毕业设计（论文）-容器压强控制装置的设计.docx

容器压强控制装置的设计容器压强控制装置的设计摘要 随着科学的不断发展，无论在生活还是工作中，人工逐渐被自动化所替代。自动化大大减少了人们繁重的工作量，提高了社会生产力以及生产能力与质量，使用性安全可靠，使用性能增强以及改善了劳动条件。本文主要介绍了一个基于单片机和压力传感器的容器压强控制的装置，压力传感器与TL084ACD四运算放大器构成传感器模块、LCD12864液晶显示器与STC12C5A60S2芯片构成单片机模块、TLP521-2光耦芯片与两条电路分别是进气和出气相连构成压力控制模块和78L05三端稳压器作为整个电路的电源。运用气压传感器进行气体压强的测量，可以通过液晶显示器识别当前的压强数值，进而确定是否对气缸进行相应的放气或进气。最终实现容器压强的控制。关键词 单片机 压强控制 液晶显示屏 光耦芯片全套设计加扣3012250582 Design pressure control apparatus for a containerAbstract With the development of science, whether in life or work, labor gradually replaced Automation. Automation greatly reducing the heavy workload of people and improve the social productive forces and the production capacity and quality, the use of safe, reliable, performance enhancements, and improved working conditions.This paper describes a container-based pressure control means microcontroller and pressure sensors, pressure sensors and TL084ACD four operational amplifiers sensor module, LCD12864 LCD display and STC12C5A60S2 microcontroller chip module constitution, TLP521-2 optocoupler chip with two circuits It is connected to the inlet and outlet pressure on the control module and 78L05 three-terminal regulator as the power supply of the entire circuit. Using the pressure sensor, the measurement of gas pressure, to identify the current through the liquid crystal display the pressure value, and then determine whether to corresponding deflated or inlet cylinder. The realization of ultimate pressure container control.Keywords microcontroller ,pressure control , Liquid crystal display, optocoupler chip.目录引言1第1章 概论21.1 研究背景21.2 研究意义21.3 研究思路及主要工作内容2第2章 方案设计42.1 整体设计42.2 器件选型42.2.1 STC12C5A60S2单片机介绍42.2.2 TL084ACD运算放大器介绍52.2.3 压力传感器介绍62.2.4 LCD12864液晶显示器介绍62.2.5电源介绍72.2.6 光耦器件TLP521-2介绍92.3 PID控制算法介绍9第3章 系统硬件方案设计113.1 硬件设计软件Altium Designer113.2 系统模块介绍113.2.1 单片机模块113.2.2 压力传感器模块133.2.3 电源模块153.2.4 压力控制模块163.3 LCD液晶显示器电路173.4 下载电路18第4章 系统软件设计194.1 软件设计软件Keil uvision4194.2 主程序结构流程图194.3 LED显示器204.3.1 LCD12864显示屏应用204.3.2 LCD12864显示屏程序框图214.4 adpllxx型压力传感器程序流程图214.5 算法控制224.6 压力控制程序流程图224.7 主要程序及说明234.7.1头文件的定义234.7.2 LCD液晶显示屏的引脚定义234.7.3延时程序24第5章 系统调试与分析255.1 硬件电路焊接255.2 系统调试255.3 调试问题与分析265.3.1 传感器模块电压转换265.3.2 LCD液晶显示屏的显示问题275.4 运行性能与结果27结论28致谢语29参考文献30附录31附件3244引言压力的监测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件,在机械或零件加工等工厂中更加需要自动化程度高一些的机器来代替人工，提高工作效率。这次设计主要通过单片机及一些芯片对压强传感器所测得的模拟信号进行处理，使其完成相应的功能。本次设计是基于STC12C5A60S2单片机的检测与显示，利用压力传感器将压力转换成可识别的电信号，再经过运算放大器和仪表放大器进行信号放大，将模拟信号转换成数字信号，再经过单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。通过单片机的P3.2（外部中断0）口、P3.3（外部中断1）口与TLP521-2芯片连接，再分别连接两条出气与进气的电路，利用气泵打气和电磁阀的控制，实现对气压控制的要求。容器压强控制装置通过单片机与压强控制作为控制核心，以各种芯片、传感器等相结合，实现要求的目标：采用气体压强传感器，检测容器中的气体的压强，通过控制电磁阀调节容器中的气体压强，使其达到设定值。最后整体电路通过Altium Designer软件画图，然后完成板子的制作与元器件的焊接。第1章 概论1.1研究背景随着科学的不断发展，无论在生活还是工作中，人工逐渐被自动化所替代。自动化大大减少了人们繁重的工作量，提高了社会生产力以及生产能力与质量，使用性安全可靠，使用性能增强以及改善了劳动条件。压力的监测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件，在机械或零件加工等工厂中更加需要自动化程度高一些的机器来代替人工，提高工作效率。1.2研究意义压力是生产过程中重要参数之一，它是检测生产过程是否能够完全可靠并且正常运行的重要参数指标，本设计主要通过压力传感器和单片机来控制气体压强通过电磁阀的开断来控制气体的进出1。传感器是现代测量和自动化技术的重要技术之一，可以将被测量转换成电信号，在工业、农业、科学等领域，以及生产过程控制到现代文明生活，传感器都得到了广泛的应用，并且每项科学技术都离不开传感器，它有着广阔的发展前景。单片机是一种利用超大规模集成电路技术，将多种功能集成到一块硅片上组成微型计算机系统的芯片，较PLC价格相对会低一些，而且功能包含中央处理器CPU、随机/只读存储器RAM/ROM、定时器/计数器、多种I/O口和中断系统等，综合其功能和价格，使用单片机设计是最为合适的。1.3研究思路及主要工作内容本文主要讲述了利用单片机和压力传感器以及将压强的数值在液晶显示器上显示的设计过程，首先介绍设计的方案选择，然后元器件的介绍和功能，再介绍电路的设计，以及对传感器模块、单片机模块、电源模块和压力控制模块的电路分析，最后将整个设计的工作原理过程转换为实物，实现容器压强控制的装置。第1章为本文的绪论，对控制装置设计的背景及思路的介绍。第2章介绍了本设计的方案设计，包括设计的整体设计，器件的选型及STC12单片机，运算放大器，XGZP型压力传感器，LCD液晶显示屏，电源和光耦器件的基本结构与功能介绍。第3章介绍系统硬件设计，本设计的电路采用了模块化的设计思想，以便于在实验过程中若出现问题可以更快更准确的进行更换与修改，对压力传感器模块、单片机模块、电源模块和压力控制模块进行了详细的介绍。第4章介绍了系统软件设计，主要有液晶显示屏的初始化与设计，对压力控制的程序设计，整体程序结构和压力传感器的程序设计，其中压力控制程序中又分为进气和出气的两个部分，实现要求的功能。对系统软件进行了详细的介绍。第5章主要介绍了对装置的调试过程和结果，以及发现的问题。第2章 方案设计2.1整体设计本设计是基于STC12C5A60S2单片机的容器压强控制装置，其系统主要由压力传感器和压力控制模块构成。如图2-1所示为系统的整体结构图，将接收到的气体通过压力传感器转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，将模拟信号转换成数字信号，通过压力控制模块控制气压的进出，进而转换成LED显示器可以识别的信息，并在最后显示气压数值。图2-1系统整体结构图图2-1中电源电压采取+15V电压，为本设计的电路提供电源；压力传感器采用XGZP型压力传感器，主要用来检测气体的压强；晶振电路用来提供时钟信号，晶振频率选用12MHZ；复位电路中有接一个按钮，可进行电路的复位；LCD显示屏用来显示压强的示数；光耦器件通过与进气和出气的电路相接，进而控制气体的进出和气压；指示灯来表示气体进出的所处的状态。2.2 器件选型2.2.1 STC12C5A60S2单片机介绍STC12C5A60S2系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的单片机，它的特点有速度快、功耗少、抗干扰能力出色，指令代码虽与传统8051兼容,但速度快许多倍。内部集成MAX810专用复位电路，8路高速10位A/D转换(速度达25万次/秒)。该系列单片机在各个领域内广泛应用，特别在电机控制等干扰性强的场合适用。STC12C5A60S2和8051指令、管脚完全兼容，STC系列单片机支持串口程序烧写，并且其片内具有大容量程序存储器FLASH工艺，片内集成60K FLASHROM,有较强的加密性2，实现了保密的功能。图2-2 STC12C5A60S2引脚图STC12C5A60S2工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)；工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0420MHz；用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节，可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序。STC12C5A60S2与普通51单片机相比有以下特点：1.多两个定时器，带PWM功能；2.SPI接口；3.有1K内部扩展RAM；4.内部集成硬件看门狗（WDT）；5.多一个串口；6.IO口可以定义，有四种状态；7.中断优先级能够定义四种状态。2.2.2 TL084ACD运算放大器介绍TL084ACD运放器为JFET输入放大器，高阻输入结型场效应输入，电压反馈型运算放大器，双列14脚封装，工作电压=18V，静态电流=1.4mA，输入偏置电流=30pA，转换速率=16V/us,功耗=680mW，增益带宽=3MHz，输入失调电压=25mV。这些运算放大器适合许多应用，包括过程控制、工业和仪器仪表设备、有源滤波、数据转换、缓冲以及功率控制和监测。其应用有通用放大、功率控制和监测、有源滤波器、工业/过程控制、采集数据、采样保持电路、积分器、输入缓冲。本设计中还运用了一个同于运算放大器，但性能高于它的仪表放大器。仪表放大器是一种可以进行精准计算并将其内部关键元件集成在一起的差分电压放大器，具有线性误差低、灵活的低失调漂移增益设置、CMRR与输入阻抗高、噪音低、使用方便等特点,在采集数据、放大传感器信号和对高速信号的调节等方面发挥很大的作用。TL084ACD内部结构及引脚如图2-3所示。图2-3 TL084ACD内部结构及引脚图2.2.3 压力传感器介绍本设计使用XGZP 型压阻式压力敏感元件，其核心部分是一个利用MEMS技术加工的硅压阻式压力敏感芯片。该压力敏感芯片是由一个弹性膜和集成在膜上的四个电阻构成，其四个压敏电阻形成了惠斯通电桥结构，当有压力作用在弹性膜上时电桥会产生一个与所加压力成线性比例关系的电压输出信号3。XGZP 型压力敏感元件为采用标准的DIP6和SOP6 形式封装的 OEM 元件，采用表面贴装或双列直插式安装较为方便；有良好的线性、重复性和稳定性，其灵敏度性能高，对采用运放或集成电路可以方便的针对输出和温漂进行调试和补偿。元件的引脚如图2-4所示。图2-4 XGZP型压力传感器引脚图供电电源：10V DC 或 2.0mA DC；输入阻抗：4k6k；输出阻抗：4k6k；绝缘电阻：100M,100VDC；允许过载：010kPa200kPa：2 倍满量程、0500kPa700kPa:1.5 倍满量程。本设计中压强与电压的计算：2.1V1024/5V/500V(压强采集)可以计算出每Kp气体压强所需的电压，更加精准的显示当前压强。当测试介质为导电液体时，不可接地。2.2.4 LCD12864液晶显示器介绍LCD12864点阵图形液晶显示模块具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，并且内部含有国标一级、二级简体中文字库；其显示分辨率为12864,内置128个168点ASCII字符集，和8192个1616点汉字。该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可实现全中文人机交互图形界面、显示84行1616点阵的汉字、完成图形显示等特点，另外显著的一特点是低电压低功耗 4。该模块显示方案与同类型显示模块相比，电路结构或显示程序非常简洁，并且较同类型显示模块价格略低。LCD12864液晶显示屏引脚如图2-5所示。图2-5液晶显示屏引脚图LCD12864液晶显示屏基本特性如表2-1所示。表2-1 LCD12864液晶显示屏基本特性低电源电压+3.0-+5.5V显示分辨率12864点内部设置128个168点阵字以及提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)时钟频率2MHZ显示方式STN、半透、正显驱动方式1/32DUTY，1/5BIAS背光方式侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10通讯方式串行、并口可选转换电路内置DC-DC，无需外加负压工作温度0- +55存储温度-20- +602.2.5电源介绍1.78L05稳压电源78L05是一种固定电压三端集成稳压器，适用很多场合，例如单点稳压场合则需要限制噪声和解决分布问题，此外和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源。在过载的情况下，它的内部电流限制和热关断特性可以进行保护，电源为线性电路，功率小，运行较稳定。选用TO-92型稳压元件，引脚如图2-6所示。图2-6 78L05稳压元件引脚图2.MC34063AD电源MC34063AD是一种直流/直流转换器，并以单片控制电路为主要功能，该电源电路的组成部分有基准电压发生器、占空比可控的振荡器、比较器、大电流输出开关电路、RS触发器等，以及反向器、升压/降压变换器的控制核心均可采用该电源，其主要应用于以MPU或单片机为基础的系统中。电源器件的特性有输出电压:1.55V；针脚数:8；工作温度范围:0C to +70C；输入电压最大:40V；输入电压最小:3V。MC34063的基本结构及引脚图功能如图2-7所示。图2-7 MC34063基本结构及引脚图该电源功率较大，可能不会很稳定，于是被用为本设计的备用电源，如78L05稳压电源出现问题，即更换为此电源。MC34063芯片的引脚功能如表2-2所示。表2-2 MC34063芯片的引脚功能表引脚功能引脚1开关管T1集电极引出端引脚2开关管T1发射极引出端引脚3CT定时电容接线端（通过调节工作频率可控制100kHz以内）引脚4接地端续上表引脚功能引脚5比较器反相输入端（输出电压取样端），外接两个电阻要求精度不低于1%引脚6电源接入端引脚7IPK检测端引脚8驱动管T2集电极引出端（6、7脚之间若电压超过300mV，芯片内部启用过流保护功能。）2.2.6 光耦器件TLP521-2介绍TLP521是一种在可控硅系统设备、测量仪器，家用电器等取得广泛应用的可控制光电耦合器件，在多种电路之间的信号传输前端与负载完全隔离，目的在于保证安全、降低电路的干扰、精简电路设计。特性：集电极-发射极电压：55V（最小值）、经常转移的比例：50（最小）、隔离电压：2500Vrms（最小）。光耦器件引脚如图2-8所示。图2-8光耦器件引脚TLP521-2光耦器件的引脚1和3均为器件的负极，与电源相接以供电；引脚2和4均为器件的正极，与单片机外部中断相接；引脚5和7均为晶体管的发射集；引脚6和8均为晶体管的集电极。2.3 PID控制算法介绍PID控制器是最广泛使用的一种按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的自动控制器，它的特点有原理简单实现容易、相互独立的控制参数、简单的参数选定等。增量式算法，位置式算法和微分先行是控制点三种较简单的PID控制算法 5，能满足一般控制的大多数要求。PID控制算法在系统中各有作用：比例（P）：反应基本偏差e(t)，特点是系数大，调节适当加快可减小误差，比例过大会降低系统的稳定性；积分（I）：反应累积偏差，使系统消除稳态误差；微分（D）：反应偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，偏差变化的趋势可以预见，作用可以产生超前的控制，提高动态性能。积分和微分必须与比例控制配合，才能起到最好的作用。第3章 系统硬件方案设计3.1 硬件设计软件Altium DesignerAltium Designer 是一个可以把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线等技术融合在一起的一体化电子产品开发系统的软件，可以进行轻松的设计，大大提高电路设计的质量和效率。电路设计自动化 EDA将电路设计中如绘制电路原理图、制作PCB文件、进行电路仿真等设计工作交由计算机来协助完成，随着电子科技的创新与发展而带来的各种各样新型元器件，以及电子线路变得更加复杂，促使愈多的设计人员使用高效、快捷的CAD设计软件来进行电路原理图的辅助、设计印制电路板图以及打印各种报表6。 该软件的主要功能有：1.原理图设计；2.印刷电路板设计；3.FPGA的开发；4.嵌入式开发；5.3D PCB设计。3.2 系统模块介绍3.2.1 单片机模块单片机最小化系统电路包含单片机、复位电路和晶振电路，本设计采用的是STC12C5A60S2单片机。晶振电路是由一个晶振X1和两个电容C10、C11组成，与单片机的XTAL1和XTAL2管脚相接，晶振电路中电容进行微调，容易起震和减小频率的温漂，典型的晶振取12MHz。本设计的复位电路由电容串联电阻和一个复位开关构成，当系统一上电,RST复位信号输入端将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由C=10uF，R=1K决定，当此输入端保持两个机器周期（24个震荡周期）的高电平，就可以完成复位操作7。另外在单片机上电时，因为有C9电容的存在，即可实现单片机的上电复位，而在运行过程中，若需要对单片机进行复位，按下S1按钮即可实现复位。电路如图3-1所示。图3-1单片机及相关电路图在本设计中STC12单片机所用到的引脚及相应的功能分别是：1.P0口与LCD的7至14引脚相接，P0口每个管脚可吸收8TTL门电流， P1口为高阻输入时其管脚写“1”。P0能够用于外部程序数据存储器，在编程时，P0口作为原码输入口，所编写的程序可以在P0口运行，进行校验时，P0输出原码，将程序输出到LCD内部，获得相应的数据结果；2.P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流，P1.0口与仪表放大器的输出口相接，接收放大器所输送的气压信号，P1口管脚写入“1”后，用作输入，而为低电平时，将用作输出。在编程和校验时，P1口用作第八位地址接收；3.P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时输入，作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，P2口在编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号，本次设计中P2.0-P2.2分别与LCD的4-6引脚相接，实现LCD的4-6引脚并行的指令/数据选择信号、串行的片选信号，并行的读写选择信号、串行的数据口，并行的使能信号、串行的同步时钟等功能，P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，输出地址的高八位；4.P3口管脚接收输出4个TTL门电流，当P3口为“1”后，因被内部上拉为高电平，而作为输入。P3.2和P3.3作为外部中断0和外部中断1，分别与光耦器件的2和4管脚相接，控制气体的进出；P3.0和P3.1是串行输入和输出口，再与电源的地一起构成下载口，用于下载程序；5.单片机40引脚接电源，20引脚接地。3.2.2 压力传感器模块压力传感器由运算放大器TL084ACD和adpllxx型压力传感器组成，运算放大器有输出短路保护、具有结型场效应管高输入阻抗、低输入偏置和偏置电流、高转换率等功能，输入电压为+15V。压力传感器会在受到压力的作用时，产生一个与所加压力相关的线性比例关系的电压输出信号，再通过仪表放大器的功能，生成可识别的信息供单片机运行，与单片机P1.0相接实现信息传输。仪表放大器的主要组成是两级差分放大器电路，其中运放A、D方式为同相差分输入，提高电路输入阻抗的幅度较大、电路对较弱输入信号的衰减程度减小是同相输入的优点；放大电路差模信号，而对共模输入信号起到跟随作用，这样使得送到后级的CMRR=差模信号的幅值/共模信号的幅值得到提高是差分输入的优点。在CMRR要求不变情况下，以运放C为核心组成的差分放大电路中，为使电路具有更好的共模抑制能力，可降低对电阻R21和R29，R22和R31的精度匹配要求。仪表放大器电路部分如图3-2所示。图3-2仪表放大器电路图仪表放大器的电路为本设计的重点电路之一，实现气压压强的信息转换，以便单片机更好和更稳定的采取压强。仪表放大器输出与单片机P1.0口相接，把气压信息输送给单片机识别，进而对气体进行控制。仪表放大器电路输出的连接引脚P1.0如图3-3所示。图3-3仪表放大器输出相接的引脚图仪表放大器的输入目的在于将气压压强输送给仪表放大器，进行压力与电压的转换和放大，输入电路部分如图3-4所示。图3-4仪表放大器输入电路部分图XGZP型压力传感器与TL084ACD运算放大器构成的压力传感器模块电路如图3-5所示。图3-5压力传感器与运放电路本设计所用的传感器的供电电源要求为：10V DC 或 2.0mA DC，所以需要一个运放来实现电源供电要求，在运放B处设置电阻R23和R28，电源+15V的输入，可得到输入电流1.5mA，电压1.5V，可以实现传感器供电源满足要求，进而使传感器正常工作，实现之后仪表放大器所需要实现的功能。3.2.3 电源模块本设计的电源采用78L05稳压元件，为消除78L05可能产生的自激振荡，在电源输入端增加一个100uF电容，防止大的杂波，并在靠近输入管脚的位置加一只0.1uF的电容，以消除高频自激振荡；同样在接地端加一个0.1uF电容，过滤掉小纹波，并在靠近元件输出管脚位置加一个100uF电容，起到滤波的作用，提高稳定性，并使稳压器均匀的输出。78L05稳压电源电路如图3-6所示。图3-6 78L05稳压电源电路另有一备用电源为MC34063AD，该电源电路功率较大，但作用和78L05功能一样，稳压电源，在78L05稳压电路出现问题时，将会用该备用电源进行设计。MC34063AD电源电路如图3-7所示。电路图中有两个电源端子，分别是+15V与-15V。图3-7 MC34063AD电源电路（备用）3.2.4 压力控制模块本设计采用TLP521-2可控制的光电耦合器件，有两条输出线路，分别于出气和进气电路相连，光耦合器的2、4管脚连接单片机的P3.2与P3.3两个外部中断，可以通过光耦合器在输入的发光二极管驱动电路作用下，一起控制气体的进或者出。在进气出气的电路中，需要另增加一个供电电源+12V来为电磁阀工作供电，电源电路如图3-8所示。图3-8 电磁阀供电电源电路图光电耦合器1和3脚接电源+12V，之间连接的电阻避免输入的电流过大，对发光二极管产生误动作，起到限流作用；2和4脚接单片机的P3.2和P3.3口，综合作用对压强进行控制；5、6和7、8管脚分别和出气与进气控制电路相接。与单片机I/O口连接的电路图如图3-9所示。图3-9光电耦合器接线图进气控制电路如图3-10所示，出气控制电路如图3-11所示。电路中MOS晶体管的特点是驱动电路简单，需要的驱动功率小以及开关速度快、工作频率高，本设计的MOS结构是N沟道增强型，耐压性能较强，不会有二次击穿的问题；在电路中起到续流作用的续流二极管，防止电流电压突变，提供通路，一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管就可以，用来把线圈产生的反向电势通过电流的形式消耗掉8。两者的共同合作工作，提高了压力控制电路的稳定性。图3-10 进气控制电路图图3-11出气控制电路图3.3 LCD液晶显示器电路液晶显示器用来显示压强的示数，接线电路如图3-12所示。显示屏7至14引脚与单片机的P0口相接，在编程时，P0口作为原码输入口，所编写的程序可以在P0口运行，当进行校验时，P0输出原码，将程序输出到LCD内部，获得相应的数据结果； LCD的4-6引脚分别与单片机P2.0-P2.2相接，实现LCD的4-6引脚并行的指令/数据选择信号、串行的片选信号，并行的读写选择信号、串行的数据口等功能；LCD3脚为驱动电压输入端；19脚和20脚为LCD背光源的正负极；15脚的17脚分别为LCD的串/并行接口选择和复位（低电平有效）引脚；1脚和2脚为LCD的供电电源和电源正端。图3-12 LCD12864与单片机I/O口相接电路图3.4 下载电路数据接收和传送的电路如图3-13所示。1脚和4脚分别为下载模块的电源和接地端，2脚和3脚分别与单片机的串行输入口和串行输出口相接，进行数据的接收和传送。图3-13下载电路图第4章 系统软件设计4.1 软件设计软件Keil uvision4Keil软件的优势有工程建立简单、调试方便、检查严格（PC-Lint静态分析工具）。Keil通过一个集成开发环境（Vision）将C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个仿真调试器等组合在一起，为8051微控制器提供了C语言程序编译的软件开发环境,而且兼容有汇编代码执行效率高,编写速度快的特点。Keil的开发环境主要包括C/C+编译器、RTX实时操作系统内核库、Vision IDE开发环境及器件数据库、Vision调试器及分析工具和一个强大的器件仿真调试器，同时开发环境还提供针对不同器件的开发例子和模版9。Keil集成开发环境的uVision4 IDE提供对汇编语言、C语言和C+语言的支持，大大加速了嵌入式软件的开发进程。Keil C51是一种51系列兼容单片机C语言并在功能、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，库函数丰富和集成开发调试工具的功能强大的软件开发系统。4.2主程序结构流程图编程软件采用的是keil vision4软件，程序采用C语言编程10。单片机的初始化中，用到I/O口的是较多处的，例如传感器、数据口以及LED液晶显示屏控制都要使用到I/O口。设备不同进行初始化的方式也有不同，例如有的设备在在初始化输入输出后，还要进行上拉设置才能完成它的功能。整个工作的流程是开始之后，单片机、液晶显示屏、压力传感器和光耦器件等进行初始化，然后通过气泵进行进气加压，经过压力传感器检测压强，进行判断是否达到压强的设定值，进而对气体进行进气加压或出气减压，最后将压强的数值显示在液晶显示屏上。主程序结构流程图如图4-1所示。图4-1主程序结构流程图4.3 LED显示器4.3.1 LCD12864显示屏应用带字库的12864点阵型LCD的指令可以通过指令“功能设定”中的RE来确定，若RE为0时，使用的是基本指令集（11条指令），反之则为扩展指令集（7条指令）。提供内部工作情况的是BF标志。它的标志是BF=1/0时,表示模块内部操作/准备状态,BF为1或0时不接受或接受外部指令和数据。若要将BF读到DB7总线检验模块的工作状态，则可通过STATUS RD 指令实现。用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址是地址计数器（AC），数值改变可由指令暂存器的设定实现，运行之后若是读取或写入DDRAM/CGRAM的值时，AC值就会自动加1，当RS=0而R/W=1时，AC值则会被读取到DB7DB0中。显示RAM的地址80H9FH(第一行：80H87H；第二行：90H97H第三行：88H-8FH；第四行：98H-9FH),可以显示字符、汉字、图形等内容。读写显示RAM如下表所示。表4-1读写显示RAM指令指令码说明RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0写数据到RAM10数据将数据D7-D0写入到内部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）读出RAM值11数据将内部的RAM读取数据D7-D0（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）4.3.2 LCD12864显示屏程序框图程序流程图如图4-2所示。LCD液晶显示屏的初始化一般是对使能进行设置，具体办法参照LCD使用手册即可。图4-2 LCD12864程序流程图4.4 adpllxx型压力传感器程序流程图传感器程序流程图如图4-3所示。该型压力传感器的初始化设置的相关程序与内容，参照传感器的使用手册即可。图4-3 adpllxx型压力传感器程序流程图4.5 算法控制本设计的算法控制采用PID算法控制，闭环系统进行对气压强的检测和控制，图4-4为算法控制的结构流程图。图4-4 算法控制结构流程图4.6 压力控制程序流程图压力控制结构流程图如图4-5所示。结构流程图体现了在实现压强控制后，实现气体压强的设定值控制。初步设置一个压强值，通过进气阀与出气阀的开断控制，实现对气体压强的控制要求。图4-5 压力控制结构流程图4.7主要程序及说明4.7.1头文件的定义#include STC12C5A60S2.h#include def.h#include ad.h#include #define uchar unsigned char 4.7.2 LCD液晶显示屏的引脚定义sbit LCD_RS=P22;/定义引脚sbit LCD_RW=P21;sbit LCD_E=P20;sbit PSB =P36;/PSB脚为12864-12系列的串/并通讯功能切换，使用8位并行接口，PSB=1sbit DQ = P23;sbit LED = P24;sbit Ctr_IN = P32;sbit Ctr_OUT = P33;#define LCD_Data P04.7.3延时程序void delay_18B20(unsigned int i)while(i-)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();（设计中的压力传感器与DS18B20温度传感器性能程序相似，因此编写与温度传感器相似的部分程序。）更加详细的程序可参照后面的附录。第5章 系统调试与分析5.1 硬件电路焊接电路焊接要求根据设计的硬件系统电路画的PCB并做成电路板，完成焊接。硬件电路板的正面如图5-1所示，电路板反面如图5-2所示。图5-1 硬件电路板正面图5-2 硬件电路板反面5.2 系统调试在调试之前检查电路的正确完整性，元件安放正确，接入+15V电压，下载程序，进行压强测试。整体的装置如图5-3所示，图为两个电磁阀分别与进气和出气电源端子相接，进行压强的控制。LCD液晶显示屏的显示如图5-4所示。图5-3 整体装置图图5-4 LED显示屏的压强显示5.3调试问题与分析5.3.1 传感器模块电压转换在本次设计中，输入的电源电压为+15V，但要满足压力传感器的输入电源的要求，所以需要运算放大器及仪表放大器来进行转换和确保电路的稳定性以及滤波。压力传感器模块仪表放大器的电路如图5-5所示，实物连线图如图5-6所示。图5-5 仪表放大器电路图图5-6 仪表放大器实物连线图5.3.2 LCD液晶显示屏的显示问题在调试过程中，LCD12864液晶显示屏在程序下载之后，不能显示正常的数据，数据的位置不正确以及除了数字之外其他的显示都不正确。在老师的指导帮助下，检查程序发现其中的时钟信号编写有问题，对相关的内容进行修改，最终解决了问题。5.4 运行性能与结果通过调试过程中发现的问题，以及对发现的问题进行解决，最终实现了设计的运行要求：首先设置一个压强值，然后气泵通过气管进气加压，利用进气阀和出气阀的开断使用，将气体输送到压力传感器进行压力的检测，实现压强在接近设定值时，停止进气保持压强在设定值附近，最终在LCD显示屏上显示压强值。结论本次是以STC12单片机为核心，运算放大器和仪表放大器为重要模块对容器压强控制装置的设计，主要有压力传感器模块、单片机模块、电源模块以及压力控制模块，设计这些模块方便于电路后期的调试与整改，节省了时间；在系统中运用了一些办法进行滤波，减少检测误差，增强了系统的稳定安全性。本次设计达到的要求：1.传感器检测出气压压力，并显示在液晶显示屏上；2.实现压强的分段控制；3.最终实现压强的显示。本次设计中准备了备用电源，如若78L05稳压电源出现问题，可以及时更换，节省时间；仪表放大器是通过老师的建议和指导，选择了自己进行电路的设计，在后期的系统调试中电路可以实现相应的功能。通过毕业设计的前期准备和后期工作，直到实现所需要的功能，我学到了很多，在这过程中学会了发现问题、看到问题以及解决问题等方法，虽然在专业领域内还会有些不足，但通过老师的指导，及时避免了多数问题的出现。致谢语本次毕业设计的完成，离不开所有帮助过我的老师和同学，在此表示衷心的感谢。首先，感谢在这四年时间里，所有我的专业及其他课程的授课老师，教会了我许多专业知识和技能，正是因为有这些相关知识作为基础，才会在毕业设计中即使出现问题，也能积极面对，解决多数问题。其次，我最要感谢的是这次毕业设计课题的指导老师尤晓萍老师。老师从课题的选题指导、论文结构和细节的指导，都给予了我很大的帮助。在设计过程中每次出现问题，去请教老师，老师都会耐心并细心地指导，直到提出的问题我能自己解决，让我增强了自信，并对完成设计充满信心。老师严谨认真的态度和工作精神，以及对知识的创新能力和对专业知识的深度了解，使我对老师有了崇敬之感，并对我以后的学习生活产生了积极影响。在此衷心感谢在百忙之中抽出时间对本论文进行审阅的各位老师。最后，还要感谢在这期间帮助我的同学和朋友们，在需要他们的帮助时，他们的支持给了我很大的帮助。让我度过了一个美好的大学生活。参考文献1徐哲.基于单片机的高压注气机控制系统的研究D.大连：大连海事大学，2009.2徐爱均,徐阳.单片机原理与应用M.北京：机械工业出版社，2013.3谢鹏,万祖雷.单片机实现气体压强的测量J.山西电子技术，2005，01期：1-3.4诸昌钤.LED显示屏系统原理及工程技术M.成都:电子科技大学出版社,2005.5陶永华.新型PID控制及其应用M.北京：机械工业出版社，2003.6陈学平.Altium Designer 10.0电路设计与制作完全学习手册M.北京:清华大学出版社,2012.7李全力.单片机原理与接口技术（第二版）M.北京：高等教育出版社，2009.8王兆安,刘进军.电力电子技术（第二版）M.北京：机械工业出版社，2009.9徐爱均. Keil C51单片机高级语言应用编程技术M.北京:电子工业出版社，2015.10谭浩强.C程序设计（第四版）M.北京:清华大学出版社,2010.附录电路原理图如图6-1所示。图6-1 电路原理图附件#include STC12C5A60S2.h#include def.h#include ad.h#include #define uchar unsigned char sbit LCD_RS=P22;/定义引脚sbit LCD_RW=P21;sbit LCD_E=P20;sbit PSB =P36;/PSB脚为12864-12系列的串/并通讯功能切换，使用8位并行接口，PSB=1sbit DQ = P23;sbit LED = P24;sbit Ctr_IN = P32;sbit Ctr_OUT = P33;#define LCD_Data P0#define Busy 0x80 /用于检测LCD状态字中的Busy标识void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD);void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC);unsigned char ReadDataLCD(void);unsigned char ReadStatusLCD(void);void LCDInit(void);void LCDClear(void);void LCDFlash(void);void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char *DData);void DisplayImage (unsigned char code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(void);code unsigned char uctech = 穆浩男毕业设计 ;code unsigned char net = MTI12037 ;code unsigned char mcu = ;code unsigned char qq = ;uchar TempBuffer9;uchar TempBuffer29;u16 temp_value;unsigned int temp_set = 90;unsigned int time_count = 0;/*ds18b20子程序*/*ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*/ void delay_18B20(unsigned int i)while(i-)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()