基于MPX4115的数字气压计设计论文.docx
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基于MPX4115的数字气压计设计论文
阿坝师范高等专科学校电子信息工程系课程设计
气压传感器实验设计
学生姓名
李其林
专业名称
嵌入式
班级
2011级
学号
20113122
阿坝师范高等专科学校电子信息工程系
二○一三年四月
一、绪论
1.1课题背景
气压计是一种测量大气压的装置，一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力，简称气压。
气象学研究表明，在空间垂直方向上气压随高度增加而降低，这种变化的幅度在近表面和高空时又有所不同，近地表时气压随高度增加而降低的幅度最大，越到高空这种变化越缓慢。
气压还会受空气中的气流影响，若空气中有下降气流，气压会增加；若空气中有上升气流，气压会减小。
本课题要求利用单片机控制实现气压计功能，而单片机的接口信号必须是数字信号，因此想要用单片机获取气压这类非电信号的信息，必须使用气压传感器。
气压传感器的作用是气压信息转换成电流或电压输出，转换后的电流或电压输出常为模拟信号因此还必须进行A/D转换，以满足单片机接口的需要。
1.2数字气压计系统设计意义
气压计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。
传统气压表（空盒式、弯管式等）精度低、显示单一；本系统设计的数字气压计采用单片机控制，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的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。
二、系统总体设计
2.1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。
硬件部分分为四大块，包括大气压的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。
2.2系统总体框图
气压计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。
图1为系统总框图。
图1系统总框图
2.3数据采集模块
2.3.1数据采集模块的芯片选择
气压传感器对于系统至关重要，需要综合实际的需求和各类气压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气压传感器，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。
绝对气压值对应的既是实际的气压值，显然本设计要实现的数字气压计需要能测量绝对气压值的气压传感器。
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气压传感器。
经过综合考虑，本设计选用MPX4115。
2.3.2数据采集模块的原理图
数据采集模块由气压传感器MPX4115构成，采集的是大气压值。
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2
图2数据采集模块原理图
气压传感器MPX4115的管脚说明如表1所示：
表1气压传感器MPX4115的管脚说明
1
2
3
4
5
6
VOUT
GND
VS
N/S
N/S
N/S
气压传感器MPX4114的特性参数如表2.2所示：
2.4数据转换模块
2.4.1数据转换电路部分电路原理图
转换器的电路如图3:
图3数据转换模块原理图
2.5数据处理模块
2.5.1数据处理模块的芯片选择
对于输出的频率信号要经过单片机的数据处理，通过频率与气压之间的关系计算出气压值。
AT89C51单片机最为核心的部分是中央处理器CPU，它由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器。
AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
本课题中选用AT89C51单片机来实现。
2.5.2单片机部分的原理图
AT89C51原理简介：
单片机是将微处理器、一定容量的RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上的一种单片微型计算机。
单片机是典型的嵌入式系统，从体系结构到指令系统都是按照嵌入式应用特点专门设计的，能最好地满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行以及非凡的控制品质要求，是目前发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。
89系列单片机已经在片内增加4KB或者8KB的FlashROM，而且整个89C51/89C52芯片价格较为便宜。
单片机部分的原理如图4所示。
图4单片机部分原理图
2.5.3AT89C51引脚及功能
AT89C51的引脚如图5所示。
图5单片机引脚图
·P3口同时为闪速编程和编程校验接收一些控制信号
·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。
即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的l/6输出固定的正脉冲信号，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，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DO位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。
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无。
·PSEN：
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期有两次PSEN，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有的PSEN信号不出现。
·EA／VPP外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），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Vpp，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。
·Vcc电源电压
·GND地
2.6显示模块及芯片选择
2.6.1显示模块的芯片选择
在工业控制中，显示器件向来是很重要的一环，随着科技的迅速发展，显示器件的种类也是越来越多，目前主流的显示器件就是液晶显示器，液晶显示器简称LCD显示器，它是利用液晶经过处理后能够改变光线的传输方向的特性实现显示信息的，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富超薄轻巧等优点，在单片机应用系统中得到日益广泛的应用。
液晶显示器按其功能分为三类：
笔端式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器、图形点阵式液晶显示器。
前两种能够显示数字、字符等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形。
本设计中选择经济实惠的字符型液晶显示器LCD1602。
LCD1602可以显示两行，每行16个字符，采用+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。
2.6.2显示器LCD部分的原理图
显示器部分的电路如图6所示。
图6显示模块原理图
2.7总体原理图
把各个模块连接起来，构成气压计系统原理图，如图7所示。
图7气压计系统原理图
三、软件设计
3.1源程序如下：
/*第j页显示*/
voidyeshu（intj）{
LCDcmd（0xB8|j）;//第j页显示
LCDcmd（0x00）;//设置列开始地址
}
/*写LCD字符串*/
/*写汉字上部分字符串*/
voidLCDshow（）{
uinti=（（getAD（）-218.72）/36.84+15）*10;
yeshu（0）;
LCDhzs（0,0）;
LCDhzs（0,1）;
LCDhzs（0,2）;
LCDhzs（0,3）;
LCDhzs（1,4）;
yeshu
（1）;
LCDhzx（0,0）;
LCDhzx（0,1）;
LCDhzx（0,2）;
LCDhzx（0,3）;
LCDhzx（1,4）;
yeshu
（2）;
xss（0,i）;
LCDszs（1,10）;
LCDszs（1,11）;
LCDszs（1,12）;
yeshu（3）;
xsx（0,i）;
LCDszx（1,10）;
LCDszx（1,11）;
LCDszx（1,12）;
}
main（）
{
LCDrst（）;//LCD复位
delay（100）;//LCD复位前适当延时，保证LCD复位成功
while
（1）
{
LCDshow（）;
}
}
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uintcodename[][16]={
{0x00,0x00,0x40,0x42,0x5C,0x48,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x50,0x4E,0x44,0xC0,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x20,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x7F,0x00,0x00},/*"当",0*/
{0x08,0x08,0xE8,0xA8,0xA9,0xAE,0xEA,0x08,0x08,0xC8,0x0C,0x0B,0xEA,0x08,0x08,0x00},
{0x00,0x00,0x7F,0x04,0x24,0x44,0x3F,0x00,0x00,0x1F,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00},/*"前",1*/
{0x00,0x20,0x10,0x8C,0xA7,0xA4,0xA4,0xA4,0xA4,0xA4,0xA4,0xA4,0x24,0x04,0x04,0x00},
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x30,0x40,0xF0,0x00},/*"气",2*/
{0x00,0x00,0xFE,0x02,0x42,0x42,0x42,0x42,0xFA,0x42,0x42,0x42,0x62,0x42,0x02,0x00},
{0x20,0x18,0x27,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x21,0x2E,0x24,0x20,0x20,0x00},/*"压",3*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"：
",4*/
};
uintcodenumber[][16]={
{0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00},
{0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00},/*"0",0*/
{0x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00},/*"1",1*/
{0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00},
{0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00},/*"2",2*/
{0x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00},
{0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00},/*"3",3*/
{0x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00},
{0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00},/*"4",4*/
{0x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00},
{0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00},/*"5",5*/
{0x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00},
{0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00},/*"6",6*/
{0x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00},
{0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"7",7*/
{0x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00},
{0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,0x00},/*"8",8*/
{0x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00},
{0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00},/*"9",9*/
{0x08,0xF8,0x88,0xC0,0x28,0x18,0x08,0x00},
{0x20,0x3F,0x20,0x01,0x26,0x38,0x20,0x00},/*"K",10*/
{0x08,0xF8,0x08,0x08,0x08,0x08,0xF0,0x00},
{0x20,0x3F,0x21,0x01,0x01,0x01,0x00,0x00},/*"P",11*/
{0x00,0x00,0xC0,0x38,0xE0,0x00,0x00,0x00},
{0x20,0x3C,0x23,0x02,0x02,0x27,0x38,0x20},/*"A",12*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*".",13*/
};
四、实验仿真
4.1实验设计最终仿真如图8所示：
图8设计仿真
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