單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

...wd......wd......wd...單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)的重要組成局部是壓敏元件。壓敏元件可以將數(shù)字氣壓計(jì)需要測量的氣壓轉(zhuǎn)化成為一種電流或者是一種電壓信號(hào)。此時(shí)形成的電流或者電壓信號(hào)具有容易傳輸、容易檢測的特點(diǎn)。之后，經(jīng)過后續(xù)電路處理這種電流或者是電壓信號(hào)，它就可以顯示在數(shù)字氣壓計(jì)的屏幕上。這就是數(shù)字氣壓計(jì)的電流傳輸、處理、顯示與讀數(shù)過程。在數(shù)字氣壓計(jì)中，氣壓傳感器起著決定性的作用。數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜而繁瑣的過程。它的設(shè)計(jì)需要硬件與軟件二者相結(jié)合，再經(jīng)過系統(tǒng)的仿真調(diào)試得以實(shí)現(xiàn)。氣壓傳感器起著關(guān)鍵性、決定性的作用。本設(shè)計(jì)中我們將采用型號(hào)為MPX4105的傳感器。通過此型號(hào)的傳感器測出相對(duì)應(yīng)的具有模擬性的電壓值，之后通過電壓/頻率〔V/F〕變換手段將其電壓值輸入到單片機(jī)進(jìn)展處理，顯示出相對(duì)應(yīng)的氣壓值。本設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是將大學(xué)三年多所學(xué)的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去。在這次設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)的所有特性。關(guān)鍵詞：壓敏元件數(shù)字氣壓計(jì)單片機(jī)氣壓傳感器TheDesignandImplementationofDigitalBarometerBaseonSingleChipMicrocomputerAbstract:Digitalbarometerisadevicethatmakesfulluseofpressuresensitivecomponents,whichcanmakethetestedpressurechangeintocurrentorvoltagesignaleasily.Atthesametime,pressuresensorsisthecorecomponentforbarometer.Theariticleintroducesaexcellentwaythatillustrateddigitalprecisionbarometercanobtainthefunctionofsoftandhardwareatthesametime.TheairpressureviaMPX4105whichachievingthevalueofanalongvoltage,andthesignalisconvertedbyV/Fconverter,thencopedwithSCM.Finally,thesignalcanbedisplayedonLEDsynchronously.Aswecanseethatthiskindofsystemisreliable,stablesecurityandeconomy.Keywords:Pressure-sensingelementDigitalbarometersinglechipmicrocomputerGspressuretransducer目錄TOC\o"1-4"\h\z\u前言11系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)31.1設(shè)計(jì)整體思想31.2系統(tǒng)總體框圖31.3元器件的選擇41.3.1氣壓傳感器41.3.2電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換器41.3.3三端穩(wěn)壓器51.3.4單片機(jī)51.3.5LED顯示52硬件電路設(shè)計(jì)52.1氣壓傳感和電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換電路局部52.2單片機(jī)電路局部82.2.189C52單片機(jī)93軟件設(shè)計(jì)113.1軟件開發(fā)C語言介紹113.2運(yùn)用頻率計(jì)算出氣壓值123.3基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的程序流程圖134系統(tǒng)調(diào)試與仿真144.1C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)144.2PROTEUS軟件介紹144.3聯(lián)機(jī)調(diào)試過程155設(shè)計(jì)總結(jié)165.1設(shè)計(jì)成果165.2感謝16參考文獻(xiàn)17附錄118附錄219基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)前言氣壓計(jì)是一種測量大氣壓的裝置。氣壓計(jì)的重要組成局部是壓敏元件。壓敏元件可以將數(shù)字氣壓計(jì)需要測量的氣壓轉(zhuǎn)化成為一種電流或者是一種電壓信號(hào)。此時(shí)形成的電流或者電壓信號(hào)具有容易傳輸、容易檢測的特點(diǎn)。之后，經(jīng)過后續(xù)電路處理這種電流或者是電壓信號(hào)，它就可以顯示在數(shù)字氣壓計(jì)的屏幕上。這就是數(shù)字氣壓計(jì)的電流傳輸、處理、顯示與讀數(shù)過程。在數(shù)字氣壓計(jì)中，氣壓傳感器起著決定性的作用。本課題利用單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)功能。單片機(jī)的接口信號(hào)必須是數(shù)字信號(hào)，因此想要運(yùn)用單片機(jī)獲取氣壓這類非電信號(hào)的信息，需要使用氣壓傳感器。將氣壓信息轉(zhuǎn)換成電流或電壓輸出是氣壓傳感器的作用，轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出常為模擬信號(hào)。因此必須進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機(jī)接口的需要。數(shù)字氣壓計(jì)大量應(yīng)用在各種工礦企業(yè)，野外作業(yè)，消費(fèi)類電子產(chǎn)品等地方。它的需求極為廣泛。常見的氣壓計(jì)有盒式氣壓計(jì)和液體氣壓計(jì)。飛機(jī)上使用的高度計(jì)實(shí)際上是通過盒式氣壓計(jì)改裝而成的。常見的液體氣壓計(jì)有酒精氣壓計(jì)和水銀氣壓計(jì)兩種。這兩種氣壓計(jì)都是老式氣壓計(jì)，不方便于攜帶而且容易損壞。在科技飛速開展的今天，各行各業(yè)不斷出現(xiàn)新技術(shù)新材料。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，微電子行業(yè)開展極為迅速，各行各業(yè)的電子傳感器被創(chuàng)造并運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。數(shù)字氣壓傳感器已經(jīng)出現(xiàn)，并大量運(yùn)用到日常生活中?，F(xiàn)在很多手持設(shè)備中都植入了氣壓計(jì)功能。例如手機(jī)、GPS等，為人們的出行旅游帶來方便。目前國際國內(nèi)很多電子公司都推出了數(shù)字氣壓傳感器。如摩托羅拉公司的MPX4105、Intersema公司的MS5534b及華普微電子公司的HP03系列數(shù)字氣壓傳感器。多樣化的數(shù)字化氣壓測量裝置、用品大量出現(xiàn)，致使此產(chǎn)品越來越普及，準(zhǔn)確度也越來越高。數(shù)字氣壓計(jì)除了測量氣壓一種功能以外，還具備了測量溫度、指南針、碼表的功能。以前電子氣壓計(jì)只是一種專業(yè)場合只能通過專業(yè)人才能使用的測量器具?，F(xiàn)如今，電子氣壓計(jì)已經(jīng)成為群眾化產(chǎn)品，在大街小巷隨處可見。它也成為人們方便攜帶與利用的電子產(chǎn)品之一。氣壓傳感器在數(shù)字氣壓計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。在當(dāng)今社會(huì)中，數(shù)字氣壓計(jì)的運(yùn)用范圍廣泛。在國防領(lǐng)域中，它運(yùn)用于火箭、導(dǎo)彈升空的氣壓監(jiān)測。在工業(yè)領(lǐng)域，它運(yùn)用于汽車制造方面頗多。在醫(yī)療領(lǐng)域，它多運(yùn)用高壓氧艙的氣壓測量。數(shù)字氣壓計(jì)的出現(xiàn)及廣泛使用，為我們平民百姓的日常生活提供了很大的便利條件。在本次設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的過程中，數(shù)字氣壓計(jì)是采用單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)控制。這種采用單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)使用起來方便，精準(zhǔn)度較高，顯示的數(shù)字易讀，方便攜帶。產(chǎn)品的質(zhì)量得以保障?；跉鈮簜鞲衅鞯年P(guān)鍵性作用。此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)首先需要介紹一下氣壓傳感器的相關(guān)知識(shí)。為后續(xù)的工作奠定一個(gè)良好的根基。首先對(duì)于氣壓傳感器的技術(shù)性能作出以下介紹。在氣壓傳感器中，普遍采用的技術(shù)是差動(dòng)技術(shù)。差動(dòng)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是減小大氣溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)測量的影響。其次它還具有減少外界對(duì)實(shí)驗(yàn)干擾，影響氣壓傳感器準(zhǔn)確度的優(yōu)點(diǎn)。在氣壓傳感器中可以產(chǎn)生一種平均效應(yīng)。這是由于氣壓傳感器采用了平均技術(shù)。每一個(gè)單元都可以感受到數(shù)字氣壓計(jì)的測量是它的原理。每一個(gè)單元所感受到的誤差值看做隨即誤差并且服從正態(tài)分布的話，總的誤差將會(huì)顯著減小。在氣壓傳感器中，補(bǔ)償性修正技術(shù)也被廣泛應(yīng)用。在氣壓傳感器本身特性發(fā)生變化時(shí)，可以利用補(bǔ)償性修正技術(shù)進(jìn)展修復(fù)。還可以在外界環(huán)境允許的條件下，對(duì)氣壓傳感器進(jìn)展修正的一種技術(shù)。對(duì)氣壓傳感器的整體或者材料、元器件進(jìn)展必要的穩(wěn)定性處理是為了提高傳感器性能的穩(wěn)定性。氣壓傳感器在使用的過程中，假設(shè)測量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元件，后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)展老化處理[1]。其次對(duì)于氣壓傳感器的開展趨勢作出以下介紹。氣壓傳感器的開展不僅僅只涉及到一個(gè)領(lǐng)域。它在專業(yè)的技術(shù)水平開展平臺(tái)上使用很多，在選取材料的方法及使用上也有涉及，在工業(yè)方面它的應(yīng)用更加廣泛。傳感器集成化也可以稱為“多功能一體化〞，它是將傳感器的溫度補(bǔ)償、放大及運(yùn)算多種環(huán)節(jié)一體化，并運(yùn)用它們組裝成一個(gè)元器件。當(dāng)前，各類集成傳感器已出現(xiàn)許多系列性產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。傳感器技術(shù)開展迅速，集成化成為它開展的一個(gè)重要方向。在集成化技術(shù)快速開展的前提條件下，相繼出現(xiàn)了各類混合集成和單片集成式壓力傳感器，大局部已經(jīng)推廣上市。搞清楚氣壓的定義是設(shè)計(jì)電子氣壓計(jì)的首要條件。氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓以百帕〔hPa〕為單位，取一位小數(shù)。國際制單位：帕斯卡，簡稱帕，符號(hào)是Pa。常用單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。表示氣壓的單位，通常運(yùn)用水銀柱高度。一個(gè)標(biāo)注大氣壓=1013百帕〔毫巴〕，1毫米水銀(汞柱)柱高=4/3百帕〔毫巴〕，1個(gè)標(biāo)注大氣壓=760mm水銀〔汞柱〕柱高。氣壓產(chǎn)生的原因：依據(jù)分子動(dòng)理論可知，氣體的壓強(qiáng)是通過大量分子頻繁碰撞容器壁面產(chǎn)生的。大量分子頻繁碰撞容器壁，對(duì)氣壁的作用力是持續(xù)、均勻的。壓強(qiáng)大小就是這個(gè)壓力與氣壁面積的比值。影響壓強(qiáng)的因素：海拔因素、大氣溫度、大氣密度都會(huì)影響氣壓的大小。一般隨著高度升高按指數(shù)律遞減。大氣壓強(qiáng)的變化有日、月及年的差異。在一天當(dāng)中，氣壓有一個(gè)最高值、最低值，分別出現(xiàn)在9～10時(shí)和15～16時(shí)。在一年當(dāng)中，夏季氣壓低于冬季氣壓。水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)是氣象觀測中常用的測量氣壓的儀器。意大利科學(xué)家托里拆利最先測出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)整體思想本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)將采用型號(hào)為MPX4105的氣壓傳感器。數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)思路包含軟件設(shè)計(jì)及硬件設(shè)計(jì)[2]。軟件設(shè)計(jì)包括C語言的編程與設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包括傳感器、單片機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)及調(diào)試。首先，我應(yīng)領(lǐng)先對(duì)C語言進(jìn)展全面的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)編寫程序。對(duì)單片機(jī)的選擇也需要有自己的一定認(rèn)識(shí)。其次，要將學(xué)習(xí)的結(jié)果運(yùn)用到整體設(shè)計(jì)中去。最后，得出原理圖及實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。1.2系統(tǒng)總體框圖數(shù)字氣壓計(jì)的總體設(shè)計(jì)需要將大氣中提供的非電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理。信息采集時(shí)硬件設(shè)計(jì)的前提條件，數(shù)據(jù)再通過轉(zhuǎn)換，在硬件元器件中進(jìn)展處理。最后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)字氣壓計(jì)的屏幕上。圖1.2-1為系統(tǒng)總框圖。圖1.2-1系統(tǒng)總框圖1.3元器件選擇1.3.1氣壓傳感器在氣壓傳感器的選擇上，應(yīng)選擇具有溫度補(bǔ)償能力這種特性的儀器。具有這種特性的氣壓傳感器可以簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力[3]。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件中，我們選擇的是型號(hào)為MPX4105的氣壓傳感器。主要原因是MPX4105的特點(diǎn)符合我們的設(shè)計(jì)材料選取要求。4.85～5.35V是MPX4105的供電范圍。在此范圍內(nèi)供電會(huì)到達(dá)安全狀態(tài)。0～85℃是MPX4105的正常溫度工作范圍。當(dāng)在測量的過程中，溫度在這個(gè)給定范圍之內(nèi)，測試值都會(huì)到達(dá)理想狀態(tài)。15～105kPa是MPX4105的測量范圍。大氣壓強(qiáng)在此范圍之內(nèi)都可以精準(zhǔn)測量。在試驗(yàn)過程中，我們需要一個(gè)微處理器接口，而MPX4105剛好符合我們需要的條件。由于MPX4105這種傳感芯片的特點(diǎn)，符合試驗(yàn)要求。所以在綜合多方面因素的考慮之后，我們將選用MPX4105作為本次試驗(yàn)的氣壓傳感器。基于MPX4105的氣壓傳感器在氣體壓力控制方面能發(fā)揮很好的作用，輸出的電子信號(hào)能力強(qiáng)，可供參考性強(qiáng)。1.3.2電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換器在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中選擇電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換器是至關(guān)重要的一個(gè)步驟。電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換器在試驗(yàn)中起著轉(zhuǎn)換電路的作用。所以，轉(zhuǎn)換器的選擇為數(shù)字氣壓計(jì)讀數(shù)是否精準(zhǔn)奠定根基。電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換器第一步是將電壓的幅值輸入到轉(zhuǎn)換器中。第二步是經(jīng)過脈沖序列的轉(zhuǎn)換，將電路進(jìn)展轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)A/D的轉(zhuǎn)換功能，必須先測量出電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路得到的輸出頻率。為了到達(dá)試驗(yàn)?zāi)康?，在此次設(shè)計(jì)中，我們將采用集成芯片LM331。LM331的特點(diǎn)符號(hào)試驗(yàn)精準(zhǔn)要求。它在電源電壓到達(dá)低值4.0V仍然可以精準(zhǔn)測量。LM331這種集成芯片的另一個(gè)特點(diǎn)是溫度補(bǔ)償能力非常強(qiáng)，為測試精準(zhǔn)度打下堅(jiān)實(shí)的根基。三端穩(wěn)壓器在本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)中需要選擇三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓器的作用是穩(wěn)定這個(gè)系統(tǒng)的電源電壓。在整個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)所需的電源+5V供電。而三端穩(wěn)壓器正好擁有這項(xiàng)特性。解決了基于MPX1045的氣壓傳感器、單片機(jī)提供+5V電壓的不匹配難題。本試驗(yàn)采用的是摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片MC78L05無需外部元器件的處理，熱過載保護(hù)和內(nèi)部短路電路限制是它的最優(yōu)功能。1.3.4單片機(jī)單機(jī)片是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要組成元器件。也稱單片微控制器。在產(chǎn)品中運(yùn)用上單片機(jī)技術(shù)，就可以使產(chǎn)品升級(jí)換代，從而到達(dá)“智能型〞。本設(shè)計(jì)采用型號(hào)為AT89C52的單片機(jī)。AT89C52的單機(jī)片片內(nèi)含有8K存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是可以反復(fù)擦寫，而且是一種只讀程序的FEROM。這種基于AT89C52的單機(jī)片功能十分強(qiáng)大，為數(shù)字氣壓計(jì)的測量提供強(qiáng)有力的條件。1.3.5LED顯示LED是在平常生活聽到的對(duì)比多，運(yùn)用對(duì)比廣泛的產(chǎn)品。LED顯示也是本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。LED是由二極管構(gòu)成的。如果需要顯示一個(gè)LED，就必須要由7個(gè)二極管并且是在發(fā)光條件構(gòu)成的。這樣才能顯示一個(gè)LED單元。本設(shè)計(jì)中顯示單元需要由5個(gè)LED組成。2硬件電路設(shè)計(jì)2.1氣壓傳感和電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換電路局部在系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件的選擇中，我們選擇了基于MPX4105的氣壓傳感器。氣壓傳感器在數(shù)字氣壓計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。MPX4150的引腳分布如圖2.1-1所示：MPX4150MPX4150123456VOUTGNDVCCNCNCNC圖2.1-1MPX4105引腳分布圖MPX4105的引腳分布圖如上圖2.1.1所示。在圖中很清楚的看到，此圖有六個(gè)引腳組成。1腳為電壓輸出腳，2腳為接地端，3腳為VCC，4腳、5腳及6腳這三腳都應(yīng)用與內(nèi)部連接。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體中我們已經(jīng)選好電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，是型號(hào)為LM331的轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器是一種高精度的轉(zhuǎn)換芯片。LM331轉(zhuǎn)換器的引腳分布如圖2.1-2所示：??ADC083212347665CORefCFOGNDVCCCmpInThreR/C圖2.1-2ADC0832引腳分布圖LM331的引腳圖如上圖2.1.2所示。在圖中很清楚的看到，此圖有六個(gè)引腳組成。1腳為電流輸出腳，簡稱CO。2腳對(duì)比復(fù)雜，是通過組合得來的，轉(zhuǎn)換增益方面效果明顯，簡稱REFC。3腳為前述提到過的脈沖序列的輸出腳，簡稱FO，在后章節(jié)的公式中以簡稱FO出現(xiàn)。4腳和上述MPX4105的2腳作用一樣，都是接地端。5腳為組容式網(wǎng)絡(luò)引腳。6腳用來與7腳作相對(duì)應(yīng)的對(duì)比。芯片內(nèi)部的電壓會(huì)自動(dòng)在6、7腳中作對(duì)比。8腳在5～40V的輸入電壓內(nèi)工作，簡稱VCC。與前述MPX4105的3腳作用一樣，單電源、雙電源都可供電。MC78L05三端穩(wěn)壓器：三端穩(wěn)壓器的作用是穩(wěn)定這個(gè)系統(tǒng)的電源電壓。在整個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)所需的電源+5V供電。而三端穩(wěn)壓器正好擁有這項(xiàng)特性。解決了基于MPX1045的氣壓傳感器、單片機(jī)提供+5V電壓的不匹配難題。本試驗(yàn)采用的是摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片MC78L05無需外部元器件的處理，有+5V的固定電壓輸出，熱過載保護(hù)和內(nèi)部短路電路限制是它的最優(yōu)功能。MC78L05三端穩(wěn)壓器的引腳分布如圖2.1-3所示：??MC78L05123VoutGNDVin圖2.1-3MC78L05引腳分布圖MC78L05的引腳圖如上圖2.1-3所示。在圖中很清楚的看到，此圖有三個(gè)引腳組成。分別是1腳，有+5V固定電壓輸出的腳，簡稱Vout。2腳和LM331的4腳、MPX4105的2腳作用一樣。3腳簡稱Vin，是電壓輸入腳。數(shù)字氣壓計(jì)的硬件電路組成，包括四個(gè)元器件。它們是上述選擇的元器件：氣壓傳感器、V/F轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路和電源電路。氣壓傳感和電壓/頻率〔V/F〕轉(zhuǎn)換電路的原理圖如圖2.1-4所示：圖2.1-4基于MPX4105的數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)氣壓傳感及V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖圖2.1-4中,基于MPX4105的氣壓傳感器用U3所代表，它的工作電壓在前面章節(jié)已經(jīng)得出。電壓輸出腳Vin將輸送電壓到基于LM331電壓/頻率的轉(zhuǎn)換電路中。其中U2代表基于LM331電壓/頻率的轉(zhuǎn)換電路。+5V輸入電壓Vin和輸出脈沖FO的頻率fo的轉(zhuǎn)換關(guān)系滿足公式〔2.1-1〕。Fo=Kvin(2.1-1)其中，K=,Rs=R2+R3〔2.1-2〕電路中，6.8k?、0.01pf和100k?分別是Rt、Ct和RL的典型值。通過公式2.1-2中Rs=R2+R3，可以看出R2是一個(gè)定值電阻，二者是通過串聯(lián)組成。在電路中，K的求解公式中，Rs是未知的。假設(shè)要求解K的值，必須先求解出Rs的值。在本試驗(yàn)的計(jì)算中可以改變電阻R3的值，因?yàn)镽3是一個(gè)可變電路。通過改變R3的值調(diào)節(jié)Rs的阻值大小。最終求解K值。由于前面章節(jié)所述可以得到輸入電壓Vin的變化時(shí)根據(jù)大氣氣壓變化而變化的。當(dāng)Vin隨氣壓發(fā)生變化時(shí)，F(xiàn)O的值和K的值隨即發(fā)生變化。而在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中V的典型值時(shí)4.590V，由此得出Vin的變化幅度不會(huì)太大。所以必須增大K值，才可以提高數(shù)字氣壓計(jì)測量的精準(zhǔn)度。2.2單片機(jī)電路局部2.2.189C52單片機(jī)基于89C52的單機(jī)片如以以以下列圖2.2.1-1所示是由40條引腳構(gòu)成?？梢詫⑦@些引腳分成三個(gè)局部。這種分類方法是通過89C52單片機(jī)的功能用途來劃分的。圖2.2.1-1單片機(jī)引腳圖89C52單機(jī)片的引腳圖如上圖2.2.1-1所示。在圖中很清楚的看到，此圖有40個(gè)引腳組成。其中最為主要的是18、19和40腳。18腳是作用于89C52單片機(jī)的的內(nèi)部，它在振蕩器的反向輸出端上作用連接。19腳與18腳一樣，也作用于89C52單片機(jī)的的內(nèi)部，為89C52單片機(jī)的時(shí)鐘控制提供相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。在上圖89C52單機(jī)片的引腳圖2.2.1-1中可以發(fā)現(xiàn)，按功能將40個(gè)引腳劃分為三個(gè)局部。每個(gè)局部都存在一個(gè)或兩個(gè)接觸口。分別是P0口、P1口、P2口及P3口。P0口是一個(gè)原碼輸入口。P0口輸出原碼的前提條件是必須先經(jīng)過flash進(jìn)展校驗(yàn)。P1口是一個(gè)被作為第八位地址接收的入口。當(dāng)89C52單機(jī)片輸出4TTL門電流，P1口的緩沖器都可以將其接收。P2口也是作為緩沖器可以承受輸出的4TTL門電流。當(dāng)P2口內(nèi)部被拉高時(shí)，它將被改寫，與P1口的作用一致，也可以接收第八位地址。P3口是一個(gè)內(nèi)部上拉的雙向口，這種雙向口簡稱為I/O口。它是89C52單機(jī)片的特殊功能口。它與P2口的情況相似，也是作為緩沖器可以承受輸出的4TTL門電流。當(dāng)P3口內(nèi)部被拉高時(shí)，它將被改寫，與P1口的作用一致。P3口是一種特殊的功能口。P3口功能表如下表2.2.1-2所示：表2.2.2-1P3口功能表P3口各個(gè)位的第二功能P3口的位第二功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)射口P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5T1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫信號(hào)P3.7RD外部RAM讀信號(hào)上述2.2.1-2表中P3口的P3.0為接收口，簡稱RESET。這是一個(gè)復(fù)位輸入接收口。在P3口中存在8個(gè)引腳。它們的功能與特點(diǎn)也各不一樣。例如P3.1的PSEN，它是一種選通信號(hào)。它只選擇外面程序存儲(chǔ)器的有效值。當(dāng)PSEN信號(hào)不出現(xiàn)在P3.1口處時(shí)，說明此值為無效值。第31引腳簡稱VPP，在flash編程區(qū)間，此引腳也可試用于施加12V變成電源的引腳。同時(shí)，它可以一直保持低電平的狀態(tài)。第30引腳簡稱ALE/PROG，它可以將輸出電平的地址的低位字節(jié)存儲(chǔ)下來。應(yīng)用于編程過程中。此引腳的作用是輸入脈沖FO。89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)思路圖如2.2.1-3所示：圖2.2.1-389C52設(shè)計(jì)思路電路原理圖的制作〔附錄一〕：在總設(shè)計(jì)方案擬定完成，元器件選擇完成及硬件電路設(shè)計(jì)完成之后，我們可以進(jìn)展電路原理圖的設(shè)計(jì)。電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟總共分為七個(gè)步驟。第一個(gè)步驟是設(shè)計(jì)原理圖的環(huán)境。主要是設(shè)計(jì)原理圖的工作環(huán)境。圖紙的大小設(shè)定，模板的設(shè)計(jì)都為電路原理圖的設(shè)計(jì)打下根基。第二個(gè)步驟是對(duì)前面章節(jié)選好的元器件進(jìn)展放置。在圖紙上合理的放置好這些已經(jīng)選好的元器件也是一件不容易的事情。第三個(gè)步驟是原理圖的布線工作。第四個(gè)步驟是對(duì)已經(jīng)放置好的元器件進(jìn)展屬性的編輯。第五個(gè)步驟是檢查設(shè)計(jì)制作好的原理圖?？纯锤鱾€(gè)元器件的連接是否合理。作出相應(yīng)的報(bào)告，查缺補(bǔ)漏。第六個(gè)步驟是生成網(wǎng)絡(luò)表。第七個(gè)步驟是將原理圖進(jìn)展排版打印。此電路原理圖在附錄一中顯示。印制電路板〔PCB〕制作〔附錄二〕：印制電路板的設(shè)計(jì)與制作是非常復(fù)雜而繁瑣的過程。制作它需要做充分的準(zhǔn)備。完成整個(gè)印制電路板的設(shè)計(jì)需要五個(gè)步驟。第一步是檢查電氣，設(shè)計(jì)出印制電路板的原理圖。網(wǎng)絡(luò)表的生成是第一步的關(guān)鍵。第二步電路板的層數(shù)、尺寸進(jìn)展確定。第三步導(dǎo)入第一步的網(wǎng)絡(luò)表。第四步是制作并完成整個(gè)印制電路板，分配好各個(gè)元器件在電路板上的位置。3軟件設(shè)計(jì)3.1軟件開發(fā)C語言介紹C語言是本設(shè)計(jì)中使用的編程語言。在當(dāng)今單片機(jī)的開發(fā)過程中，C語言以其方便、靈活、邏輯性強(qiáng)、易于維護(hù)及可移植性好等強(qiáng)有利的優(yōu)勢，占據(jù)著單片機(jī)開發(fā)的主要地位。在C語言環(huán)境下，只需要關(guān)心程序的邏輯關(guān)系，編譯器將完成細(xì)節(jié)工作。這位快速開發(fā)單片機(jī)提供了很好的條件，也縮短了開發(fā)單片機(jī)的工作量。C語言編譯器提供嵌入式匯編與匯編互調(diào)用和匯編級(jí)的代碼查看等功能，從而解決了單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)問題。在這里主要介紹一下C語言編程與匯編語言編程相比的優(yōu)勢[4]。C語言編程與匯編語言編程相比的優(yōu)勢：編程調(diào)試靈活方便。原因在于它是一門高級(jí)語言。高級(jí)語言的特點(diǎn)是編程方式靈活。同時(shí)，當(dāng)前所有的單機(jī)片都有相應(yīng)的C語言級(jí)別的仿真調(diào)試系統(tǒng)，使得它的調(diào)試十分方便。生產(chǎn)代碼的編譯效率高。在較為復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)中，C語言開發(fā)更具有明顯優(yōu)勢。就目前而言，較好的C語言編輯系統(tǒng)的編譯效率已經(jīng)根本到達(dá)中高級(jí)程序人員的開發(fā)水平。完全化模塊化。函數(shù)是C語言的根本構(gòu)成單位，其本身就是模塊化的開發(fā)方式。程序的模塊化可以最大程度實(shí)現(xiàn)資源共享，有利于多人協(xié)作，進(jìn)展大系統(tǒng)工程的開發(fā)。便于工程維護(hù)管理。C語言開發(fā)的代碼便于開發(fā)小組方案工程、靈活管理、分工合作以及后期維護(hù)。根本上可以杜絕因開發(fā)人員變化而給工程進(jìn)度、后期維護(hù)或升級(jí)所帶來的影響，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的高品質(zhì)[5]。3.2運(yùn)用頻率計(jì)算出氣壓值信號(hào)的變換步驟有如下兩步：第一步，基于型號(hào)MPX4105的氣壓傳感器，將待測氣壓轉(zhuǎn)換成為電壓輸出。輸出電壓VOUT和大氣壓P的關(guān)系如下：VOUT=VCC(0.01P-0.09)〔3.2-1〕這里VCC為+5V，因此可得：VOUT=5(0.01P-0.09)〔3.2-2〕第二步，基于型號(hào)MPX4105的氣壓傳感器的輸出電壓，將VOUT這種輸出電壓作為Vin這種輸入電壓。V/F轉(zhuǎn)換電路，得到對(duì)應(yīng)的頻率fo的脈沖序列FO。Vin和FO的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系如上一節(jié)的式〔3.2-1〕所示。綜合式〔3.2-1〕和式〔3.2-2〕，可得：P==+9〔3.2-3〕注：VOUT=Vin式〔3.2-3〕中，Hz是fo的單位，kPa是壓強(qiáng)〔P〕的單位，V/F是K的轉(zhuǎn)換增益。在本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)中K的取值我們將定為2000。P是通過上述公式〔3.2-3〕編程計(jì)算得到的氣壓值。3.3基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的程序流程圖本試驗(yàn)的程序流程如圖3.3-1所示：圖3.3-1單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)的程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試與仿真4.1C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)在本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)調(diào)試采用C語言軟件。KEIL-C51是一款兼容單機(jī)片C語言軟件發(fā)開系統(tǒng)的軟件。由于在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了KEIL-C軟件，所以介紹一下KEIL-C的知識(shí)。KEIL-C51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器提供了C語言環(huán)境，同時(shí)它還具備匯編代碼高效性、快速性特點(diǎn)，并據(jù)以保存。隨著編譯器功能的不斷增強(qiáng)，在日常生活中我們可以更直接的接近CPU本身以及它的延伸推廣產(chǎn)品。UVision2的集成開發(fā)環(huán)境中已經(jīng)完全融入了C51系列兼容單片機(jī)C語言開發(fā)系統(tǒng)。編譯器，匯編器。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，工程管理器，調(diào)試器是這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含的內(nèi)容。uVision2IDE為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。目前最高效、靈活的開發(fā)平臺(tái)是C51V7版本。它支持的物品有：8051的衍生推廣的所有產(chǎn)品，所有兼容仿真器的支持，它第三方開發(fā)工具的支持。C語言系統(tǒng)開發(fā)軟件中，最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是工程管理。工程管理也稱作“工程〞。它集開發(fā)工具的選擇，源頭文件和編程說明組成。在此次試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，我們所取的工程是uVision2。一個(gè)單一的uVision2是由一個(gè)目標(biāo)程序構(gòu)成，在特殊的情況下uVision2也可以由多個(gè)目標(biāo)程序構(gòu)成。它同時(shí)包括器件數(shù)據(jù)庫。它為了滿足顧客利用特定微控制器的要求，所以自動(dòng)設(shè)置生產(chǎn)匯編器、編譯器、連接定位器以及調(diào)試器選項(xiàng)。C語言系統(tǒng)開發(fā)軟件中，另一個(gè)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是源代碼的編輯器。在上述uVision2編輯器的前提條件下，將C語言編程的源代碼進(jìn)展優(yōu)化。uVision2編輯器的作用表達(dá)于提供了優(yōu)先、快速的便利條件。再利用源代碼編輯器調(diào)試程序，提高了檢測的速度。在檢查與修改的準(zhǔn)確度上得以大幅度提高。C語言系統(tǒng)開發(fā)軟件中，還存在一個(gè)重要的編輯器。這個(gè)編輯器就是上述提到的C51編輯器。它是由微控制器特別設(shè)計(jì)出來的。C51編輯器的最大優(yōu)點(diǎn)在于它的擴(kuò)展功能?？梢宰屖褂谜吒玫睦盟匈Y源。例如它的儲(chǔ)存，中斷功能，靈活的指針等功能。我們?cè)诒敬卧囼?yàn)中運(yùn)用的是C語言軟件。它為本次試驗(yàn)測試程序方面打下堅(jiān)實(shí)的根基。在前述uVision2調(diào)試器的跟蹤調(diào)試下，再依據(jù)Shift語言和DDE界面的支持。就可以自動(dòng)生成程序測試。方便了試驗(yàn)需求，提高了測試時(shí)間。4.2PROTEUS軟件介紹在本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真環(huán)節(jié)中，我們將采用PROUTEUS軟件。這是一款仿真軟件，也稱EDA工具。它是一款集電路仿真、PCB設(shè)計(jì)和虛擬模型仿真等優(yōu)點(diǎn)為一體的軟件。Proteus軟件的功能有：原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線和SPICE電路仿真。同時(shí)，Proteus軟件還具備完善的電路仿真功能。Proteus軟件作為被選擇軟件的一個(gè)特點(diǎn)是，它具有混合仿真的特性，可以很有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路。同時(shí)它的仿真顯示也是直觀顯示的，可以生動(dòng)的將動(dòng)態(tài)器件結(jié)合，更好的顯示在數(shù)字氣壓計(jì)上。超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件。多樣的鼓勵(lì)源：包括脈沖、分段線性脈沖、直流、正弦、音頻、單頻FM、指數(shù)信號(hào)、數(shù)字時(shí)鐘及碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入。它還有豐富的虛擬儀器，包括了13中虛擬儀器，例如波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，它們的面板操作仿真程度高，為實(shí)驗(yàn)