基于单片机的压力传感器系统的设计和实现.doc
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1、摘 要4第1章 绪论- 1 -1.1 课题设计背景- 1 -1.2 传感器系统简介- 1 -1.3 本文内容提纲- 2 -第2章 调理电路硬件设计- 2 -2.1 传感器电路分析- 2 -2.2选用放大电路及其电路分析- 3 -2.3 AD转换电路设计- 4 -2.3.1AD0804外围接口功能:- 4 -2.3.3控制程序设计:6 2.4 LCD显示电路设计 8 2.4.1LCD简介8 第3章 控制程序设计15 3.1 程序要完毕任务15 3.2 程序流程设计 16 第4章 课题总结18 4.1 仪用放大电路 18 4.2单片机使用18 4.3 AD转换和LCD控制- 18 -在使用类似于A
2、D转换芯片和LCD显示等数字集成芯片时,咱们重点关注于其外围引脚功能和控制时序图就可以了,通过外围引脚功能来设计电路连接图,等外围电路连接好后来其实它控制程序大概框架就有了,再结合着时序图对各个引脚状态变化先后顺序和各个状态持续时间做一下解决,咱们控制程序基本上就可以出炉了。固然这时咱们编写出控制程序只是一种理论上成果,最多有一种仿真成果。在实际调试时若浮现了焊接失误或者是程序控制问题时,咱们最佳任然秉持先前网口概念。对整个电路和程序进行模块化解决,一种模块一种模块检查解决。这样咱们调试效率就会提高诸多。- 18 -第5章 结论- 19 -在课题选取之初,其目是为了纯熟掌握针对于压力测量电路设
3、计和应用,并分析在设计过程中对测量精度影响较大某些。但是在设计过程中,这一目被逐渐淡化,转而注重于各个模块选取和设计。由于在设计过程当中发现,咱们对调理电路设计所考虑参数似乎和实际物理量并没有太大关系,若不考虑传感器与物理世界交互方式话,如文章开头所述:咱们只要对电量进行操作就可以了。- 19 -致 谢- 19 -参照文献- 20 -毕业设计报告(论文)报告(论文)题目:基于单片机压力传感器 系统设计与实现 作者所在系部: 电子工程系 作者所在专业: 电子信息工程 作者所在班级: B10212 作 者 姓 名 : 雷宇 作 者 学 号 : 4020419 指引教师姓名: 王喜斌 完 成 时 间
4、 : 6月3日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业设计(论文)任务书(理工类)学生姓名: 雷宇 专 业: 电子信息工程 班 级: B10212 学 号: 指引教师: 王喜斌 职 称: 副专家 完毕时间: .6 毕业设计(论文)题目:基于单片机压力传感器系统设计与实现题目来源教师科研课 题纵向课题( )题目类型理论研究()注:请直接在所属项目括号内打“”横向课题()应用研究()教师自拟课题()应用设计()学生自拟课题()其 她()总体设计规定及技术要点:依托于单片机控制原理,设计控制程序和有关电路,实现对AD转换电路和液晶显示屏控制,使之可以基本实现对压力测量和显示。整体设计核心某些有
5、两点:1. 对传感器输入模仿信号放大与转换。2. 对液晶显示电路控制。工作环境及技术条件:个人计算机一台,有关开发软件,单片机最小系统开发板一套,液晶显示屏一块。工作内容及最后成果: 1、编写出控制程序。 2、调试AD转换以及液晶显示电路。 3、焊接出放大电路,AD转换模块和LCD显示模块电路 4、连接各个模块,并调试程序,使之可以与已有压力传感器配合测量压力时间进度安排:1、第七学期第6周第15周,查阅资料,完毕开题报告、文献综述、外文文献翻译;2、第七学期第16周第17周,开题报告审视、答辩;3、第八学期第1周第4周,分析系统功能拟定各个模块核心器件;4、第八学期第5周第7周,收集整顿各模
6、块核心器件用法,并设计硬件原理图;5、第八学期第8周第14周,完毕控制程序编制;6、第八学期第15周第17周,完毕电路焊接,并调试功能,完毕毕业论文。指引教师签字: 年 月 日教研室主任意见:教研室主任签字: 年 月 日北华航天工业学院本科生毕业设计(论文)原创性及知识产权声明本人郑重声明:所呈交毕业设计(论文)环道控制系统下位软件设计方案二是本人在指引教师指引下,独立进行研究工作获得成果。除文中已经注明引用内容外,本设计(论文)不含任何其她个人或集体已经刊登或撰写过作品或成果。对本设计(论文)研究做出重要贡献个人和集体,均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计(论文)引起法律成果完全由本人承担
7、。本毕业设计(论文)成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院关于毕业设计(论文)有关规定,提交毕业设计(论文)印刷本和电子版本。本人批准北华航天工业学院有权保存毕业设计(论文)印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文;在不以营利为当前提下,可以发布非涉密毕业设计(论文)某些或所有内容。特此声明毕业设计(论文)作者: 指引教师: 年 月 日 年 月 日摘 要在现实生活与工业生产中几乎随时随处都要测量各种物理量,例如压力,温度,长度等等。然而这些不同物理量测量与解决过程是大同小异,重要涉及传感器,放大电路,AD转换电路,控制器,以及输出
8、某些,这就给咱们模块化设计提供了先天条件。这样咱们就可以很以便在不同测量设备中进行模块化移植。核心词 单片机,AD转换电路,液晶显示 AbstractAlmost whenever and wherever possible to measure various physical quantities,in real life and in industrial production,such as pressure,temperature,length,etc. However,measurement and process these different physical quantity
9、 is very much the same,mainly consists of sensor,amplifier circuit,AD conversion circuit,controller,and output part,this will give our modular design provides congenital conditions. So we can easily bemodular grafting in different measuring equipment Key words Microcontroller,AD conversion circuit,l
10、iquid crystal display 目 录摘 要4第1章 绪论- 1 -1.1 课题设计背景- 1 -1.2 传感器系统简介- 1 -1.3 本文内容提纲- 2 -第2章 调理电路硬件设计- 2 -2.1 传感器电路分析- 2 -2.2选用放大电路及其电路分析- 3 -2.3 AD转换电路设计- 4 -2.3.1AD0804外围接口功能:- 4 -2.3.3控制程序设计:- 6 -2.4 LCD显示电路设计- 8 -2.4.1LCD简介- 8 -第3章 控制程序设计- 15 -3.1 程序要完毕任务- 15 -3.2 程序流程设计- 16 -第4章 课题总结- 18 -4.1 仪用放大
11、电路- 18 -4.2单片机使用- 18 -4.3 AD转换和LCD控制- 18 -在使用类似于AD转换芯片和LCD显示等数字集成芯片时,咱们重点关注于其外围引脚功能和控制时序图就可以了,通过外围引脚功能来设计电路连接图,等外围电路连接好后来其实它控制程序大概框架就有了,再结合着时序图对各个引脚状态变化先后顺序和各个状态持续时间做一下解决,咱们控制程序基本上就可以出炉了。固然这时咱们编写出控制程序只是一种理论上成果,最多有一种仿真成果。在实际调试时若浮现了焊接失误或者是程序控制问题时,咱们最佳任然秉持先前网口概念。对整个电路和程序进行模块化解决,一种模块一种模块检查解决。这样咱们调试效率就会提
12、高诸多。- 18 -第5章 结论- 19 -致 谢- 19 -参照文献- 20 -第1章 绪论1.1 课题设计背景随着社会科技进步,人们对生活品质规定提高,以及工业生产中日益精准控制规定,当前几乎随时随处都需要对各种物理量进行测量。咱们从很早就开始了对现实物理世界观测与描述,而测量则是咱们摸索物理世界一种重要手段。随着电子技术迅速发展,咱们开始在测量中大量引入电子技术,其测量便捷性,智能性都得到了广泛承认,从而增进了传感器技术迅速发展。各种传感器种类繁多,形态各异,其测量机理也不尽相似,但是无论其测量是何种物理量,基于哪一种测量机理,其最后转换成果都是电信号。那么咱们若除去传感器某些非电量某些
13、,而只关注其电器性能某些,则咱们只要关注对电子量解决与辨认就可以。这里咱们引入“网口”概念,即对于网络内部构造于运营机理并不投入过多注意力,转而关注整个网络于网络外部接口某些电量变换规律,这样就大大减少了设计与使用难度。这个课题目就是想通过压力传感器系统这一种例设计与研究,总结出一种行之有效,可以应用于其她传感器类型调理控制电路。1.2 传感器系统简介根据上文所说到“网口”概念,咱们抛开其内部工作机理对系统进行简朴划分与简介。这里“网口”其实也可以理解为系统,咱们生活中会遇到诸多系统,而系统与系统之间又互相交汇,存在着信息与能量互换,即与外部存在着“网口”。例如传感器系统,一端与物理世、世界相
14、连,将物理量采集到其系统内部,通过系统内一系列运作,最后变成人可辨认信息输出给人。物理世界就是它输入,人能看到输出终端就是她输出。而对于传感器系统内部而言,又可以划分为一连串小系统,其中涉及放大电路,AD转换电路,单片机控制电路,LCD显示电路。其连接构造如下:LCD显示单片机AD转换放大电路传感器1.3 本文内容提纲本文重要涉及如下内容:1整体系统实现办法。2各个模块设计连接与实现方案。3为其她传感器测量变送系统提供设计思路。第2章 调理电路硬件设计在课题设计中咱们采用控制芯片为STC89C52单片机,AD转换采用AD0804,显示模块采用LCD1602,由于这几种芯片已经是很成熟设备,各种
15、技术资料简介已经很完备,因此在本文中咱们不对各个芯片技术参数再做赘述,而侧重于实际设计思路分析。文中仅引用某些咱们设计时需要关怀内容,在设计思路上,咱们先对各个模块进行独立设计,在最后再将各某些组装到一起。2.1 传感器电路分析由于传感器输出信号很小,普通是几十到几百毫伏,并且为保证下一级电路介入不影响传感器工作状态咱们要选取输入阻抗较高放大电路,防止放大电路输入级从传感器吸取过多电流从而导致传感器输出电压下降,导致测量误差。其机理如下图:如图,咱们取c,d两端作为输出级当电桥处在不平衡状态时c,d两点间存在电位差,取为输出,则通过简朴三角形星形变换后可知输出负载阻抗越高,对桥型电路影响越小。
16、2.2选用放大电路及其电路分析采用放大电路如图1所示,对上图电路进行分析,LM3241引脚输出为VO1,7引脚输出为VO2,8引脚为VO,对上图所示为一种仪用放大器电路原理图,具备高输入阻抗和高电压增益特点,图中U2:A和U2:B构成了同相并联差动放大器,第一级输出为:VO=1+(R2+R3)/RV2VI;由于反馈作用使第一级两个运放vp和vn几乎相等即虚短,进而使其输入端几乎没有电流流过,这意味着它不从上一级传感器桥式电路中吸取电流,具备高输入阻抗。U2:C构成第二级差动放大,在这一级放大电路中,欲有效抑制共模干扰,需使R1=R4=R;R5=R6=Rf;则总放大输出为VO=(Rf/R)VO=
17、1+(R2+R3)/RV2(Rf/R)VI。其中RV2为滑动变阻器,可调节放大增益。2.3 AD转换电路设计由于传感器输出信号为模仿信号,咱们使用解决芯片只辨认数字信号,因此需要将模仿量转换为数字量,对于使用者而言咱们不必过多关怀起内部构造与原理,而把注意力放到其控制接口与接口性能上,本文以AD0804为例来设计AD转换电路,2.3.1AD0804外围接口功能:/CS:芯片片选信号,低电平有效,即/CS=0,该芯片才干正常工作,当外接各种AD芯片是可以通过这个接口来控制是哪一种芯片在工作;如在多通道采集电路中,当咱们使用到AD转换时,就可以通过片选信号控制来完毕通道选取。/WR:启动ADC08
18、04进行ADC采样,该信号低电平有效,咱们在程序初始化时该接口给低电平,使用时当整个电路初始换完毕后,准备开始数据采集时,给该接口低电平信号,AD芯片开始进行转换。DB0DB7:由于AD0804是8位转换芯片,即将AD所能采集到最大模仿量提成28分,成果以二进制形式存储到DB0DB7,等待控制芯片读取。/RD:低电平有效,当转换完毕后,转换成果已经存到DB0DB7后,由单片机控制给出低电平信号,这时单片机可以从数据接口读出转换成果。UIN(+)和UIN(-):模仿电压输入端,模仿电压输入接UIN(+)端,UIN(-)端接地。双边输入时UIN(+)、UIN(-)分别接模仿电压信号正端和负端。当输
19、入模仿电压信号存在“零点漂移电压”时,可在UIN(-)接一等值零点补偿电压,变换时将自动从UIN(+)中减去这一电压。本电路中直接将传感器两个输出端接到芯片两个模仿输入端上。VREF/2:参照电压接入引脚,参照电压值是AD输出最大值该引脚可外接电压也可悬空,若外界电压,则ADC参照电压为该外界电压两倍,如不外接,则Vref与Vcc共用电源电压,此时ADC参照电压即为电源电压Vcc值,。CLKR和CLKIN:外接RC电路产生模数转换器所需时钟信号,时钟频率CLK = 1/1.1RC,普通规定频率范畴100KHz1.28MHz。AGND和DGND:分别接模仿地和数字地,电路中有时会浮现数字某些与模
20、仿某些互相干扰状况,这时咱们要实行数模隔离,地线需相对独立。 /INT:中断祈求信号输出引脚,该引脚低电平有效,当一次A/D转换完毕后,将引起/INT=0,应用时,将这一接口与单片机中断入口相连接,当中断触发时单片机解决中断程序,读取AD转换成果。2.3.2外围电路设计1. 需要单片机控制引脚:/CS、/WR、DB0DB7、/RD,以上几种接口用于与单片机数据通信,实现单片机对数据转换控制和成果读取。2. 电源电路接法:电源某些涉及VCC、VREF/2、AGND、DGND。VCC使用5V电压,VREF/2悬空这样参照电压即为电源电压,AGND和DGND可依照实际状况选取公用地线,或者进行隔离。
21、3. CLKR和CLKIN接口可依照实际工作电路运营状况选取RC震荡电路频率。若不影响实际使用,可以将频率设计地某些,给单片机留出工作反映时间,以免中断祈求过于频繁而影响到整个系统程序执行。仿真电路如下:咱们进行电路设计时此图中C4选用值较大,实际设计时可依照CLK = 1/1.1RC进行换算选用适当时钟频率。且由于设计时是分模块进行,因此上图UIN(+)和UIN(-)两个模仿输入量未接入上级放大电路输出接口,仅以一种可控电源输入来代替。实际应用时UIN(+)接放大电路输出接口,UIN(-)接地。2.3.3控制程序设计:在进行程序设计时咱们需要用到数据手册中时序图:结合前文接口功能咱们读时序图
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- 基于 单片机 压力传感器 系统 设计 实现
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