压力检验系统标准设计.doc
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1、单片机系统课 程 设 计成绩评定表设计课题 : 压力检测系统设计 学院名称 : 电气工程学院 专业班级 : 自动1304 学生姓名 : 赵博 学 号 : 23020417 指导老师 : 王黎 周刚 李攀峰 设计地点 : 31-505 设计时间 : -12-28-01-08 指导老师意见:成绩: 署名: 年 月 日单片机系统课 程 设 计课程设计名称: 压力检测系统设计 专 业 班 级 : 自动1304 学 生 姓 名 : 赵博 学 号 : 23020417 指 导 教 师 : 王黎 周刚 李攀峰 课程设计地点: 31-505 课程设计时间: -12-28-01-08 单片机系统 课程设计任务书
2、学生姓名赵博专业班级自动1304学号题 目压力检测系统设计课题性质工程设计课题起源自拟指导老师王黎 周刚 李攀峰关键内容(参数)利用89C51单片机设计一个压力检测系统设计,实现功效以下: 经过压力传感器将压力转换成电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位AD转换器,然后将模拟信号转换成单片机能够识别数字信号,再经单片机转换成LED显示器能够识别信息,最终显示输出。而在显示过程中经过键盘,向计算机系统输入多种数据和命令,让单片机系统处于预定功效状态,显示需要值。任务要求(进度)第1-2天:熟悉课程设计任务及要求,查阅技术资料,确定设计方案。第3-4天:根据确定方案设计单元电路。要求画出单
3、元电路图,元件及元件参数选择要有依据,各单元电路设计要有具体叙述。第5-6天:软件设计,编写程序。第7-8天:试验室调试。第9-10天:撰写课程设计汇报。要求内容完整、图表清楚、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确,篇幅合理。关键参考资料1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术(第2版)M北京:国防工业出版社,2伟福LAB6000系列单片机仿真试验系统使用说明书3 阎石数字电路技术基础(第五版)北京:高等教育出版社,审查意见系(教研室)主任签字: 年 月 日 目录1绪论41.1压力检测系统概述42总体方案设计原理42.1 基于单片机智能压力检测原理42.2 压力传感器52.2.1 压力传
4、感器选择52.2.2金属电阻应变片工作原理52.3 A/D转换器62.3.1 A/D转换模块器件选择62.3.2 A/D转换器介绍62.4单片机72.4.1 AT89C51单片机介绍72.4.2关键特征82.4.3 管脚说明92.5单片机于键盘接口技术92.5.1 键盘功效及结构概述92.5.2 单片机和键盘连接102.6 LED显示接口122.6.1 LED显示器122.6.2七段数码显示器132.6.3LED数码管静态显示接口143软件设计153.1 A/D转换器软件设计153.1.1 ADC0832芯片接口程序编写153.2 单片机和键盘接口程序设计173.3 LED数码管显示程序设计1
5、8总结21参考文件21附录A22附录B231绪论1.1压力检测系统概述压力是工业生产过程中关键参数之一。压力检测或控制是确保生产和设备安全运行必不可少条件。实现智能化压力检测系统对工业过程控制含有很关键意义。本设计关键经过单片机及专用芯片对传感器所测得模拟信号进行处理,使其完成智能化功效。介绍了智能压力传感器外围电路硬件设计,并依据硬件进行了软件编程。此次设计是基于AT89C51单片机测量和显示。是经过压力传感器将压力转换成电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位AD转换器,然后将模拟信号转换成单片机能够识别数字信号,再经单片机转换成LED显示器能够识别信息,最终显示输出。而在显示过程中
6、经过键盘,向计算机系统输入多种数据和命令,让单片机系统处于预定功效状态,显示需要值。本设计最终止果是,将软件下载到硬件上调试出来了需要显示数据,当输入模拟信号发生改变时候,经过A/D转换后,LED将显示不一样数值。2总体方案设计原理2.1 基于单片机智能压力检测原理 此次设计是以单片机组成压力测量,系统中必需有前向通道作为电信号输入通道,用来采集输入信息。压力测量,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,而键盘作用是改变输入量系数。它原理图图1.1所表示。压力传感器放大器显示单片机A/D转换键盘图1.1 压力测
7、量仪表原理方框图我们这次关键做是A/D转换,单片机键盘和显示,我们选择A/D转换器是ADC0832,单片机为AT89C51,键盘为4乘4键盘,显示为4位数码管显示。依据硬件电路编程,调试出来并显示结果。2.2 压力传感器2.2.1 压力传感器选择压力传感器是压力检测系统中关键组成部分,由多种压力敏感元件将被测压力信号转换成轻易测量电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。力学传感器种类繁多,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含有悠久历史。因为它含有结构简单
8、、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、测量精度高等很多优点,所以是现在应用最广泛传感器之一。电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片组成,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电阻应变片电阻值将伴随弹性元件应变而对应改变。经过测量电阻应变片电阻值改变,能够用来测量位移加速度、力、力矩、压力等多种参数。2.2.2金属电阻应变片工作原理应变式压力传感器是把压力改变转换成电阻值改变来进行测量,应变片是由金属导体或半导体制成电阻体,是一个将被测件上应变改变转换成为一个电信号敏感器件。它是压阻式应变传感器关键组成部分之一。当金属丝受外力作用时,其
9、长度和截面积全部会发生改变,从上式中可很轻易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积降低,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻改变(通常是测量电阻两端电压),即可取得应变金属丝应变情。2.3 A/D转换器模拟量输入通道任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务器件称之为模数转换器,简称A/D转换器。此次设计中A/D转换器任务是将放大器输出模拟信号转换位数字量进行输出。2.3.1 A/D转换模块器件选择现在单片机在电子产品中已得到广泛应用,很多类型单片机内部已带有A/D转换电路,但这类单片机会比无
10、A/D转换功效单片机在价格上高几元甚至很多,我们采取一个一般单片机加上一个A/D转换器,实现A/D转换功效,这里A/D转换器可选ADC0832、ADC0809等;串行和并行接口模式是A/D转换器很多分类中一个,但却是应用中器件选择一个关键指标。在一样转换分辨率及转换速度前提下,不一样接口方法会对电路结构及采取周期产生影响。对A/D转换器选择我们经过比较ADC0809和ADC0832来决定。这两个转换器全部是常见A/D转换器,其中ADC0809并行接口A/D转换器,ADC0832是串行接口A/D转换器。我们所做设计选择ADC0832,A/D转换在单片机接口中应用广泛 ,串行 A/D转换器含有功耗
11、低、性价比较高、芯片引脚少等特点。2.3.2 A/D转换器介绍在这次设计中我们A/D转换器选择两通道输入八位ADC0832,ADC08323是美国国家半导体企业生产一个8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。因为它体积小,兼容性强,性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎,其现在已经有很高普及率。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,能够适应通常模拟量转换要求。其内部电源输入和参考电压复用,使得芯片模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S,据有双数据输出可作为数据校验,以降低数据误差,转换速度快且稳定性能强。独立芯片使能输入,使多器件挂接和处理器控制变得愈加方便。
12、经过DI 数据输入端,能够轻易实现通道功效选择。相关引脚说明以下: CS 片选使能,低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0,或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1,或作为IN+/-使用。 GND 芯片参考0电位(地)。 DI 数据信号输入,选择通道控制。 DO 数据信号输出,转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入(复用)。正常情况下ADC0832 和单片机接口应为4条数据线,分别是CS、CLK、DO、DI。它结构示意图图2.6所表示。图2.3 ADC0832结构示意图2.4单片机伴随电子技术发展,单片机功效将愈加完善,所以单片机应用将愈加普及。
13、它们将在智能化仪器、家电产品、工业过程控制等方面得到更广泛应用。单片机将是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多有种微型计算机。2.4.1 AT89C51单片机介绍 AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。单片机可擦除只读存放器能够反复擦除100次。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造,和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中,ATMELAT89C51是一个高效微控制器,AT89C2051是它一个精简版本,图2.9所表示。AT89C51单机为很多嵌入式控制系统提供
14、灵活性高且廉价方案。图2.4 AT89C51单片机结构示意图2.4.2关键特征和MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存放器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存放器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中止源 可编程串行通道低功耗闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.4.3 管脚说明VCC:供电电压。 GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器,它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时,P0
15、口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必需被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并所以作为输入时,P2口管脚被外部拉低,将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址
16、外部数据存放器进行存取时,P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存放器进行读写时,P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,因为外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是因为上拉缘故。P3口也可作为AT89C51部分特殊功效口。2.5单片机于键盘接口技术2.5.1 键盘功效及结构概述键盘是单片机系统实现人机对话常见输入设备。操作员经过键盘,向计算机系
17、统输入多种数据和命令,亦可经过使用键盘,让单片机系统处于预定功效状态。键盘根据其内部不一样电路结构,可分为编码键盘和非编码键盘二种。编码键盘本身除了带有一般按键之外,还包含产生键码硬件电路。使用时,只要按下编码键盘某一个键,硬件逻辑会自动提供被按下键键码,使用十分方便,但价格较贵。由非编码键盘组成简单硬件电路,仅提供各个键被按下信息,其它工作由软件来实现。因为价格廉价,而且使用灵活,所以广泛应用在单片机应用系统中。 非编码键盘根据其键盘排列结构,又可分为独立式按键和行列式按键两种类型。2.5.2 单片机和键盘连接键盘和单片机连接在单片机系统中键盘中按钮数量较多时,为了降低I/O口占用,常常将按
18、钮排列成矩阵形式,如2.13图所表示。在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是经过一个按钮加以连接。这么,一个端口(如P1口)就能组成4*4=16个按钮,比之直接将端口线用于键盘多出了一倍,而且线数越多,区分越显著,比如再多加一条线就能组成20键键盘,而直接用端口线则只能多出一键(9键)。由此可见,在需要键数比较多时,采取矩阵法来做键盘是合理。在实际应用中,44键盘关键由数字09和功效键组成。这里给出一个比较常见键盘排列方法,如表2.5所表示。表2.5 按键表123命令456功效789确定0上移下移退出 根据键盘和单片机连接方法可分为独立式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘相互独立
19、,每个按键占用一根I/O口线,每根I/O口线上按键工作状态不会影响其它按键工作状态。图2.12所表示这种按键软件程序简单,但占用I/O口线较多(一根口线只能接一个键),适适用于键盘应用数量较少系统中。 图2.5.1独立式按键接口电路于独立是按键接口电路要比较矩阵式结构键盘显然比直接法要复杂部分,识别也要复杂部分图2.13所表示。图2.5.2 单片机矩阵式键盘接口电路上图中列线经过电阻接正电源,并将行线所接单片机I/O口作为输出端,而列线所接I/O口则作为输入。这么,当按钮没有按下时,全部输出端全部是高电平,代表无键按下。行线输出是低电平,一旦有键按下,则输入线就会被拉低,这么,经过读入输入线状
20、态就可得悉是否有键按下了。具体识别及编程措施以下所述。矩阵式键盘按钮识别措施 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一个“行扫描法”。行扫描法 行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法,是一个最常见按钮识别措施,如上图所表示键盘,介绍过程以下。判定键盘中有没有键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平,然后检测列线状态。只要有一列电平为低,则表示键盘中有键被按下,而且闭合键在低电平线和4根行线相交叉4个按钮之中。若全部列线均为高电平,则键盘中无键按下。 判定闭合键所在位置 在确定有键按下后,即可进入确定具体闭合键过程。其措施是:依次将行线置为低电平,即在置某根行线为低电平时,其它线为高电平。在确定某根行线位置为
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