压力机的设计报告.docx

压力机的设计报告.docx

《压力机的设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力机的设计报告.docx（5页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

压力机的设计报告

压力机的设计报告

　　　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　1、概述　　摘要：

　　介绍了一种基于单片机的简易数字压力计的设计。

该设计主要三个模块组成：

A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。

A/D转换主要芯片ADC0808来完成，它负责把压力计的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。

数据处理则芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0808传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0808芯片工作。

该系统的压力计电路设计简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。

此压力计可以通过电压和压力的关系通过测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，按一定关系转化成对应的压力值，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。

背景和简介：

　　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。

工业过程控制是计算机的一个重要应用领域。

其中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。

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的压力测量系统。

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，送至8位A／D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。

基于单片机的压力检测系统，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　　3　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　为电信号，然后进入A/D转换器将模拟量转换为数字量。

整体设计方案：

　　本次设计是以单片机为主组成的压力测量，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A/D转换为数字量后才能计算机进行有效处理。

然后用LED进行显示。

它的原理图如图所示。

　　压力传感器电压测量显示器单片机A/D转换　　图压力计原理方框图　　我们这次主要做的是压力计的设计根据硬件电路编程，调试出来并显示结果。

　　2、硬件电路的设计：

硬件设计框图　　AT89C51　　P0　　　　P3　　　　P1　　　　P2最小系统A/D转换电测量电压输入显示系统复位电路　　图硬件设计框图　　4　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　复位电路：

　　在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞或死机时，就需要进行复位。

MCS-5l系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就一直处于复位状态，只要RST恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。

单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种。

　　数据处理：

　　AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机存储器。

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，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，它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。

AT89C51功能性能:

与MCS-51成品指令系统完全兼容；4KB可编程闪速存储器；寿命：

1000次写/擦循环；数据保留时间：

10年；全静态工作：

0-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8B内部RAM；32个可编程I/O口线；2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行UART通道；片内震荡器和掉电模式。

　　　　图AT89C51的引脚图　　AT89C51芯片的各引脚功能为：

　　P0口：

这组引脚共有8条，为最低位。

这8个引脚有两种不同的功能，　　5　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　分别适用于不同的情况，第一种情况是AT89C51不带外存储器，P0口可以为通用I/O口使用，用于传送CPU的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是AT89C51带片外存储器，在CPU访问片外存储器时先传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读/写数据。

P0口为开漏输出，在作为通用I/O使用时，需要在外部用电阻上拉。

　　P1口：

这8个引脚和P0口的8个引脚类似，为最高位，为最低位，当P1口作为通用I/O口使用时，的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。

　　P2口：

这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能相同即它可以作为通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像P0口那样传送存储器的读/写数据。

　　P3口：

这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表1所示：

　　P3口各位　　第二功能RXTTXD/INT0/INT1（外部中断1输入）T0T1/WR/RD表P3口各位的第二功能　　Vcc为+5V电源线，Vss接地。

　　ALE：

地址锁存允许线，配合P0口的第二功能使用，在访问外部存储器时，AT89C51的CPU在引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。

在不访问片外存储器时，AT89C51自动在ALE线上输出频率为1/6震荡器频率的　　6　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　脉冲序列。

该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。

　　/EA:

片外存储器访问选择线，可以控制AT89C51使用片内ROM或使用片外ROM,　　若/EA=1，则允许使用片，在访问片外ROM时，AT89C51自动在/PSEN线上产生一个负脉冲，作为片外R内ROM,若/EA=0，则只使用片外ROM。

　　/PSEN：

片外ROM的选通线OM芯片的读选通信号。

　　RST：

复位线，可以使AT89C51处于复位（即初始化）工作状态。

通常AT89C51复位有自动上电复位和人工按键复位两种。

　　XTAL1和XTAL2：

片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接AT89C51片内OSC（震荡器）的定时反馈回路。

显示系统：

　　在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器（7SEG-MPX4-CC-BLUE）。

　　7SEG-MPX4-CC-BLUE显示器引脚如图9所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，e，f，g为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部结构是4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。

　　7　　

　　　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　图数码管引脚接线图　　　　对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，于4位LED阴极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式显示。

LED译码方式　　译码方式是指显示字符转换得到对应的字段码的方式，对于LED数码管显示器，通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。

　　硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。

　　软件译码就是编写软件译码程序，通过译码程序来得到要显示的字符的字段码，译码程序通常为查表程序。

　　本设计系统中为了简化硬件线路设计，LED译码采用软件编程来实现。

于本设计采用的是共阴极LED，其对应的字符和字段码如下表2所示。

　　　　8　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　　　显示字符0123456789引脚A、B、C、D、E、F、G、DP1234共阴极字段码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH功能数据输入端千位位选百位位选十位位选个位位选图七段四位数码管引脚功能　　A/D转换电路：

　　逐次逼近型A/D转换既照顾了转换速度，又具有一定的精度，这里选用的是逐次逼近型的A/D转换芯片ADC0808　　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，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，或供控制和　　9　　　　表共阴极字段码表电气与自动化工程学院传感器课程设计　　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。

而电阻应变式传感器具有悠久的历史。

于它具有结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等诸多优点，因此是目前应用最广泛的传感器之一。

电阻应变式传感器弹性元件和电阻应变片构成，当弹性元件感受到物理量时，其表面产生应变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应变化。

通过测量电阻应变片的电阻值变化，可以用来测量位移加速度、力、力矩、压力等各种参数。

单片机最小系统设计　　单片机最小系统或者称最小应用系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。

该设计的最小系统包括单片机、晶振电路、复位电路。

　　　　图晶振电路　　　　图复位电路　　　　模数转换电路设计　　　　模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。

能够完成这一任务的器件称之为模数转换器，简称A/D转换器。

本次设计的中A/D转换器的任务是将压力传感器输出的模拟信号转换位数字量进行输出。

　　10　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

（备注：

ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。

一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。

）内部结构　　ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。

逐次逼近型寄存器，定时和控制电路和三态输出锁存器等组成，其内部结构如图所示。

　　　　　　图ADC0808的内部结构　　　　11　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　　　地址码2324（ADDB）25（ADDC）对应的输入通道000011110011001101010101表通道选择　　　　IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7　　图ADC0808管脚图　　ADC0808引脚功能　　ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。

各引脚功能如下：

　　1～5和26～28：

8路模拟量输入端。

8、14、15和17～21：

8位数字量输出端。

22：

地址锁存允许信号，输入高电平有效。

　　12　　

　　　　　　电气与自动化工程学院传感器课程设计　　6：

A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲使