基于单片机的压力测试仪设计.doc

1 成成 绩绩 评评 定定 表表 学生姓名 班级学号 专 业测控课程设计题目基于单片机的压 力测试仪设计 评 语 组长签字 成绩 日期 2 课程设计任务书课程设计任务书 学 院信息科学与工程专 业测控技术与仪器 学生姓名 班级学号 课程设计题目基于单片机的压力测试仪设计 实践教学要求与任务实践教学要求与任务 电子测量技术 是测控技术与仪器专业的专业基础课 本设计是对该课程综合 应用能力的检验 在鼓励学生熟悉基本原理的前提下 注重与实际应用相联系 提出 自己的方案 完善设计 1 熟悉被测对象的测量技术工作原理 2 提出可行设计方案 3 根据方案设计硬件电路 应用 Protel 绘制电路原理图 4 软件编程并调试 5 硬件焊接与调试 6 完成课程设计报告 工作计划与进度安排工作计划与进度安排 第 18 周 6 月 23 日 6 月 27 日 布置设计任务 查资料 完成总体设计框架 第 19 周 6 月 30 日 7 月 4 日 完善设计内容 焊接调试 验收答辩 指导教师 专业负责人 学院教学副院长 3 摘要摘要 在工业生产控制过程中 压力是一个很重要的参数 比如利用测量大气压 力来间接测量海拔高度 在工业生产中测量压力参数来判断反应的过程 在气 象预测中 也需要测量大气压力来判断阴雨天气等等 所有这些都需要掌握测 量压力 所以压力表的设计拥有广阔的市场前景 本课题就是基于此原因设计 的一个简单压力计 本课程设计用 MPX4115 传感器来检测压力参数 ADC0808 进行模数转换后 利用 AT89C52 进行数据处理后 由键盘设置测量量程 用发光二级管显示当前 测量量程送液晶显示压力值 本系统可根据需要进行功能扩展 由于 ADC0808 支持 8 路信号采集 可以 对 8 个压力点参数进行检测 可以手动设置采集哪一路 或者循环采集 还可 以进行压力上下限报警 在设计系统的时候 立足于界面友好性 性价比 可以在简单压力检测的 时候使用 关键词 压力测试 关键词 压力测试 单片机 单片机 ADC 传感器 传感器 4 目目 录录 1 设计要求 5 2 设计方案与设计原理 6 2 1 系统总体设计 6 2 2 功能介绍 6 3 元器件的识别与检测 7 3 1 AT89C52 简介 7 3 2 ADC0808 简介 7 4 制作与调试 9 4 1 系统软件设计 9 4 2 系统程序整体流程图 9 4 3 T0 中断服务程序流程图 10 4 4 外部中断 INT0 流程图 10 4 5 系统总体框图 11 4 6 系统总体仿真电路 12 4 7 软硬件仿真调试及性能分析 13 4 8 程序代码 13 5 设计心得 19 6 参考文献 20 5 1 设计要求设计要求 本课程设计用 MPX4115 传感器来检测压力参数 ADC0808 进行模数转 换后 利用 AT89C52 进行数据处理后 由键盘设置测量量程 用发光二级管 显示当量量程送液晶显示压力值 数字压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器 其广泛应用于各种 工业自控环境 涉及水利水电 铁路交通 智能建筑 生产自控 航空航天 军工 石化 油井 电力 船舶 机床 管道等众多行业 下面就简单介绍 一些常用传感器原理及其应用 本课程设计的数字压力传感器以单片机为主要部件 利用全桥测量原理 通过 对电路输出电压和标准压强的线性关系 建立具体的数学模型 将电压量纲 V 改为压强纲 pa 即成为一台原始电子称 其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器 电阻应变式传感 器是传感器中应用最多的一种 本设计采用全桥测量电路 使系统产生的误差 更小 输出的数据更精确 而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的 模拟信号进行一定倍数的放大 以满足 A D 转换器对输入信号电平的要求 ADC0809 的 A D 转换作用是把模拟信号转变成数字信号 进行模数转换 然后 把数字信号输送到显示电路中去 最后由显示电路显示出测量结果 并且能实 现数字传感器之间的通讯 达到数据共享的目的 从而更好的满足当今社会的 要求 6 2 设计方案与设计原理设计方案与设计原理 2 1 系统总体设计系统总体设计 压力计以AT89C52 为核心 进行数据的处理和显示 并进行显示量程的切换 压力测量采用MPX4115 利用ADC0808 实现A D 转换 由键盘设置量程转换 并 且用发光二极管显示当前的量程 2 2 功能介绍功能介绍 压力计的测量量程在10KPA 100KPA 精度在0 5 级 利用16X1 字符型LCD 显示和提示操作 利用按键进行量程转换 具体为XX XX KPA 和XXX X KPA 压力测量使用摩托罗拉公司的MPX4115 传感器 采集电路以此为核心 为了 克服干扰 在MPX4115 输出电路中增加了RC 滤波电路 MPX4115 压力传感器检测的范围是10KPA 100KPA 输出电压信号0 2V 4 8V ADC0808 的参考电压VREF 5V VREF 0V 则0V 5V 对应 0 255 0 2V 4 8V 对应 10 246 本课程设计是基于 AT89C52 的压力测量装置 有压力传感器测量当前施加在传 感器上的压力 并通过 ADC0808 芯片将电压信号转换为数字信号传递给单片 机 通过单片机将当前的压力值传递给 LCD 并且正确显示 本系统可根据需要进行功能扩展 由于ADC0808 支持8 路信号采集 可以对 8 个压力点参数进行检测 可以手动设置采集哪一路 或者循环采集 还可以 进 行压力上下限报警 在设计系统的时候 立足于界面友好性 性价比 可以在简单压力检测的时 候使用 7 3 元器件的识别与检测元器件的识别与检测 3 1 AT89C52 简介简介 AT89C52 是51 系列单片机的一个型号 它 是 ATMEL 公司生产的 AT89C52 为40 脚双列直插封装的8 位通用 微 处理器 采用工业标准的C51 内核 在内部 功能及 管脚排布上与通用的8xc52 相同 其主要用于会聚调整时的功能控制 功能包 括对会聚主IC 内部寄存器 数据RAM 及外部接口等功能部件的初始化 会聚调 整控制 会聚测试图控制 红外遥控信号IR 的接收解码及与主板CPU 通信等 主要管脚有 XTAL1 19 脚 和XTAL2 18 脚 为振荡器输入 输出端口 外接12MHz 晶振 RST Vpd 9 脚 为复位输入端口 外接电阻电容 组成的复位电路 VCC 40 脚 和VSS 20 脚 为供电端口 分别接 5V 电源 的 正负端 P0 P3 为可编程通用I O 脚 其功能用途由软件定义 3 2 ADC0808 简介简介 ADC0808是采样分辨率为8位的 以逐次逼近原理进行模 数转换的器件 其 内部有一个8通道多路开关 它可以根据地址码锁存译码后的信号 只选通8路 模 拟输入信号中的一个进行A D 转换 ADC0808是ADC0809的简化版本 功能基本 相同 一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A D 转换 实际使用时采用ADC0809 8 进行A D 转换 ADC0808芯片有28条引脚 采用双列直插式封装 如 右图所示 各引脚功能如下 1 5和26 28 IN0 IN7 8路模拟量输入端 8 14 15和17 21 8位数字量输出端 22 ALE 地址锁存允许信号 输入 高电平有效 6 START A D 转换启动脉冲输入端 输入一个正脉冲 至少100ns 宽 使其启动 脉冲上升沿使0809复位 下降沿启动A D 转换 7 EOC A D 转换结束信号 输出 当A D 转换结束时 此端输出一个高 电平 转换期间一直为低电平 9 OE 数据输出允许信号 输入 高电平有效 当A D 转换结束时 此 端输入一个高电平 才能打开输出三态门 输出数字量 10 CLK 时钟脉冲输入端 要求时钟频率不高于640KHZ 12 VREF 和16 VREF 参考电压输入端 11 Vcc 主电源输入端 13 GND 地 9 4 制作与调试制作与调试 4 1 系统软件设计系统软件设计 系统主程序在初始化后只进行按键扫描 利用定时器T0 定时5S 启动AD 转化 即采样周期是5S 当AD 转换 完成后进入外部中断INT0 服务程序 进行 数据的处理 刷新显示的压力值 当 采用两位量程时 若检测到压力值大 于等于 100 提示超过量程 OVER 需 要转换量程 4 2 系统程序整体流程图系统程序整体流程图 系统的整体程序流程图如下所示 主程序在完成开机LOGO 显示 压力值初始化显示 TO 及INT0 中断初始化 后进入死循环 在循环中进行按键扫描 切换量程 等待T0 中断启动AD 转换 转换完成后进入外部中断 INT0 进行数据的处理 分析 显示 按键子程序流程图 10 按键子程序进入后首先对显示模式进行修改 即在两位整数和三位整数显示 之间进行切换 若是两位整数模式则先判断是否超过量程 压力值是三位数整 数 超过量程则显示 OVER 提示转换量程 若是三位整数模式则直接刷 新数据后显示 4 3 T0 中断服务程序流程图中断服务程序流程图 T0 定时器定时50MS 即每50MS 进入T0 中断 在中断中增加TIME5S COUNT 计时器 每次进入T0 中断后TIME5S COUNT 加1 当加到100 后表示5S 到 清 零同时启动 AD 转换 4 4 外部中断外部中断 INT0 流程图流程图 外部中断 INT0 服务程序流程图如下所示 11 当ADC0808 完成AD 转换后 EOC 变高 经反相器后接单片机INT0 口 下降 沿启动INT0 中断 在中断中首先读取转换后的数字量 再进行标度换算成压力 值 完成数据的刷新 4 5 系统总体框图系统总体框图 以AT89C52 为核心 外围电路有信号采集MPX4115 AD 转换电路ADC0808 按键和显示液晶模块 总体框图如下 压力测量电路 压力测量使用摩托罗拉公司的 MPX4115 传感器 采集电路以此为核心 为了 克服干扰 在 MPX4115 输出电路中增加了 RC 滤波电路 如下图所示 12 4 6 系统总体仿真电路系统总体仿真电路 压力计检测系统在 PROTUES 仿真的硬件电路如下所示 MPX4115 的输出的电压信号 0 2V 0 5V 送至 ADC0808 的 0 通道 AD 转化 后的 8 位数字信号送给单片机 P1 口 经单片机分析处理数据后经 P0 口送液晶显 示 13 按键控制量程的转换 00 00 10 00KPA 和 10 0 100 0KPA 两个量程 显然 整数是两位时的现实精度高 红色 LED 亮表示此时的量程为 00 00 10 0KPA 黄 色 LED 亮表示此时的量程为 10 0 100 0KPA 显示界面利用 16X1 的字符型液晶 LM020L 进行显示 相比 LED 显示能显示 更 多的内容 人机界面更友好 而且节省单片机硬件资源 4 7 软硬件仿真调试及性能分析软硬件仿真调试及性能分析 1 数字量到压力值的标度变换 MPX4115 压力传感器检测的范围是10KPA 100KPA 输出电压信号0 2V 4 8V ADC0808 的参考电压VREF 5V VREF 0V 则 0V 5V 对应 0 255 0 2V 4 8V 对应 10 246 2 系统最小分辨率 即当压力值变换了 0 424KPA 系统便 能检测到 14 4 8 程序代码程序代码 INCLUDE INCLUDE DEFINE UCHAR UNSIGNED CHAR DEFINE UINT UNSIGNED INT DEFINE DATAPORT P0 数据端口 SBIT BUSY P0 7 SBIT ADC CS P2 0 SBIT LCD RS P2 1 SBIT LCD RW P2 2 SBIT LCD E P2 3 SBIT LED1 P2 4 两位数 XX XX 默认两位数 SBIT LED2 P2 5 三位数 XXX X SBIT KEY P2 6 量程转换 SBIT ADC OE P2 7 BIT KEY COUNT 量程表示 0 两位 1 三位 UCHAR TIME5S COUNT UCHAR PRESS BAI UCHAR PRESS SHI UCHAR PRESS GE UCHAR PRESS DOT1 十分位 UCHAR PRESS DOT2 百分位 UCHAR K 量程转换的放大倍数 两位10 三位100 UINT TEMP FLOAT PRESS UCHAR CODE STR0 0 WELCOME GOOD 开机LOGO 15 UCHAR CODE STR0 1 PRESS KPA 正常显示检测 14 UCHAR CODE STR1 OVER 超过了满量程 VOID DELAY UCHAR X UCHAR Y Z FOR Y X Y 0 Y FOR Z 110 Z 0 Z 注意 后8 个字符的地址是从80 40 开始的 检测LCD 忙函数 VOID CHECK BUSY DO DATAPORT 0XFF LCD RS 0 LCD RW 1 LCD E 0 15 LCD E 0 相当于 NOP LCD E 1 WHILE BUSY 1 LCD 写命令 VOID WRITE COM UCHAR COM DATAPORT COM LCD RS 0 命令 LCD RW 0 写 LCD E 0 CHECK BUSY 判断LCD 是否忙碌 LCD E 1 DELAY 1 LCD E 0 LCD 写数据 VOID WRITE DATA UCHAR DATE DATAPORT DATE LCD RS 1 数据 LCD RW 0 写 LCD E 0 CHECK BUSY LCD E 1 DELAY 1 写显示一个字符函数 VOID WRITE NUMBER UCHAR DAT UCHAR ADD 形参 显示数据 显示地址 WRITE COM 0X80 ADD 显示数据的地址 WRITE DATA 0X30 DAT 送数字ASCII 码 VOID DISP INIT UCHAR I ADC OE 0 WRITE COM 0X01 清屏并光标复位 WRITE COM 0X30 设置8 位 2 行 5 7 点阵 WRITE COM 0X0F 显示开 允许闪烁 WRITE COM 0X0C 光标不显示 不闪烁 WRITE COM 0X14 文字不动 光标自动右移 WRITE COM 0X80 显示起始地址 FOR I 0 I 15 I 开机LOGO WRITE DATA STR0 0 I 显示 WELCOME GOOD 16 FOR I 0 I 100 I 开机LOGO 延时时间 DELAY 100 WRITE COM 0X01 清屏并光标复位 WRITE COM 0X80 显示的起始地址 FOR I 0 I 100 超过了满量程 显示OVER WRITE COM 0X80 6 显示的起始地址 FOR I 0 I 100 超过了满量程 显示OVER WRITE COM 0X80 6 显示的起始地址 FOR I 0 I 5 I WRITE DATA STR1 I OVER ELSE TEMP UINT PRESS K 放大100 倍 便于求小数 PRESS SHI UCHAR TEMP 1000 取压力值百位 PRESS GE UCHAR TEMP 1000 100 取压力值十位 PRESS DOT1 UCHAR TEMP 1000 100 10 取压力值十分位 19 PRESS DOT2 UCHAR TEMP 1000 100 10 取压力值百分位 刷新显示的压力数据 WRITE NUMBER PRESS SHI 6 压力值 WRITE NUMBER PRESS GE 7 WRITE NUMBER PRESS DOT1 9 WRITE NUMBER PRESS DOT2 10 ELSE KEY COUNT 0 三位显示 TEMP UINT PRESS K 放大10 倍 便于求小数 PRESS BAI UCHAR TEMP 1000 取压力值百位 PRESS SHI UCHAR TEMP 1000 100 取压力值十位 PRESS GE UCHAR TEMP 1000 100 10 取压力值个位 PRESS DOT1 UCHAR TEMP 1000 100 10 取压力值十分位 刷新显示的压力数据 WRITE NUMBER PRESS BAI 6 压力值 WRITE NUMBER PRESS SHI 7 WRITE NUMBER PRESS GE 8 WRITE NUMBER PRESS DOT1 10 5 设计心得设计心得 这次课程设计经历了一周的时间 其中遇到了许多的麻烦和困难 但是都 一一解决 了 通过发现问题 分析问题 解决问题 我又学到了许多新的知识 而且这 些知识都是在书本中的抽象理论中很难明白的 必须在工程实际应用才能够有 切身的体会 在确定课题后 设计有要求量程切换 这是在以前书本中都不曾提过的应 用 我们根据现实生活中 和在实验室接触的仪表中 将量程切换定义为 小 量程 xx Xx 现实到小数点百分位 大量程 xxx x 虽然整数可以显示到 百位 但是只能够显示到小数点十分位 这样就没有小量程显示准确了 在按 键子程序中要达到量程转换的目的 定义一个位变量 key count 每次按键后 key count 先取反 再判断 key count 的值 若是 0 表示的是两位整数显示模 式 1 则表示三位整数显示的模式 20