基于单片机的数字气压计设计

PAGEPAGE55本科毕业设计(论文)题目：基于单片机的数字气压计设计教学单位：专业：学号：姓名：指导教师：摘要气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号，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，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。运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。本文主要介绍基于单片机的数字气压计设计。核心是气压传感器BMP085的精密数字气压计系统的软、硬件实现方法。本文围绕气压计，着重介绍了MCS51单片机、气压传感器BMP085、液晶显示模块LCD1602还有蜂鸣器等的功能结构和用处并对其组成的一个数字气压传感器系统进行了详细的分析。本文介绍通过气压传感器BMP085获得与大气压相对的模拟电压值，用Ｖ／Ｆ转换器则可把气压传感器输出的电压信号转换成具有一定频率的脉冲信号；以便用单片机接收该脉冲信号，并根据单位时间内得到的脉冲数，并经过单片机中的A/D转换模块转换为数字脉冲，通过单片机对此脉冲序列的计数等处理后获得实际的气压值，并通过数码管显示电路显示这一系统。本文具体阐述了系统的软件设计和硬件的搭建，以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。关键词：单片机；数字气压计；气压传感器；AbstractThebarometersensitiveelementtestpressurewillbedirectlyconvertedintoeasilydetected,andthetransmissionofcurrentorvoltagesignal,andthenthroughthesubsequentprocessingcircuitry,andareal-timedisplayofadevice.Thecorecomponentistheairpressuresensor,whichmonitorsthepressureinsize,controlpressurechangesaswellasthemeasurementofphysicalparametersplayanimportantrole.Usedinbarometerpressuresensorsarebasicallyrelyingonthepressurechangewhendifferentheightstogetthepressurevalue.Thispaperdescribesthedesignofmicrocontroller-baseddigitalbarometer.ThecoreofthepressuresensorBMP085PrecisionDigitalBarometersystemsoftwareandhardwareimplementation.Aroundthebarometer,highlightingtheMCS51microcontroller,airpressuresensorBMP085LCDmoduleLCD1602buzzerfunctionalstructureandusefulnessofdigitalpressuresensorsystemconsistingofadetailedanalysis.ThisarticledescribesthepressuresensorBMP085atmosphericpressurerelativetotheanalogvoltagevalueV/Fconvertercanputpressuresensoroutputvoltagesignalintoapulsesignalofacertainfrequency;ordertousemicrocontrollerreceivesthepulsesignalbasedontheunitthenumberofpulsesinthetime,andafterthemicrocontroller'sA/Dconvertermoduleisconvertedintoadigitalpulsethroughthemicrocontrollerofthispulsesequencecountobtainedafterprocessingtheactualpressurevalueandthesystemthroughthedigitaldisplaycircuit.Thepaperdescribesthedesignofthesystemsoftwareandhardwaretobuild,Clanguagedevelopmenttools,adetaileddesignandcoding.Theoverallobjectiveistoachievesystemreliability,stability,securityandeconomic.

Keywords:SCM;digitalbarometer;pressuresensor;目录第1章绪论 11.1选题背景 11.2研究意义 11.3国内外相关技术概况 21.3.1气压计技术概况 21.3.2国内外相关技术 31.4本课题的重点及难点 31.5本课题相关理论及西安地区大气压 4第2章系统总体设计 62.1气压计结构 62.2设计方案 72.2.1方案一 72.2.2方案二 72.3系统总体结构 82.4系统各功能模块 82.4.1初始化模块 82.4.2数据处理模块 102.4.3数码显示模块 102.4.4警报电路模块 102.5各功能模块的选择 102.5.1单片机的选择 102.5.2气压传感器的选择 112.5.3数码显示的选择 112.5.4蜂鸣器的选择 112.6系统的配置 11第3章硬件电路的搭建 133.1单片机 133.1.1AT89S52单片机简介 133.1.2AT89S52主要特性 153.1.3AT89S52管脚说明 153.1.4单片机最小系统 163.2气压传感器BMP085 173.2.1BMP085主要特性 183.2.2BMP085发送控制命令方式 183.2.3BMP085读取数据方式 193.2.4BMP085控制程序总结 193.2.5BMP085电路结构 203.3LCD数码显示 203.3.11602字符型LCD简介 203.3.21602LCD的基本参数及引脚功能 213.3.31602LCD的时序 233.3.41602电路结构 243.4蜂鸣器 253.5总体电路显示 25第4章软件的设计 274.1应用软件的介绍 274.1.1AltiumDesigner软件介绍 274.1.2Keil软件介绍 274.1.3PROTEUS软件介绍 274.2气压与海拔的关系 284.3程序流程图 28第5章系统调试与经验教训 305.1硬件调试 305.1.1单片机最小系统的调试 305.1.2LCD1602调试 305.1.3气压传感器的测试与调式 315.1.4蜂鸣器的调试 315.2软件程序修改与调试 315.3经验教训 35总结 36致谢 37参考文献 38西京学院本科毕业设计（论文）第1章绪论1.1选题背景数字气压计是利用压敏元件将待测的气压值直接变换为容易检测、易于传输的电流或电压信号，然后再经过后续的电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元器件就是气压传感器。气压传感器在监视压力的大小、控制压力的变化以及物理参量的测量等方面起着重要的作用。运用气压计的气压传感器基本上都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。相对于普通的水银气压计，不仅准确易读，而且方便携带。气象学研究表明，在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层，每上升100m气压便降低10hPa；在5～6km的高空，高度每增加100m，气压便会降低7hPa；而当高度进一步增加时，即到9～10km的高空之后，高度每增加100m，气压便会降低5hPa；同样，若空气中有下降气流时，气压会增加；若空气中有上升气流时，作用于空气柱底部的气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力。数字气压计大量应用在各种工矿企业、野外作业、以及各消费类电子产品等中，需求极为广泛。本文着重介绍数字气压计在汽车胎压方面的应用。我设计的是一种基于单片机的数字气压计的设计，主要针对的是汽车轮胎胎压计的设计。汽车轮胎胎压计是通过气压传感器获得与汽车轮胎胎压相对应的模拟电压值，并经过A／D变换输入到单片机中进行分析处理，从而实时显示相应的气压值。由于使用胎压计有一定的参数要求，所以设计数字气压计时要仔细了解这些参数以防由于使用不当而损坏胎压计。汽车轮胎胎压计采用高性能绝对压力传感器，屏幕显示出高准确度的汽车轮胎胎压，实现了对轮胎压力的实时监测。当汽车轮胎压力处于非正常运行状态时，即通过报警电路来通知驾驶员注意控制轮胎爆胎发生，以便达到安全驾驶的目的。1.2研究意义随着社会经济的高速发展，高速公路网的蓬勃兴起，以及交通的日趋发达，车辆行驶速度的不断攀升，交通隐患的防范问题已迫在眉睫。因汽车轮胎漏气和爆炸等原因造成的交通事故，大多都是由轮胎的工作温度过高或者不合理胎压引起的。研究汽车轮胎胎压计，对现代汽车行驶时的安全性、经济性和操纵稳定性具有尤为重要的现实意义。现如今，人们对驾驶过程中的安全性与舒适性的追求越来越高，随车携带的数字气压计可以保证人们安全的行驶，有效地降低由于爆胎而导致的交通事故发生的概率。而服务商所要做的就是提供一种物美价廉的数字气压计，以满足有车一族的需要。本课题设计充分利用了BMP085芯片的功能，它不仅满足数字气压计采集、控制和数据处理的需要，而且还可以提高系统稳定性和抗干扰能力。同时，由于大量的工作由单片机软件来实现，简化了设计电路，而且调整方便、可兼顾的指标多，从而大大降低了成本。另外，作为一种功能强大的平台，该数字气压计具有很好的功能扩展性，具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为仪器及电子产品设计后续技术升级，以进一步满足市场的需要提供了条件。1.3国内外相关技术概况1.3.1气压计技术概况目前国际国内很多公司都推出了其数字气压传感器，如摩托罗拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b另外还有华普微电子的HP03系列数字气压传感器、BOCSH的BPM085系列数字气压传感器。众多数字气压传感器的出现使得多样化的数字化气压测量装置、用品大量出现，并越来越普及，精度也越来越高。数字气压计一般不会只有测量气压一种功能，一般都有其他的功能，比如测温度、指南针、码表等等的功能。本课题研究所用的气压计就附带有温度测控。目前各国研制的轮胎气压报警系统主要分为两种类型：一种是间接式，它通过汽车ABS(防抱制动系统)的轮速传感器及轮胎的力学模型，间接求出轮胎气压，以达到监视轮胎气压的目地；另一种是直接式，它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，而监视器随时显示各种轮胎气压，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警，确保行车安全。市场研究的预测表明，直接系统技术将成为主流技术。汽车高速行驶中，由于轮胎的压力不正常而造成爆胎是驾驶员难以预防的，也是突发性和恶性交通事故发生的重要原因。引起轮胎漏气和爆胎的原因主要有：(1)轮胎工作温度过高；(2)轮胎气压过大；(3)轮胎使用时间过长；(4)轮胎负荷过大；(5)汽车行驶速度过快。为使汽车能够处于安全的驾驶状态，驾驶者必须在行车过程中实时了解轮胎的超压、欠压、温度等工作状态，我们设计的基于单片机的汽车轮胎胎压计具有以下的功能：(1)实时监测轮胎的压力情况及温度；(2)当某个轮胎处于欠压状态时，相应的欠压报警指示灯亮。当汽车轮胎压力处于非正常状态运行时，通过报警来通知驾驶员，控制轮胎爆胎发生，以达到安全驾驶的目的。1.3.2国内外相关技术对轮胎爆胎进行预警是保障汽车安全行驶的关键所在，已成为汽车行业研究的热点问题。在轮胎爆胎预警系统及相关技术的研究方面，美国、日本、德国、法国、英国在近几年都取得了突破性的进展，形成了性能和功能完善的轮胎压力监测系统产品。从近年发布的世界新车资料来看，林肯大陆、奔驰、宝马、标志、道奇等中高档车均安装了轮胎压力监测装置，用于监测汽车行驶过程中轮胎气压，车内主控机板显示模块实时显示轮胎气压状态。据中国汽车工业协会相关市场调查表明，国内轮胎爆胎预警系统的相关产品有推出，但都是技术性能不甚完善简易系统产品，存在以下缺点：①系统工作寿命极短；②系统在低温或高温环境下失效；③工作可靠性较差。而性能可靠、功能完善、技术成熟的产品均是一些国外知名公司的品牌产品，但价格较为昂贵。因此，研制性能可靠、功能完善并且价格能为当前多数国内消费者所接受的轮胎爆胎预警技术产品很有必要。国内汽车行业正迫切需求成熟的轮胎爆胎预警系统及产品的投放市场以解决因轮胎爆胎而引起的行驶安全性问题。1.4本课题的重点及难点本课题的重点及难点就是对整体设计方案的选择和各硬件模块的选择，具体表现为整个系统总共包含几个模块，对气压传感器、A/D转换器等的选择，还有就是怎样通过气压传感器对气压信号的采集、控制、放大等处理完成气压参数的自动获取，以及进行数字显示等等。1.5本课题相关理论及西安地区大气压在设计电子气压计之前首先要搞清楚气压的定义。气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压以百帕（hPa）为单位，取一位小数。国际制单位：帕斯卡，简称帕，符号是Pa。常用单位：标准大气压。表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336一个标准大气压＝1013百帕（毫巴）1毫米水银(汞柱）柱高＝4/3百帕1个标准大气压＝760mm水银(汞柱）柱高。气压产生的原因：从分子动理论可知，气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大量分子频繁的碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。影响压强的因素：气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关，一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变化。一年之中，冬季比夏季气压高。一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现在9～10时和15～16时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在21～22时和3～4时。气压日变化幅度较小，一般为0.1～0.4千帕，并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。通常所用的气压单位有帕(Pa)、毫米水银柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它们之间的换算关系为：100帕＝1毫巴≈3／4毫米水银柱高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、气压计。温度为0℃时760毫米垂直水银柱高的压力,大气压强随高度升高而降低在海拔2000米范围内.海拔每升高12m降低一个毫米汞柱。西安市平均海拔高度：397米.大气压力：冬季：734毫米汞柱，夏季718毫米汞柱。由公式：1毫米汞柱=0.133千帕可得：7340.133=97.622kpa7180.133=95.494kpa所以可得，西安地区大致气压范围在95.494—97.622之间。第2章系统总体设计2.1气压计结构本文研究的气压计结构如图2.1所示。其中气压传感器用来将被测气压转换为电压信号；用Ｖ／Ｆ转换器则可把气压传感器输出的电压信号转换成具有一定频率的脉冲信号；以便用单片机接收该脉冲信号，并根据单位时间内得到的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的气压值，最后在单片机控制下由ＬＥＤ显示出来。本气压计能够在气压传感器的线性范围内准确测量相应气压值。需要说明的是，其测量值是绝对气压值。本文研究的气压计BMP085的技术指标如下。压力范围：300—1100hPa（海拔9000米—-500米）

电源电压：1.8V—1.62V—3.6V（VDDD）LCC8封装：无铅陶瓷载体封装（LCC）尺寸：5.0mmx5.01.2mm低功耗：5μA在标准模式高精度：低功耗模式下，分辨率为0.06hPa（0.5米）高线性模式下，分辨率为0.03hPa（0.25米）含温度输出C接口温度补偿无铅，符合RoHS规范，MSL1反应时间：7.5ms待机电流：0.1µA无需外部时钟电路 被被测气压气压传感器单片机LCD显示模块图2.1气压计结构2.2设计方案2.2.1采用单片机主控，通过压力传感器、A/D转换采集数据信息，经过含有单片机的检测系统检测，将结果传送到单片机控制的主控器，数据通过显示器显示。原理框图如图2.2所示。气气压传感器A/D转换器的检测系统单片机控制总线的主控系统单片机控制显示器图2.2设计方案一2.2.2采用集成的单片机主控，通过压力传感器将气压信号送入带A/D转换的单片机中，以及在相关模拟分立元件的辅助下进行A/D转换以及其它的数据处理，将处理的结果送显示部分进行显示。原理框图如图2.3所示。8989S52单片机处理气压传感器显示器图2.3设计方案二综上所述，方案一电路虽然与方案二类似，都较方案二调整方便、可兼顾的指标多，但方案一利用PC机平台实现软件操作，在操作运行复杂，并且性价较低，因此耗费较大，所以在实际应用中一般不用，所以我们选择第二种方案。设计51单片机数字气压计系统时，需要考虑下面4个方面的内容。·选择合适的气压传感器芯片，这要根据实际需要以及各种气压传感器的性能参数来决定。·选择合适的A/D转换器件，它的作用是将气压传感器输出的模拟电流或电压信号转换为数字信号。·设计单片机和A/D转换器件的接口电路。·实现气压信息采集并输出的软件设计。2.3系统总体结构本系统的总体结构框图如图2.4所示。基于单片机的数字气压计设计基于单片机的数字气压计设计初始化模块数据处理模块数码显示模块警报模块图2.4系统总体结构由图2.4可知，整个系统的工作流程如下。测量前先为各功能模块初始化，测量时被测气压由气压传感器转换为模拟的电压输出，此输出信号不能直接交由单片机处理。因此，需要经过V/F转换模块把气压传感器输出的模拟电压信号转换为数字脉冲（其频率随输入电压呈线性变化）。通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后通过数码管显示电路显示给用户。如果该气压值不在预设值范围之内，则传送一个脉冲信号给单片机控制蜂鸣器报警，提示用户气压出现异常。2.4系统各功能模块2.4.11）LCD1602的初始化1602一般初始化（复位）过程延时15ms写指令38H（不检测忙信号）延时5ms写指令38H（不检测忙信号）延时5ms写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置LCD1602由程序实现软初始化，部分程序如下：voidInitLcd();//初始化lcd1602voidWriteDataLCM(uchardataW);voidWriteCommandLCM(ucharCMD,ucharAttribc);voidDisplayOneChar(ucharX,ucharY,ucharDData);voidconversion(longtemp_data);voidSingle_Write(ucharSlaveAddress,ucharREG_Address,ucharREG_data);//单个写入数据ucharSingle_Read(ucharREG_Address);//单个读取内部寄存器数据voidMultiple_Read(uchar,uchar);//连续的读取内部寄存器数据2）气压传感器的初始化初始化BMP085，单片机开机进行自检，检查各硬件连接状况，利用蜂鸣器来判断各个模块状况。其初始化程序如下：voidbmp085Calibration()//BMP085初始化设置；

{

ac1=bmp085ReadInt(0xAA);

ac2=bmp085ReadInt(0xAC);

ac3=bmp085ReadInt(0xAE);

ac4=bmp085ReadInt(0xB0);

ac5=bmp085ReadInt(0xB2);

ac6=bmp085ReadInt(0xB4);

b1=bmp085ReadInt(0xB6);

b2=bmp085ReadInt(0xB8);

mb=bmp085ReadInt(0xBA);

mc=bmp085ReadInt(0xBC);

md=bmp085ReadInt(0xBE);

}2.4.2数据处理模块主要是对A/D转换模块的数据进行多次采集，并且对采集的数据进行处理，此处理过程主要是对采集的数据进行初值定义以及相应的移位处理，并且把处理好的数据送入相应的缓冲区，为后面的显示模块作好准备。2.4.3数码本设计是用单片机的P1口连接一个LCD1602液晶显示屏显示。通过软件编码，显示当前的温度和气压值。2.4.4当气压传感器所测到的气压值超出预设值范围时，即给单片机一个脉冲信号，单片机控制蜂鸣器报警。由于受条件所限，本次设计没法控制气压，只能控制温度，即当传感器测得温度值大于30摄氏度2.5各功能模块的选择2.5.1方案一：选择arm系列芯片，arm系列具有低功耗，高性能的优点，一个机器周期能处理32位数据，可以使气压计的精度更高。方案二：选择TI公司的MSP430系列，430现在成为比较主流的单片机，在具有低功耗的五种模式下，还具有一定的计算能力，一般都为16位。方案三：选择使用八位处理的51系类单片机。综合比较：arm系列虽然处理精度高，但相比较MSP430系列和51系类价格太高。考虑到我们身处平原地区，气压值浮动较小，不需要精度太高综合价格，我们最终选择51系类单片机，采用STC89S52。2.5.2方案一：采用摩托罗拉公司的MPX4105，MPX4105可以产生于所加气压呈线性关系的高精度模拟输出电压。方案二：采用BOCSH的BMP085，BMP085是一款高精度、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3µA。BMP085采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，可以通过I²C总线直接与各种微处理器相连。综合考虑，我们选用第二种方案，即BOCSH公司的BPM085。2.5.3方案一：采用八连排七段数码管，七段数码管有共阴和共阳两种，如用共阳显示电路需要用74LS47译码驱动集成电路，无论共阴还是共阳七段显示电路，都需要加限流电阻。否则通电后就把数码管烧坏了。但其价格便宜，使用简单。方案二：采用LCD1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，内含复位电路，具有对比度可调、微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等特点，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。综上考虑，我们选用第二种方案，即用LCD1602作为数码显示。2.5.4方案一：采用有源蜂鸣器，有源蜂鸣器在工作的时候具有较高的稳定性。方案二：采用无源蜂鸣器。综合比较：使用无源蜂鸣器，考虑到板子上的线路布局，使用无源蜂鸣器，在电路上加入一个8550三级管，同样可以使其更稳定。2.6系统的配置我们用AT89S52单片机作为整个系统的核心，气压传感器、LCD1602数码显示器、蜂鸣器等为重要组成部分，组成了一个稳定的数字气压计系统。本系统通过气压传感器对气压信号的采集、控制、放大等处理完成气压参数的自动获取，以及进行数字显示等等。在此过程中需要利用AT89S52单片机内部的定时器对其进行度量，再使用软件模块对其进行处理，即得到了A/D转换的结果。进行多次A/D转换后，我们就可以采集到一脉冲序列的数据，对这些数据进行适当的处理，最后通过数码管显示电路显示给用户，进而达到了我们对整个系统设计的基本要求。第3章硬件电路的搭建3.1单片机单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投入市场的产品就有50多个系列，数百个品种。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用的最多的是INTER公司的MCS-51系列单片机，直到现在MCS-51系列单片机仍不失为主流系列。在最近的若干年仍是工业检测控制的主角。MCS-51系列单片机内部包括一个8位CPU，128个字节RAM，21个特殊功能寄存器，4个8位并行I/O口，2个16位定时器/计数器，片内集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。3.1.1AT89S52单片机简介单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，即将运算器，控制器，输入输出接口，部分存储器以及其他一些逻辑部件集成在一个芯片上，故可以把单片机看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器，没有键盘，不带监控程序的单板机。其结构如下图3.1所示。CPUCPU外部设备计数器ROM中断I/O口RAM图3.1单片机结构框图AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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AT89S52是一种高效微控制器，AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，外形及引脚排列如图3.2所示。图3.2单片机引脚排列图3.1.2AT89S52主要特性*与MCS-51兼容*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：0Hz-24Hz*三级程序存储器锁定*128*8位内部RAM*32可编程I/O线3.1.3AT89S52管脚说明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P0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/地址的低八位。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口作为低八位地址接收。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。在实际应用中，大多数情况下都使用P3口的第二功能。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。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低位字节。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指令时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：来自反向振荡器的输出。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。3.1.4单片机最小系统单片机的最小系统由复位电路、晶振电路等组成。单片机最小系统的搭建如下图3.3所示。图3.3单片机的最小系统3.2气压传感器BMP085本设计气压传感器采用的是BOCSH公司的BMP085。BMP085是一款高精度、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3µA。BMP085采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，可以通过I²C总线直接与各种微处理器相连。其引脚分布图如图3.4所示：图3.4气压传感器BMP085引脚分布3.2.1BMP085主要特性压力范围：300—1100hPa（海拔9000米.—-500米电源电压：1.8V—3.6V（VDDA）1.62V—3.6V（VDDD）LCC8封装：无铅陶瓷载体封装（LCC）尺寸：5.0mmx5.01.2mm低功耗：5μA在标准模式高精度：低功耗模式下，分辨率为0.06hPa（0.5米）高线性模式下，分辨率为0.03hPa（0.25米）含温度输出C接口温度补偿MSL1无铅，符合RoHS规范，反应时间：7.5ms待机电流：0.1µA无需外部时钟电路3.2.2BMP085发送控制命令方式MCU对BMP085发送控制命令的方式如图3.5所示。图3.5BMP085发送控制命令的方式图向BMP085发送命令的步骤如下：1）发送模块地址+W（表示写操作），如图4.5中的0xEE。2）发送寄存器地址(registeraddress)，如图4.5中的第一个0xF4。3）发送寄存器的值(controlregisterdata)，如图4.5中第二个0xF4。寄存器的值代表BMP085要进行的测量方式。不同的值分别代表，测量温度；低精度压力测量；中精度压力测量；高精度压力测量。3.2.3BMP085读取数据方式从BMP085读取数据的方法如图3.6所示。图3.6BMP085读取数据方式从BMP085读取数据的步骤如下。1）发送模块地址+W（表示写操作），如图4.6中的0xEE。2）送寄存器地址(registeraddress)，如图4.6中的第一个0xF6。3）重新开始IIC传输（Restart）。4）发送模块地址+R（表示要进行读操作），如图4.6中的0xEF。5）读取测量值的高8位（MSB）。6）读取测量值的低8位（LSB）。3.2.4BMP085控制程序总结从图3.5与图3.6可以清楚地看出MCU控制BMP085的方法，这里再进行一些简单的概括。其实对BMP085的控制可以概括为两句话：向固定的寄存器（0xF4）写特定值，从特定的寄存器读返回值。每次通讯时的Moduleaddress都是一个固定的值，主要是为了符合IIC协议。1）向固定的寄存器（0xF4）写特定值其实就是向0xF4地址写不同的值从而完成温度测量或不同的压力精度的测量。2）从特定的寄存器读返回值从EEPROM读取Calibration所需要的数据，共有11个WORD（双字节）。从0xF6，0xF7，0xF8，读取UT或者UP，具体是UP还是UT要由前面进行的操作决定（进行了温度转换就存有温度数据，进行了压力转换就存有压力数据）。3.2.5BMP085电路结构BMP085电路结构图如下图3.7所示。图3.7BMP085电路结构3.3LCD数码显示3.3.11602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用，，和行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图3.8所示。图3.81602字符型液晶显示器实物图3.3.21602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3.9所示。图3.91602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5—5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明：1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.1所示。表3.1引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第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、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，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7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.3.31602LCD的时序与HD44780相兼容的芯片时序表3.2如下。表3.2基本操作时序表读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0—D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0—D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲输出无读写操作时序如图3.10和3.11所示。图3.10读操作时序图3.11写操作时序3.3.41602电路结构液晶显示模块1602电路结构图如图3.12所示。图3.121602显示模块电路图3.4蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。如下图3.13所示。图3.13蜂鸣器3.5总体电路显示综上所述，本次设计有单片机最小系统，气压传感器，LCD1602数码显示模块，蜂鸣器报警模块。总体原理图如下图3.14所示。图3.14系统总原理图第4章软件的设计4.1应用软件的介绍4.1.1AltiumDesigner提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。AltiumDesigner在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得AltiumDesigner成为电子产品开发的完整解决方案－一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。4.1.2Keil软件介绍Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。4.1.3Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。4.2气压与海拔的关系海拔高度与大气压力的关系在大气物理学里面有明确的定义。根据不同的大气模型，会有不同的气压与海拔的对应关系。但是看大气物理学的书比较复杂，所以可以参考公式4.1。就是压力传感器测试出来的压力值，h就是相应的海拔高度。有一点特别需要注意，就是海拔高度与压力大小的关系受温度的影响。很多情况下，压力传感器芯片的datasheet会提供压力与海拔高度的对应关系，也可以用来借鉴。（4.1）:大气静压:海平面气压（相应层下界气压），=101325R：气体常数R=287.05287/k*:海平面高度（相应底层下界高度）=0m：自由落体标准加速度=9.80665m/:相应层大气温度=288K=15°cH:重力势高度h:我们想得到的高度h4.3程序流程图单片机的程序流程图如下图4.1所示。开始开始系统初始化BMP_init()=1?初始化BMP085检测温度气压数据Temp>=30?蜂鸣器报警LCD数码显示否是是否图4.1程序流程图第5章系统调试与经验教训5.1硬件调试5.1.1单片机最小系统的调试本设计中单片机所用电源为5V电源，可直接使用USB供电，所用晶振为12MHz,经小段程序调试，比如控制流水灯的闪烁，运行后都可以正常工作。5.1.2LCD1602调试本设计中，1602也是用的5v电源，可以直接和单片机共用一个电源系统。1602刚开始显示时，不是很清楚，屏幕对比度不是很好，后来加了一个滑动变阻器，可以通过调节滑动变阻器来改变1602的屏幕对比度，使得显示更清晰，效果更好。如图5.1和5.2所示。图5.1未加滑动变阻器前图5.2加上滑动变阻器调节之后5.1.3气压传感器的测试与调式我是根据气压的一个特点来调试的，就是温度越高，气压越小，所以分别测得不同温度下的气压值，最后做比较，如果确实是温度高时气压小，那么气压传感器就没有问题。5.1.4蜂鸣器的调试刚开始蜂鸣器的声音很小，后面检查线路和程序，也没发现出什么问题。后来通过查找资料以及请教同学，发现要给蜂鸣器上加上一个三极管和电阻，通过添加一个三极管来增加通过蜂鸣器上的电流。然后通过软件程序设置时序来改变蜂鸣器的频率。5.2软件程序修改与调试使用Keil软件开发流程步骤如下。（1）开启Keil，建立工程文件并且从器件数据库里挑选出项目实际使用的器件，如下图5.3所示。图5.3新建工程并选择器件（2）建立一个新的源程序，并且把这个源程序添加到工程中去，如下图5.4和5.5所示。图5.4新建源程序图5.5添加程序进工程（3）设置硬件相关的选项。首先选择所用单片机的晶振，本次设计中所用单片机晶振为12MHz，然后在“output”选项卡中选择“CreateHEXFile”选项，使得程序编译后能够产生HEX代码，以供下载器软件使用,把程序下载到AT89S52单片机中。如图5.6和5.7所示。图5.6设置晶振图5.7设置“output”选项卡（4）编译整个工程并且生成下载到存储器用的HEX文件，如图5.8所示。图5.8调试结果5.3经验教训在整个编程过程中，我都是很仔细的，因为知道即使是很小的问题，都可能使整个程序出现问题，所以在一步步小心谨慎的情况下，基本上没出什么问题，出了些小问题当时都解决了，最后把整个程序烧进单片机后，所有模块都能正工作，整个系统也能正常运行。通过一系列的改进与完善，最后整个系统不仅达到了预期的效果，能正常工作，显示气压和温度，还变得更加稳定。经过这个调试的过程，我明白了不管什么事都要一步一个脚印，只有把当前的事情做好了，才能去做好后面一连串的事，在达到效果之后还应精益求精，争取做到更好。还有就是一个人的知识和力量都是有限的，只有不断的去请教别人，才能完善自我的缺陷，做最完美的自己。总结本次毕业设计完成的主要工作是完成单片机控制系统、传感器检测系统和故障处理系统。通过搜集目前数字气压计系统的相关资料，了解国内外数字气压计系统的相关制作方法，并通过设计方案的比较，针对设计任务提出了可行方案。在设计方案中，结合单片机的功能特点及其控制特性，利用简便的单片机C-51语言和其内部时钟，以单片机作为检测和控制的核心。根据设计方案，详细地阐述了单片机的控制原理、传感器的使用方法，设计了相应的硬件电路和系统软件，制作了电路原理样机并进行调试。结果表明，所设计的电路和软件能完成基本的测试功能。通过这次毕业设计，使我懂得了在遇到问题时，要认真细心的，不厌其烦的，循序渐进的对程序进行修改，才能达到预期的效果，同时，成功的喜悦也会让人兴奋。

经历了这次毕业设计，使我对硬件有了更新、更全面、更系统的认识，将以前所学与实践应用进行了系统而全面的统一，由于在编程中采用的是C语言，使得我接触到了软件程序设计中最简单，可读性高的编程方法，从另一个方向领悟到编程的乐趣，也更深层次的了解到了单片机。使我可以在就业时选择一条不同以往的硬件之路。同时使自己有了独立开发系统的经验，增加了自信心，对日后的工作生活都带来了深远的影响。通过本次基于单片机的数字气压计系统的设计，我才发现我所学的东西的肤浅，知识面的不牢固，在选择方案的时候，产生模棱两可的情况。经常是边设计边复习学习过的课本知识。这些使我知道“纸上谈兵”是绝对不行，只有通过实践，自己亲自动手试一试，才能发现自己知识的缺陷，才能更好的与所学的知识相结合。在毕业设计中我们每个人都能学到很多，有很大的收获。做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。致谢原来都说毕业遥遥无期，转眼就要马上各奔东西。离校日期已日趋临近，毕业论文的完成也随之进入了尾声。在本次论文设计过程中，陈老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。这四年中还得到众多老师和同学的关心支持和帮助。在此，谨向老师们和同学们致以衷心的感谢和崇高的敬意！短暂的大学生活，所收获的不仅仅是愈加丰富的知识，更是重要的阅读，在实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。参考文献[1]周润景.Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例[M].北京：电子工业出版社，2006[2]周润景.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.5[3]戴佳戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社[4]彭锴，丁国清.轮胎智能监测系统的研究[J].微计算机信息，2005[5]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M]．北京航空航天大学出版社[6]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M]．北京：清华大学出版社[7]张爱钧，彭秀华所.单片机高级语言C51windows环境编程与应用[M]．[8]吴永光，刘建新.基于PIC单片机的通用胎压监测系统的设计[A].西华大学出版社[9]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.[10]余锡存曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西:西安电子科技大学出版社[11]孙述鹏.汽车胎压监测系统的研究与设计[D].合肥工业大学，2007[12]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007[13]王东峰等.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社，2009.[14]何立明.单片机应用系统抗干扰技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社[15]赵晓安.MCS-51单片机原理及应用[M]．天津大学出版社[16]Vizimuller,P.:‘RFdesignguide-systems,circuits,andequations’(ArtechHouse,Boston,MA,1995)[6]R.Dye,“VisualObject-OrientatedProgramming,”Dr.DobbsMacintoshJournal,Sept.1st(1991).[17]Yang.Y.,Yi.J.,Woo,Y.Y.,andKim.B.:‘OptimumdesignforlinearityandefficiencyofmicrowaveDohertyamplifierusinganewloadmatchingtechnique’,Microw.J.,2001,44,(12),pp.20–36附录实物图如下图附1：图附1实物图设计程序如下：//***************************************//BMP085IIC测试程序//使用单片机STC89S52//晶振：11.0592M//显示：LCD1602//编译环境KeiluVision2//参考宏晶网站24c04通信程序//****************************************#include<REG51.H> #include<math.h>//Keillibrary#include<stdlib.h>//Keillibrary#include<stdio.h>//Keillibrary #include<INTRINS.H>//Keillibrary#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint #defineDataPortP1//LCD1602数据端口sbit SCL=P2^4;//IIC时钟引脚定义sbit SDA=P2^5;//IIC数据引脚定义sbitspeak=P0^3;sbitLCM_RS=P0^0;//LCD1602命令端口 sbitLCM_RW=P0^1;//LCD1602命令端口 sbitLCM_EN=P0^2;//LCD1602命令端口#define BMP085_SlaveAddress0xee //定义器件在IIC总线中的从地址#defineOSS0 //采样密度设置。 typedefunsignedcharBYTE;typedefunsignedshortWORD; ucharge,shi,bai,qian,wan,shiwan;//显示变量intdis_data;//变量shortac1;shortac2;shortac3;unsignedshortac4;unsignedshortac5;unsignedshortac6;shortb1;shortb2;shortmb;shortmc;shortmd;voiddelay(unsignedintk);voidInitLcd();//初始化lcd1602voidWriteDataLCM(uchardataW);voidWriteCommandLCM(ucharCMD,ucharAttribc);voidDisplayOneChar(ucharX,ucharY,ucharDData);voidconversion(longtemp_data);voidSingle_Write(ucharSlaveAddress,ucharREG_Address,ucharREG_data);//单个写入数据ucharSingle_Read(ucharREG_Address);//单个读取内部寄存器数据voidMultiple_Read(uchar,uchar);//连续的读取内部寄存器数据//voidDelay5us();voidDelay5ms();voidBMP085_Start();voidBMP085_Stop();voidBMP085_SendACK(bitack);bitBMP085_RecvACK();voidBMP085_SendByte(BYTEdat);BYTEBMP085_RecvByte();voidBMP085_ReadPage();voidBMP085_WritePage();////*********************************************************voidconversion(longtemp_data){shiwan=temp_data/100000+0x30;temp_data=te