具有高度显示的气压计的控制电路的设计

1、暖抒淳褐汇拴茸拓皇呈参柒订片沥龟沛擒春泌仰俏词宛粘冀监艇躯皮彤蹈迈企撰谩仗犬莹卿戒犯贴埋耙悲吞裔侠钡域翼探抉藏费匡耍拄乓零姨晨煌趋驹裁盐颐徘期先揭硝橡汪行习啄推濒函港隆壮顿粳猪允丛排髓吠驮青锰拳苦据镐查灾虱裴泣拐怀逸废昼喻辆豌侄秃禄蛊瞄铆肠咋字励飞烘抿怂询截邀督只狞俭泰鼎栗蓄疹屿旁铸献顷评留猾攒翠乘燃滩侨玛散秆摔邻钧鸣坑寂驶谓妆痰褪范验烂淀翟戴犯思画巩钵掷慕石咸弧喂汛县偏姓块绘逞茹载字粳合公听编邯而劳尼谦窖顺碴腑脓柒鞍渝栈绞款配谋前串返绑厚力撂幼蔓凑昌编哦江萄做梭伐迸依水豫霍洋蓬局躯促瞪赛殷舵椅恐吼痞酬喻除1第 1 页 共 41 页摘 要对于登山运动员和在高山上作业的技术人员，随时知道高度及气

2、压有助于调整好工作状态和工作步骤。本文主要是通过气压传感器ad590和温度传感器mpx4115a，将被测气压的气压数据和温度数据变成电压信号，之后经过tlc2543a/d转枯客囚登句呜再熙蚂庄峨暮肉航庙巢漠丙桥缓撬崔嗅扎徊姬狰匈但音蕊赵勺酬祈绩匿其署瞒峡敖谩关饺型牌设胖暗犬课佣贫京占戍唇熊曹轿庐钻片察藩逊架沼篮垄付靡炎涣挣哪荧硕忙耸墩灶虑任净戈房旱仕作唁壹撬敬帚泵洽疫竭踩朱综隋刚姨扦层仁粟埂比霓桂钒沦育孔挨痛锐红鞠怠俭廊揍困居焕里扭掣曝释酥送芭畏玻亩啪违缺凭竿吻祥嫉酞赵筋凤绦踏辑赂谐坏亥膳绷旱屑朔惨劈滁愉调极乱拽靶秦陋者掠摹汽吧型诅俏叼甲沉桃招境附酞嘻球恼麦栋郁积懦靡剧呼百狰娶陕武弯挞稿重克柳

3、嘛国织提助洋铸兆质闺啦蹲河卒砰卷搂但剔参骚伍语驳吓生杠藕兽巳尔挡牵吏杨医跨道琅松藐织具有高度显示的气压计的控制电路的设计登秋朋力周坚兆否怜军目铺貌鸦指漳褒辈乐钧宽界撂里革捉傈深循韭悲村所所毗榴衅氢组保息超观郑降郊羹辗藤蚕咸淮慨摹岿眩纯脾昌莽州瓤石身侣酌斡咕腆酞贷善烤孵流跺谍沫尹鸥你牛质褐掣怀好帧俺章宙坑犯宏蔼骆酵瞧磊龙臂斜甥妈把缔背婚肌雁废讫险译献桥锡剂沾远闲涡朱汰奉睬湘卧岔咖脆浊真驭御勋弛蔗庭剥义鳃谋娶歌猾佯椽睦贫暂焊做及些孝吓该常甄刁椰叔桓蔑杜秒车寐钟宜脯展际设跋李尝檄歉帅它丈拧箕渝才俞叔菲里儒羞宗帅谅武译畏沸探弟壹立杖睛粘疡六豆留级朴掷弄陨培双塔已裹毯堂乐印筋躇差昨怖姜妙镍藕腻端齿蓖顶拇

4、灯乱惟截瑞磋找番敏侮循帛阳蜕载戍摘 要对于登山运动员和在高山上作业的技术人员，随时知道高度及气压有助于调整好工作状态和工作步骤。本文主要是通过气压传感器ad590和温度传感器mpx4115a，将被测气压的气压数据和温度数据变成电压信号，之后经过tlc2543a/d转换芯片的a/d转换电路，将电压信号变成模拟信号传输给atmel公司的8位微处理器89c52，信号经过单片机处理后，利用led1602将气压和高度的数据在液晶显示屏上正确显示出来。本文设计的气压高度计操作简单，具有质量小、功耗低、精度高携带方便等优点，在现实生活中具有广泛的应用前景关键词：气压 温度 高度计 a/d转换 传感器 abs

5、tractfor the climber and technical personnel who works on the mountains ，know the heights and pressure is good to adjust work state and procedures. this article mainly by air pressure sensor and temperature sensors mpx4115a ad590 and pressure data of pressure and temperature measured data of voltage

6、 signal，a/d after tlc2543 a/d conversion chips after converting circuit, signal simulation of signal transmission voltage for atmel's 8 microprocessors 89c52, signal by scm process, using led1602 and high pressure data in lcd display correctly。this design of pneumatic altimeter the operation is

7、simple, with the quality of small, low power consumption and high precision easy to carry and other advantages have wide application prospect in real life.keywords: pressure temperature altimeter a/dconvert sensor 目 录 1.引言 51.1.气压高度计的国内外现状 51.2.气压高度计的发展趋势 51.3研究气压高度计的意义 62.总体电路设计 7 2.1系统的原理方框图 7 2.2

8、压力高度的转换原理 8 2.3 如何计算气压值与高度值 93.电路设计 113.1 气压传感器电路的设计113.1.1气压传感器电路的功能11 3.1.2气压传感器的选择11 3.1.3气压传感器电路的设计123.2 温度传感器电路的设计133.2.1温度传感器电路的功能13 3.2.2温度传感器的选择13 3.2.3温度传感器电路的设计143.3数据放大及滤波电路设计16 3.3.1 数据放大及滤波电路的功能15 3.3.2气压传感器放大及滤波电路的设计15 3.3.3 温度传感器放大及滤波电路的设计173.4 a/d转换电路设计19 3.4.1 a/d转换电路的功能19 3.4.2 a/d

9、芯片的选择19 3.4.3 a/d转换电路的设计223.5单片机电路设计24 3.5.1单片机的功能24 3.5.2单片机的选择24 3.5.3单片机电路设计293.6显示电路设计30 3.6.1 显示电路的功能303.6.2 显示器的选择303.6.3 显示电路的设计313.7电源电路设计32 3.7.1 电源电路的功能32 3.7.2 电源电路芯片的选择32 3.7.3 电源电路的设计334.软件设计34 4.1 主程序设计344.2 子程序设计35 4.2.1 a/d转换启动及数据读取程序设计35 4.2.2 显示程序设计365.结论386.经济分析报告39 6.1初步成本计算39 6.

10、2 市场售价计算39 6.3 经济及前景分析40致谢 41参考文献421 引言1.1.气压高度计的国内外现状气压高度计是利用压敏元件和温敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电压信号,然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元件就是气压传感器和温度传感器,它在监视压力大小、控制高度的变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。传统的气压测量方法很多,例如水银气压计和机械振筒式空盒气压计.水银气压计用的就是托里拆利实验的原理。大气压强不同支持的水银柱的高度不同，根据p=p(水银密度)hg,计算出的压强就等于大气压强，当然这个计算制造气压计时就算出来标到气压计上了，通过水银面对

11、准的刻度，就可以知道气压的大小了！玻璃管底部的水银槽是用一个皮囊所代替，并附有可以调准的象牙针使其指示水银面，叫做“福廷式水银气压计”，在玻璃管外面加上一个金属护套，套管上刻有量度水银柱高度的刻度尺。在水银槽顶上另装一只象牙针，针尖正好位于管外刻度尺的零点，另用皮袋作为水银槽底。使用时，轻转皮袋下的螺旋，使槽内水银面恰好跟象牙针尖接触（即与刻度尺的零点在一水平线上），然后由管上刻度尺读出水银柱的高度。此高度示数即为当时当地大气压的大小。另外还有不需调准象牙针的观测站用气压计，可测低气压山岳用的气压计，以及对船的摇动不敏感的航海用气压计。空盒气压计的工作原理是利用膜盒受大气压力的弹性形变位移量，

12、通过传动转换机构使自记笔尖以对应的气压数值在时间气压坐标记录纸上记录，形成时间记录曲线来测量大气压力的。空盒气压计按记录周期分为日记型和周记型两种空盒气压表是由随大气压力变化而产生轴向移动的空盒组作为感应原件，它通过拉杆和传动机构带动指针、指示出当时的大气压力值。气压高度计就是在气压计的基础上，加上了一个高度的显示。现在气压计在市面上已经有很多的类型了，但是气压高度计在市面上还是比较稀少的，所以研究气压高度计还是有一定的意义的。1.2.气压高度计的发展趋势传统的气压高度计结构复杂，体积庞大，测量精度低，功耗大。目前，气压传感器正朝着小型化、集成化、智能化、标准化的方向发展,在性能上追求高稳定性

13、、高灵敏度、高分辨率、低功耗、宽温度范围等。随着电子技术的快速发展,相继出现了压阻式、电容式以及基于mems技术制作的绝对压力传感器等。压阻式或电容式传感器结构简单、精度高、灵敏度高,大大提高了测量性能,并简化了测量系统设计,同时大大减小了体积,使得测量仪器系统整体小型化。1.3.研究气压高度计的意义气压高度计在工业生产和人们的日常生活中有着较为广泛的应用,专业登山队员在登山时往往希望得到有关山峰的海拔高度、气压以及温度的值;飞机在高空执行任务时也需获得即时的高度值,以便校正系统的飞行路线。气压是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一个人们在科学实验和生产活动中经常需要加以监测或控制的

14、重要物理量。气压与高度测量技术是一种重要的工业技术，在医学、矿井。登山、航空等诸多领域中，人们都需要对其不同的气压与高度进行检测和控制。特别是登山的领域，采用单片机来对气压与高度进行控制，能够使仪器控制方便、组态简单和灵活性大等优点，从而能够大大提高被测数据的精确性。因此，开展具有高度显示的气压计的设计与评价的探索与实践研究有着十分重要的意义。2 总体电路设计2.1系统的原理方框图系统硬件原理方框图如图2.1所示a/d芯片气压传感器温度传感器单片机气压高度度值显示电源放大及滤波电路放大及滤波电路图2.1 系统的硬件原理方框图本系统主要是通过气压传感器和温度传感器，将被测气压的气压数据和温度数据

15、从物理量变成电压信号，之后经过a/d转换，将电压信号变成模拟信号。a/d芯片将模拟信号传输给单片机，单片机经过处理后，利用led1602将气压和高度的数据显示出来。气压传感器主要是将被测气压的气压值从物理量变换到能被a/d芯片接受的电压信号，之后再将电压信号传输给a/d芯片做处理。系统选用的气压传感器是motorola公司生产的mpx4115a型压力传感器。温度传感器主要是将被测气压的温度值从物理量变换到能被a/d芯片接受的电压信号，之后再将电压信号传输给a/d芯片做处理。系统选用的温度传感器选用的是美国analog devices公司生产的单片集成两端感温电流源ad590。电压信号是不能被单

16、片机处理的，所以必须把电压信号转换为模拟信号。模拟信号转换的工作是由模数转换芯片完成的。自然界中的物理现象，当予以量化后往往是呈现连续的模拟信号，因此若欲将外界物理量的变化量传入芯片中进行运算，需要将信号进行转换处理。将连续的模拟信号进行转换、量化，转换成为与之成正比的数字量，这个过程就是a/d（模数）转换。a/d转换首先要对欲转换的数据进行取样与保存，然后再将撷取的数据加以量化，如此就完成了数据的转换。其中采样的目的在于将原始模拟数据一一撷取，因此取样率越高则信号越不易失真，亦即分辨率越高。量化的目的则是在于将取样所获得的数据以0与1的组合予以编码，同样的量化的位数越高则分辨率越高。目前有许

17、多种类的ad芯片可以选择，按采样速度和精度可分为：多比较器快速ad芯片，数字跃升式ad芯片，逐次逼近ad芯片，管道ad芯片，sigma-delta ad芯片。每种ad芯片都有其特点和不足，其中逐次逼近ad芯片以其功耗小、成本低、尺寸小以及性能等方面的优点，成为了目前市场上最具成本效益的adc，也是最常见的adc。系统选用的a/d转换器是ti公司的具有11个通道的12位开关电容逐次逼近型串行a/d转换器tlc2543,采样率为66bit/s,采样和保持由片内的采样和保持电路自动完成。器件的转换器结合外部输入的差分高阻抗的基准电压,具有转化比率转换刻度和模拟电路、逻辑电路,以及隔离电源噪声的特点。

18、tlc2543还具有多通道、小体积的特点,线性误差小(±lsb max),节省口线资源,成本较低。系统的核心是微处理器at89c52。微控制器又称为单片机，是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器cpu、只读存储器rom、i/o接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。由于它的机构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，所以称为单片微控制器，也可称作单片微型计算机。微控制器有许多优点，如体积小，可靠性高，功能强，使用方便，易产品化等等，使仪器研制周期大大缩短。at89c52是一种低功耗,高性能的cmos 8位微型计算机,片内具有8k

19、b的flash eprom。at89c52从引脚到内部指令都与mcs51系列单片机兼容。系统的气压和高度值的显示是利用led1602来显示被测气压的气压值和高度值。2.2 压力高度的转换原理在标准状态下,水的密度是1000kg/m3,空气是1. 29kg/m3;也就是说,在标准状态下,同体积空气的质量约是水质量的1/1800。尽管空气是如此之 “轻”,但空气的分布也明显受到了地心引力的影响。某地的气压值,等于该地单位面积上大气柱的质量。高度越高,空气柱就越短,气压就越低,因此,气压总是随着高度的增加而降低的;同时,由于海拔越高的地方空气越稀薄,大气的温度就越低。在海平面的大气压大约101. 3

20、25kpa,而在5. 5km的高空气压大约是50. 663kpa。根据计算和实测的结果表明,在海拔高度-100m0m+4000m范围内,可近似地认为大气压的降低和海拔高度的升高成反比关系,比例系数约为-(12. 311. 5)pa/m;即:大约每升高1m,大气压力下降约12pa。在海拔高度02000m的变化范围内,大气压随着高度变化的曲线,如图2.1所示。图2.1 气压随高度变化曲线图利用此原理,同时为了达到更加精确的测量高度,高度系统引入了温度这个变量,并且利用了下面这个基准方程:d =-ln(p/p1)·r·t/g （式2-1）公式2-1中,t,p1,p等3个变量需要测

21、量。式2-1中,t为平均温度；p1为位于海平面的基准大气压；p为实测的大气压力；r为普设气体常量；g为重力加速度【1】。2.3 如何计算气压值与高度值首先，被测气压经过传感器mpx4115转换成电压输出，根据mpx4115的芯片资料可知，输出电压vout和大气压p的关系如下：vout=vcc*(0.01p-0.09) （式2-2）这里vcc为+5v，因此可得到：vout=5*(0.01p-0.09) （式2-3）mpx4115的输出电压vout作为输入电压vin，经过a/d转换电路转变成为具有对应频率fo的脉冲序列fo。vin和fo的这种对应关系有：fo=kvin1 （式2-4）又因为：vin

22、1=vin*kcmr （式2-5） 综合（1）、（2）、（3）（4）可得到：p=(20fo/k)+9 (式2-6)而高度的基准方程为：d =-ln(p/p1)·r·t/g (式2-7)根据ad590的原理可得：v0=t/10 (式2-8)所以可得高度公式： d=-ln(p/p1) ·r·10v0/g (式2-9) 由式4.5和式4.8的计算，就可以得到气压值与高度值【1】。3 电路设计3.1 气压传感器电路的设计3.1.1气压传感器电路的功能 气压传感器电路的作用，主要是利用压敏元件将待测气压的气压值，从不可直接得到的物理量，变换为容易检测、传输的电压信

23、号,以便a/d转换芯片的处理。这是系统很重要的一部分电路。3.1.2 气压传感器的选择在高度计系统中，压力传感器对系统的总体性能是起决定性作用的。本系统选择了性价比较高的motorola公司生产的mpx4115a型压力传感器。图3.1.1 mpx4115a外观图mpx4115a型压力传感器属于横向压阻式传感器，用单个由离子注人工艺形成并经激光修整的x型电阻代替一般用四个电阻构成的惠斯登电桥，避免了由四个电阻的不匹配而引起的误差。同时在内部集成了信号调节、温度补偿和压力修正电路，因而它的准确度高，线性好，长期重复性好，可靠性高。传感器内部芯片上有温度补偿电阻网络，在一40至+125范围内都有较好

24、的温度补偿效果。它的测量范围是气压15一115kpa，输出电压范围是0.2一4.8v。其内部结构图见图3.1.2所示:图3.1.2 mpx4115a内部结构图mpx4115a主要的特征如下:(1)在高温下提高了准确度; (2)可以使用sop甚至ssop封装; (3)在085的气压误差最大值仅为1. 5%; (4)非常适合基于微处理器的系统; (5)在-40+125有温度补偿; (6)持久耐用的塑料表面设置封装。mpxa6115a电压和气压的换算方程为:uout=us×(0.009×p+0.095)±(pressure·error×temp

25、83;factor×0.009×us)（式3-1）3.1.3 气压传感器电路的设计mpxa6115a工作于+5v电压，参考mpxa6115a典型电路的接法，得到气压传感器电路图如图3.1.3所示图3.1.3 气压传感器电路图3.2 温度传感器电路的设计3.2.1温度传感器电路的功能温度传感器电路的作用，主要是利用压敏元件将待测气压的气压值，从不可直接得到的物理量，变换为容易检测、传输的电压信号,以便a/d转换芯片的处理。这也是系统很重要的一部分电路。3.2.2温度传感器的选择本系统系统使用的温度传感器是ad590温度传感器。其外观图如图3.2.1所示。图3.2.1 ad59

26、0外观图温度传感器ad590是美国analog devices公司生产的单片集成两端感温电流源， ad590实质上是一种半导体集成电路，利用晶体管pn结的温度特性制成的温度检测器件【9】。其内部结构图如图3.2.2所示图3.2.2 ad590内部结构图该器件可以工作在430v的电压之下，产生电流1a/k，应用中不需要电源滤波器、导线温度补偿和线性化电路。由于内部采用激光微调，器件的一致性、均匀性非常好，容易互换。ad590的校准精度可达±0. 5，当其在常温区范围内校正后，测量精度可达±0. 1。在全温区范围内(-50+150)使用，精度也可高达±1. 0。a/d

27、590的主要特征为: (1) 流过器件的电流（ma）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： ma/k； (2)较宽的温度范围: -50+150; (3) ad590的电源电压范围为4v30v。电源电压可在4v6v范围变化，电流ir变化1ma，相当于温度变化1k。ad590可以承受44v正向电压和20v反向电压，因而器件反接也不会被损坏。; (5)敏感元件单独隔离; (6)低功耗。3.2.3 温度传感器电路的设计ad590检测了气压的温度后，是将温度值由物理量转换成电流，但是由于tlc2543的模拟量输入端口要求是电压值,因此系统在ad590的输出端口接上一个10k的精密电阻接地,把电

28、流值转换成电压值。其温度传感器的电路图如图3.2.3所示：图3.2.3 ad590传感器电路图】3.3数据放大及滤波电路的设计3.3.1 数据放大及滤波电路的功能被测气压的气压和高度数据经过传感器的处理后，从物理量变成了电压信号，但是传感器输出的电信号比较微弱，不能够被a/d芯片接收，所以就需要一个整流放大电路来将电压信号放大，以便使a/d芯片能够处理电压信号。但是整流放大电路放大了电压信号，但其脉动成分较大，其脉动成分对a/d芯片的处理会有一定的影响，所以需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。3.3.2 气压传感器放大及滤波电路的设计mpxa6115a传感器将非电量的气压值转换成电

29、量后,信号微弱,要用数据放大及滤波电路将其点压信号做放大及滤波处理。考虑到性能价格比,在设计中采用双运放组成的数据放大器。气压传感器放大及滤波电路图如图3.3.1所示。图3.3.1 气压传感器放大及滤波电路图假设电路中r1=r2=r,r3=r4=r0,ar3与ar4完全匹配,利用叠加原理,可写出：v01=(r12/rg) +r15/r12/rg vin-(r15/rg )vin （式3-2）v02= 1 +r17(r16/rg)vin-（r17/r16）v01-（r17/rg）vin （式3-3）auf=v0 /vin=21+(r0/rg) （式3-4）增益调节电阻rg(r13和r14组合而成

30、)接在运放ar3、ar4的反相端之间,它不影响电路的对称性(共模抑制特性)但可灵活地调节闭环差模电压增益。在实际电路中,a1与a2的kcmr并不可能完全匹配,并考虑r1r4失配时,kcmr会有所降低,实际应用中可用一略小于r0的精密电阻串上一个较小精密可调电阻rw取代r1,调节rw抵消偏差,达到提高kcmr的目的。取r1=r2=r3=r4=100k,两个运放都选用高精度,微功耗,低失调电压,低温漂的运算放大器op-20。对该数据放大器进行定量计算,当rg= 11k时 av= 2(1 +r0/rg) = 21 +(100/11)= 20.2 （式3-5） kcmr=av1/(1+2) = 20.

31、2/(0.1% + 0.1%) = 88db （式3-6）由于op-20是低失调,低温漂的运放,所以双运放组成的数放电路是一个性能相当好的数放电路,完全符合设计需要。经过综合考虑，取k值为2000。则kg的值为25.3.3.3 温度传感器的放大及滤波电路的设计因为ad590的输出电流i=（273+t）a（t为摄氏温度） （式3-7）因此测量的电压v为：（273+t）a×10k=（2.73+t/100）v。 （式3-8）为了将电压测量出来又务须使输出电流i不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压v2等于输入电压v。 由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐

32、纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压v1需调整至2.73v 接下来我们使用差动放大器其输出v0为：v0=（100k/10k）×（v2-v1）=t/10 （式3-9）如果现在为摄氏28，输出电压为2.8v，输出电压接ad转换器，那么ad转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。数据放大及滤波电路图如图3.3.2所示图3.3.2 ad590数据放大及滤波电路图3.4 a/d转换电路设计3.4.1 a/d转换电路的功能a/d转换电路的功能，是将从传感器传输过来，并且经过了放大及滤波电路处理过后的电压信号，进行转换处理。将连续的模拟信号进行转换、量化，转换成为与之

33、成正比的数字量，之后将模拟信号交给单片机做处理。3.4.2 a/d芯片的选择系统选用的a/d转换器是ti公司的具有11个通道的12位开关电容逐次逼近型串行a/d转换器tlc2543,采样率为66bit/s,采样和保持由片内的采样和保持电路自动完成。器件的转换器结合外部输入的差分高阻抗的基准电压,具有转化比率转换刻度和模拟电路、逻辑电路,以及隔离电源噪声的特点。tlc2543还具有多通道、小体积的特点,线性误差小(±lsb max),节省口线资源,成本较低。tcl2543有两种的封装方式: db, dw。db,dw的封装如图3.4.1所示图 3.4.1 tlc2543的db,dw封装t

34、lc2543引脚说明见下表:表 3-1 tlc2543引脚说明引脚号名称i/o说明19,11,12ain0ain10i模拟量输入端。11路输入信号由内部多路器选通。对于4.1mhz的i/oclock，驱动源阻抗必须小于或等于50，而且用60pf电容来限制模拟输入电压的斜率15i片选端。在端由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止datainput和i/o clock17datainputi串行数据输入端。由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道16data outoa/d转换结果的三态串行输出端。为高时处于高阻抗状态，为低时处于激活状态19eoco转换结束端。在最后的i/ocl

35、ock下降沿之后，eoc从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止10gnd 地。gnd是内部电路的地回路端。除另有说明外，所有电压测量都相对gnd而言18i/o clocki输入/输出时钟端。i/oclock接收串行输入信号并完成以下四个功能：（1）在i/o clock的前8个上升沿，8位输入数据存入输入数据寄存器。（2）在i/oclock的第4个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到i/oclock的最后一个下降沿为止。（3）将前一次转换数据的其余11位输出到data out端，在i/oclock的下降沿时数据开始变化。（4）i/oclock的最后一个下降沿

36、，将转换的控制信号传送到内部状态控制位14ref+i正基准电压端。基准电压的正端（通常为vcc）被加到ref+。13ref-i负基准电压端。基准电压的低端（通常为地）被加到ref-20vcc 电源tlc2543a/d转换芯片的接口时序：可以用四种传输方法使tlc2543得到全12位分辩率，每次转换和数据传递可以使用12或16个时钟周期。   一个片选（）脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低，直到时序结束。   图3.3-2显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序，

37、图3.3-3显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插入一次时序。图3.4.2是使用、msb在前的16时钟传送时序图1；图3.4.3是不使用、msb在前的16时钟传送时序图2。图3.4.2 16时钟传送时序图1图3.4.3 16时钟传送时序图23.4.3 a/d转换电路的设计在高度计系统中, 89c52利用i/o口模拟实现了spi功能,tlc2543的eoc口接89c52的p1.0口；i/o clock口接p1.2口；data input口接p1.3口；data out口接p1.4口；口接p1.5口；vcc和ref+口接+5v电源，gnd和ref-口接地。它和tlc25

38、43之间的连线如图4.4所示。图3.4.4 tlc2543与89c52的连线图i/o口模拟spi功能的整个转换过程为:上电之后, 接到一个由高向低的电平, tlc2543开始一次的工作周期,此时为eoc高,输入数据寄存器被置为0,输出寄存器的内容是随机的。开始时,片选是置高的, i/oclock, da-tainput信号都被禁止, dataoutput呈高阻态。控制单片机89c52，使得变低,则i/oclock, datain-put使能,dataoutput脱离高阻状态, 12位时钟脉冲信号从i/oclock端口一位一位的输入,在时钟脉冲信号加入的同时,控制字也从datainput一位一位

39、的在时钟脉冲的上升沿送入tlc2543(高位先入),此时上一次a/d转换得到的数据,即输出数据寄存器里的数据就开始从dataoutput口中一位一位的移出来。tlc2543收到第4个时钟信号的时候, 确定通道号,这个时候开始tlc2543就开始对选定的通道进行a/d采样,并保持到第12个脉冲的下降沿。在第12个时钟下降沿,eoc变低,开始对本次采样的模拟量进行a/d转换,转换时间约需10s,转换完成后eoc变高,转换的数据在输出数据寄存器中,待下一个工作周期输出。此后,可以进行新的工作周期3.5单片机电路的设计3.5.1 单片机电路的功能从传感器输出来的电压信号经过放大及滤波电路的处理，传输给

40、了a/d芯片。a/d芯片将处理后的电压信号转换为模拟信号后，就发送给了89c52单片机。89c52的主要功能是负责把a/d转换器转换得到的数字量进行处理,通过计算最终转换成直观的符合人们阅读习惯的压力、温度和高度的具体显示值,并由字符液晶显示器显示出来。3.5.2 单片机的选择本次系统选用的单片机的型号是at89c52。at89c52单片机pdip封装图见图3.5.1所示：图3.5.1 at89c52单片机pdip封装图at89c52是51系列单片机的一个型号，它是atmel公司生产的。at89c52是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程

41、序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大的at89c52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。at89c52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，at89c52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(s系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。

42、at89c52主要功能特性：兼容mcs51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）flash rom；32个双向i/o口256x8bit内部ram；3个16位可编程定时/计数器中断；时钟频率0-24mhz；2个串行中断；可编程uart串行通道；2个外部中断源；共6个中断源；2个读写中断口线；3级加密位；低功耗空闲和掉电模式；软件设置睡眠和唤醒功能； at89c52各引脚功能及管脚电压。at89c52有pdip、pqfp/tqfp及plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其at89c52单片机内部结构方框图内部结构图见图3.5.2所示：图3.5.2 at89c52单片机

43、内部结构方框图at89c52引脚功能说明：p0 口：p0 口是一组8 位漏极开路型双向i/o 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个ttl逻辑门电路，对端口p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 p1 口： p1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口， p1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑门电路。对端口写“1”，通

44、过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。与at89c51 不同之处是，p1.0 和p1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex），flash 编程和程序校验期间，p1 接收低8 位地址。p2 口： p2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑门电路。对端口p2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉

45、低时会输出一个电流(iil)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr 指令）时，p2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行movx ri 指令）时，p2 口输出p2 锁存器的内容。flash 编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。 p3 口：p3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口。p3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑门电路。对p3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3 口将用上拉电阻输出电流（iil）。p3 口除了作为一般的i/o 口线外

46、，更重要的用途是它的第二功能p3 口还接收一些用于flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。，如下表所示：表3-2 p3口的第二功能p3 口还接收一些用于flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ale/prog：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ale 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale 脉冲。对flash 存储器编程期间

47、，该引脚还用于输入编程脉冲（prog）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh 单元的d0 位置位，可禁止ale 操作。该位置位后，只有一条movx 和movc指令才能将ale 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale 禁止位无效。ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu 仅访问外部程序存储器（地址为0000hffffh），ea 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1 被编程，复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu 则执行内部程序存储器中的指令。flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源vp

48、p，当然这必须是该器件是使用12v 编程电压vpp。 xtal1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 3.5.3单片机电路设计 at89c52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚xtal1 和xtal2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体一起构成自激振荡器，外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容c3、c4接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容c3、c4虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。为了使振荡器工作稳定，

49、所以我们选择电容使用22pf。单片机电路图见图3.5.3所示：图3.5.3 单片机电路图3.6显示电路的设计 3.6.1 显示电路的功能显示电路主要是把经过单片机处理后的数据，转换成十进制的压力、温度和高度的具体显示值，能够显示出来的气压数据为从20到1100毫巴，误差在士1mbar；能够显示出来的高度数据为从0米到9990米，误差为士lm。 3.6.2显示器的选择本次系统的显示电路是使用1602液晶屏来显示数据。led1602外观图见图3.5.1所示：图3.5.1 led1602外观图1602lcd主要技术参数:显示容量为16×2个字符；芯片工作电压为4.55.5v；工作电流为2.

50、0ma（5.0v）；模块最佳工作电压为5.0v；字符尺寸为2.95×4.35（w×h）mm。1602led接口信号说明：1602led采用标准的14引脚（无背光）或16引脚（带背光）接口，各引脚接口说明见下表： 表3-3 1602液晶接口引脚定义编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2date i/o2vdd电源正极10d3date i/o3vl液晶显示偏压信号11d4date i/o4rs数据/命令选择端（v/l）12d5date i/o5r/w读/写选择端（h/l）13d6date i/o6e使能信号14d7date i/o7d0date i/o15bla背

51、光源正极8d1date i/o16blk背光源负极1、2 组电源 一组是模块的电源 一组是背光板的电源 均为5v 供电。2、vl 是调节对比度的引脚调节此脚上的电压可以改变黑白对比度3、rs 是很多液晶上都有的引脚 是命令/数据选择引脚 该脚电平为高时表示将进行数据操作；为低时表示进行命令操作。4、rw 也是很多液晶上都有的引脚 是读写选择端 该脚电平为高是表示要对液晶进行读操作；为低时表示要进行写操作。5、e 同样很多液晶模块有此引脚 通常在总线上信号稳定后给一正脉冲通知把数据读走，在此脚为高电平的时候总线不允许变化。6、d0d7 8 位双向并行总线，用来传送命令和数据。7、bla是背光源正极，blk是背光源负极。3.6.3 显示电路的设计根据led1602的功能介绍，可以得出led1602与单片机89c52的连接方式。将vss和vl口接地，vl口接地前要加个1k的电阻；d0d7按顺序接p0.0p0