參考分析講稿

引 緒 相關技術和基礎理論介 肺活 A/D轉換 A/D轉換的基本原 串口通 MAX232串行通信 系統(tǒng)設計方案及原 總體方 系統(tǒng)原 軟件設 誤差與干擾分 實現(xiàn)功能與結 總 謝 參考文 附 附錄1：系統(tǒng)PCB 附錄2：系統(tǒng)源程 CSCS下降沿后，再等待兩個內部時鐘上升輸出到DATAOUT端上。D4、D3)4I/OCLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。個內部時鐘周期的A/D轉換。8I/OCLOCK后，CS必須為高I/OCLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個內部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉換工作CSI/OCLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控I/OCS為高時出現(xiàn)一次有效低電平，則將使上位機顯示界面誤差與干擾7.實現(xiàn)功能與結論8氣體流量，而氣體壓力傳感器的話也有很多。本文中使用的氣體壓力傳感器MPX2010DP，這種集成度高，精確度高，且減少了成本。總體而言，該系統(tǒng)通體壓力傳感器信號，傳遞給單片機進行處理，計算出測量時間內的氣體流量按PC機要求傳輸給它?？蓪崿F(xiàn)快速、準確測量-6因此『運動』成為全民所關心的重大議題。運動的提出必然帶動體質測量儀目前國內一般使用氣體壓力傳感器來設計肺活量測量儀,同時也有通體流量傳量測量儀由于使用了價格較低的MPX2010DP氣體壓力傳感器及單片機,并且可通過RS232緒場上的肺活量測量儀功能各有，價格差異也較大。從價格和功能上比較，國內和國透明塑料桶（如裝金龍魚食用油的塑料桶，5升；或鮮橙多塑料瓶，2升）60~80長的其原理為：肺活量是指一次深吸氣后的最大呼出的氣體容積。由于呼出的氣體相關技術和基礎理論2500毫升。壯年人的肺活量最大，幼年和老年人較小。健康狀況愈好的人肺活減小。因此，肺活量明顯減小是限制性通氣的表現(xiàn)。由于肺活量的測定方法簡單，間肺活量就是最大吸氣后用力作最快速度呼氣，直至呼完為止。同時分別記錄第1、2、383%、96%99%?；挤巫枞苑尾考膊≌咄枰?～6秒或時間才能呼出全部肺活量；呼吸運動受限的許多病理狀直空氣柱的重量。氣象上使用的所有氣壓表的刻度均應以hPa分度。在標準條件下，760mmHg1032.25hPa。壓阻式氣壓傳感器的原理是大氣壓作用于覆蓋有抽上大多是連續(xù)變化的物理量，即模擬量。比如用計算機對、的飛行過程進行監(jiān)字量，這個過程叫擬／數(shù)字轉換，完成這種轉換的裝置則被稱為模／數(shù)轉換器（ogtoDigitalConverterA/DADCA/D計算機應用于生產過程、科學實驗和軍事系統(tǒng)以實現(xiàn)更有效的自動控制的必 少的A/D

算機控制系統(tǒng)設計A/D轉換器是指將模擬電壓信號進行量化、編碼，轉換為ｎ位二進制數(shù)量信號的電根據A/D轉換原理和特點的不同，可將ADC大類：直接ADCADC。直接ADC是將模擬電壓直轉換成數(shù)字代碼， 逐次近式AD、計數(shù)式ADC、并行轉換式ADC等；間接AC是將模擬電壓先成中間變量，如脈沖周期、脈沖頻率、 ADC、雙積分式ADC等。A/D轉換的基ADC電路中實現(xiàn)。(1)采樣過

采樣就是周期性地讀出或者測量一種連續(xù)信號。測 周期稱為采樣周期Ts，采

=1/Ts，Ts稱為采樣采樣定理

，直至進為使采樣輸出信號fs(t)能完全恢復連續(xù)信號f(t)，包含任何干擾在內信號f(t)的高有效頻率―― 斯特頻率fH必須于采樣頻率fs的半；或者采樣率 少是信號頻率fH的兩倍。用如下公式表示叫做混疊(alias)。出現(xiàn) 頻偏差(liasfrequency)是輸入信號的頻率和最因為二進制代碼的位數(shù)是有限的，只能代表有限個信號電平，故在編碼 算機(4)編碼過

號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來代替該幅

，這模/數(shù)轉化的最后階段是編碼，就是把量化信號的電用數(shù)字代碼來表示，編碼有10組成n位數(shù)碼來代表量電平數(shù)碼的最左邊的位叫做最高有效位 稱最，用符號MSB（MostSignificatLS（LeastBit）表示。編碼因為實際問題的 電平極性不同有 方式，即單極性 和雙性編碼。二進制分數(shù)碼是一種單極性編碼，這種編碼的原理如下：一個十進制數(shù)D電平可以表示如下式所示：nDa21 1a2...n

2ai或為0，或為1，所以D的值就是所有 0位的值與它的權值積的累和，因此D的值是一個小數(shù)。一個模擬信號采樣轉換的結果可以表示如下所示：式中，U0A/D轉換器模

，F(xiàn)SR是滿量程，n為量化器的位數(shù)?？谕ù谕ㄐ旁谟嬎銠C系統(tǒng)中，CPU

位數(shù)很多和遠距離數(shù)據傳送時，這一其它特點還包括：相對于并行通信 備簡單；串行通信有大量標

應用 以利用線通信，成本低的多。串行通信方式的主要缺點是 速度比并行通信要慢，這因為串行通 一位傳送的，而并行則是所有并行數(shù)據位同時傳送的串行接口的主要功 接收來自CPU的數(shù) 并轉換串行數(shù)據格式發(fā)送出去。

串行接口的控制字包括發(fā)送收完，以便控制發(fā)送和接收過程。發(fā)送數(shù)據時，CPU將數(shù)據送入發(fā)送緩沖寄存器。由控制器按照CPU設定的格式將數(shù)據轉換成串行數(shù)據，加上起始位、奇偶校驗位和停止位。停止位：位于字符幀末尾，為邏輯“1”高電平，通?？扇?位、1．5位或2位，用串行通口標準經過使用和發(fā)展，目前已經有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是EIA(電子工業(yè)）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據傳輸速電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通口中廣泛采用。首先，RS-232-C標準最初是通信連接數(shù)據終端設備DTE(DataTerminal標準的制并未考慮計算機系統(tǒng)的用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計算機（更準確的說，是計算機接口）些規(guī)定及和計算機系統(tǒng)是不一致的，至是相的。有對這種背景的了解，我們對RS-232C準與計算機不容的地方就不難理了。其次，RS-232C是站在DCE的立場來定義的。由于在DTE，因此雙方都能發(fā)

發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場算機系統(tǒng)中，往往CPUI/O設備之

RS-232C標準（協(xié)議）全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表電子工業(yè) mededstndard）代表推薦標準是標識號，C代表RS232的一次修改（1969，在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定接電纜和機械、電氣特性、信號 及傳送過程。常用物理 還有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A EIA�RS-423A、EIA�RS-485。 只介EIA�RS-232-C（簡稱RS232電氣

RS232TXDRXD

各種信號線功能 了規(guī)定邏輯0(SPACE)=+3～＋RTS、CTS、DSR、DTR信號有效（接通

CD等控制態(tài)，正電壓信號無效（斷開，OFF狀態(tài)

壓)=-3V-連接器：由于RS-232C并未定義連接器 理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25、DB-DB-各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連器。①DB-25：PCXT4組：

用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根 線，異步通信的9個電壓信號（含信號地20mA9（12，13，14，15，16，17，19,23，6保護地（PE）1（1昕電子感器專業(yè)昕電子感器專業(yè)分已不支

AT在AT機及以后，不支持20mA電流環(huán)接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連提供異步通信的9個信號DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設備連接，必須使用專門的電纜線。最大直接傳輸距離說明：RS-232C標準規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺?？梢娺@個最大的距離是在碼4%4%的要求，接口標準在電氣特性中規(guī)定，驅動器的負載電容應小于2500pF。RS-232C規(guī)標準接口有25條線，4條數(shù)據線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是數(shù)據裝置準備好（Datasetready-DSR)——有效時（ON）MODEM數(shù)據終端準備好(Datasetready-DTR)——有效時（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據終端可以請求發(fā)送(Requesttosend-RTS)DTEDCE要發(fā)送數(shù)據時，使該信號有效（ON狀態(tài)，向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要允許發(fā)送（Cleartosend-CTS）DCEDTE是對請求發(fā)送信號RTS的響應MODEM已準備好接收終端傳來的數(shù)發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據線TxD發(fā)送數(shù)據。這對RTS/CTS請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間雙向信道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡信號，使其變高。路，告知DTE準備接收數(shù)據。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來RxD檢出(DataCarrierdectection-DCD）線。振鈴指示(Ringing-RI)——當MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態(tài)，通知終端，已被呼叫。發(fā)送數(shù)據(Transmitteddata-TxD)TxDMODEM，接收數(shù)據(Receiveddata-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據，DSRDTR都處于有效（ON）狀態(tài)時，才能在DTEDCE之間進行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。氣體壓力傳感器MPX2010DP?！S-51·8K字在系統(tǒng)編程（ISP）Flash·全靜態(tài)操作：0H-器·三級加密程序存·256*8字節(jié)內部·32個可編程 ·UAR·低功耗空閑和掉模式P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O

吸收8TTL門電流。當P1的管腳第一次寫1時，被定義為高 入。P0能夠用于外程序數(shù)據器 可以定義為數(shù)據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為 碼輸，當FIAS 驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必被拉高。P1口：P1口是一個內提供上電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器 收輸 電流。P1口管腳 1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被 下拉

上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時 口作P2口：P2口為一個內部上拉 的8位雙向I/O口，P2口 器可接收，輸出個TTL門電流，當P2口被“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為 。并此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序器或16位地址外部數(shù)據器進行存取時，P2口輸出址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對部八位地址數(shù)據存

能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時 高八部下拉為低電平P3指出電流（ILL）這是由于上拉緣故。節(jié)P3口同時為閃爍編程編程校驗接收一 制信號ALE/PROG：當外部 器時，地址鎖存 的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)FLAH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，LE端以不變的頻率正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或 于定時目的。然而要注意的是：每當用作 數(shù)據器時， 過一個AE脈沖。想ALE的輸出可在SFR8EH地上置0。此時，AL只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外該引腳被 在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE，置無效/PSEN：外部程序器的選通信號。在由外部程器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效但在問外部數(shù)據 這兩次有效的/PSEN信號將出現(xiàn)/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序器（0000H-FFFFH），高電平時，此間內部程序器。在（VPP

LASH

MAX232串行通信主要特1 5V電源工34±30V5、電源電流：典型值6、合甚至優(yōu)于

準EIA/TIA-232- ITU推薦標準7、ESD保護大于MIL- D-883（方法3015）標準的22.5儀表放大電路是由3個放大器所 組成，其中的電阻R與RX 放大的電阻使用范圍內（1K-10K。籍由固定的電阻R，我們可以調整RX來調整放值，其關系式為V0=（1+2R/RX（V1-V2）需注意避免每個放大器的飽和現(xiàn)器最大輸出為其工作電壓±Vdc。

（一般而言，上述儀表放大器都有包裝好的成品可 到，我們只需要 一電（即RX），依照其特有的關系式去調整至所 放大倍率即可2.6所示為AD620儀表放大 的腳位圖。其中1、8腳要跨接一電阻來 倍率（作用同RX，4、 腳需提供正負相 工作電壓，由2、3接腳輸 放大

6氣體壓力傳感器MPX2010DP內部結構圖如下：2.731

壓（+10）的正端和負端，24腳出電壓的正端與負端。整體為全橋 電路，使輸出電壓的靈敏度比單臂電 高了系統(tǒng)設計方案及總體方案音播報。并通過RS232與上位機進行通信。由液晶模塊以及語音模塊顯示和播報。并通過RS232與上位機進行通信。播報。并且通過MAX232與上位機進行通信。機C硬件原理與輸入部分4.1為整個電路的輸入部分，傳感器的輸出正負端別接 3腳與2腳，由于傳感器的輸出較小被測量者吹氣時，電壓變化大概15mv左右）R401100歐將輸電壓放大（電壓放大倍G=49.4K/R+1算出A/D轉換部分

中電容401實濾波功能傳感器的輸出經過上面的輸入電路部分最后與TLC549的2腳連接，實現(xiàn)A/D轉換。圖中TLC431為TLC549提一個穩(wěn)定的基準電壓與TLC549的1腳相連，這 算（+5V）R002進行調節(jié)。A/D轉換的結果經由TLC5496腳與單片機的P2.2口相連，將轉換的結果送入單片機。液晶顯示電源部分

C305、C306濾波。本系統(tǒng)原理圖和PCB圖布線均用Pro99SE軟件完成。電路板(PCB)是電子產品電路中元件和器件的連接件，它提供了電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設計的好并應符合設計的要求。PCBSCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用Pro自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫中的隱藏管腳，之后就是原理圖的設計，做好后就準備開始做PCB設計了。這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位，在PCB設計環(huán)境下繪制PCB理圖上生成網絡表（Design->CreateNetlist），之后在PCB圖上導入網絡表Nets； （4．I/O布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設計過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時PCB設計時的最基本的（2）．預先對要求比較嚴格的線（如高頻線）進行布線，輸入端與輸出端的邊線應（（9）原理圖布線完成后，應對布線進行優(yōu)化；同時，經初步網絡檢查和DRC檢查無（10）.在進行布PCB板的時要緊緊的靠在單片機的旁邊，如果離的太遠，則Plane首先，在確定電路原理圖設計無誤的前提下，將所生成的PCB網絡文件與原理圖網絡（NETCHECK網絡檢查正確通過后，對PCB設計進行DRC檢查，并根據輸出文件結果及時對設計進行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確PCB（1—般情況下，信號線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)布線密度較高時，可考慮（但不建議）IC腳間走兩根線，線的寬度為（2焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；1.8mm1m（7ml/9il（3當布線密度較高時，過孔尺寸可適當減小，但不宜過小，可考慮采用（4）．焊盤、線、過孔的間距要求PADandVIA PADandPAD PADandTRACK TRACKandTRACK PADand PADand PADandTRACK ：≥0.254mm（10mil）TRACKandTRACK：≥ 電路的調試及故障電路板做好之后用萬用表對PCB上所敷銅線和元件的管腳進試，檢測導線與導線的電壓。滿足要求后再逐一安裝。 軟件設送即時結果送即時結果 第24頁共43A/D轉換程序TLC549工作unsignedchar{

{}reurn}TC549工作時序圖如下 CSCS下降沿后，再等待兩個內部時鐘上升輸出到DATAOUT端上。D4、D3)4I/OCLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。3I/OCLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)個轉最后采樣保持電路在第8個I/OCLOCK周期的下降沿將移出第67、8(D2、D1、D0)個轉換位。保持功能將持續(xù)4個內部時鐘周期，然后開始進行32個內部時鐘周期的A/D8I/OCLOCK后，CS必須為I/OCLOCK保36個內部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉換工作的CSI/OCLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制上位機顯示界面

的數(shù)據存如EXCEL表格中，在窗口中將顯示誤差與干擾

有一定的誤差， 通壓計算流 誤差都會對測量的隨干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短且具有隨機性。對于一次測量的結果，其干擾所造成的影響，采用多次測的方法來減小影響。實現(xiàn)功能與結論系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能1、實現(xiàn)了數(shù)據 以及A/D轉換，并單片機進行處理2、實現(xiàn)了液晶即顯示所測量的數(shù)據。3EXCEL表中。系統(tǒng)存在示的數(shù)據為各時刻的氣體在管中

能實現(xiàn)顯示最終圖中波形反映了一

內，各時刻管中 流速的變化液晶所顯示數(shù)據如參考文[1]劉瑞新主編單片機原理及應用：機械工業(yè)，2003，7[2].郁有文，常健編著傳感器原理及工程應用西安：西安電子科技大學出周航慈.單片機程序設計基礎[M]. 航空航天大 ，2003.2 學，2003.11.謝自美主編.電子線路設計實驗測試[M].：華技大學邵潔主編VisualBasic程序設計.：東南大學范逸之，陳立元編著VisualBasic與RS-232串行通信控制版.北京：中國青年，2002.通信.：，2002曹巧媛單片機原理及應用（2版 附桂林電子科技大畢業(yè)設計（文）報告 第31頁共43附////晶振頻率22.1184MHz#defineopen0x3f#defineclose0x3e#definerow0xc0#definepage0xb8#define #define sbitCS1=P3^2;sbitCS2=P3^3;sbitE=P3^7;sbitD_I=P3^6;sbitAD_CS=P2^3;sbitAD_IO=P2^2;///智(0)能(1)肺(2)活(3)量(4)測(5)儀(6)毫(7)升(8)staticcodeunsignedcharword[][2][16]={x00,/*"智,0x00,/*"能x00,/*"肺0x00,/*"活x00,/*"量x00,/*"測0x00,/*"儀xE0,0x00,/*"毫x00,/*"升staticcodeunsignedcharunsignedcharwritepage=0,wri unsignedcharcirclemax=3,circle=0;unsignedchartemp;unionthetime{unsigne