基于MCS51单片机的压力传感器实验概要.docx

1、基于MCS51单片机的压力传感器实验概要燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 压力传感器实验 学院（系）： 里仁学院 年级专业： 仪表10-2 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：仪器科学与工程系学 号学生姓名专业（班级）设计题目压力传感器实验设计技术参数研究压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路。熟悉A/D变换电路的工作原理。利用试验板上提供的压力传感器电路，完成压力的采样和显示。设计要求设计测量和显示的硬件电路；编制相应的程序。工作量设计的内容满足课程设计的教学目的与要求，设计题目的难度和工作量适合学生的

2、知识和能力状况，工作量饱满。工作计划查阅资料进行设计准备、设计硬件电路、编制程序，编制程序、验证设计、撰写任务书。参考资料单片微型计算机接口技术及其应用 张淑清 国防工业出版社单片机原理及应用技术 张淑清单片机应用技术汇编指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 年 月 日摘要 此次设计是基于8051单片机的压力检测系统，简要介绍了压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理,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，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位AD转换器ADC0808，然后将模拟信号转换成单

3、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。 关键词： 8051单片机 压力传感器 A/D变换电路 LED显示器目录摘要- -2关键字- -2第一章 总体设计方案及模块划分-41.1总体设计方案-41.2模块划分-41.3设计框图如下图所示-5第二章各模块设计参数-52.1传感器元件模块-52.2 A/D转换模块-82.3控制器处理模块-14第三章 压力传感器实验数据采集、显示及程序-20 3.1数据采集及显示-203.2程序设计-20第四章 心得体会-29参考文献资料-30第一章总体设计方案及模块划分1.1 总体设计方案本次设计是基于8051单片机的测量

4、与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，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。本次设计是以单片机组成的压力测量，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，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的

5、模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。1.2 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。1.3设计框图如下图所示：图1.3.1 设计框图第二章 各模块设计参数2.1传感器元件模块压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由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

6、力值，或供控制和报警使用。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。由于它具有结构简单、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，本实验采用电阻应变式传感器作为压力传感器。压力传感器构成：电阻应变式传感器由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

7、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。压力传感器的工作原理：本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压力传感器。它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。本实验研究压力传感器电路如图2.1.1所示，为压力传感器的电路，其由三部分组成（1）电源电路部分；（2）电桥

8、电路部分；（3）放大电路部分。 图2.1.1压力传感器电路 如图示，传感器采用恒压源供电，为+15V，经过与分压(电容起滤波作用)，点5、6、7三点处有相同电压: (2.1.1) 根据上式，带入数据， ，求得。 经过电路电桥部分，简化如下图2.1.2 UO图2.1.2压力传感器电桥电路设桥臂电阻分别为， ，则当压力传感器受力时,电阻变化对应的输出电压值为，由于1，则上式可化简为 (2.1.2) 带入电阻、电压值得 . （2.1.3） 最后经过放大部分，如图2.1.3，为压力传感器的微弱电压输出的放大电路。分析它是一个差分放大电路,其放大倍数为,那么放大后的电压值为又，选定材料，这里取，代入式（

9、4.1.3）得.因为AD转换器的最大输入电压为5v，所以该压力传感器的测量范围为080N。 UO UO图2.1.3放大电路2.2. A/D转换模块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转换器的任务是将放大器输出的模拟信号转换位数字量进行输出。A/D转换电路的核心元件是ADC0808芯片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。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CM

10、OS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 2.2.1 ADC0809的内部逻辑结构 由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图2.2.12.2.2 ADC0809的引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7-D0：8位数字量输出引脚 IN0-IN7：8位模拟量输入引脚 VCC：+5V工作电压 GND：地 REF（+）：参考电压

11、正端 REF（-）：参考电压负端 START：A/D转换启动信号输入端。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。ALE：地址锁存允许信号输入端，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。EOC：转换结束信号输出引脚。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 2.2.3 ADC0809应用说明 1） ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 2） 初始化时，使ST和OE信号全为