壓力顯示課程設(shè)計(jì)--基于51單片機(jī)的壓力測(cè)量電路

1、<p>　　基于51單片機(jī)的壓力測(cè)量電路</p><p><b>　　（課程設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 機(jī) 電 一 體 化 </p><p>　　班 級(jí) 07 機(jī) 電 （3） </p><p><b>　　摘 要</b></p>

2、<p>　　近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。</p><p>　　近年來(lái)隨著工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)過(guò)程控制的精密度和可靠性提出了更多更高的要求，因而液位控制也向著功能齊全，控制靈

3、活，操作簡(jiǎn)單，控制精度準(zhǔn)確的方向發(fā)展。液位調(diào)節(jié)器是生產(chǎn)中應(yīng)用很廣液位測(cè)量和控制的設(shè)備，所以測(cè)量的精確性和控制的準(zhǔn)確性是本設(shè)備的關(guān)鍵。本系統(tǒng)把單片機(jī)應(yīng)用于壓力測(cè)量控制中，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本。本系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、功能完善、滿(mǎn)足控制精度的要求、抗干擾能力強(qiáng)、較高的靈活性和可靠性、通用性好、價(jià)格低，使用方便等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓力傳感器 單片機(jī) A/D轉(zhuǎn)換器 LED顯示器

4、</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一.設(shè)計(jì)背景……………………………………………………4</p><p>　　二.設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………4</p><p>　　三.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)……………………………………………………4</p><p>　

5、　3.1基本原理及原理框圖……………………………………4</p><p>　　3.2硬件設(shè)計(jì)…………………………………………………4</p><p>　　3.2.1電阻應(yīng)變式傳感器的選擇…………………………5</p><p>　　3.2.2三運(yùn)放大電路的設(shè)計(jì)………………………………6</p><p>　　3.2.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換

6、器………………………………7</p><p>　　3.2.4LED顯示電路的設(shè)計(jì)………………………………7</p><p>　　3.2.5總體工作電路原理圖……………………………8</p><p>　　3.3軟件設(shè)計(jì)………………………………………………12</p><p>　　五.設(shè)計(jì)體會(huì)……………………………………………………13</

7、p><p><b>　　設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的壓力測(cè)量以單片機(jī)為主要部件，利用全橋測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型。其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，本設(shè)計(jì)采用全橋測(cè)量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。而三運(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的

8、微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。</p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　運(yùn)用電阻應(yīng)變式傳感器

9、并采用全橋測(cè)量電路</p><p>　　設(shè)計(jì)一款壓力測(cè)量系統(tǒng)，用LED液晶顯示器顯示被稱(chēng)物體的質(zhì)量</p><p>　　電路由全橋測(cè)量電橋，三運(yùn)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，LED顯示電路</p><p><b>　　寫(xiě)出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告</b></p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</b></

10、p><p>　　（一）基本工作原理及原理框圖</p><p>　　基本工作原理框圖如下：</p><p>　　圖（1） 基本工作原理框圖</p><p><b>　　硬件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理</p><p>　　電阻應(yīng)變

11、式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)它產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計(jì)中采用的是電阻絲應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。</p><p>　　應(yīng)變式傳感器安裝示意圖</p><p>　　全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)

12、變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時(shí)，其橋路輸出電壓Uout＝KEε。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。</p><p>　　2.1.2電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路</p><p>　　常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小，約為2，機(jī)械應(yīng)變度約為0.000001—0.001，所以，電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為0.

13、0005—0.1歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中做常用的是橋式測(cè)量電路。</p><p>　　橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓U，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。</p><

14、;p>　　測(cè)量電路是壓力測(cè)量設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，我們?cè)谥谱鞯倪^(guò)程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。</p><p>　　2.2 三運(yùn)放大電路</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放大器。在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須

15、通過(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 </p><p>　　圖 1.2-6 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS

16、組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 </p><p><b>　　引腳結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　2.4 LED顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理</p><p>　　LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。

17、這種顯示塊有共陰極與共陽(yáng)極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接。</p><p>　　2.4.2 LED顯示器與顯示方式</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線和8*N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段

18、選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮，暗。</p><p>　　LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示 LED動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p><b>　　總體電路顯示</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)用proteus和keil進(jìn)行了仿真</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)<

19、;/b></p><p>　　AD_MEM DATA 30H ;定義字節(jié)變量</p><p>　　AD_MEM DATA 31H</p><p>　　VALUELOW DATA 32H</p><p>　　VALUEHIGH DATA 33H</p><p>

20、;　　DISPMEM DATA 40H</p><p>　　CON_0809 EQU 09FF8H</p><p>　　CON_8279 EQU 05FFFH</p><p>　　DAT_8279 EQU 05EFFH</p><p>　　ORG 0000H</p><

21、;p>　　SJMP START</p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　START: MOV SP,#80H</p><p>　　MOV IE.#00H</p><p>　　ACALL INIT</p><p>　　MOV DPTR,#AD0809</p>&

22、lt;p>　　ACALL SETDISP</p><p>　　ACALL DISPLAY</p><p>　　ACALL DELAY </p><p>　　MAIN: ACALL AD_0809</p><p>　　ACALL DISPLAY</p><p>　　ACALL DELAY

23、 </p><p>　　SJMP MAIN</p><p>　　;*******************************INITIAL**********************************</p><p>　　INIT: DPTR,#CON_8279 ；向8279寫(xiě)命令</p><p>　　MOV A,#00

24、H ；設(shè)置8279鍵盤(pán)和現(xiàn)實(shí)方式，且是左</p><p>　　;輸入的8字符的雙鍵盤(pán)互鎖編碼</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOX A,#00110100B ；設(shè)置分頻系數(shù)為20，前面的001三位表示8279的分頻系數(shù)設(shè)置，后面的10100五位表示系數(shù)值為20</p><p>　　MOVX

25、 @DPTR,A</p><p>　　MOV A,#11011100B ；淸顯示8279的現(xiàn)實(shí)RAM，并且每</p><p>　　;現(xiàn)實(shí)內(nèi)存里放入一個(gè)數(shù)據(jù)后地址自動(dòng)加1</p><p>　　OVX@DPTR,A </p><p>　　WAIT: MOVX A,@DATR</p><p>　　JB ACC.

26、7,WAIT ；判斷是否淸顯示RAM為全1，因?yàn)锳CC.7是</p><p>　　8279狀態(tài)字的第七位，它在執(zhí)行命令期間為1.</p><p>　　CLRRAM: MOV R0,#30H</p><p>　　MOV R7,#20H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　CLRRAM1

27、:MOV @R0,A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　DJNZ R7,CLRRAM1 ；對(duì)30H--50H單元淸為0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　說(shuō)明：對(duì)8279進(jìn)行初始化</p>&l

28、t;p>　??；**************************AD_SATRAT********************************</p><p>　　AD_START: MOV DPTR,#CON_0809</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　ADT: JB P1.3,ADT

29、 ；等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOVX A,#20H ；將轉(zhuǎn)換的值放入A</p><p><b>　　;JZ A_A</b></p><p>　　ADD A,#20H</p><p>

30、;　　A_A: MOV AD_MEM,#0</p><p>　　MOV AD_MEM+1，#0</p><p>　　MOV VALUELOW,#1</p><p>　　MOV VALUEHIGH,#0</p><p>　　MOV R5,#08H</p><p>　　NEXTAD: RRC A&l

31、t;/p><p>　　PUSH ACC ；入棧保護(hù)</p><p>　　JNC NEXTADD</p><p>　　MOV A,VALUELOW</p><p>　　ADD A,AD_MEM</p><p><b>　　DA A</b></p><p&

32、gt;　　MOV AD_MEM,A</p><p>　　MOV A,VALUEHIGH</p><p>　　ADDC A,AD_MEM+1</p><p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV AD_MEM+1,A</p><p>　　NEXTADD:MOV A,V

33、ALUELOW</p><p>　　ADD A,VALUELOW</p><p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV VALUELOW,A</p><p>　　MOV A,VALUEHIGH</p><p>　　ADDC A,VALUEHIGH</p>

34、<p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV VALUEHIGH,A </p><p><b>　　POP ACC</b></p><p>　　DJNZ R5,NEXTAD</p><p><b>　　RET</b></p>

35、<p>　　說(shuō)明：將從INO通道輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)調(diào)整為正確的BCD碼。因?yàn)槲覀兯玫腁D0809芯片是八位模擬量的輸入端和八位數(shù)字量的輸出端，八位數(shù)字量的范圍是以00H——0FFH,調(diào)整為正確的BCD碼（含進(jìn)位），最多占兩個(gè)字節(jié)，最少占一個(gè)字節(jié)，所以我們將八位數(shù)字量調(diào)整為正確的BCD碼后，將其放在30H和31H。</p><p>　　*******************

36、********AD_0809**********************************</p><p>　　AD_0809:ACALL AD_STATR</p><p>　　MOV A,AD_MEM</p><p>　　ANL A,#0FH ;取A中的低四位</p><p>　　MOV DPT

37、R,#DISPTABLE</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV DISPMEM+0,A</p><p>　　MOV A,AD_MEM</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p>　　SWAP A ;取A中的高四位<

38、;/p><p>　　MOVC A,A+DATR</p><p>　　MOV DISPMEM+1,A</p><p>　　MOV A,AD_MEM+1</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV DISPMEM+2

39、,A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　說(shuō)明：?jiǎn)?dòng)0809開(kāi)始轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換完成后，將30H單元的BCD碼的低四位放入DISPMEM(40H)中存起來(lái)，然后把30H單元中的BCD碼的高四位放入41H單元中存起來(lái)，然后把31H單元中的低四位放入42H單元中存起來(lái)。</p><p>　　****************

40、************SETDISP****************************</p><p>　　SETDISP:PUSH ACC ；向顯存寫(xiě)入指定數(shù)據(jù)得子程序</p><p>　　MOV R0,#DISPMEM ；由DPTR參數(shù)指定數(shù)據(jù)地址初值</p><p><b>　　MOV B,#0<

41、/b></p><p>　　MOV R7,#6H</p><p>　　NEXTBIT:MOV A,B</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ；查單元對(duì)應(yīng)的編碼表</p><p>　　MOV @R0,A</p><p><b>　　INC R0</b><

42、/p><p><b>　　INC B</b></p><p>　　DJNZ R7,NEXTBET ；將40H——45H對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼</p><p>　　;管的編碼寫(xiě)入各自對(duì)應(yīng)的單元</p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>

43、　　RET</b></p><p>　　說(shuō)明：其主要功能是將40H到45H經(jīng)查表的值寫(xiě)入到各自得對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。</p><p>　　*****************************DISPLAY**************************</p><p>　　DISPLAY:MOV R4,#6H ;將顯存數(shù)據(jù)送入827

44、9顯示進(jìn)行顯示得子程序</p><p>　　MOV R1,#DISPMEM</p><p>　　MOV DPTR,#CON_8279</p><p>　　MOV A,#0010010B ；指定寫(xiě)入8279顯示RAM的地址</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；8279顯示RAM地址自動(dòng)加1</p>

45、<p>　　DISPREL:MOV A,@R1</p><p>　　MOV DPTR,#DAT_8279</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R4,DISPREL ；將40H——45H對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管編<

46、;/p><p>　　;寫(xiě)入8279得顯示RAM</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　說(shuō)明：將上述40H——45H單元中的LED數(shù)碼管的編碼放入從0010H單元到0016H單元的顯示RAM中進(jìn)行顯示。</p><p>　　*****************************DELAY*****

47、***********************</p><p>　　DALAY: MOV R7,#7FH</p><p>　　DELAY1:MOV R6,#0FFH</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　DJNZ R7,DELAY1</p><p><b>　　RET</

48、b></p><p>　　****************************TABLE*****************************</p><p>　　AD0809:DB 17H,17H,17H,0BFH,0A1H,188H；</p><p>　　;0COH,80H,0C0H,98H,0BFH,0FFH,0FFH,0FFH</p&g

49、t;<p>　　DISPTABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,98H</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　五．心得體會(huì)</b></p><p>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在設(shè)計(jì)之初并沒(méi)象想象的那么簡(jiǎn)單，因?yàn)槠綍r(shí)

50、總是學(xué)的理論，而這次是親手的動(dòng)手操作，雖然說(shuō)很累，但感覺(jué)收獲卻特別大。</p><p>　　我現(xiàn)在很欣慰，因?yàn)槲覀儺吘垢冻隽撕顾?，索性的是我我們也成功了。也使我更加體會(huì)到那種不付出汗水怎會(huì)有果實(shí)的快感。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，我們還發(fā)現(xiàn)，理論上的理解，實(shí)踐中不一定能夠完全正確應(yīng)用，自己的動(dòng)手能力還有待一步的鍛煉提高。同時(shí)經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們也更懂得了知識(shí)的重要性，大科學(xué)家培根說(shuō)

51、的一點(diǎn)都不錯(cuò)“知識(shí)就是力量”，</p><p>　　我覺(jué)得這不僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)，更重要的是一個(gè)人生的鍛煉，相信我會(huì)從中走向成熟，走向自己新的目標(biāo)，并為此努力！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]謝維成，楊加國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p&

52、gt;　　[2]蔡菲娜.單片微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用.杭州：杭州大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[3]李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[4]胡福云, 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀, 湖北工業(yè)大學(xué)，科技視野</p><p>　　[5]陳瑩,基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng), 華中科技大學(xué)</p><p