基于MPX4115的數(shù)字壓力測量儀器設(shè)計(jì)

1、大作業(yè)說明書基于MPX4115的數(shù)字壓力測量儀器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：xxx學(xué)生學(xué)號：08372專業(yè)：測控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師：程xx（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1：設(shè)計(jì)整體思想基于MPX4115的數(shù)字氣壓計(jì)包括軟硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試。軟件部分通過對C語言的學(xué)習(xí)和對單片機(jī)知識的了解，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)編寫出單片機(jī)程序。硬件部分分為四大塊，包括非電信號數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、處理以及顯示:。通過對設(shè)計(jì)的了解，選擇適合的器件，畫出原理圖。2:系統(tǒng)總體框圖硬件部分由四部分構(gòu)成，它們分別是：信息采集模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，信息處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。壓力傳感器A/D轉(zhuǎn)換器電源模塊單片機(jī)LED顯示器(二)硬件電路設(shè)計(jì)及描述1：數(shù)字壓力測量儀

2、設(shè)計(jì)意義壓力測量儀被廣泛應(yīng)用于國防領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域以及我們?nèi)粘＜彝ド钪小Ｆ渲械暮诵脑褪菈毫鞲衅?，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測量等方面起著重要作用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)字壓力測量儀采用單片機(jī)控制，具有使用方便、精度高、顯示簡單和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅提高被控氣壓的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量2：數(shù)據(jù)采集模塊的芯片選擇壓力傳感器對于系統(tǒng)至關(guān)重要，需要綜合實(shí)際的需求和各類壓力傳感器的性能參數(shù)加以選擇。一般要選用有溫度補(bǔ)償作用的壓力傳感器，因?yàn)闇囟妊a(bǔ)償特性可以克服半導(dǎo)體壓力傳感器件存在的溫度漂移問題。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的數(shù)字氣壓計(jì)顯示的是絕對氣壓值，同時為了簡化電路，

3、提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的壓力傳感器。經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用美國摩托羅拉公司的集成壓力傳感器。MPX4115可以產(chǎn)生高精度模擬輸出電壓。數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器MPX4115構(gòu)成。其中1腳是輸出信號端，輸出的是與氣壓值相對應(yīng)的模擬電壓信號。數(shù)據(jù)采集模塊的原理如圖、 數(shù)據(jù)采集模塊原理圖 MPX4115的實(shí)物圖氣壓傳感器MPX4115的原理MPX4115系列壓電電阻傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了高級的微電機(jī)技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個均衡壓力。在0-85的溫度下誤差不超過1.5%，溫度補(bǔ)償是-40-125。3：單片機(jī)控制模塊 由AT89C

4、51單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路組成AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh 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)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版

5、本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。4:A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0832 是美國國家半導(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，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。8位分辨率雙通道A/D轉(zhuǎn)換輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容5V電源供電時輸入電壓在05V之間工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32SADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，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

6、參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，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端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能

7、端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前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)見官方資料。 如資料 所示，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，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，將CH0作為負(fù)輸入端IN-

8、，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行 輸入。到第3 個脈沖的下沉之后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個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個脈沖時數(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輸入時ADC0832的輸入電壓是05

9、V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時，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。5:顯示模塊采用LED動態(tài)掃描顯示原理如下： （1）P23、P22、P21、P20輸出高電平，關(guān)閉所有數(shù)碼管； （2）顯示個位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P23送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P23送高電平； （3）顯示十位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P22送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P2

10、2送高電平； （4）顯示百位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P21送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P21送高電平； （5）顯示千位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P20送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P20送高電平。 （6）以此順序循環(huán)，把它做成子程序，在主循環(huán)中調(diào)用。 現(xiàn)已DS8為個位來討論，十、百、千為分別為DS7、DS6、DS5。 1、首先要了解的是此數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，即三極管Q16、Q15、Q14、Q13導(dǎo)通時數(shù)碼管才能點(diǎn)亮，亦即相應(yīng)的單片機(jī)P23、P22、P21、P20為低電平。 2、動態(tài)掃描顯示原理如下： （1）P23、P22、P

11、21、P20輸出高電平，關(guān)閉所有數(shù)碼管； （2）顯示個位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P23送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P23送高電平； （3）顯示十位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P22送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P22送高電平； （4）顯示百位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P21送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P21送高電平； （5）顯示千位把要顯示的數(shù)據(jù)送到P10P17，P20送低電平，延時5豪秒（時間不能太長，否則數(shù)碼管會閃爍），P20送高電平。 （6）以此順序循環(huán)，把它做成子程序，在主循環(huán)中調(diào)用6:

12、系統(tǒng)總體電路圖(三)軟件設(shè)計(jì)流程圖開始系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)采集處理讀到的數(shù)據(jù)送LED顯示結(jié)束開始初始化函數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換為壓力返回系統(tǒng)總流程圖 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖開始系統(tǒng)初始化調(diào)用壓力子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用掃描按鍵程序開始將壓力數(shù)據(jù)寫入到LED讀取壓力值顯示壓力值返回顯示流程圖 主函數(shù)流程圖主程序void main(void) while(1) unsigned int temp; float press; getdata=Adc0832(0); if(14getdata243) /當(dāng)壓力值介于15kpa到115kpa之間時，遵循線性變換 int vary=getd

13、ata;/y=(115-15)/(243-13)*X+15kpapress=(10.0/23.0)*vary)+9.3;/測試時補(bǔ)償值為9.3 temp=(int)(press*10); /放大10倍，便于后面的計(jì)算 dispbuf3=temp/1000; /取壓力值百位dispbuf2=(temp%1000)/100; /取壓力值十位dispbuf1=(temp%1000)%100)/10; /取壓力值個位dispbuf0=(temp%1000)%100)%10;/取壓力值十分位display(); LED顯示程序#define uint unsigned int#define uchar

14、unsigned char/ADC0832的引腳sbit ADCS =P20; /ADC0832 chip seclectsbit ADDI =P37; /ADC0832 k insbit ADDO =P37; /ADC0832 k outsbit ADCLK =P36; /ADC0832 clock signalunsigned char dispbitcode8=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位掃描unsigned char dispcode11=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0803072080x82,0

15、xF8,0x80,0x90,0xff; /共陽數(shù)碼管字段碼unsigned char dispbuf4;uint temp;uchar getdata; /獲取ADC轉(zhuǎn)換回來的值void delay_1ms(void) /12mhz delay 1.01ms unsigned char x,y; x=3; while(x-) y=40; while(y-); void display(void) /數(shù)碼管顯示函數(shù) char k; for(k=0;k1)&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;/控制命令結(jié)束 _nop_(); _

16、nop_(); dat=0; for(i=0;i8;i+) dat|=ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat=1; if(i=7)dat|=ADDO; for(i=0;i8;i+) j=0; j=j|ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); j=j7; ndat=ndat|j; if(i=1; ADCS=1;/拉低CS端 ADCLK=0;/拉低CLK端 ADDO=1;/拉高數(shù)據(jù)端

17、,回到初始狀態(tài) dat=8; dat|=ndat;return(dat); /return ad5. 源程序代碼： 壓力測試儀系統(tǒng)描述;輸入 15-115kPA壓力信號 輸出 00h-ffh數(shù)字信號（adc0832）080307208 在LED上顯示實(shí)際的壓力值，如果超限則報(bào)警#include #include intrins.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/ADC0832的引腳sbit ADCS =P20; /ADC0832 chip seclectsbit ADDI =P37; /ADC0832 k insbit

18、ADDO =P37; /ADC0832 k outsbit ADCLK =P36; /ADC0832 clock signal080307208unsigned char dispbitcode8=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位掃描unsigned char dispcode11=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff; /共陽數(shù)碼管字段碼unsigned char dispbuf4;uint temp;uchar getdata; /獲取ADC轉(zhuǎn)換回來的值void d

19、elay_1ms(void) /12mhz delay 1.01ms unsigned char x,y; x=3; while(x-) y=40; while(y-); void display(void) /數(shù)碼管顯示函數(shù) char k; for(k=0;k1)&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;/控制命令結(jié)束 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i8;i+) dat|=ADDO;/收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat=1; if(i=7)dat|=AD