壓力測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

摘要壓力參數(shù)指標(biāo)在工業(yè)化生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，諸類(lèi)儀表中，變送器的應(yīng)用最為廣泛、普遍，變送器大體分為壓力變送器和差壓變送器。壓力測(cè)量對(duì)于保障正常的工業(yè)化生產(chǎn)有著重要的意義，對(duì)于本測(cè)控電路的設(shè)計(jì)，通過(guò)智能微壓力（差壓）變送器將物理型號(hào)變成電信號(hào)后，在經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809輸送到單片機(jī)中所進(jìn)行的硬件電路設(shè)計(jì)。通過(guò)80C51單片機(jī)的編程設(shè)計(jì)，完成對(duì)硬件電路的控制作用。ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。然后連接LED顯示器，顯示測(cè)量時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。本次課題設(shè)計(jì)最終結(jié)果是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行顯示與對(duì)比，而后輸出最終結(jié)果，并且在LED上顯示最終結(jié)果。關(guān)鍵詞：WLY-KC微壓力（差壓）變送器、ADC0809轉(zhuǎn)換器、80C51單片機(jī)、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器 目錄第一章 設(shè)計(jì)背景1一 設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容1二 壓力測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的及意義1第二章 壓力測(cè)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)2一 壓力測(cè)控系統(tǒng)的原理2二 模塊的劃分22.1模塊劃分：22.2 各模塊的具體參數(shù)32.3 LED顯示方式7第三章 程序的設(shè)計(jì)8一 程序的流程圖8二 程序代碼9第四章 仿真原理圖13一 仿真圖13結(jié)束語(yǔ)14第一章 設(shè)計(jì)背景一 設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容1.1 課程設(shè)計(jì)題目：壓力測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求：（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)壓范圍在30-150pa的壓力測(cè)控系統(tǒng)，到壓力預(yù)定值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警；（2） 利用傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為壓力源，設(shè)計(jì)一個(gè)壓力檢測(cè)系統(tǒng)；（3） 將壓力傳感器送單片機(jī)并在LED數(shù)碼顯示器上顯示壓力值；當(dāng)壓力低于30pa，黃燈閃爍，閃爍周期為1秒；當(dāng)壓力高于150pa時(shí)，紅燈閃爍；（4） 編寫(xiě)相應(yīng)的單片機(jī)程序；（5） 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)目的與意義、依據(jù)的原理、主要注意的方面。在算法和軟件的說(shuō)明中應(yīng)配有適當(dāng)?shù)牧鞒虉D、注釋、圖片或功能框圖，以便更好地說(shuō)明軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。二 壓力測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的及意義2.1 初步了解壓力測(cè)控系統(tǒng)與在工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中的廣泛應(yīng)用；2.2 壓力指標(biāo)在工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中有著重要的作用，在生產(chǎn)中保障安全的一項(xiàng)衡量指標(biāo)，所以對(duì)于壓力的測(cè)量是一項(xiàng)比較重要的過(guò)程?？傊瑝毫z測(cè)是一般生產(chǎn)過(guò)程所不可缺少的環(huán)節(jié)，只有按工藝要求保持壓力的穩(wěn)定，才能維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。所以壓力準(zhǔn)確測(cè)量在實(shí)際過(guò)程是非常重要的。第二章 壓力測(cè)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)一 壓力測(cè)控系統(tǒng)的原理1.1 壓力測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為主體，系統(tǒng)中需要壓力傳感器的輸出與A/D的連接,然后通過(guò)單片機(jī)與其他硬件連接，在LED上顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖如下圖1所示。 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元ADC0809單片機(jī)80C51大于150Pa紅燈閃爍小于30Pa黃燈閃爍顯示數(shù)字三位數(shù)碼LED顯示管壓力傳感器WLY-K-C圖1、壓力測(cè)控系統(tǒng)原理方框圖本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是選擇合適的傳感器，以及A/D轉(zhuǎn)換等根據(jù)硬件電路編程，調(diào)試出來(lái)并顯示結(jié)果。二 模塊的劃分2.1模塊劃分：（1） 傳感器元件模塊 傳感器元件主要是對(duì)壓力這樣的物理量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。（2） A/D轉(zhuǎn)換電路模塊 A/D轉(zhuǎn)換電路是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于單片機(jī)的處理。（3） 控制器處理模塊 控制器是通過(guò)51系列單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)，按照預(yù)定目的進(jìn)行處理。（4） 顯示與報(bào)告模塊 顯示與報(bào)告是對(duì)于最終輸出結(jié)果進(jìn)行直觀的表達(dá)。2.2 各模塊的具體參數(shù)（1）傳感器元件模塊 由于本次測(cè)量壓力較小，經(jīng)查閱相關(guān)資料選用北京興臥龍傳感器有限公司生產(chǎn)的微壓力（差壓）變送器采用進(jìn)口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴(yán)格精密溫 補(bǔ)償，線性補(bǔ)償， 信號(hào)放大，V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護(hù)，壓力過(guò)載限流等信號(hào)處理，將很微小的差壓，風(fēng)壓，流量等參數(shù)可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WLY-K-C微壓力（差壓）變送器 該變送器可廣泛用于石油，化工，治金，電力，輕紡，電子，醫(yī)藥，食品，環(huán)保等領(lǐng)域?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中十分微小的非腐蝕性氣體的差壓，流量，風(fēng)壓等進(jìn)行可靠的控制，是超凈廠房和鍋爐自動(dòng)化檢測(cè)的理想產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)： 型號(hào)：WLY-K-C微壓力差壓變送器 壓力形式：表壓/絕壓/負(fù)壓/差壓 量程：-100KPa-100Pa-0-100pa-1000Kpa 精度：0.3級(jí)常規(guī) 供電：1236VDC（24VDC） 輸出：4mA-20mA/0mA-10mA 1V-5V/0V-5V負(fù)載電阻：R=（U-12.5）/0.02-RD其中：U為電源電壓，RD為電纜內(nèi)阻 過(guò)載能力：200%FS 響應(yīng)時(shí)間：1ms 溫度：-2085（2）A/D轉(zhuǎn)換模塊選擇ADC0809，ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。主要特性 ：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）4）單個(gè)+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。7）低功耗，約15mW。內(nèi)部結(jié)構(gòu) ：ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 外部特性（引腳功能） ：ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一+5V。 GND：地。ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題。一是8路模擬信號(hào)通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送有定時(shí)傳送方式、查詢(xún)方式、中斷方式這三種方式。（3）控制器處理模塊80C51單片機(jī)屬于MCS-51系列單片機(jī)，由Intel公司開(kāi)發(fā)，其結(jié)構(gòu)是8048的延伸，改進(jìn)了8048的缺點(diǎn)，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、減（SUBB）、比較（PUSH）、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和5個(gè)中斷源。采用40引腳雙列直插式DIP（Dual In Line Package），內(nèi)有128個(gè)RAM單元及4K的ROM。80C51有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個(gè)串行中斷，并有4個(gè)8位并行輸入口。80C51內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于80C51的系統(tǒng)性能滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來(lái)源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來(lái)作為控制核心。單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。電源:1） VCC - 芯片電源，接+5V；2） VSS - 接地端；時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。控制線: 控制線共有4根，1） ALE/PROG: 地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編 程脈沖。2）PSEN: 外ROM讀選通信號(hào)。3） RST/VPD: 復(fù)位/備用電源。RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。4） EA/Vpp: 內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。Vpp功能： 片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。I/O線80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。（4）顯示與報(bào)告模塊發(fā)光二極管及LED顯示發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管是由半導(dǎo)體發(fā)光材料做成的PN結(jié)，只要在發(fā)光二極管兩端通過(guò)正向電流5-20mA就能達(dá)到正常發(fā)光。LED的發(fā)光顏色通常有紅、綠、黃、白，其外形和電氣圖形符號(hào)如圖2所示。單個(gè)LED通常是通過(guò)亮、滅來(lái)指示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和用快速閃爍來(lái)報(bào)警。 圖2LED顯示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)LED。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個(gè)通常是紅色的發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來(lái)顯示字符。用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：共陽(yáng)極接法把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)公共陽(yáng)極接5V。陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入高電平的則不點(diǎn)亮。共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)會(huì)共陰極接地，陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入低電平的則不點(diǎn)亮。字型共陽(yáng)極代碼共陰極代碼字型共陽(yáng)極代碼共陰極代碼 0C0H3FH990H6FH 1 F9H06HA88H77H 2 A4H5BH b83H7CH 3 B0H4FHCC6H39H 4 99H66HdA1H5EH 592H6DHE86H79H 682H7DHF 8EH71H 7F8H07H滅FFH00H880H7FH表1十六進(jìn)制數(shù)字形代碼2.3 LED顯示方式1）靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。這種顯示方法的每一位都需要有一個(gè)8位輸出口控制。靜態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了CPU的時(shí)間，提高了CPU的工作效率；缺點(diǎn)是位數(shù)較多時(shí)，所需的I/O口太多，硬件開(kāi)銷(xiāo)太大。2）動(dòng)態(tài)顯示所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。我們?cè)O(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示。第三章 程序的設(shè)計(jì)一 程序的流程圖如下圖3所示：開(kāi)始初始化采集模擬數(shù)據(jù)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)化XXX紅燈閃爍黃燈閃爍都不亮顯示 圖3 程序流程圖二 程序代碼 ORG 0000H ;程序起始地址 ORG 0003H ;中斷起始地址 LJMP INT1 MOV R0,#A0H ;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針 MOV R2,#01H ;1路計(jì)數(shù)值 SETB IT1 ;中斷初始化 SETB EA SETB EX1 MOV DPTR,#FE00H ;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOVX OPTR,A MOV TMOD,#10H ;T1工作方式為1 MOV TH1,#3CH ;設(shè)置初值 MOV TL1,#BOH ORG 001BH ;T1中斷入口 LMJP YELLOW ;跳至中斷 MOV TMOD,#01H ;T0工作方式為1 MOV TH0,#3CH ;設(shè)置初值 MOV TL0,#B0H ORG 0000H ;T0中斷入口 LJMP RED ;跳至中斷 SETB ET0 ;允許T0中斷 SETB ET1 ;允許T1中斷 SETB TR0 ;啟動(dòng)T0、T1計(jì)時(shí) SETB TR1HERE: SJMP HERE MOVX A,DPTR ;采樣數(shù)據(jù)INT1: SUBB A,#30 JNZ YELLOW ;小于0跳至yellow SUBB A,#150 JNZ SHOW ;小于150跳至SHOW JMP RED ;大于150跳至REDYELLOW:CPL P2.4 ;中斷T1取反，P1.0輸出 DJNZ NEXT1RED: CPL P2.5 ;中斷T0取反，P1.1輸出 DJNZ NEXT2NEXT1: MOV TH1,#3CH ;T1重設(shè)初值 MOV TL1,#B0H RETINEXT2: MOV TH0,#3CH ;T0重設(shè)初值 MOV TL0,#B0H RETISHOW: MOVX A,DPTR MOV B,#64 ;將100送入B DIV AB ;A除以100 MOV R0+4,A ;把百位送入R0+4 MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB MOV R0+2,A ;把十位送入R0+2 MOV R0,B ;把個(gè)位送入R0 MOV A,R0 MOV R1,#7AH ;指向顯示緩存區(qū)首地址 MOV R2,#03H ;循環(huán)次數(shù)LOOP: MOV R1,A ;將字符送入顯示緩存區(qū) INC R1 ;指向下一個(gè)顯示單元 INC R0 ;取下一個(gè)字符 INC R0 MOV A,R0 ;送入A DJNZ R2,LOOP ;R2未到3重復(fù)循環(huán)MM: LCALL DIR ;調(diào)用動(dòng)態(tài)掃描程序 SJMP MM ;重復(fù)循環(huán) END第四章 仿真原理圖一 仿真圖 如下圖4所示： 圖4 仿真圖結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)課程設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。只是獨(dú)立的講解一些芯片的結(jié)構(gòu)及用法，培養(yǎng)了我們想問(wèn)題的思維方式。以前我們想問(wèn)題時(shí)總是將一些問(wèn)題孤立出來(lái)去思考，而這次實(shí)習(xí)，他引導(dǎo)我們以多維的方式去解析整個(gè)問(wèn)題。在實(shí)習(xí)中，我們不但要理解好系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而畫(huà)出硬件