參考分析講稿

引 緒 相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)理論介 肺活 A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換的基本原 串口通 MAX232串行通信 系統(tǒng)設(shè)計方案及原 總體方 系統(tǒng)原 軟件設(shè) 誤差與干擾分 實現(xiàn)功能與結(jié) 總 謝 參考文 附 附錄1：系統(tǒng)PCB 附錄2：系統(tǒng)源程 CSCS下降沿后，再等待兩個內(nèi)部時鐘上升輸出到DATAOUT端上。D4、D3)4I/OCLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。個內(nèi)部時鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。8I/OCLOCK后，CS必須為高I/OCLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作CSI/OCLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控I/OCS為高時出現(xiàn)一次有效低電平，則將使上位機顯示界面誤差與干擾7.實現(xiàn)功能與結(jié)論8氣體流量，而氣體壓力傳感器的話也有很多。本文中使用的氣體壓力傳感器MPX2010DP，這種集成度高，精確度高，且減少了成本?？傮w而言，該系統(tǒng)通體壓力傳感器信號，傳遞給單片機進行處理，計算出測量時間內(nèi)的氣體流量按PC機要求傳輸給它?？蓪崿F(xiàn)快速、準確測量-6因此『運動』成為全民所關(guān)心的重大議題。運動的提出必然帶動體質(zhì)測量儀目前國內(nèi)一般使用氣體壓力傳感器來設(shè)計肺活量測量儀,同時也有通體流量傳量測量儀由于使用了價格較低的MPX2010DP氣體壓力傳感器及單片機,并且可通過RS232緒場上的肺活量測量儀功能各有，價格差異也較大。從價格和功能上比較，國內(nèi)和國透明塑料桶（如裝金龍魚食用油的塑料桶，5升；或鮮橙多塑料瓶，2升）60~80長的其原理為：肺活量是指一次深吸氣后的最大呼出的氣體容積。由于呼出的氣體相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)理論2500毫升。壯年人的肺活量最大，幼年和老年人較小。健康狀況愈好的人肺活減小。因此，肺活量明顯減小是限制性通氣的表現(xiàn)。由于肺活量的測定方法簡單，間肺活量就是最大吸氣后用力作最快速度呼氣，直至呼完為止。同時分別記錄第1、2、383%、96%99%。患肺阻塞性肺部疾病者往往需要5～6秒或時間才能呼出全部肺活量；呼吸運動受限的許多病理狀直空氣柱的重量。氣象上使用的所有氣壓表的刻度均應以hPa分度。在標準條件下，760mmHg1032.25hPa。壓阻式氣壓傳感器的原理是大氣壓作用于覆蓋有抽上大多是連續(xù)變化的物理量，即模擬量。比如用計算機對、的飛行過程進行監(jiān)字量，這個過程叫擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換，完成這種轉(zhuǎn)換的裝置則被稱為模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（ogtoDigitalConverterA/DADCA/D計算機應用于生產(chǎn)過程、科學實驗和軍事系統(tǒng)以實現(xiàn)更有效的自動控制的必 少的A/D

算機控制系統(tǒng)設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器是指將模擬電壓信號進行量化、編碼，轉(zhuǎn)換為ｎ位二進制數(shù)量信號的電根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換原理和特點的不同，可將ADC大類：直接ADCADC。直接ADC是將模擬電壓直轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼， 逐次近式AD、計數(shù)式ADC、并行轉(zhuǎn)換式ADC等；間接AC是將模擬電壓先成中間變量，如脈沖周期、脈沖頻率、 ADC、雙積分式ADC等。A/D轉(zhuǎn)換的基ADC電路中實現(xiàn)。(1)采樣過

采樣就是周期性地讀出或者測量一種連續(xù)信號。測 周期稱為采樣周期Ts，采

=1/Ts，Ts稱為采樣采樣定理

，直至進為使采樣輸出信號fs(t)能完全恢復連續(xù)信號f(t)，包含任何干擾在內(nèi)信號f(t)的高有效頻率―― 斯特頻率fH必須于采樣頻率fs的半；或者采樣率 少是信號頻率fH的兩倍。用如下公式表示叫做混疊(alias)。出現(xiàn) 頻偏差(liasfrequency)是輸入信號的頻率和最因為二進制代碼的位數(shù)是有限的，只能代表有限個信號電平，故在編碼 算機(4)編碼過

號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來代替該幅

，這模/數(shù)轉(zhuǎn)化的最后階段是編碼，就是把量化信號的電用數(shù)字代碼來表示，編碼有10組成n位數(shù)碼來代表量電平數(shù)碼的最左邊的位叫做最高有效位 稱最，用符號MSB（MostSignificatLS（LeastBit）表示。編碼因為實際問題的 電平極性不同有 方式，即單極性 和雙性編碼。二進制分數(shù)碼是一種單極性編碼，這種編碼的原理如下：一個十進制數(shù)D電平可以表示如下式所示：nDa21 1a2...n

2ai或為0，或為1，所以D的值就是所有 0位的值與它的權(quán)值積的累和，因此D的值是一個小數(shù)。一個模擬信號采樣轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以表示如下所示：式中，U0A/D轉(zhuǎn)換器模

，F(xiàn)SR是滿量程，n為量化器的位數(shù)?？谕ù谕ㄐ旁谟嬎銠C系統(tǒng)中，CPU

位數(shù)很多和遠距離數(shù)據(jù)傳送時，這一其它特點還包括：相對于并行通信 備簡單；串行通信有大量標

應用 以利用線通信，成本低的多。串行通信方式的主要缺點是 速度比并行通信要慢，這因為串行通 一位傳送的，而并行則是所有并行數(shù)據(jù)位同時傳送的串行接口的主要功 接收來自CPU的數(shù) 并轉(zhuǎn)換串行數(shù)據(jù)格式發(fā)送出去。

串行接口的控制字包括發(fā)送收完，以便控制發(fā)送和接收過程。發(fā)送數(shù)據(jù)時，CPU將數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖寄存器。由控制器按照CPU設(shè)定的格式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，加上起始位、奇偶校驗位和停止位。停止位：位于字符幀末尾，為邏輯“1”高電平，通?？扇?位、1．5位或2位，用串行通口標準經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標準的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是EIA(電子工業(yè)）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通口中廣泛采用。首先，RS-232-C標準最初是通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DataTerminal標準的制并未考慮計算機系統(tǒng)的用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計算機（更準確的說，是計算機接口）些規(guī)定及和計算機系統(tǒng)是不一致的，至是相的。有對這種背景的了解，我們對RS-232C準與計算機不容的地方就不難理了。其次，RS-232C是站在DCE的立場來定義的。由于在DTE，因此雙方都能發(fā)

發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場算機系統(tǒng)中，往往CPUI/O設(shè)備之

RS-232C標準（協(xié)議）全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表電子工業(yè) mededstndard）代表推薦標準是標識號，C代表RS232的一次修改（1969，在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定接電纜和機械、電氣特性、信號 及傳送過程。常用物理 還有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A EIA�RS-423A、EIA�RS-485。 只介EIA�RS-232-C（簡稱RS232電氣

RS232TXDRXD

各種信號線功能 了規(guī)定邏輯0(SPACE)=+3～＋RTS、CTS、DSR、DTR信號有效（接通

CD等控制態(tài)，正電壓信號無效（斷開，OFF狀態(tài)

壓)=-3V-連接器：由于RS-232C并未定義連接器 理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25、DB-DB-各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連器。①DB-25：PCXT4組：

用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根 線，異步通信的9個電壓信號（含信號地20mA9（12，13，14，15，16，17，19,23，6保護地（PE）1（1昕電子感器專業(yè)昕電子感器專業(yè)分已不支

AT在AT機及以后，不支持20mA電流環(huán)接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連提供異步通信的9個信號DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。最大直接傳輸距離說明：RS-232C標準規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺?？梢娺@個最大的距離是在碼4%4%的要求，接口標準在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應小于2500pF。RS-232C規(guī)標準接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是數(shù)據(jù)裝置準備好（Datasetready-DSR)——有效時（ON）MODEM數(shù)據(jù)終端準備好(Datasetready-DTR)——有效時（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以請求發(fā)送(Requesttosend-RTS)DTEDCE要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效（ON狀態(tài)，向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要允許發(fā)送（Cleartosend-CTS）DCEDTE是對請求發(fā)送信號RTS的響應MODEM已準備好接收終端傳來的數(shù)發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。這對RTS/CTS請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間雙向信道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡信號，使其變高。路，告知DTE準備接收數(shù)據(jù)。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來RxD檢出(DataCarrierdectection-DCD）線。振鈴指示(Ringing-RI)——當MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態(tài)，通知終端，已被呼叫。發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitteddata-TxD)TxDMODEM，接收數(shù)據(jù)(Receiveddata-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，DSRDTR都處于有效（ON）狀態(tài)時，才能在DTEDCE之間進行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。氣體壓力傳感器MPX2010DP?！S-51·8K字在系統(tǒng)編程（ISP）Flash·全靜態(tài)操作：0H-器·三級加密程序存·256*8字節(jié)內(nèi)部·32個可編程 ·UAR·低功耗空閑和掉模式P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O

吸收8TTL門電流。當P1的管腳第一次寫1時，被定義為高 入。P0能夠用于外程序數(shù)據(jù)器 可以定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為 碼輸，當FIAS 驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)提供上電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器 收輸 電流。P1口管腳 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被 下拉

上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時 口作P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉 的8位雙向I/O口，P2口 器可接收，輸出個TTL門電流，當P2口被“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為 。并此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序器或16位地址外部數(shù)據(jù)器進行存取時，P2口輸出址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對部八位地址數(shù)據(jù)存

能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時 高八部下拉為低電平P3指出電流（ILL）這是由于上拉緣故。節(jié)P3口同時為閃爍編程編程校驗接收一 制信號ALE/PROG：當外部 器時，地址鎖存 的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)FLAH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，LE端以不變的頻率正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或 于定時目的。然而要注意的是：每當用作 數(shù)據(jù)器時， 過一個AE脈沖。想ALE的輸出可在SFR8EH地上置0。此時，AL只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外該引腳被 在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE，置無效/PSEN：外部程序器的選通信號。在由外部程器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效但在問外部數(shù)據(jù) 這兩次有效的/PSEN信號將出現(xiàn)/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序器（0000H-FFFFH），高電平時，此間內(nèi)部程序器。在（VPP

LASH

MAX232串行通信主要特1 5V電源工34±30V5、電源電流：典型值6、合甚至優(yōu)于

準EIA/TIA-232- ITU推薦標準7、ESD保護大于MIL- D-883（方法3015）標準的22.5儀表放大電路是由3個放大器所 組成，其中的電阻R與RX 放大的電阻使用范圍內(nèi)（1K-10K。籍由固定的電阻R，我們可以調(diào)整RX來調(diào)整放值，其關(guān)系式為V0=（1+2R/RX（V1-V2）需注意避免每個放大器的飽和現(xiàn)器最大輸出為其工作電壓±Vdc。

（一般而言，上述儀表放大器都有包裝好的成品可 到，我們只需要 一電（即RX），依照其特有的關(guān)系式去調(diào)整至所 放大倍率即可2.6所示為AD620儀表放大 的腳位圖。其中1、8腳要跨接一電阻來 倍率（作用同RX，4、 腳需提供正負相 工作電壓，由2、3接腳輸 放大

6氣體壓力傳感器MPX2010DP內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：2.731

壓（+10）的正端和負端，24腳出電壓的正端與負端。整體為全橋 電路，使輸出電壓的靈敏度比單臂電 高了系統(tǒng)設(shè)計方案及總體方案音播報。并通過RS232與上位機進行通信。由液晶模塊以及語音模塊顯示和播報。并通過RS232與上位機進行通信。播報。并且通過MAX232與上位機進行通信。機C硬件原理與輸入部分4.1為整個電路的輸入部分，傳感器的輸出正負端別接 3腳與2腳，由于傳感器的輸出較小被測量者吹氣時，電壓變化大概15mv左右）R401100歐將輸電壓放大（電壓放大倍G=49.4K/R+1算出A/D轉(zhuǎn)換部分

中電容401實濾波功能傳感器的輸出經(jīng)過上面的輸入電路部分最后與TLC549的2腳連接，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。圖中TLC431為TLC549提一個穩(wěn)定的基準電壓與TLC549的1腳相連，這 算（+5V）R002進行調(diào)節(jié)。A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果經(jīng)由TLC5496腳與單片機的P2.2口相連，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入單片機。液晶顯示電源部分

C305、C306濾波。本系統(tǒng)原理圖和PCB圖布線均用Pro99SE軟件完成。電路板(PCB)是電子產(chǎn)品電路中元件和器件的連接件，它提供了電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設(shè)計的好并應符合設(shè)計的要求。PCBSCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用Pro自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據(jù)所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫中的隱藏管腳，之后就是原理圖的設(shè)計，做好后就準備開始做PCB設(shè)計了。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機械定位，在PCB設(shè)計環(huán)境下繪制PCB理圖上生成網(wǎng)絡表（Design->CreateNetlist），之后在PCB圖上導入網(wǎng)絡表Nets； （4．I/O布線是整個PCB設(shè)計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設(shè)計過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時PCB設(shè)計時的最基本的（2）．預先對要求比較嚴格的線（如高頻線）進行布線，輸入端與輸出端的邊線應（（9）原理圖布線完成后，應對布線進行優(yōu)化；同時，經(jīng)初步網(wǎng)絡檢查和DRC檢查無（10）.在進行布PCB板的時要緊緊的靠在單片機的旁邊，如果離的太遠，則Plane首先，在確定電路原理圖設(shè)計無誤的前提下，將所生成的PCB網(wǎng)絡文件與原理圖網(wǎng)絡（NETCHECK網(wǎng)絡檢查正確通過后，對PCB設(shè)計進行DRC檢查，并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時對設(shè)計進行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結(jié)構(gòu)進行檢查和確PCB（1—般情況下，信號線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)布線密度較高時，可考慮（但不建議）IC腳間走兩根線，線的寬度為（2焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；1.8mm1m（7ml/9il（3當布線密度較高時，過孔尺寸可適當減小，但不宜過小，可考慮采用（4）．焊盤、線、過孔的間距要求PADandVIA PADandPAD PADandTRACK TRACKandTRACK PADand PADand PADandTRACK ：≥0.254mm（10mil）TRACKandTRACK：≥ 電路的調(diào)試及故障電路板做好之后用萬用表對PCB上所敷銅線和元件的管腳進試，檢測導線與導線的電壓。滿足要求后再逐一安裝。 軟件設(shè)送即時結(jié)果送即時結(jié)果 第24頁共43A/D轉(zhuǎn)換程序TLC549工作unsignedchar{

{}reurn}TC549工作時序圖如下 CSCS下降沿后，再等待兩個內(nèi)部時鐘上升輸出到DATAOUT端上。D4、D3)4I/OCLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。3I/OCLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)個轉(zhuǎn)最后采樣保持電路在第8個I/OCLOCK周期的下降沿將移出第67、8(D2、D1、D0)個轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個內(nèi)部時鐘周期，然后開始進行32個內(nèi)部時鐘周期的A/D8I/OCLOCK后，CS必須為I/OCLOCK保36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的CSI/OCLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制上位機顯示界面

的數(shù)據(jù)存如EXCEL表格中，在窗口中將顯示誤差與干擾

有一定的誤差， 通壓計算流 誤差都會對測量的隨干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短且具有隨機性。對于一次測量的結(jié)果，其干擾所造成的影響，采用多次測的方法來減小影響。實現(xiàn)功能與結(jié)論系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能1、實現(xiàn)了數(shù)據(jù) 以及A/D轉(zhuǎn)換，并單片機進行處理2、實現(xiàn)了液晶即顯示所測量的數(shù)據(jù)。3EXCEL表中。系統(tǒng)存在示的數(shù)據(jù)為各時刻的氣體在管中

能實現(xiàn)顯示最終圖中波形反映了一

內(nèi)，各時刻管中 流速的變化液晶所顯示數(shù)據(jù)如參考文[1]劉瑞新主編單片機原理及應用：機械工業(yè)，2003，7[2].郁有文，常健編著傳感器原理及工程應用西安：西安電子科技大學出周航慈.單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 航空航天大 ，2003.2 學，2003.11.謝自美主編.電子線路設(shè)計實驗測試[M].：華技大學邵潔主編VisualBasic程序設(shè)計.：東南大學范逸之，陳立元編著VisualBasic與RS-232串行通信控制版.北京：中國青年，2002.通信.：，2002曹巧媛單片機原理及應用（2版 附桂林電子科技大畢業(yè)設(shè)計（文）報告 第31頁共43附////晶振頻率22.1184MHz#defineopen0x3f#defineclose0x3e#definerow0xc0#definepage0xb8#define #define sbitCS1=P3^2;sbitCS2=P3^3;sbitE=P3^7;sbitD_I=P3^6;sbitAD_CS=P2^3;sbitAD_IO=P2^2;///智(0)能(1)肺(2)活(3)量(4)測(5)儀(6)毫(7)升(8)staticcodeunsignedcharword[][2][16]={x00,/*"智,0x00,/*"能x00,/*"肺0x00,/*"活x00,/*"量x00,/*"測0x00,/*"儀xE0,0x00,/*"毫x00,/*"升staticcodeunsignedcharunsignedcharwritepage=0,wri unsignedcharcirclemax=3,circle=0;unsignedchartemp;unionthetime{unsigne