压力检测系统的设计.docx
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压力检测系统的设计
2014~2015学年第1学期
《专业综合课程设计》
课程设计报告
题目:
压力检测系统的设计
专业:
电子信息工程
班级:
11电信一班
姓名:
指导教师:
电气工程学院
2014年11月23日
1、任务书
课题名称
压力检测系统的设计
指导教师(职称)
王忠良(讲师)
执行时间
2014~2015学年第1学期第13周
学生姓名
学号
承担任务
压力检测系统的整体设计
压力检测系统的整体设计
程序的设计
程序的设计
仿真原理图
仿真原理图
论文的撰写
设计目的
1.初步了解压力检测系统与在工业化生产当中的广泛应用;
2.压力指标在工业化生产当中有着重要的作用,在生产中保障安全的一项衡量指标,所以对于压力的测量是一项比较重要的过程。
总之,压力检测是一般生产过程所不可缺少的环节,只有按工艺要求保持压力的稳定,才能维持生产的正常进行。
所以压力准确测量在实际过程是非常重要的。
设计要求
1)设计一个测压范围在30-150pa的压力检测系统,到压力预定值时,产生报警;
2)利用传感器实验台作为压力源,设计一个压力检测系统;
3)将压力传感器送单片机并在LED数码显示器上显示压力值;当压力低于30pa,黄灯闪烁,闪烁周期为1秒;当压力高于150pa时,红灯闪烁;
4)编写相应的单片机程序;
5)课程设计说明书内容包括设计目的与意义、依据的原理、主要注意的方面。
在算法和软件的说明中应配有适当的流程图、注释、图片或功能框图,以便更好地说明软件设计过
压力检测系统的设计
摘要
压力参数指标在工业化生产中有着广泛的应用,诸类仪表中,变送器的应用最为广泛、普遍,变送器大体分为压力变送器和差压变送器。
压力测量对于保障正常的工业化生产有着重要的意义,对于本测控电路的设计,通过智能微压力(差压)变送器将物理型号变成电信号后,在经过模数转换芯片ADC0809输送到单片机中所进行的硬件电路设计。
通过80C51单片机的编程设计,完成对硬件电路的控制作用。
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D模数转换器。
然后连接LED显示器,显示测量时的动态数据。
本次课题设计最终结果是对输入信号进行显示与对比,而后输出最终结果,并且在LED上显示最终结果。
关键词:
WLY-KC微压力(差压)变送器、ADC0809转换器、压力传感器、A/D转换器、LED显示器
第一章设计背景
一设计任务及内容
1.1课程设计题目:
压力测控系统的设计
课程设计的主要内容及要求:
(1)设计一个测压范围在30-150pa的压力测控系统,到压力预定值时,产生报警;
(2)利用传感器实验台作为压力源,设计一个压力检测系统;
(3)将压力传感器送单片机并在LED数码显示器上显示压力值;当压力低于30pa,黄灯闪烁,闪烁周期为1秒;当压力高于150pa时,红灯闪烁;
(4)编写相应的单片机程序;
(5)课程设计说明书内容包括设计目的与意义、依据的原理、主要注意的方面。
在算法和软件的说明中应配有适当的流程图、注释、图片或功能框图,以便更好地说明软件设计过程。
二压力测控系统的设计的目的及意义
2.1初步了解压力测控系统与在工业化生产当中的广泛应用;
2.2压力指标在工业化生产当中有着重要的作用,在生产中保障安全的一项衡量指标,所以对于压力的测量是一项比较重要的过程。
总之,压力检测是一般生产过程所不可缺少的环节,只有按工艺要求保持压力的稳定,才能维持生产的正常进行。
所以压力准确测量在实际过程是非常重要的。
第二章压力检测系统的整体设计
一压力测控系统的原理
1.1压力测控系统的设计是以单片机为主体,系统中需要压力传感器的输出与A/D的连接,然后通过单片机与其他硬件连接,在LED上显示测量数据。
系统框图如下图1所示。
图1、压力测控系统原理方框图
本系统的设计是选择合适的传感器,以及A/D转换等根据硬件电路编程,调试出来并显示结果。
二模块的划分
2.1模块划分:
(1)传感器元件模块
传感器元件主要是对压力这样的物理量转变成电信号。
(2)A/D转换电路模块
A/D转换电路是将模拟量转换为数字量,便于单片机的处理。
(3)控制器处理模块
控制器是通过51系列单片机对数字信号,按照预定目的进行处理。
(4)显示与报告模块
显示与报告是对于最终输出结果进行直观的表达。
2.2各模块的具体参数
(1)传感器元件模块
由于本次测量压力较小,经查阅相关资料选用北京兴卧龙传感器有限公司生产的微压力(差压)变送器采用进口高精度、高稳定性微压力敏芯片,经严格精密温补偿,线性补偿,信号放大,V/I转换,逆极性保护,压力过载限流等信号处理,将很微小的差压,风压,流量等参数可靠的转换成工业标准……
WLY-K-C微压力(差压)变送器
该变送器可广泛用于石油,化工,治金,电力,轻纺,电子,医药,食品,环保等领域对生产过程中十分微小的非腐蚀性气体的差压,流量,风压等进行可靠的控制,是超净厂房和锅炉自动化检测的理想产品
◇ 主要技术指标:
型号:
WLY-K-C微压力差压变送器
压力形式:
表压/绝压/负压/差压
量程:
-100KPa-100Pa-0-100pa-1000Kpa
精度:
0.3级常规
供电:
12~36VDC(24VDC)
输出:
4mA-20mA/0mA-10mA
1V-5V/0V-5V
负载电阻:
R=(U-12.5)/0.02-RD
其中:
U为电源电压,RD为电缆内阻
过载能力:
200%FS
响应时间:
《1ms
温度:
-20~85℃
(2)A/D转换模块
选择ADC0809,ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D模数转换器。
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。
是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。
主要特性:
1)8路输入通道,8位A/D转换器,即分辨率为8位。
2)具有转换起停控制端。
3)转换时间为100μs(时钟为640kHz时),130μs(时钟为500kHz时)
4)单个+5V电源供电
5)模拟输入电压范围0~+5V,不需零点和满刻度校准。
6)工作温度范围为-40~+85摄氏度。
7)低功耗,约15mW。
内部结构:
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,内部结构如图所示,它由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、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
外部特性(引脚功能):
ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图所示。
下面说明各引脚功能。
IN0~IN7:
8路模拟量输入端。
2-1~2-8:
8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC:
3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路
ALE:
地址锁存允许信号,输入,高电平有效。
START:
A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换)。
EOC:
A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。
OE:
数据输出允许信号,输入,高电平有效。
当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。
CLK:
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
REF(+)、REF(-):
基准电压。
Vcc:
电源,单一+5V。
GND:
地。
ADC0809与MCS-51单片机的连接主要涉及两个问题。
一是8路模拟信号通道的选择,二是A/D转换完成后转换数据的传送。
转换数据的传送有定时传送方式、查询方式、中断方式这三种方式。
(3)控制器处理模块
80C51单片机属于MCS-51系列单片机,由Intel公司开发,其结构是8048的延伸,改进了8048的缺点,增加了如乘(MUL)、除(DIV)、减(SUBB)、比较(PUSH)、16位数据指针、布尔代数运算等指令,以及串行通信能力和5个中断源。
采用40引脚双列直插式DIP(DualInLinePackage),内有128个RAM单元及4K的ROM。
80C51有两个16位定时计数器,两个外中断,两个定时计数中断,及一个串行中断,并有4个8位并行输入口。
80C51内部有时钟电路,但需要石英晶体和微调电容外接,本系统中采用12MHz的晶振频率。
由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求,而且产品产量丰富来源广,应用也很成熟,故采用来作为控制核心。
单片机的40个引脚大致可分为4类:
电源、时钟、控制和I/O引脚。
电源:
1)VCC-芯片电源,接+5V;
2)VSS-接地端;
时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
控制线:
控制线共有4根,
1)ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
ALE功能:
用来锁存P0口送出的低8位地址
PROG功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
2)PSEN:
外ROM读选通信号。
3)RST/VPD:
复位/备用电源。
RST(Reset)功能:
复位信号输入端。
VPD功能:
在Vcc掉电情况下,接备用电源。
4)EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
EA功能:
内外ROM选择端。
Vpp功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。
I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口:
P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。
P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。
(4)显示与报告模块
发光二极管及LED显示
发光二极管简称为LED。
由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。
在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。
发光二极管是由半导体发光材料做成的PN结,只要在发光二极管两端通过正向电流5-20mA就能达到正常发光。
LED的发光颜色通常有红、绿、黄、白,其外形和电气图形符号如图2所示。
单个LED通常是通过亮、灭来指示系统运行状态和用快速闪烁来报警。
图2发光二极管电气图形符号
LED显示屏(LEDpanel):
LED就是lightemittingdiode,发光二极管的英文缩写,简称LED。
它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成,靠灯的亮灭来显示字符。
用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法:
·共阳极接法
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。
使用时公共阳极接+5V。
阴极端输入低电平的段发光二极管导通点亮,输入高电平的则不点亮。
·共阴极接法
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。
使用时会共阴极接地,阳极端输入高电平的段发光二极管导通点亮,输入低电平的则不点亮。
字型
共阳极代码
共阴极代码
字型
共阳极代码
共阴极代码
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
b
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
d
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
8EH
71H
7
F8H
07H
灭
FFH
00H
8
80H
7FH
表1十六进制数字形代码
2.3LED显示方式
1)静态显示
所谓静态显示,就是当显示器显示某一字符时,相应段的发光二极管恒定地导通或截止。
这种显示方法的每一位都需要有一个8位输出口控制。
静态显示器的优点是显示稳定,在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度高,控制系统在运行过程中,仅仅在需要更新显示内容时,CPU才执行一次显示更新子程序,这样大大节省了CPU的时间,提高了CPU的工作效率;缺点是位数较多时,所需的I/O口太多,硬件开销太大。
2)动态显示
所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描),对于显示器的每一位而言,每隔一段时间点亮一次。
在同一时刻只有一位显示器在工作(点亮),利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应,看到的却是多个字符“同时”显示。
我们设计采用的是动态显示。
第三章程序的设计
一程序的流程图
如下图3所示:
图3程序流程图
二程序代码
ORG0000H;程序起始地址
ORG0003H;中断起始地址
LJMPINT1
MOVR0,#A0H;数据存储区指针
MOVR2,#01H;1路计数值
SETBIT1;中断初始化
SETBEA
SETBEX1
MOVDPTR,#FE00H;启动A/D转换
MOVX@OPTR,A
MOVTMOD,#10H;T1工作方式为1
MOVTH1,#3CH;设置初值
MOVTL1,#BOH
ORG001BH;T1中断入口
LMJPYELLOW;跳至中断
MOVTMOD,#01H;T0工作方式为1
MOVTH0,#3CH;设置初值
MOVTL0,#B0H
ORG0000H;T0中断入口
LJMPRED;跳至中断
SETBET0;允许T0中断
SETBET1;允许T1中断
SETBTR0;启动T0、T1计时
SETBTR1
HERE:
SJMPHERE
MOVXA,@DPTR;采样数据
INT1:
SUBBA,#30
JNZYELLOW;小于0跳至yellow
SUBBA,#150
JNZSHOW;小于150跳至SHOW
JMPRED;大于150跳至RED
YELLOW:
CPLP2.4;中断T1取反,P1.0输出
DJNZNEXT1
RED:
CPLP2.5;中断T0取反,P1.1输出
DJNZNEXT2
NEXT1:
MOVTH1,#3CH;T1重设初值
MOVTL1,#B0H
RETI
NEXT2:
MOVTH0,#3CH;T0重设初值
MOVTL0,#B0H
RETI
SHOW:
MOVXA,@DPTR
MOVB,#64;将100送入B
DIVAB;A除以100
MOV@R0+4,A;把百位送入@R0+4
MOVA,#0AH
XCHA,B
DIVAB
MOV@R0+2,A;把十位送入@R0+2
MOV@R0,B;把个位送入@R0
MOVA,@R0
MOVR1,#7AH;指向显示缓存区首地址
MOVR2,#03H;循环次数
LOOP:
MOV@R1,A;将字符送入显示缓存区
INCR1;指向下一个显示单元
INCR0;取下一个字符
INCR0
MOVA,@R0;送入A
DJNZR2,LOOP;R2未到3重复循环
MM:
LCALLDIR;调用动态扫描程序
SJMPMM;重复循环
END
第四章仿真原理图
一仿真图
如下图4所示:
图4仿真图
总结
经过这周的课程设计,让我对课程设计有了系统的认识。
只是独立的讲解一些芯片的结构及用法,培养了我们想问题的思维方式。
以前我们想问题时总是将一些问题孤立出来去思考,而这次实习,他引导我们以多维的方式去解析整个问题。
在实习中,我们不但要理解好系统的结构,进而画出硬件连接图、而且要写出程序流程图及源程序就,这些虽然是不同的表现形式,但他们必须用统一的思想去认识。
通过对压力测试系统的设计,让我们更加了解了ADC0809、80C51、等芯片的用法,同时,也对单片机的编程有了更加深入的认识。
为以后单片机的学习奠定了一定的基础。
最后,我通过课程设计认知了团队合作的重要性。
通过与搭档的交流,让我对有些以前不是很熟悉的内容有了提高。
同时在与之合作中,让我对工程这个概念有了新的认识,因为在以后工作中我们都必须面对与团体的合作。
只有在平常,我们多去与人交流。
才能提升我们的这个能力。
总之,两周的课程设计尽管很短,但让我们受益颇多。
参考文献
【1】张毅坤、陈善久、裘雪红单片微型计算机原理及应用西安西安电子科技大学出版社2011.1
【2】张国雄测控电路北京机械工业出版社2010.9
【3】郑学坚、周斌微型计算机原理及应用北京清华大学出版社2010