīng)的過程，在氣 象預(yù)測中，也需要測量大氣壓力來判斷陰雨天氣等等。所有這些都需要掌握測 量壓力，所以壓力表的設(shè)計擁有廣闊的市場前景

3、。本課題就是基于此原因設(shè)計 的一個簡單壓力計。 本課程設(shè)計用 mpx4115 傳感器來檢測壓力參數(shù)，adc0808 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后， 利用 at89c52 進行數(shù)據(jù)處理后，由鍵盤設(shè)置測量量程，用發(fā)光二級管顯示當(dāng)前 測量量程送液晶顯示壓力值。 本系統(tǒng)可根據(jù)需要進行功能擴展。由于 adc0808 支持 8 路信號采集，可以 對 8 個壓力點參數(shù)進行檢測?？梢允謩釉O(shè)置采集哪一路，或者循環(huán)采集。還可 以進行壓力上下限報警。 在設(shè)計系統(tǒng)的時候，立足于界面友好性、性價比，可以在簡單壓力檢測的 時候使用。 關(guān)鍵詞：壓力測試；關(guān)鍵詞：壓力測試； 單片機；單片機； adc ；傳感器；傳感器 目目 錄錄 1.設(shè)計

4、要求.5 2.設(shè)計方案與設(shè)計原理.6 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計.6 2.2 功能介紹.6 3.元器件的識別與檢測.7 3.1 at89c52 簡介.7 3.2 adc0808 簡介.7 4.制作與調(diào)試.9 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計.9 4.2 系統(tǒng)程序整體流程圖.9 4.3 t0 中斷服務(wù)程序流程圖.10 4.4 外部中斷 int0 流程圖.10 4.5 系統(tǒng)總體框圖.11 4.6 系統(tǒng)總體仿真電路.12 4.7 軟硬件仿真調(diào)試及性能分析.13 4.8 程序代碼.13 5.設(shè)計心得.19 6 參考文獻.20 1.設(shè)計要求設(shè)計要求 本課程設(shè)計用 mpx4115 傳感器來檢測壓力參數(shù)， adc0808 進

5、行模數(shù)轉(zhuǎn) 換后，利用 at89c52 進行數(shù)據(jù)處理后 ，由鍵盤設(shè)置測量量程，用發(fā)光二級管 顯示當(dāng)量量程送液晶顯示壓力值。 數(shù)字壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種 工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、 軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹 一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。 本課程設(shè)計的數(shù)字壓力傳感器以單片機為主要部件，利用全橋測量原理，通過 對電路輸出電壓和標準壓強的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱 （v）改為壓強綱（pa）即成為一臺原始電子稱。 其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變

6、式傳感 器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，本設(shè)計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差 更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。而三運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的 模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足 a/d 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。 adc0809 的 a/d 轉(zhuǎn)換作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后 把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。并且能實 現(xiàn)數(shù)字傳感器之間的通訊，達到數(shù)據(jù)共享的目的。從而更好的滿足當(dāng)今社會的 要求。 2.設(shè)計方案與設(shè)計原理設(shè)計方案與設(shè)計原理 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計 壓力計以at89c52 為核心，進行數(shù)據(jù)的處理和顯示，并進行顯示量程的

7、切換。 壓力測量采用mpx4115，利用adc0808 實現(xiàn)a/d 轉(zhuǎn)換，由鍵盤設(shè)置量程轉(zhuǎn)換，并 且用發(fā)光二極管顯示當(dāng)前的量程。 2.2 功能介紹功能介紹 壓力計的測量量程在10kpa100kpa，精度在0.5 級。利用16x1 字符型lcd 顯示和提示操作。利用按鍵進行量程轉(zhuǎn)換。具體為xxxx kpa 和xxxx kpa 。 壓力測量使用摩托羅拉公司的mpx4115 傳感器，采集電路以此為核心，為了 克服干擾，在mpx4115 輸出電路中增加了rc 濾波電路。 mpx4115 壓力傳感器檢測的范圍是10kpa-100kpa，輸出電壓信號0.2v-4.8v。 adc0808 的參考電壓vref

8、+=5v，vref-=0v。則0v-5v）對應(yīng)（0-255），（0.2v- 4.8v） 對應(yīng)（10-246）。 本課程設(shè)計是基于 at89c52 的壓力測量裝置。有壓力傳感器測量當(dāng)前施加在傳 感器上的壓力，并通過 adc0808 芯片將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給單片 機，通過單片機將當(dāng)前的壓力值傳遞給 lcd 并且正確顯示。 本系統(tǒng)可根據(jù)需要進行功能擴展。由于adc0808 支持8 路信號采集，可以對 8 個壓力點參數(shù)進行檢測。可以手動設(shè)置采集哪一路，或者循環(huán)采集。還可以 進 行壓力上下限報警。 在設(shè)計系統(tǒng)的時候，立足于界面友好性、性價比，可以在簡單壓力檢測的時 候使用。 3.元器件的識別與

9、檢測元器件的識別與檢測 3.1 at89c52 簡介簡介 at89c52 是51 系列單片機的一個型號，它 是 atmel 公司生產(chǎn)的。 at89c52 為40 腳雙列直插封裝的8 位通用 微 處理器，采用工業(yè)標準的c51 內(nèi)核，在內(nèi)部 功能及 管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包 括對會聚主ic 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)ram 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào) 整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號ir 的接收解碼及與主板cpu 通信等。 主要管腳有： xtal1（19 腳）和xtal2（18 腳）為振蕩器輸入 輸出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（

10、9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容 組成的復(fù)位電路。vcc（40 腳）和vss（20 腳）為供電端口，分別接+5v 電源 的 正負端。p0p3 為可編程通用i/o 腳，其功能用途由軟件定義。 3.2 adc0808 簡介簡介 adc0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其 內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路 模 擬輸入信號中的一個進行a/d 轉(zhuǎn)換。adc0808是adc0809的簡化版本，功能基本 相同。一般在硬件仿真時采用adc0808進行a/d 轉(zhuǎn)換，實際使用時采用adc0809 進行a/d 轉(zhuǎn)換。 adc0808芯片有28

11、條引腳，采用雙列直插式封裝，如 右圖所示。 各引腳功能如下： 15和2628（in0in7）：8路模擬量輸入端。 8、14、15和1721：8位數(shù)字量輸出端。 22（ale）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 6（start）： ad 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns 寬） 使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動a/d 轉(zhuǎn)換）。 7（eoc）： ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高 電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 9（oe）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此 端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 10

12、（clk）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640khz。 12（vref（+）和16（vref（-）：參考電壓輸入端。 11（vcc）：主電源輸入端。 13（gnd）：地。 4.制作與調(diào)試制作與調(diào)試 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序在初始化后只進行按鍵掃描，利用定時器t0 定時5s 啟動ad 轉(zhuǎn)化，即采樣周期是5s。當(dāng)ad 轉(zhuǎn)換 完成后進入外部中斷int0 服務(wù)程序， 進行 數(shù)據(jù)的處理，刷新顯示的壓力值；當(dāng) 采用兩位量程時，若檢測到壓力值大 于等于 100，提示超過量程“over！”，需 要轉(zhuǎn)換量程。 4.2 系統(tǒng)程序整體流程圖系統(tǒng)程序整體流程圖 系統(tǒng)的整體程序流程圖如下所示：

13、 主程序在完成開機logo 顯示、壓力值初始化顯示、to 及int0 中斷初始化 后進入死循環(huán)，在循環(huán)中進行按鍵掃描，切換量程。等待t0 中斷啟動ad 轉(zhuǎn)換； 轉(zhuǎn)換完成后進入外部中斷 int0 進行數(shù)據(jù)的處理、分析、顯示。 按鍵子程序流程圖 按鍵子程序進入后首先對顯示模式進行修改，即在兩位整數(shù)和三位整數(shù)顯示 之間進行切換。若是兩位整數(shù)模式則先判斷是否超過量程（壓力值是三位數(shù)整 數(shù)），超過量程則顯示“over！”提示轉(zhuǎn)換量程。若是三位整數(shù)模式則直接刷 新數(shù)據(jù)后顯示。 4.3 t0 中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖 t0 定時器定時50ms，即每50ms 進入t0 中斷，在中斷中增加time5

14、s_count 計時器，每次進入t0 中斷后time5s_count 加1，當(dāng)加到100 后表示5s 到，清 零同時啟動 ad 轉(zhuǎn)換。 4.4 外部中斷外部中斷 int0 流程圖流程圖 外部中斷 int0 服務(wù)程序流程圖如下所示： 當(dāng)adc0808 完成ad 轉(zhuǎn)換后，eoc 變高，經(jīng)反相器后接單片機int0 口，下降 沿啟動int0 中斷。在中斷中首先讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，再進行標度換算成壓力 值，完成數(shù)據(jù)的刷新。 4.5 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖 以at89c52 為核心，外圍電路有信號采集mpx4115，ad 轉(zhuǎn)換電路adc0808、 按鍵和顯示液晶模塊?？傮w框圖如下: 壓力測量電路 壓力測

15、量使用摩托羅拉公司的 mpx4115 傳感器，采集電路以此為核心，為了 克服干擾，在 mpx4115 輸出電路中增加了 rc 濾波電路。如下圖所示： 4.6 系統(tǒng)總體仿真電路系統(tǒng)總體仿真電路 壓力計檢測系統(tǒng)在 protues 仿真的硬件電路如下所示： mpx4115 的輸出的電壓信號 0.2v-0.5v 送至 adc0808 的 0 通道，ad 轉(zhuǎn)化 后的 8 位數(shù)字信號送給單片機 p1 口，經(jīng)單片機分析處理數(shù)據(jù)后經(jīng) p0 口送液晶顯 示。 按鍵控制量程的轉(zhuǎn)換，00.00-10.00kpa 和 10.0-100.0kpa 兩個量程，顯然 整數(shù)是兩位時的現(xiàn)實精度高。紅色 led 亮表示此時的量程

16、為 00.00-10.0kpa,黃 色 led 亮表示此時的量程為 10.0-100.0kpa。 顯示界面利用 16x1 的字符型液晶 lm020l 進行顯示，相比 led 顯示能顯示 更 多的內(nèi)容，人機界面更友好，而且節(jié)省單片機硬件資源。 4.7 軟硬件仿真調(diào)試及性能分析軟硬件仿真調(diào)試及性能分析 1.數(shù)字量到壓力值的標度變換 mpx4115 壓力傳感器檢測的范圍是10kpa-100kpa，輸出電壓信號0.2v-4.8v。 adc0808 的參考電壓vref+=5v，vref-=0v。則（0v-5v）對應(yīng)（0-255）， （0.2v-4.8v）對應(yīng)（10-246）。 2.系統(tǒng)最小分辨率 即當(dāng)壓

17、力值變換了 0.424kpa 系統(tǒng)便 能檢測到。 4.8 程序代碼程序代碼 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define dataport p0 /數(shù)據(jù)端口 sbit busy=p07; sbit adc_cs=p20; sbit lcd_rs=p21; sbit lcd_rw=p22; sbit lcd_e=p23; sbit led1=p24;/兩位數(shù),xx.xx,默認兩位數(shù) sbit led2=p25;/三位數(shù),xxx.x sbit key=p26; /量程轉(zhuǎn)換 sbit a

18、dc_oe=p27; bit key_count;/量程表示，0 兩位，1 三位 uchar time5s_count; uchar press_bai; uchar press_shi; uchar press_ge; uchar press_dot1;/十分位 uchar press_dot2;/百分位 uchar k;/量程轉(zhuǎn)換的放大倍數(shù)，兩位10，三位100 uint temp; float press; uchar code str0_0=welcome! good!;/開機logo(15) uchar code str0_1=press: kpa!;/正常顯示檢測(14) ucha

19、r code str1=over!;/超過了滿量程 void delay(uchar x) uchar y,z; for(y=x;y0;y-) for(z=110;z0;z-); /*=注意：后8 個字符的地址是從80+40 開始的=*/ /檢測lcd 忙函數(shù) void check_busy() do dataport=0xff; lcd_rs=0; lcd_rw=1; lcd_e=0; lcd_e=0;/相當(dāng)于_nop_() lcd_e=1; while(busy=1); /lcd 寫命令 void write_com(uchar com) dataport=com; lcd_rs=0;/命

20、令 lcd_rw=0;/寫 lcd_e=0; check_busy();/判斷l(xiāng)cd 是否忙碌 lcd_e=1; delay(1); /lcd_e=0; /lcd 寫數(shù)據(jù) void write_data(uchar date) dataport=date; lcd_rs=1;/數(shù)據(jù) lcd_rw=0;/寫 lcd_e=0; check_busy(); lcd_e=1; delay(1); /寫顯示一個字符函數(shù) void write_number(uchar dat,uchar add)/形參：顯示數(shù)據(jù)，顯示地址 write_com(0x80+add);/顯示數(shù)據(jù)的地址 write_data(0

21、x30+dat); /送數(shù)字ascii 碼 void disp_init() uchar i; adc_oe=0; write_com(0x01);/清屏并光標復(fù)位 write_com(0x30);/設(shè)置8 位、2 行、5*7 點陣 /write_com(0x0f);/顯示開，允許閃爍 write_com(0x0c);/光標不顯示，不閃爍 write_com(0x14);/文字不動，光標自動右移 write_com(0x80);/顯示起始地址 for(i=0;i15;i+)/開機logo write_data(str0_0i);/顯示welcome! good! for(i=0;i100;i+

22、)/開機logo 延時時間 delay(100); write_com(0x01);/清屏并光標復(fù)位 write_com(0x80);/顯示的起始地址 for(i=0;i=100)/超過了滿量程，顯示over! write_com(0x80+6);/顯示的起始地址 for(i=0;i=100)/超過了滿量程，顯示over! write_com(0x80+6);/顯示的起始地址 for(i=0;i5;i+) write_data(str1i);/“over！” else temp=(uint)(press*k);/放大100 倍，便于求小數(shù) press_shi=(uchar)(temp/1000

23、); /取壓力值百位 press_ge=(uchar)(temp%1000)/100); /取壓力值十位 press_dot1=(uchar)(temp%1000)%100)/10); /取壓力值十分位 press_dot2=(uchar)(temp%1000)%100)%10); /取壓力值百分位 /刷新顯示的壓力數(shù)據(jù) write_number(press_shi,6);/壓力值 write_number(press_ge,7); write_number(press_dot1,9); write_number(press_dot2,10); else/key_count=0,三位顯示 te

24、mp=(uint)(press*k);/放大10 倍，便于求小數(shù) press_bai=(uchar)(temp/1000); /取壓力值百位 press_shi=(uchar)(temp%1000)/100); /取壓力值十位 press_ge=(uchar)(temp%1000)%100)/10); /取壓力值個位 press_dot1=(uchar)(temp%1000)%100)%10);/取壓力值十分位 /刷新顯示的壓力數(shù)據(jù) write_number(press_bai,6);/壓力值 write_number(press_shi,7); write_number(press_ge,8

25、); write_number(press_dot1,10); 5.設(shè)計心得設(shè)計心得 這次課程設(shè)計經(jīng)歷了一周的時間，其中遇到了許多的麻煩和困難，但是都 一一解決 了，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，我又學(xué)到了許多新的知識，而且這 些知識都是在書本中的抽象理論中很難明白的，必須在工程實際應(yīng)用才能夠有 切身的體會。 在確定課題后，設(shè)計有要求量程切換，這是在以前書本中都不曾提過的應(yīng) 用，我們根據(jù)現(xiàn)實生活中，和在實驗室接觸的儀表中，將量程切換定義為：小 量程（xxxx）現(xiàn)實到小數(shù)點百分位，大量程（xxx.x） ，雖然整數(shù)可以顯示到 百位，但是只能夠顯示到小數(shù)點十分位，這樣就沒有小量程顯示準確了。在按 鍵子程序中要達到量程轉(zhuǎn)換的目的，定義一個位變量，key_count，每次按鍵后， key_count 先取反，再判斷 key_count 的值，若是 0 表示的是兩位整數(shù)顯示模 式，1