壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計

單片機系統(tǒng)課程設(shè)計成績評定表設(shè)計課題：壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計學院名稱：電氣工程學院專業(yè)班：自動1304學生名稱：趙博學位： 201323020417指導(dǎo)教師：王黎周剛李登峰設(shè)計地點： 31-505設(shè)計時間： 2015-12-282016-01-08指導(dǎo)教師的意見：成績：簽名：年月日單片機系統(tǒng)課程設(shè)計課程設(shè)計名稱：壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班：自動1304學生名稱：趙博學位： 201323020417導(dǎo)師：王黎周剛李登峰課程設(shè)計地點： 31-505課程設(shè)計時間： 2015-12-282016-01-08單片機系統(tǒng)課程設(shè)計書。學生姓名趙博專業(yè)班自動1304學號201323020417主題壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計課題的性質(zhì)工程技術(shù)課題的來源自制指導(dǎo)教師王黎周剛李登峰主要內(nèi)容(參數(shù))利用89C51單片機設(shè)計了壓力測量系統(tǒng)的設(shè)計，功能如下用壓力傳感器把壓力轉(zhuǎn)換成電信號，用運算放大器放大信號，送到8位A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機能識別的數(shù)字信號，用單片機轉(zhuǎn)換成LED顯示器能識別的信息，最后顯示輸出此外，在顯示過程中，通過鍵盤向計算機系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和指令，將單片機控制成規(guī)定的功能狀態(tài)，并顯示必要的值。任務(wù)的要求(進展)第一至第二天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)和要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第34天：按照規(guī)定的方案設(shè)計單元電路。 單元電路圖，零件和零件參數(shù)的選擇需要依據(jù)，需要詳細敘述各單元電路的設(shè)計。第56天：軟件設(shè)計，程序編制。第78天：實驗室調(diào)試。第9-10天：編寫課程設(shè)計報告。 要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計準確、紙面合理。主要參考資料1張新年.單片機的原理、應(yīng)用和接口技術(shù)(第2版) M .北京：防衛(wèi)工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機模擬系統(tǒng)的使用說明書3閻石.數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)(第5版).北京：高等教育出版社，2006審查意見系(教室)主任簽名：年月日目錄1緒論41.1壓力檢測系統(tǒng)的概要42整體方案設(shè)計原理4基于2.1單片機的智能壓力檢測原理42.2壓力傳感器52.2.1壓力傳感器的選定52.2.2金屬電阻應(yīng)變片的工作原理52.3 A/D轉(zhuǎn)換器62.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊裝置選擇部62.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器介紹62.4單片機72.4.1 AT89C51單片機介紹72.4.2主要特性82.4.3針說明92.5單片機鍵盤上的接口技術(shù)92.5.1鍵盤的功能和結(jié)構(gòu)的概要92.5.2單片機和鍵盤的連接102.6 LED顯示接口122.6.1 LED顯示器122.6.2七級數(shù)字顯示器132.6.3LED數(shù)字代碼管靜態(tài)顯示接口143軟件設(shè)計153.1 A/D轉(zhuǎn)換器的軟件設(shè)計153.1.1創(chuàng)建ADC 0832芯片接口程序153.2單片機和鍵盤接口程序設(shè)計173.3 LED數(shù)字碼管顯示程序設(shè)計18總結(jié)21參考文獻21附錄a2附錄B231緒言1.1壓力檢測系統(tǒng)的概要壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。 壓力的檢測和控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運行的必要條件。 實現(xiàn)智能壓力測量系統(tǒng)對工業(yè)過程的控制具有非常重要的意義。 本設(shè)計主要用單片機和專用芯片處理傳感器測得的模擬信號，完成智能功能。 介紹了智能壓力傳感器外圍電路的硬件設(shè)計，并基于硬件進行了軟件編程.這次設(shè)計基于AT89C51單片機的測量和顯示。 用壓力傳感器把壓力轉(zhuǎn)換成電信號，用運算放大器放大信號，送到8位的A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機能識別的數(shù)字信號，用單片機轉(zhuǎn)換成LED顯示器能識別的信息，最后顯示輸出。 此外，在顯示過程中，通過鍵盤向計算機系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和指令，將單片機控制成規(guī)定的功能狀態(tài)，并顯示必要的值。本設(shè)計的最終結(jié)果是，對要將軟件下載到硬件上顯示的數(shù)據(jù)進行調(diào)試，當輸入的模擬信號發(fā)生了變化時，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換，LED顯示不同的數(shù)值。2整體方案設(shè)計原理2.1基于單片機的智能壓力檢測原理此次設(shè)計是用單片機構(gòu)成的壓力測量，系統(tǒng)需要把前通道作為電信號的輸入通道，來采集輸入信息。 壓力的測量需要傳感器，用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號后，放大后用A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，可以用計算機高效地處理。 然后用LED顯示，鍵盤的作用改變輸入量的系數(shù)。 其電路圖如圖1.1所示。壓力。感應(yīng)器放大器的雙曲馀弦值單片機電腦模數(shù)轉(zhuǎn)換鍵盤，鍵盤圖1.1壓力測量儀的原理框圖這次我們主要做的是A/D轉(zhuǎn)換，單片機的鍵盤和顯示，我們選的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0832，單片機是AT89C51，鍵盤是44的鍵盤，顯示是4位數(shù)字代碼通過硬件電路編程，進行調(diào)試并顯示結(jié)果。2.2壓力傳感器2.2.1壓力傳感器的選擇壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)的重要組成部分，各種壓力檢測元件將被測量壓力信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號輸出，在儀表上顯示壓力值，用于控制和警報。 力學傳感器種類多種多樣，有電阻應(yīng)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、感應(yīng)式壓力傳感器、靜電電容式壓力傳感器的諧振式壓力傳感器、靜電電容式加速度傳感器等。 電阻應(yīng)變式傳感器有著悠久的歷史。 具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、適合靜態(tài)和動態(tài)測量、測量精度高等多種優(yōu)點，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，當彈性元件感受到物理量時，其表面產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片的電阻值根據(jù)彈性元件的應(yīng)變而變化。 通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，可以測量位移加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)。2.2.2金屬電阻應(yīng)變片的工作原理應(yīng)變式壓力傳感器是將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化來進行測量的傳感器，應(yīng)變計是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體形成的電阻體，是將被測量物的應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。 這是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要構(gòu)成要素之一。外力作用于電線時，其長度和截面積發(fā)生變化，由上式可知，其電阻值發(fā)生變化，當外力作用于電線而伸長時，其長度增加，截面積減少，電阻值增大。 如果電線被外力壓縮，長度會減少，截面會增加，電阻值會減少。 如果測量電阻的變化(通常測量電阻兩端的電壓)，就可以得到應(yīng)變線的失真。2.3 A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸入通道的作用是將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 可以執(zhí)行該任務(wù)的設(shè)備被稱為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，稱為A/D轉(zhuǎn)換器。 本次設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電容并輸出。2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊的裝置選擇目前，單片機被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，在許多類型的單片機內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換電路，但這種單片機比沒有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機多得多我們采用普通的單片機和A/D轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能。 其中，A/D轉(zhuǎn)換器可選擇ADC0832、ADC0809等。 串行和并行接口模式是A/D轉(zhuǎn)換器的許多分類之一，但它是應(yīng)用中設(shè)備選擇的重要指標。 在相同的轉(zhuǎn)換分辨率和轉(zhuǎn)換速度的前提下，不同的接口方式會對電路結(jié)構(gòu)和采用周期產(chǎn)生影響。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇是通過比較ADC0809和ADC0832來確定的。 這兩個轉(zhuǎn)換器是公共A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809是并行接口A/D轉(zhuǎn)換器，而ADC0832是串行接口A/D轉(zhuǎn)換器。 我們所做的設(shè)計選擇ADC0832，A/D轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于單片機接口，串行A/D轉(zhuǎn)換器具有功耗低、性價比高、芯片引腳少等特征。2.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器介紹在這次設(shè)計中，我們的A/D轉(zhuǎn)換器選擇2通道輸入的8位ADC0832、ADC08323，是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。 體積小、兼容性強、性價比高，深受單片機愛好者和企業(yè)的歡迎，目前已有很高的普及率。 ADC0832是8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，最高分辨率達到256級，可以應(yīng)對一般模擬轉(zhuǎn)換請求。 通過其內(nèi)部電源輸入和基準電壓的復(fù)用，芯片的模擬電壓輸入在05V之間。 芯片的轉(zhuǎn)換時間僅32S，雙數(shù)據(jù)輸出作為數(shù)據(jù)檢查可以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快，穩(wěn)定性能強。 獨立芯片允許輸入，更方便多設(shè)備掛鉤和處理器控制。 在DI數(shù)據(jù)輸入側(cè)，可以容易地實現(xiàn)頻道功能的選擇。 管腳的說明如下cs芯片選擇使能、低電平芯片使能。作為ch0模擬輸入通道0或IN /-使用。作為ch1模擬輸入通道1或IN /-使用。gnd芯片參照0電位(接地)。輸入di數(shù)據(jù)信號，選擇通道控制。變換do數(shù)據(jù)信號輸出、數(shù)據(jù)輸出。clk芯片時鐘輸入。 Vcc/REF電源輸入和參考電壓輸入(多路復(fù)用)。在正常情況下，ADC0832和單片機的接口必須是4條數(shù)據(jù)線： CS、CLK、DO、DI。 其結(jié)構(gòu)圖如圖2.6所示。圖2.3 ADC0832的結(jié)構(gòu)圖2.4單片機隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機的功能更完善，單片機的應(yīng)用更為普及。 廣泛應(yīng)用于智能機器、家電產(chǎn)品、工業(yè)過程控制等。 單片機是在智能機器和中小型控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的微型計算機.2.4.1 AT89C51單片機介紹AT89C51是4K字節(jié)閃爍下可編程的可擦除只讀存儲的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，通稱單片機。 可以重復(fù)100次單片機的可擦除只讀存儲器。 該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出引腳兼容。 ATMEL的AT89C51是一個高效的微控制器，AT89C2051是一個緊湊的版本，如圖2.9所示，因為多功能的8位CPU和閃存嵌入在一個芯片中。 AT89C51單體為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活、廉價的方案。圖2.4 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)圖2.4.2主要特性MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃存壽命： 1000寫入/擦除周期數(shù)據(jù)保留期：十年全靜態(tài)動作： 0Hz-24Hz三級程序內(nèi)存鎖128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線2個16位定時器/計數(shù)器五個中斷源可編程序串行通道低功耗的空閑模式和停電模式片上振蕩器和時鐘電路2.4.3針的說明VCC :供給電壓。GND :接地。P0端口： P0端口是8位漏極級開路雙向I/O端口，每腳可吸收8TTL柵極電流。 P1端口的管腳第一次寫入時，定義為高電阻輸入。 P0能夠用于外部程序的數(shù)據(jù)存儲裝置，它定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 FIASH編程時，P0端口是源輸入端口，F(xiàn)IASH檢查時，P0輸出源，此時必須提升P0外部。P1端口： P1端口是8位雙向I/O端口，向其內(nèi)部提供上拉電阻，P1端口緩沖器可接收輸出4TTL柵極電流。 向P1端口引腳寫入1時，內(nèi)部上拉可用作輸入，P1端口在外部下拉到低電平時，輸出電流。 這是因為內(nèi)部被拉上來。 在FLASH編程和驗證中，P1端口作為第八個地址被接收。P2端口： P2端口是內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2端口緩沖器可接收，輸出4個TTL柵極電流，P2端口寫為“1”時，其引腳被內(nèi)部上拉電阻上拉，成為輸入。 因此，輸入時，P2端口的引腳被拉向外部，輸出電流。 這是因為內(nèi)部被提升了。 P2端口訪問外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2端口輸出地址的高位8位。 如果給出地址“1”，則在利用內(nèi)部上拉的優(yōu)點對外部8位地址的數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2端口輸出該特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2端口在FLASH編程和驗證時接收高位8位的地址信號和控制信號。P3端口： P3端口針腳8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O端口，可接受輸出4個TTL柵極電流。 如果P3端口寫入“1”，則在內(nèi)部被上拉到高電平，用作輸入。 作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3端口輸出電流(ILL )是為了上拉。 P3端口也可以用作AT89C51的特殊功能端口。