情绪管理轮胎自动充气压力控制器设计

（情绪管理舲胎自动充气

压力控制器设计

20XX年XX月

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单片机系统

课程设计

成绩评定表

目录

1引

言.......................................................................

........................................................................................................4

2方案设

计......................................................................

.........................................................................................5

1)方案选

择......................................................................

........................................................................5

2)方案设计框

图......................................................................

........................................................5

3)总体设计方

案......................................................................

..........................................................6

3硬件电路设

计......................................................................

............................................................................7

1)压力传感器检测电

路......................................................................

2)单片

机......................................................................

...................................................................................7

3)显zj\部

分......................................................................

............................................................................8

4)A/D转换部

分......................................................................

............................................................9

5)键盘部

分......................................................................

............................................................................10

6)电磁继电器控制电

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

.................................11

7)时钟电

路......................................................................

......................................11

8)复位电

路......................................................................

.......................................12

4软件设

计......................................................................

..............................................13

1)显示部分子程序设

计......................................................................

................13

1.LED显示子程序设计思

路......................................................................

.....13

2.显示子程序流程

图......................................................................

..................13

2)A/D转换子程序设

计......................................................................

.................14

1.A/D转换子程序设计思

路.......................................................................

...........14

2.A/D转换子程序流

程......................................................................

.............................14

3)键盘部分子程序设

计......................................................................

1.键输入原

理......................................................................

..............................................................15

2.键盘扫描工作原理及子程序流程

图16

4)软件总体设

计......................................................................

............................................................16

1.总体设计思

路......................................................................

......................................................17

2.片内RAM设

置......................................................................

................................................18

3.总体程序流程

图......................................................................

•••••••••••••••••••••a1

5系统调

试......................................................................

..............................................20

6实验总

结......................................................................

..............................................22

附录A系统原理

图......................................................................

.................................23

附录B源程序清

单......................................................................

.................................24

参考文

献......................................................................

...................................................33

1引言

目前，随着人们生活水平的逐渐提高，小汽车也逐渐成为了人们的代步工

具。因此，在小汽车性能方面的逐渐提升就成了一个十分有研究价值的课题。现在,

行车旅行一件令人苦恼的事情就是，车胎经常会在半路没气，这一方面会加大对燃

油的使用而导致温室气体的排放，加重轮胎的磨损，同时又会影响我们的驾驶心情，

造成了一系列的不便。由于我们生活节奏的加快，手动充气这种费时费力的方法已经

无法满足人们的要求。于是，自动充气机便应运而生，它使用方便，又能为人们节约

大量的时间。本课程设计就是基于89C51芯片而设计的一种自动充气机。它是全自

动的，只需接上电源，然后设定你所需要的气压值，它就能自动完成充气任务，在充

气完成后自动关闭气泵。虽然我们的设计无法与当前市场上一些比较先进的自动充气

控制设备相媲美，但是它结构简单，成本低廉，操咋方便。

由于单片机具有集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向

控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用

电器等领域得到了广泛的应用。因此，对于单片机的应用与学习是相当必要的。本课

程设计就是为了加强我们对单片的应用实践而安排的，通过这次课程设计，我

们对单片机的结构与编程实践将有一个更加深入的了解，为我们日后更深入的研

究打下基础。

2方案设计

1）方案选择

方案一：选用差分式电容压力传感器，其线性度和灵敏度较好。其原理是，

由于压差的变化，使电容发生变化，经过转换电路，从而转化为电压或电流的变

化，进而根据需要进行进一步转化。其缺点是，不易实现对被测气体或液体的密封,

因此不宜采用在压力太大的场合。

方案二：选用半导体压敏电阻式进气压力传感器，它是利用半导体的压敏效

应制成的。它的特点是尺寸小，精度高，响应性好，再现性、抗震性好，且生产成

本低，所以得到广泛应用。它由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大

的混合集成电路构成。压力转换元件是利用半导体的电压效应制成的硅膜片。硅

膜片的i面是真空室，另一面导入进气管压力。出于硅膜片的一侧是真空室，所

以进气管压力越高，硅膜片的变形越大，它的应变与压力成正比。附着在薄膜上

的应变电阻的阻值与压力成正比变化，这样就可以利用转换电路把硅膜片的变形

变成电信号。因为输出的电信号微弱，所以用混合集成电路进行放大后输出。

这两种方案都选用了单片机进行控制，因为在充气过程中对于充气速度没有

严格要求，因此传动系统中选择了直流电机。在设计中，由于在轮胎的气压一般较

大（一般约为标准大气压的两至三倍），为了避免较大误差，因此选用了第二种

方案。

2）方案设计框图

下图2.1为单片机最小应用系统的组成框图：

图2.1方案设计框图

3）总体设计方案

自动充气系统由压力传感器和相关的放大目路、ADC转换器、单片机最小

系统、行列式键盘、显示装置和充气系统组成。设计思路是：首先由键盘输入设定

的充气压力值，然后通过3路LED数码管显示其数值，输入设定值后便可以启动

气泵进行充气。充气过程中的压力值可以通过传感器采集，再通过放大电路放大,

接着传输到模/数转换器ADC0809的一路模拟信号通道，转换出八路数字信号传

给单片机AT89C51,接着单片机把计算气压值送给LED数码管并让它以动态扫描

的方式当前气压值。当两个值相等时，中断驱动电路，停止充气。

在硬件电路中将对单片机部分，ADC转换部分，行列式部分和键盘显示部分

做详细的介绍，传感器检测部分和充气系统部分将作简单的介绍。本课程设计的

重点就是通过单片机系统熟悉单片机扩展接口的应用，与传感器的联合设计将使

我们对单片机的认识提升到一个新的层面。

3硬件电路设计

1）压力传感器检测电路

图3.1压力传感器检测电路

图3.1分为三部分，第一部分为供电电路，第二部分为压力检测电路，第

三部分为放大电路，放大后的信号送入A/D转换器。图中采用多臂电桥，可以有效

的提高传感器的灵敏度和减少非线性误差。而且对于传感器电阻范围的选取，也尽

量选择压力与电阻成线性关系的区域。

2）单片机

AT89C51是美国Atmel公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内

含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytcs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，与标准

MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和

Flash存储单元，功能强大。

AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。此单片机是小型电子产

品普遍采用的微控芯片，性价比高。在控制领域应用也比较普遍。其最突出优点

是把快擦写存储器应用于单片机中，使得在单片机开发中修改程序变得十分简单,

大大的缩短了系统的开发周期。同时在系统开发过程中，能有效地保存数据信息，

即使断电也不会丢失信息。AT89系列单片机和80C51系列单片机的引脚是一样

的。

单片机系统的三总线构成：

地址总线：由P0口和P2口构成，其中P2口为地址的高8位，P0口为地址

的低8位。P0口的地址经过地址锁存器锁存后输出。

数据总线：P0口输入输出8位数据。

注意：P0口作为数据线使用时是双向的，作为地址线使用时是单向的。

控制总线：作为扩展程序存储器的读选通信号。

和作为扩展数据存储器和外接I/O口的写、读选通信号。

其示意图如图3.2所示。

图3.2单片机外部扩展三总线

3)显示部分

1.字形与字行码

在设计中，我选月了共阴极数码管。

通常情况下，显示代码存放在程序存储器中的固定区域中，构成显示代码

表。当需要显示某字符时，可由查表指令调出对应的字形码。表3.1常用字形

表。

显示部分由三位LED数码管和两片74HC373及三个反相器组成。其电路连

接如图3.3所示。

其段选端共同连接74HC373(1)±,位选端连接着经过反相后的三路信号。

74HC373的驱动电流能达到20mA,而一个数码管的驱动电流约为5mA,因此

可用一片74HC373驱动三个数码管。

LED的连接为共阴极。故在段选驱动输出高电平时选通相应的显示段。位选驱

动端输出低电平时选中相应的LEDo具体到此电路则是：74374(1)输出高电平

时选中三位LED的相应段。74373(2)输出高电平时选中相应的LED。

字符字形dpgfedcba字形码

00001111113FH

110000011006H

22010110115BH

33010011114FH

44011001106611

55011011016D11

66011111017DH

770000011107H

88011111117FH

99011011116FH

表3.1共阴极数码管字形码表

图3.3动态扫描电路

由于只用到了三位LED,74374(2)输出端的状态和对应的位选码以及选中

的LED之间的关系如表3.2o

Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0位选选中

码LED

0000000101HCO

0000001002HCl

0000010004HC2

表3.2位选码表

4)A/D转换部分

如下图3.4是ADC0809与单片机的接口电路，0809的E0C与P1.0相连作为

转换结束的信号，从而通知CPU读数。89C51通过地址线P2.0和读、写信号线

来控制模拟输入通道地址锁存、启动和转换结果的输出。模拟输入通道地址的译

码输入A、B、C由P0.(fP0.2提供，经锁存输出后与A、B、C相接。

图3.4ADC0809与89C51的连接

在本设计中，ADC0809的模拟通道选择通道INOo电路连接时直接把测量放

大电路的输出连接到模拟输入通道TNO即可。

5)键盘部分

如图3.5为4*4矩阵键盘的结构原理图图中，B0、B2通过4个上拉电阻接

+5V,处于输入状态，歹J线Q4~Q7为输出状态。按键设置在行、列线交点上，行、

列线分别连接到按键开关的两端。

图3.5行列式键盘工作原理图

CPU通过读取行线的状态，即可知道有无键的按下。当键盘上没有键闭合时，行、

列线之间都是断开的，所有行线输入趣味高电平。当键盘上某个键被按下时，则对应

的行线和列线短路，行线输入即为列线输出。若此时初始化所有列线输出为低电平,

则通过检查行线输入值是否全为“1”即可判断有无键按下。方法是：先令列线

Q4输出电平，Q5-Q7输入高电平，再读取行线的状态。如果读的某行线为低电平,

则可确认对应该行线与列线相交的键被按下，否则无键按下。如果无键按下，都令

Q5为低电平，其余列线为高电平，读取行线的状态，如无键按下，依次循环直至找

到键号。找到键号后将其键值读取并存于40H开始的3个单元。当读取一个键值之

后，存其键值，继续读取行线状态，依次循环，直到用户按下确定键。

6）电磁继电器控制电路

如图3.6所示，电磁继电器由单片机的P1.7引脚控制。当该引脚输出高电

平时，使三极管导通，继电器的内部线圈有电流通过，产生吸合力，将公共端吸合

到常开端，则气泵开始充气；当轮胎的气充足后，P1.7引脚输出低电平，使三

极管截止，则继电器不会产生吸合力，从而断开了气泵的工作。

图3.6电磁继电器控制电路

7）时钟电路

单片机内部有一个高增益的方向放大器，用于构成振荡器，但要外部时钟，

外部还需附加电路。时钟的产生方法分为：内部时钟方式和外部时钟方式。在本

课程设计中，采用了内部时钟方式的时钟电路。其电路如图3.7所示。要注意，

振荡器和电容在安装的时候，要尽可能的和单片机芯片靠近。

图3.7时钟电路与单片机的连接电路

8）复位电路

复位是单片机的初始化操作，单片机启动运行时，都要先复位，它的作用是

使CPU和系统其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片

机复位后，大部分的寄存器都将清Oo只有PO~P3口和堆栈指针SP例外，田午3复

位后为FFH,SP复位后的结果为07Ho在本课程设计中，采用了上电复位的方法,

其实现为，上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST引脚保持

10ms以上的高电平，就能使单片机有效复位。复位电路与单片机的连接电路如图

3.8所示。

图3.8复位电路与单片机的连接

4软件设计

1）显示部分子程序设计

1.LED显示子程序设计思路

由图3.3的显示电路连接可知：要显示某字符，就要把这个字符转换成相应

的字形表，（字形码表见表3.1）然后发送给锁存器74374（1）,然后由锁存器

74374（2）送出位选信号。即可点亮相应的LED0由原理图连线可知片（1）的

地址为1EFFH,片（2）的地址为9EFFH。

首先建立一个字形表DIS-TAB,表格以十六进制数的次序存放它们相应的字

形码，把字形表的首地址DIS.TAB的地址送给基址寄存器DPTR,要显示的数作

为偏移量送入变址寄存器A,执行查表指令MOVCA,@A+DPTR,则累加器A中得

到的结果即表格中取出的相应的数字的字形码。

其次要建立一个显示缓冲区40H~42H,缓冲区中各单元分别对应各个数码管

LEDPLEDBo显示子程序的功能就是把显示缓冲区中的数据取出，查表后转成相

应的显示字形码，然后送到数码管中，所以要执行和更新显示时，必须先向个显

示缓冲器中送数，然后再调用显示子程序。

2.显示子程序流程图

显示子程序的流程图如图4.1所示。

图4.1显示子程序流程图

2)A/D转换子程序设计

1.A/D转换子程序设计思路

根据ADC0809与单片机的连接电路可知，0809在系统中的地址为FEF8H,此

时选择通道0o通过对片外数据存储器的写操作指令：

MOVDPTR,#0EEI'8H

MOVX@DPTR,A

即可启动一次A/D转换」具体过程如下：指令MOVX@DPTR,A产生写信号，则上

面的或非门输出为LALE有效，锁存地址锁存器74LS373输出地址的低三位00D,选

择模拟通道IN0,打开模拟开关，则外部模拟量送入内部的A/D转换器。与此同时

SC有效，启动一次模数转换。结果存于ADC0809内部的三态输出锁存器中。通过对

片外数据存储器的读操作指令：

MOVXA,@DPTR

即可读取A/D转换的结果。具体过称为：读操作指令产生信号，则下面那个

或非门输出为lo0E信号引脚有效，打开内部寄存器的三态门，即可通过数据总线

把A/D转换的结果送入累加器Ao

2.A/D转换子程序流程图

A/D转换的流程图如图4.2:所示。

图4.2A/D转换子程序流程图

3）键盘部分子程序设计

1.输入原理

对于一组键或一个键盘，需要通过接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询

或中断方式了解有无键输入并检查是那一个键按下，并将该键号送入累加器ACC,然

后通过散转指令转入执行该键的功能程序，执行完之后又返回到原始状态。

一-般情况下都要对按键进行编码，因此一个完善的键盘控制程序应该完成下

述任务：

①监测有无键按下；

②有键按下后，在无硬件去抖时，应用软件延时方法除去抖动影响；

③有可靠的逻辑处理办法，如n键锁定，只处理一个键，期间按下又松开

的键不产生影响，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序；

④输出确定的键号以满足散转指令要求。

2.键盘扫描工作原理及程序流程图

㈠判断有无键按下。其方法是Q4〜Q7口输出低电平，读行线状态，若全为

高电平时，则无键按下，否则有键按下。

㈡去除键抖动。其方法是在判断有键按下时，软件延时一段时间（一般为

20ms）后，再判断有无键的按下，如果仍然为有缝按下的状态，则有键按下，否

则无键按下。

㈢扫描键盘，得到按下的键号。其原理是先使一条列线为低电平，如果这

条列线上有键闭合，则相应的那条线为低电平，否则各行线状态都为高电平。闭

合键的键值二列号+行号。

㈣判断闭合的键是否释放。

由原理图连线可知，74245的地址为FEFFH,74HC373(2)的地址为9EFFH。

键处理子程序流程组如图4.3所示。

图4.3按键处理子程序流程图

4)软件总体设计

1.总体设计思路

系统复位后，应该首先做一些初始化设置，例如：设置堆栈指针，CPU开中

断否，允许哪些中断，以及外部中断的触发方式选择位的设置等等。这些工作做完

后，就应该调用键盘子程序等待用户输入需要充气的多少。接着启动气泵的工作。

启泵启动后应该立即调用AD转换子程序及显示子程序，之后还要将A/D转换后

的16进制数转换为10进制数，动态的显示轮胎内的气压，以及比较现在的气压是

否达到用户的要求°由于LED显示是动态的，所以必须循环的调用AD转换子程

序利显示子程序，这样做不仅实时性强，可以让用户了解轮胎内气压的变换，而且可

以增强LED显示亮度。

2.片内RAM设置

在软件编制之前，查阅了相关的资料，了解到汽车轮胎内的气压正常情况下

一般是2.5个大气压，超过这个值之后就会有爆炸的危险。故再考虑到实际情况和

软件编制的简易性的情况下，我们规定用户输入的充气气压只能位于

0~245Kpa的范围内。这样一来，由于ADC0809的精度为八位，其输出的数字量

的范围是0~245可以近似的相等。量化后正好是一对一的关系，就大大的减轻了软

件编制的困难。

RAM分配：

40H：高位LED的显示缓冲区。

41H：中间位LED的显示缓冲区。

42H：低位LED的显示缓冲区。

43H：用户在输入要充的气压的时候，由于输入的是三个独立的一位数字。

故需要经过处理后使之变为我们意愿中的一个0~255之间三位数，然后把这

个三位数放在4311中。在就可以用它和AD转换的结果比较，从而知道充气

是否完成。

44H：AD转换结果存放单元。AD转换后的数为16进制数，要调用BCD转

换程序转换为10进制数才能存入44H。AD转换的结果和43H中用户输入的

数据比较可以知道是否充气完成。30H：

在初始化的时候设置为堆栈指针。

3.总体程序流程图

软件设计的总程序流程图如图4.4所示。

图4.4总程序流程图

5系统调试

由于LAB6000实验箱上的很多模块都出现了故障，因此我们没能在其上调试

成功。后来我们找来一块板子，在其上用电位器替代压敏电阻，用LED灯替代气

泵，完成了调试。实验的步骤和照片如图。

开始时设定的充气压力值，如图5.1所示。

图5.1设定充气值

然后气泵开始充气，充气过程中如图5.2。

图5.2充气过程中

当压力达到设定值以后，气泵停止充气，在图中可以看到灯灭。充气完成如

图5.3所示。

图5.3充气完成

在调试的过程中，我们也遇到了很多问题。但是经过我们认真分析程序，这

些问题都一一解决了。这也给了我们一个教训，只有又动手做了，才能明白你的程

序是否正确。仅仅依靠理论，不仅浪费时间而且很可能并达不到预期的效果。调试

的过程，让我们在细节上对程序作了改进，也弥补了我们在理论学习中的一些漏洞。

6实验总结

经过历时两周的课程设计，我对单片机的应用有了进一步的认识。通过这次

设计，我对74373,74245,ADC0809芯片的外部扩展电路又进一步熟悉了。这次

设计也让我真正体会到了软硬件的结合，如在电路中的连线决定芯片的地址，在外

部电路扩展中要达到好的效果还必须考虑芯片的驱动能力。有些时候，从原理上

看，你的电路可能已经设计的非常完美，但是在实际的调试过程中，却往往不那么

令人满意。这就是软件与硬件脱钩的地方，你必须在选择元件，或者芯片的时候

考虑，为什么要选他，而不选其他，同时还要考虑经济效益。

在完成这次设计的过程中，我们大量使用到了诸如PROTEL、VISTO等作图软

件。熟悉了他们的一些基本操作，对于以后使用过程中应该注意的一些问题也有了

一些初步的积累。

最后，感谢老师和同学们在设计以及调试过程中给予我的悉心指导和帮助。

这次设计中，我学到的最有用的东西，应该就是方案的设计了，他是你实施以下所

有步骤的指导。因此确定了方案，你就对自己的任务有了一个比较有序的认识,

而不是看到题目时得一团糟。

附录A系统原理图

系统硬件连接图：

附录B源程序清单

ORG0000H

JMPMAIN

ORG0040H

MAIN:

MOVSP,#30H

LABO:

LCALLKS;调用键盘处理程序

LCALLAD

LCALLBCD

LCALLMULT;调用AD转换子程序MOV

A,44H；44H存放AD转换结果

CJNEA,43H,LP

JMPLABO

LP:

JCSTART;轮胎内的气压小于要求的气压，跳到START开始充

气

JMPLABO;轮胎内的气压大于要求的气压，不充气

START:

SETBPl.7;启动气泵工作

LOOP:

LCALLAD

LCALLBCD；显示轮胎内部压强

LCALLDISPLAY

LCALLMILT

MOVA,44H

CJNEA,43H,LOOP

CLRPl.7

SJMP

$

DISPLAY:

PUSHACC;保护现场

PUSHDPH

PUSHDPL

SETBRSO;保护第0组工作寄存器

MOVRO,#40H

MOVR7,#04H;选中最左边的数码管

MOVR6,#3

DTS_LOOP:

MOVA,@R0

MOVDPTR,#DIS_TAB

MOVCA,©A+DPTR

MOVDPTR,#1EFFH;指向74373(1)

MOVX@DPTR,A

MOVA,R7

MOVDPTR,#9EFFH;指向74373(2)

MOVX@DPTR,A

LCALLDELAY_10MS

INCRO

CLRC

MOVA,R7

RRCA

MOVR7,A

DJNZR6,DIS_LOOP

CLRRSO

POPDPI!

POPDPL

POPACC

RET

DISTAB:

DB3FH,06,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07,7FII,6F1I

DELAY_10MS:

MOVR5,#OAH

DL2:

MOVR4,#7DH

DL1:

NOP

NOP

DJNZR4,DL1

DJNZR5,DL2

RET

KS:

MOVRO,#40H;将键值存放在40H开始的单元

MOVR4,#0;存放按键次数

MOV40H,#0

MOV41H,#0

MOV4211,#0;设置数据缓冲区

MOV43H,#0;存放输入的三位数

KEYSTARTING:

LCALLKEYCHECK

JZKEYSTARTING

LCALLDELEY_20MS

LCALLKEYCHECK

JZKEYSTARTING

MOVRI,#OFEH;首列扫描值送RI

MOVR2,#4；扫描次数

MOVR3,#0;首列键号送R3

KEYLOOP:

MOVDPTR,#9EFFH;373的地址送DPTR

MOVA,RI

MOVX@DPTR,A；列扫描字送373

MOVDPTR,#OFEFFH;245的地址送DPTR

MOVXA,@DPTR；读取行扫描值

JBACC.0,KEYK1;第0行无键按下，转查第1行

MOVA,#00H

SJMPKEYVALUE

KEYK1:

JBACC.1,KEYK2

MOVA,#04

SJMPKEYVALUE

KEYK2:

JBACC.2,CONTINUE

MOVA,#08

SJMPKEYVALIE

CONTINUE:

MOVA,RI

RLA

MOVRI,A

INCR3

JNBACC.3,KEYSTARTING

SJMPKEYLOOP

KEYVALUE:

ADDA,R3

PUSHACC

KEYON:

LCALLDELAY20MS

LCALLKEYCHECK

JNZKEYON

POPACC

MOVDPTR,#VALUETAB

MOVCA,©A+DPTR

JMP©A-DPTR

VALUETAB:

DBKEYO

DBKEY1

DBKEY2

DBKEY3

DBKEY4

DBKEY5

DBKEY6

DBKEY7

DBKEY8

DBKEY9

DBKEY10

DBKEY11

KEYO:

MOVA,R3

MOV©RO,A

SJMPKEYFREE

KEY1:

MOVA,R3

MOV@RO,A

SJ