单片机的智能压力传感器毕业设计

1、单片机的智能压力传感器毕业设计（完整版）（文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载）51 单片机的智能压力传感器毕业设计毕业 任务书一、题目智能压力传感器系统设计二、指导思想和目的要求培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业 技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与 技能；培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求 是的科学态度和严谨求实作风；培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学 生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。三、主要技术指标培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业 技能，提高解决实际问题

2、的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与 技能；培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求 是的科学态度和严谨求实作风；培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 本设计主要设计一个智能压力传感器的设计，要求如下：被测介质：气体、液体及蒸气量程：Papa综合精度：土0.25%FS供电：24V De （1236VDC）介质温度： -20150环境温度：-2085过载能力：150%FS响应时间：W10mS 稳定性：W土 0.15%FS/年？能实时显示目标压力值和保存参数，并能和上位机进行通信，并具有较强的抗干扰能力。

3、所需要完成的工作：系统地掌握控制器的开发设计过程，相关的电子技术和传感器 技术等，进行设计任务和功能的描述；进行系统设计方案的论证和总体设计；从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行系统的 硬件设计和软件设计；进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调；查阅到15篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不 少于15000字的设计说明书及1.5万（或翻译成中文后至少在3000 字以上）字符以上的英文翻译。四、进度和要求第01周第02周：查阅相关资料，并完成英文翻译；第03周第04周：进行市场调查，给出系统详细的设计任务和功能，进行系统设计方案的论证和总体设计；第05周第07周：完成硬件电路设

4、计，并用PROTEL画出硬件电路图；第 08 周第 10 周：完成软件模块设计与调试 20007. 检测技术与系统设计，张靖等，中国电力出版社，2001 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历 而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体， 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本

5、人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。日 期：作者签名日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意

6、识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘要压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。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

7、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 ,并硬件进行了软件 AbstractPressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip i

8、s infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intellige

9、nt function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware.The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. Thisis the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals.

10、 After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and f

11、inally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values.In addition，based sensor thermal drift and nonlinearity principle，this paper has desig

12、nedIntelligent sensor hardware circuit and edited a C51Program.The circuit with micro-Process issimple and cheap ，though the result has still a little error.Key words: pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LCD monitor;目录 第一章绪论 1 1.1前言1 1.2选题的背景和意义1 1.3智能压力传感器的发展方向 2 1.4本文研究的

13、内容 3 第二章系统总体方案设计 4 2.1系统任务描述 4 2.1.1控制系统要求 4 2.1.2主要仪器的选择4 2.2系统总体设计 6 2.2.1系统组成6 2.2.2基于单片机的智能压力检测的原理 6 第三章 压力传感系统硬件设计 7 3.1压力传感器7 3.1.1金属应变片的工作原理7电阻应变片的基本结构 8 3.1.3电阻应变片的测量电路8 3.1.4电桥电路的工作原理 9 3.1.5非线性误差及温度补偿10 3.2信号放大电路 11 3.2.1三运放放大电路113.3 A/D转换器12A/D转换器的简介12配置位说明 13工作时序图 14153.3.4单片机对ADC0832的控制

14、原理15单片机 17AT89C51单片机简介173. 4. 2主要特性173.4.3管脚说明183.4.4振荡器特性 193.4.5芯片擦除203.5液晶屏LCD简介203.5.1液晶显示器原理203.5.2液晶显示器分类203.5.3字符的显示 21LM016L引脚功能说明213.6 报警模块 22第四章软件设计 23系统的主程序 23A/D转换器的软件设计 25ADC0832芯片接口程序的编写 26LCD数码管显示程序设计27LM016LCD的RAM地址映射及标准字库表 错误！未定义书签。29第五章 proteus 仿真调试295. 1仿真软件了解 295.1.1proteus 软件介绍

15、295.1.2protuse功能和特点295. 2本次设计仿真过程30创建原理图 30绘制仿真原理图 30系统调试31开始仿真31第六章总结 336.1 设计总结 336.2展望和不足34致谢 35参考文献 36附录一 pro tel图37附录二 源程序 38第一章 绪 论1.1 前言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 换功能的智能压力传感器检测系统已成为国内外开发和研究的热点。 传感器技术是

16、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。例如在日本传 感器技术被列为六大核心技术（传感器、通信、激光、半导体、超导 和计算机）之一，并且是将传感器列为十大技术之首；美国将90 年 代看作是传感器时代，将传感器技术列为90年代22项关键技术之一。 我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就。目 前，在科学技术就是第一生产力的思想指引下，各项科学技术取得 了突飞猛

17、进的发展，传感器技术也越来越受到各方面的重视，虽然在 某些方面已赶上或者接近世界先进水平。但是从总体来看，与国外传 感器技术的发展相比，我国对传感器技术的研究和生产还比较落后， 现正处于方兴未艾的阶段。由于智能传感器系统的研究起步较晚，其 理论和实践远未成熟，离实际应用需求差距很大，尤其是用于压力测 量的高性能、小体积、低成本智能压力传感器系统更是有待于进一步 开发。因此，研究开发高性能的智能压力传感器系统对于促进信息技 术及自动化技术的发展、提高设备的性能及自动化水平具有不可低估 的意义。选题的背景和意义近年来，随着微型计算机的发展，他的应用在人们的工作和日常 生活中越来越普遍。工业过程控制

18、是计算机的一个重要应用领域。其 中由单片机构成的嵌入式系统已经越来越受到人们的关注。现在可以 毫不夸张的说，没有微型计算机的仪器不能称为先进的仪器，没有微 型计算机的控制系统不能称其为现代控制系统的时代已经到来。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产 中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流 量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全 作用，因此有必要准确测量压力。为了测到不同位置的压力值，本次 设计为基于单片机智能压力测量系统。通过压力传感器将需要测量的 位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送 至 8 位 AD 转换

19、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LCD显示器可以识别的信息，最后显示输出。 基于单片机的智能压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片 机的测量与显示，将压力经过压力传感器变为电信号，再通过三运放 放将电信号放大为标准信号为0-5V的电压信号，然后进入A/D转换 器将模拟量转换为数字量，我们所采样的 A/D 转换器为 ADC0832，ADC0832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32uS,据 有双数据输出可作为数据

20、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。为了提高单片机系统I/O 口线的利用效率,利用单片机的串行口 和.智能压力传感器的发展方向（1）向高智能高精度发展:随着自动化生产程度的不断提高，对 传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、 响应速度快、

21、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。目 前能生产精度在万分之一以上的传感器的厂家为数很少，其产最也远 远不能满足要求。（2）向高可靠性、宽温度范围发展:传感器的可靠性直接影响到 电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是 永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范 围都在一 20C70C，在军用系统中要求工作温度在一 40OC 85OC 范围，而汽车锅炉等场合要求传感器工作在一20OC1200C，在冶炼、 焦化等方面对传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料如陶瓷 的 传感器将很有前途。（3）向微型化发展:各种控制仪器设备的功能越来越人，要求各 个部

22、件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好， 这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体 积己经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体 积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成 的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。（4）高智能化：将压力传感器和单片机联系在一起，使其能够 在实际应用中能更好地实现人机互换交流，增加仪器的数字化和智能 化。1.4本文研究的内容研究开发一个智能压力传感器，要实现的主要目标是：1.系统地掌握单片机的开发设计过程，相关的电子技术和传感器 技术等，进行设计任务和功能的描述 2.进行系统设计方案的

23、论证和 总体设计 3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行 系统的硬件设计和软件设计 4.进行硬件调试，软件调试和软硬件的 联调2.1系统任务描述被测介质：气体、液体及蒸气量程：Papa（3）综合精度：土0.25%FS供电：24V De （1236VDC）介质温度：-20150环境温度：-2085? （7）当压力超过一定范围是可以报警（8）能实时显示目标压力值和保存参数，并能和上位机进行通 信，并具有较强的抗干扰能力。主要仪器的比较选择1、压力传感器的选择压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感 元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显 示压力值

24、，或供控制和报警使用。力学传感器的种类繁多，如电阻应 变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电 感式压力传感器、电容式压力传感器谐振式压力传感器及电容式加速 度传感器等。在具有较大共模电压的条件下，仪表放大器能够对很微 弱的差分电压信号进行放大，并且具有很高的输入阻抗。这些特性使 其受到众多应用的欢迎，广泛用于测量压力和温度的应变仪电桥接 口、热电耦温度检测和各种低边、高边电流检测。主控制器的选择单片机是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需 要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的 （比如家用PC）的主要区别。它拥有基于复杂指令集（CISC）

25、的单 片机内核，虽然其速度不快，12 个振荡周期才执行一个单周期指令， 但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性 能非常强大。 51 的内部硬件预设，可用特殊功能寄存器对其进行编 辑。图 2.1 智能压力传感器原理方框图基于单片机的智能压力检测的原理本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向 通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要 传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经 A/D 转换 为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LCD进行显示。我们这次主要做的是A/D转换，单片机和显示，我们选用的A/D 转换器是ADC0832，单片

26、机为AT89C51,显示为液晶显示LCD。根据 硬件电路编程，调试出来并显示结果。第三章 压力传感系统硬件设计压力传感器金属应变片的工作原理应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行 测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体是一种将被测件 上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感 器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和 半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变 片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应 变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变， 使应变片的阻值发生改变，从而使

27、加在电阻上的电压发生变化。这种 应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应 变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通 常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。其阻值随压力所产生的应变 而变化。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随 机械形变而产生阻值变化的现象俗称为电阻应变效应。对于金属导 体，金属导体的电阻值可用下式表示：P LMA3.1式中：P 金属导体的电阻率（Q?cm2/m） S导体的截面 积（cm2） L导体的长度（m）（3.2）式中为材料轴向线应变 ,且 跟据材料力学 ,在金属丝单向受力 状态下 ,有3.3式中卩为导体材料的泊松比

28、。因此，有3.4试验发现 ，金属材料电阻率的相对变化与其体的相对变化间的 关系为3.5式中 ， c 为常数 由一定的材料和加工方式决定 将式 3.5 代入3.4，且当AR R时，可得3.6式中，k 1+2 u +c 1-2卩为金属丝材料的应变灵敏系数。 上式表明 ，金属材料电阻的相对变化与其线应变成正比。这就是 金属材料的应变电阻效应。电阻变化率AR/R的表达式为：AR/Ru/，式中u材料的 泊松系数；应变量。当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都 会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如 金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便 会增大。当金属丝受外力

29、作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻 值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电 压），即可获得应变金属丝的应变情图3.1直流电桥设电桥的各臂的电阻分别为 R1R3R2R4 它们可以全部或部分是 应变片。由于直流放大器的输入电阻比电桥电阻大的多，因此可将电 桥输出端看成开路，这种电桥成为电压输出桥，输出电压U0为U0（3.7）由上式可见：若R1R3 R2R4,则输出电压必为零，此时电桥处于平衡状态，称为平衡电桥。平衡电桥的平衡条件为：R1R3 R2R4应变片工作时其电阻变化A R,此时有不平衡电压输出。（3.8）由式（3.8）表明：ARR1时，电桥的输出电压于应变成线性关系。

30、若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变活压应变时， 输出电压为两者之差，若不同时，则输出电压为两者之和。若相对两 桥臂的极性一直，输出电压为两者之和，反之则为两者之差。电桥供电电压U越高，输出电压U0越大，但是，当U大时，电 阻应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作 电流，传感器就会出现蠕变和零漂。基于这些原因可以合理的进行温 度补偿和提高传感器的测量灵敏度。3.1.5非线性误差及温度补偿由式(3.8)的线性关系是在应变片的参数变化很小，ARR1的 情况下得出的，若应变片承受的压力太大，则上述假设不成立，电桥 的输出电压应变之间成非线性关系。在在这种情况下，用按线性关系

31、刻度的仪表进行测量必然带来非线性误差。为了消除非线性误差，在 实际应用中，常采用半桥差动或全桥差动电路，如图3 . 2所示，以改 善非线性误差和提高输出灵敏度。UUa半桥差动电路(b)全桥差动电路图3.2 差动电桥图3 . 2 ( a )为半桥差动电路，在传感器这中经常使用这种方法。 粘贴应变片时，使两个应变片一个受压，一个受拉。应变符号相反， 工作时将两个应变片接入电桥的相邻两臂。设电桥在初始时所示平衡 的,且为等臂电桥，考虑到AR ARI AR2则得半桥差动电路的输出 电压为 由上式可见，半桥差动电路不仅可以消除非线性误差，而且还使 电桥的输出灵敏度提高了一倍，同时还能起到温度补偿的作用。

32、如果 按图3.2 (b)所示构成全桥差动电路同样考虑到AR AR1 AR2 AR3 AR4时得全桥差动电路的输出电压为（3.10）可见，全桥的电压灵敏度比单臂工作时的灵敏度提高了4倍非线 性误差也得到了消除，同时还具有温度补偿的作用，该电路也得到了 广泛的应用。3.2信号放大电路3.2.1三运放放大电路本次设计的放大器采用了三运放，因为它具有高共模抑制比 的放大电路。它由三个集成运算放大器组成，如图3.3所示。3.3 三运放高共摸抑制比放大电路其中AR1和AR2为两个性能一致主要指输入阻抗，共模抑制比 和增益 的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输 入级，AR3构成双端输入单端输

33、出的输出级，用来进一步抑制AR1和 AR2的共模信号，并适应接地负载的需要。由于每个放大器求和点的 电压等于施加在各自正输入端的电压，因此，整个差分输入电压现在 都呈现在RG两端。因为输入电压经过放大后（在A1和A2的输出端） 的差分电压呈现在R5, RG和R6这三只电阻上，所以差分增益可以通 过仅改变RG进行调整如果R5 = R6, R1= R3和R2 = R4,贝Ij VOUT VIN2VIN1 1R2/R1）。由于RG两端的电压等于VIN,所以流过RG的电流等于VIN/RG，因此输入信号将通过A1和A2获得增益并得到放大。然而须注意的是对加到放大器输入端的共模电压在RG两端具有相同的电位

34、，从而 不会在RG上产生电流。由于没有电流流过RG （也就无电流流过R5 和R6）,放大器A1和A2将作为单位增益跟随器而工作。因此，共 模信号将以单位增益通过输入缓冲器，而差分电压将按 1（2 RF/RG）的增益系数被放大。这也就意味着该电路的共模抑制比相比 与原来的差分电路增大了1+（2 RF/RG）倍在理论上表明，得到所要求的前端增益（由RG来决定），而不增 加共模增益和误差，即差分信号将按增益成比例增加，而共模误差则 不然，所以比率增益（差分输入电压）/（共模误差电压）将增大。 因此CMR理论上直接与增益成比例增加，这是一个非常有用的特性。 最后，由于结构上的对称性，输入放大器的共模误

35、差，如果它们跟踪， 将被输出级的减法器消除。这包括诸如共模抑制随频率变换的误差。 A/D转换器选用两通道输入的八位ADC0832,图3.4 ADC0832结构示意图3.3.2 配置位说明ADC0832 工作时,模拟通道的选择及单端输入和差分输入的选择, 都取决于输入时序的配置位。当差输入时，要分配输入通道的极性， 两个输入通道的任何一个通道都可作为正极或负极。ADC0832的配置 位逻辑表如表3. 1所示。输入格式 配置位 选择通道号CH0 CH1 CH0CH1 差分 L L + L H + 单端 H表3.1的配置位逻辑表 表中“+”表示输入通道的端点为正极性；“-”表示输入端点为 负极性H或

36、L表示高、低电平。输入配置位时，高位（CH0）在前， 低位（CH1 ）在后。3.3.3 工作时序图当CS由高变低时，选中ADC0832。在时钟的上升沿，DI端的 数据移入 ADC0832 内部的多路地址移位寄存器。在第一个时钟期 间,DI为高，表示启动位，紧接着输入两位配置位。当输入启动位和 配置位后，选通输入模拟通道，转换开始。转换开始后，经过一个时 钟周期延接着在第一个时钟周期延迟，以使选定的通道稳定oADC0832 紧接着在第4个时钟下降沿输出转换数据。数据输出时先输出最高位（D7D0）输出完转换结果后，又以最低位开始重新遍数据（D7 D0），两次发送的最低位共用。当片选CS为高时，内部

37、所有寄存器 清，输出变为高阻态。如果要再进行一次模 数转换，片选 必须再 次从高向低跳变，后面再输入启动位和配置位。图3.5 ADC083 工作时序图3.3.4单片机对ADC0832的控制原理图3.6 ADC0832与单片机的接口电路正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别 是CS、CLK、DO、DIo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转换时，须先将CS 使能端置于低电平

38、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。其功能项见表。如表 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CH0作为负输入端IN-, CH

39、1 作为正输入端IN+进行输入。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DATD0。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ADC0832的输入电压是0

40、5V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。 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。3.4 单片机 随着电子技术的发展，单片机的功能将更加完善，因而单片机的 应用将更加普及。它们将在智能化仪器、家电产品、工业过程控制等 方面得到更广泛的应用。单片机将是智能化仪器和中、小型控制系统 中应用最多的有种微型计算机。3.4.1 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储(FPEROM Falsh Progra

41、mmable and Erasable Read Only Memory) 的低电压， 高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。可擦除只读存储器可以反复 擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效 微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本单机为很多嵌入式控制系 统提供图3.7AT89C51单片机的结构示意图3.4.2主要特性1、与MCS-51兼4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循 环数据保留时间：10年全静态工作：

42、0Hz-24Hz三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路VCC：供电电压。GND:接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流

43、。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当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，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其

44、特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口,可接收输出4个TTL门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：口管脚 备选功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2/INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1） P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外

45、部数据存储器写选通） P3.7 /RD （外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是

46、ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向

47、振荡器的输出。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CP

48、U停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。利用89C51单片机串行口和液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动(

49、Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)和主动矩阵驱动(Active Matrix)三种字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6X8或8X8 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8 字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点 亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发 生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文 本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。编号符 号 引脚说明编号 符号 引脚说明 1 VS

50、S 电源地 8 D1数据2 VDD电源正极 9D2 数据3 VL液晶显示偏压 10D3 数据4 RS数据/命令选择11 D4数据5R/W读/写选择12 D5数据6E使能信号13 D6数据7D0 数据 14D7数据表：引脚接口说明表16LCD采用标准的14脚接口，各引脚接口说明如表所示:第1脚：VSS为地电 源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最 弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以 通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平 时选指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电

51、平时进行读操作，低电平时进 行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址, 当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为 低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶 模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。C语言是一种计算机程 序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。C 语言先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计 语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依 赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理 能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类

52、科研都需要用到C语言，适 于编写系统软件，三维，二维图形和动画。void main voidunsigned int data_temp 0;init ;TMOD 0 x01;TH0 65536-50000 /256;TL0 65536-50000 %256;ET0 1;TR0 1;while 1data_temp ADconv ;if data_temp 128 /报警数值EA 1;elseEA 0;buzzer 0;P3 data_temp;xs_int 196*data_temp ;if KEY 0 delay_1ms 10 ;if KEY 0while !KEY ;key_count+

53、;if key_count 3key_count 1;xiezhiling 0 x01,0 ;if key_count 1xiezhiling 0 x80,1 ;/LCD 第一行 xieshuju P ;xieshuju I ;xieshuju C ;xieshuju 3 ;xieshuju 0 ;xieshuju 0 ;xieshuju 1 ;xieshuju - ;xieshuju - ;xieshuju HC5+0 x30 ;xieshuju HC3+0 x30 ;xieshuju HC2+0 x30 ;xieshuju . ;xieshuju HC1+0 x30 ;xieshuju P

54、 ;xieshuju a ;xiezhiling 0 x80+0 x40,1 ;/LCD 第二行xieshuju A ;xieshuju l ; TOC o 1-5 h z 1?xieshuju m ;1?xieshuju ;xieshuju S ;xieshuju t ;1?xieshuju a ;xieshuju t ; 1 ? ?xieshuju u ; 1 ? ?xieshuju s ; 1 ? ?xieshuju - ; 1 ? ?xieshuju - ;xieshuju O ;xieshuju N ;if key_count 2;/LCD 第 一 行;/LCD 第 一 行主程序流程

55、图4.1xieshuju P ; 1 ? ?xieshuju r ; 1 ? ?xieshuju e ; 1 ? ?xieshuju s ; 1 ? ? xieshuju u ; 1 ? ? xieshuju r ; TOC o 1-5 h z 1?xieshuju e ;1?xieshuju ;1? ?xieshuju i ; 1 ? ? xieshuju s ; 1 ? ? xieshuju ;xieshuju O ;xieshuju K ; 1 ? ? xieshuju ; 1 ? ? xieshuju ;xiezhiling 0 x80+0 x40,1 ;/LCD 第二行xieshuj

56、u M ;xieshuju a ;xieshuju d ;xieshuju e ;xieshuju ;xieshuju B ;xieshuju Y ;xieshuju ;xieshuju y ; TOC o 1-5 h z 1? ?xieshuju a1? ?xieshuju n1? ?xieshuju sxieshuju h 1 ? ? xieshuju u1? ?xieshuju o1? ?xieshuju 4.3系统子程序设计A/D转换器的软件设计单片机控制系统中通常要用到AD转换，根据输出格式，常用的AD转换方式可分为并行AD和串行AD。并行方式一般在转换后可直接 接收，但芯片的引脚比

57、较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，但 需要软件处理才能得到所需要的数据。可是单片机I/O引脚本来就不 多，使用串行器件可以节省1/0资源。ADC0832是8位逐次逼近模数转换器，可支持两个单端输入通道和一个差分输入通道。相同功能的器件还有 ADC0834， ADC0838， ADC0831。所不同的是它们的输入通道数量不同。它们的通道选择和 配置都是通过软件设置。4.3.2ADC0832芯片接口程序的编写单片机串行工作方式时 ,串行口是作为同步移位寄存器使用。这 时以P3.3端作为数据移位的入口和出口，而由P3.6端提供移位时 钟脉冲。单片机串行口方式 0 与 ADC0832 的接口,单片

58、机 P2.0 接 ADC0832的CS,P3.6接0832的CLK作为时钟信号输出端，P3.7接 0832的DO和DI作为启动位、配置位的发送端以及A/D转换后输出 数据的接收端。由于ADC0832在CS变低后的前3个周期内,D0端为 高阻态;转换开始后 ,DI 线禁止 ,因此 ,DI 端和 DO 端可连接在一 起。ADC0832的时钟频率最高为400kHz,单片机晶振可选用4MHz，在 TXD的输出频率为4MHz/12333. 3kHz,符合要求。ADC0832输出的串行数据共 15 位 ,由两段 8 位数据组成 ,前一段是最高位在先 , 后一段是最高在后 ,两段数据的最低位共用。只有在时钟

59、的下降 沿，ADC0832的串行数据才移出一位。由单片机控制时钟信号的发送, 并由P3.6发出，以达到控制ADC0832输出数据位的目的。为了得到 一列完整的 8 位数据 ,单片机分两次采集含有不同位的数据 ,再合 成一列完整的 8位数据。ADC0832通过内部多路器来控制选择通道，处理器的控制命令通 过DI引脚输入。如下流程图所示，当模拟信号输入开始后，首先是 CS 使能信号也就是片选信号有效，这时是低电平有效，如果片选是 高电平时停止转换。当时钟信号有效时输入通道的控制字来确定所选 择的通道，读取数据后就开始将模拟量转换位数字量，A/D转换结束后，单 片机读取数值，如果没转换完，又回到使能

60、开始。AD程序流程图如图4.2图4.2 ADC0832数据读取程序流程4.3.3 LCD数码管显示程序设计液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定 要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示 字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图 是16的内部显示地址。图16LCD内部显示地址在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示 字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断 液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符