压力测量仪的设计LED显示西华大学

1、课 程 名 称: 单片机应用课程设计 课 程 代 码: 题 目:压力测量仪的设计（LED显示） 学 生 姓 名: 学 号: 年级/专业/班: 学院(直属系) : 机械工程与自动化学院 指 导 教 师: 邓成中 课程设计成绩评定标准及成绩评定表学生姓名： 学号： 年级/班： 所属学院(直属系)： 所在专业： 项目分值优秀(100x90)良好(90>x80)中等(80>x70)及格(70>x60)不及格(x<60)分项得分学习态度20学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学

2、习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力30设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，

3、实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题论文(计算书、图纸)撰写质量50结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸

4、不工整或不清晰成绩评定：指导教师签名： 年 月 日注：本课程设计成绩评定表，应装入学生课程设计资料袋作为资料保存。 单片机应用课程设计设 计 任 务 书学院名称： 机械工程与自动化学院 专业：机械电子工程 年级： 2010级 1设计题目 压力测量仪的设计（LED显示）2主要内容 测量压力传感器的压力，并将压力值显示出来。3具体要求 用MCS-51系列单片机作为控制器； AD转换器采用ADC0832； 用LED显示； 采用MPX4115压力传感器；用Proteus完成所有功能的仿真； 设计或选用直流稳压电源模块。4完成后应上交的材料（1） 设计任务书；（2） 设计说明书；（3） 电路原理图仿真图

5、；（4） 程序清单（附在说明书后）。5推荐参考资料1芯片ADC0832、MPX4115说明书（请上网查询）；2黄惟公等 单片机原理与接口技术（C51版） 四川大学出版社 2011；3周润景等 基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真 北航出版社 2006.54常敏等 单片机应用程序开发与实践 电子工业出版社 2009； 指导教师 签名日期 2013 年 6 月 30 日系 主 任 审核日期 2013 年 6 月 30 日目录摘要 1 引言 2题目分析 2一、 系统总体设计 3 1 设计思想 2 系统总体框图 二、 硬件电路极其描述 1、 数字压力测量仪的设计的意义 2、 数据采集模块的芯

6、片选择 3、 单片机控制模块 4、 A/D转换模块 5、 显示模块 6、 晶振电路 7、 复位电路 8、 电路原理图 三、 软件设计 1、 流程图 四、 仿真 1、 编译调试程序2、 Keil与Proteus联调3、 仿真结果 4、 结论 参考文献 附录一 程序代码 附录二 电路原理图 附录三 仿真图 摘要压力是工业生产过程中的重要参数之一，力检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计并根据硬件进行了软件编程。

7、本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位AD转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。引言在现代工业生产中，常常需要测量物体承受到的压力，为此这里设计了一种以AT89C51为核心的压力测量仪，以满足工业上的需要，该压力测量仪的主要功能为：将测得的压力数据显示在LCD显示器上，并可以用按键完成压力数据清零功能。 题目分析在信息高速发展的今天，传感器检测系统的智能化和集成化成为其发展的两个重要方向，而传感器检测系统智能化和集成化的程度主要取决于与之

8、相结合的微处理器的性能。具有数据处理能力，能够进行自动检测、自动校准、自动误差补偿、自动抽样、以及标度变换功能智能压力传感器检测系统已成为国内外开fa究的热点。传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。在工业、农业、国防、科技等各个领域，传感器技术都得到了广泛的应用，并展现出极其广阔的前景。因此，许多国家对传感器技术的发展十分重视。一、 系统总体设计1：设计整体思想基于MPX4115的数字气压计包括软硬件的设计与调试。软件部分通过对C语言的学习和对单片机知识的了解，根据系统的特点编写出单片机程序。

9、硬件部分分为四大块，包括非电信号数据的采集、转换、处理以及显示:。通过对设计的了解，选择适合的器件，画出原理图。2:系统总体框图硬件部分由四部分构成，它们分别是：信息采集模块，数据转换模块，信息处理模块和数据显示模块。压力传感器A/D转换器电源模块单片机LCD显示器二、 硬件电路设计及描述1：数字压力测量仪设计意义压力测量仪被广泛应用于国防领域、工业领域、医疗领域以及我们日常家庭生活中。其中的核心元件就是压力传感器，它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。本系统设计的数字压力测量仪采用单片机控制，具有使用方便、精度高、显示简单和灵活性等优点，而且可以大幅提高被控气压

10、的技术指标，从而能够大大提高产品的质量2：数据采集模块的芯片选择压力传感器对于系统至关重要，需要综合实际的需求和各类压力传感器的性能参数加以选择。一般要选用有温度补偿作用的压力传感器，因为温度补偿特性可以克服半导体压力传感器件存在的温度漂移问题。本设计要实现的数字气压计显示的是绝对气压值，同时为了简化电路，提高稳定性和抗干扰能力，要求使用具有温度补偿能力的压力传感器。经过综合考虑，本设计选用美国摩托罗拉公司的集成压力传感器。MPX4115可以产生高精度模拟输出电压。数据采集模块由压力传感器MPX4115构成。其中1脚是输出信号端，输出的是与气压值相对应的模拟电压信号。数据采集模块的原理如图、

11、数据采集模块原理图 MPX4115的实物图气压传感器MPX4115的原理MPX4115系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电机技术，薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在0-85的温度下误差不超过1.5%，温度补偿是-40-125。3：单片机控制模块 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

12、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。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

13、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 P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

14、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。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手

15、信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。4:A/D转换模块ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。8位分辨率双通道A/D转换输入输出电平与TTL/CMOS相兼容5V电源供电时输入电压在05V之间工作频率为250KHZ，转换时间为32SADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要

16、求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转

17、换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，其功能项见官方资料。 如资料 所示，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH

18、0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行 输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 作为单通道模拟信号输入时ADC08

19、32的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。5:显示模块 1、首先要了解的是此数码管为共阳极数码管，即三极管Q1、Q2、Q3、Q4导通时数码管才能点亮，亦即相应的单片机P2.3、P2.、P2.、P2.0为低电平。2、采用LED动态扫描显示原理如下： （1）P23、P22、P21、P20输出高电平，关闭所有数码管； （2）显示个位把要显示的数据送到P0.0-P0.7，P23

20、送低电平，延时5毫秒（时间不能太长，否则数码管会闪烁），P23送高电平； （3）显示十位把要显示的数据送到P0.0-P0.7，P22送低电平，延时5毫秒（时间不能太长，否则数码管会闪烁），P22送高电平； （4）显示百位把要显示的数据送到P0.0-P0.7，P21送低电平，延时5毫秒（时间不能太长，否则数码管会闪烁），P21送高电平； （5）显示千位把要显示的数据送到P0.0-P0.7，P20送低电平，延时5毫秒（时间不能太长，否则数码管会闪烁），P20送高电平。 （6）以此顺序循环，把它做成子程序，在主循环中调用。6：晶振电路 MCS-51系列单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到，即内部震

21、荡方式和外部振荡方式，本设计才用内部震荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器，就构成了内部振荡电路，如上图所示，图中C1 、C2起稳定震荡频率、快速起振的作用，电容值一般在5PF到30PF。晶体常选用6MHz 、12MHz 或24MHz采用串口时常使用11.0592MHz。内部震荡方式所得到的时钟信号比较稳定。7：复位电路复位操作通常有两种形式：上电复位和按钮复位，本设计采用的是上电复位，如右图所示。其工作原理为：上电瞬间RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持在两个时钟周期以上的高电平，就能使单片机有效复位。8：电路原理图四、仿真1、编译调试程序2、Keil与Pro

22、teus联调3、仿真结果附件一（程序代码）#include<reg52.h> #include "intrins.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/ADC0832的引脚sbit ADCS =P31; /ADC0832 chip seclectsbit ADDI =P32; /ADC0832 k insbit ADDO =P32; /ADC0832 k outsbit ADCLK =P30; /ADC0832 clock signal080307208unsigned char dispb

23、itcode8=0xf1,0xf2,0xf4,0xf8,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位扫描unsigned char dispcode11=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff; /共阳数码管字段码unsigned char dispbuf4;uint temp;uchar getdata; /获取ADC转换回来的值void delay_1ms(void) /12mhz delay 1.01ms unsigned char x,y; x=3; while(x-) y=40; while(y-); void

24、display(void) /数码管显示函数 char k; for(k=0;k<4;k+) P2 = dispbitcodek; P0 = dispcodedispbufk; if(k=1) /加上数码管的dp小数点 P0&=0x7f; delay_1ms(); /*读ADC0832函数*/采集并返回unsigned int Adc0832(unsigned char channel) /AD转换，返回结果 uchar i=0; uchar j; uint dat=0; uchar ndat=0; if(channel=0)channel=2; if(channel=1)cha

25、nnel=3; ADDI=1; _nop_(); _nop_(); ADCS=0;/拉低CS端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;/拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;/拉高CLK端 ADDI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;/拉高CLK端 ADDI=(channel>>1)&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;/控制命令结