畢業(yè)設(shè)計——智能壓力變送器的研制

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題 目 智能壓力變送器的研制 </p><p>　　學(xué) 院 自動化與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 流程工業(yè)及其自動化 </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p>

3、<p>　　二〇一四年五月三十日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)應(yīng)用對信號檢測與處理的要求不斷提高，新型智能儀表將在生產(chǎn)過程中占有越來越重要的地位。壓力，作為工業(yè)生產(chǎn)過程中重要參數(shù)之一，實現(xiàn)對其精確的檢測和控制是保證生產(chǎn)過程運行和設(shè)備安全必不可少的條件。高精度的壓力測量和變送更是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高效益的有力

4、保障。因此，實現(xiàn)智能化的壓力檢測系統(tǒng)對工業(yè)過程具有非常重要的意義。</p><p>　　本設(shè)計主要是以ATC8951單片機為核心的信號測量、數(shù)據(jù)處理顯示。是通過壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過運算放大器進(jìn)行放大，送至8位A/D轉(zhuǎn)換器，從而將模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機能夠處理的數(shù)字信號，再經(jīng)單片機轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識別的信息，最后由LED數(shù)碼管顯示，并輸出4-20mA的電流信號。在測量的過程中通過獨立鍵盤進(jìn)行

5、設(shè)置測量的上下限，當(dāng)輸入的壓力超出上下限時，蜂鳴器啟動報警。</p><p>　　本設(shè)計的最終結(jié)果是，利用Proteus仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，將軟件下載至硬件上調(diào)試出需要顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入的模擬信號發(fā)生變化的時候，通過A/D轉(zhuǎn)換，單片機數(shù)據(jù)處理后，LED數(shù)碼管將顯示不同的數(shù)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓力；ATC89C51；A/D轉(zhuǎn)換，壓力傳感器；LED顯示</p>&

6、lt;p><b>　　ABSTRACT </b></p><p>　　With the requirement of signal detection and processing in industrial application increasing, the new intelligent instrument will play an increasingly importan

7、t position in the production process. Pressure, as one of the important industrial process parameters, to achieve accurate detection and control of their production process is the necessary condition to ensure the safety

8、 of operation and the equipment. Precise pressure measurement and transmission ensure product quality, enhance effective </p><p>　　The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This

9、</p><p>　　is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog si

10、gnal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of sho

11、w, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, </p><p>　　The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is requi

12、red to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting.</p><p>　　Key words: pressure; ATC89C51; A/D converter; pressure se

13、nsor; LED monitor;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　

14、　1.1 相關(guān)背景和應(yīng)用簡介1</p><p>　　1.2 智能壓力傳感器的發(fā)展方向1</p><p>　　1.3 該設(shè)計研究的內(nèi)容2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求3</p><p>　　2.2 總體設(shè)計方案3</p><p>　　

15、2.3 智能壓力變送器原理組成圖4</p><p>　　3 智能壓力變送器的硬件設(shè)計5</p><p>　　3.1 壓力傳感器5</p><p>　　3.1.1 壓力傳感器的選擇5</p><p>　　3.1.2 壓阻式壓力傳感器的工作原理5</p><p>　　3.1.3 壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)組成7&l

16、t;/p><p>　　3.2 電阻信號的測量橋路7</p><p>　　3.2.1 測量電路的工作原理7</p><p>　　3.3 信號放大電路10</p><p>　　3.3.1 放大器的選擇10</p><p>　　3.3.2 OP07雙極性運算放大器10</p><p>　　3.3

17、.3 三運放差分放大電路11</p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊11</p><p>　　3.4.1 ADC0809簡介12</p><p>　　3.4.2 ADC0809與單片機連接13</p><p>　　3.5 單片機14</p><p>　　3.5.1 AT89C51單片機簡介14</

18、p><p>　　3.5.2 單片機復(fù)位電路與自激振蕩電路15</p><p>　　3.6 鍵盤接口輸入16</p><p>　　3.6.1鍵盤分類簡介及選擇16</p><p>　　3.6.2鍵盤抖動及消除17</p><p>　　3.7 LED顯示接口電路18</p><p>　　3.

19、7.1 LED數(shù)碼管顯示器18</p><p>　　3.7.2 LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示19</p><p>　　3.7.3 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路20</p><p>　　3.8 D/A轉(zhuǎn)換模擬輸出及信號放大21</p><p>　　3.8.1 DAC0832簡介21</p><p>

20、　　3.8.2 ISO EM系列直流信號隔離適配器簡介22</p><p>　　3.8.3 D/A轉(zhuǎn)換輸出與放大電路24</p><p>　　3.9 報警電路25</p><p>　　4 智能壓力變送器軟件設(shè)計26</p><p>　　4.1 A/D轉(zhuǎn)換器軟件設(shè)計26</p><p>　　4.2 單片

21、機與鍵盤接口程序設(shè)計27</p><p>　　4.3 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示程序設(shè)計28</p><p>　　4.4 D/A轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計29</p><p>　　4.5 智能壓力變送器程序設(shè)計30</p><p>　　5 智能壓力變送器PCB板設(shè)計31</p><p><b>　　結(jié) 論

22、34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p>　　附 錄37</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 相

23、關(guān)背景和應(yīng)用簡介</p><p>　　隨著工業(yè)應(yīng)用對信號檢測與處理的要求不斷提高，新型智能儀表將在生產(chǎn)過程中占有越來越重要的地位。對于在工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重作用的壓力測量，實現(xiàn)對其高精度的測量和變送更是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高效益的有力保障。</p><p>　　壓力傳感器作為工業(yè)活動中最為常見的傳感器之一，其廣泛運用于交通運輸、石油化工、軍事工業(yè)等各種工業(yè)自動控制的領(lǐng)域中。壓力變送器的工作原

24、理是將壓力信號轉(zhuǎn)變成某種可測量的電信號，如日常生活中常見的應(yīng)變式壓力傳感器，其工作原理是通過施加壓力使彈性元件變形從而產(chǎn)生電阻的變化，通過測量電阻的變化量，利用一定的標(biāo)度變換，從而得出壓力的大小。</p><p>　　在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，人們可利用監(jiān)測壓力的變化和實現(xiàn)對壓力的控制進(jìn)行多種生產(chǎn)活動。例如，在地理環(huán)境中海拔高度可以通過測量大氣壓力的變化來獲得；在化工廠中，利用壓力參數(shù)來判斷化學(xué)反應(yīng)的過程；在氣象預(yù)

25、測中，測量大氣壓力可以判斷陰雨天氣狀況。因此，壓力變送器的設(shè)計擁有廣闊的市場前景。自上世紀(jì)80年代，基于微處理器的智能壓力傳感器能比較精確和快速的測量，特別是對動態(tài)壓力的測量，實現(xiàn)多點信號轉(zhuǎn)換、長距變送、與計算機實時信息交換處理等，因而在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、科技等領(lǐng)域獲得了迅速發(fā)展和廣泛運用。世界上多個國家一直把傳感器技術(shù)的發(fā)展視為現(xiàn)代科技提升的關(guān)鍵。因為只有好的傳感器技術(shù)，才能實現(xiàn)對工業(yè)過程更完美和智能的控制，從而得以大幅度提升科技水平

26、乃至綜合國力。美國、日本、歐洲等國的傳感器技術(shù)一直在引領(lǐng)著世界潮流，我國對智能傳感器的研究最近幾十年來雖然取得了很大成就，但由于起步較晚，缺乏對該方面的高精尖人才，因此與世界頂尖水平還有不小的差距，因此，要想實現(xiàn)我國科學(xué)技術(shù)的長足發(fā)展，傳感器技術(shù)必須要有質(zhì)的突破。</p><p>　　1.2 智能壓力傳感器的發(fā)展方向</p><p>　?。?）人性化:由于大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路的出現(xiàn)，

27、在傳感器中可集成一些微處理器，以實現(xiàn)自我檢測、自我診斷、邏輯判斷等功能，使壓力傳感器朝著人性化趨勢發(fā)展。</p><p>　?。?）微型化：在較為復(fù)雜或高精尖系統(tǒng)中存在大規(guī)模的傳感器，這就要求這些傳感器實現(xiàn)微型化、模塊化功能。在某些特殊環(huán)境中，例如人體內(nèi)，可以將傳感器放置在某器官中，以收集人體資料。</p><p>　?。?）高可靠性能：隨著人類活動對某些極端環(huán)境的深入研究，這就伴隨著必須

28、存在高可靠性能的傳感器來應(yīng)對可能出現(xiàn)的高溫、深寒、強酸、電磁等狀況，以保證電子設(shè)備的抗干擾性能。因此高可靠性能是傳感器技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。</p><p>　　1.3 該設(shè)計研究的內(nèi)容</p><p>　　研究設(shè)計一個智能壓力變送器，要實現(xiàn)的主要目標(biāo)是：</p><p>　　（1）：系統(tǒng)地運用單片機的原理及開發(fā)技術(shù)，相關(guān)的控制儀表和傳感器技術(shù)等，進(jìn)行任務(wù)設(shè)計、功能描

29、述、可行性分析與研究；</p><p>　?。?）：進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計方案論證、總體結(jié)構(gòu)設(shè)，生成總體設(shè)計方案；</p><p>　　（3）：依據(jù)設(shè)計方案，分別完成系統(tǒng)的軟、硬件模塊化設(shè)計； </p><p>　?。?）：硬件、軟件調(diào)試和軟硬件的聯(lián)調(diào)，儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計，儀器總成。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計</b&

30、gt;</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　該系統(tǒng)要求能夠滿足以下幾點設(shè)計要求：</p><p>　?。?）可測范圍：0～1MPa—2.5MPa（表壓），且量程可選；</p><p>　?。?）顯 示：3位數(shù)碼顯示（2.50MPa），4～20mADC輸出；</p><p>　?。?）附加

31、要求：上、下限報警；</p><p>　?。?）測量精度：±1%。</p><p>　　2.2 總體設(shè)計方案</p><p>　　為了實現(xiàn)更高精度的測量，獲得更加智能的人機交互，本次設(shè)計為基于單片機的智能壓力測量系統(tǒng)。該智能壓力變送器基本原理是通過壓力傳感器把壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)放大后，送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便單片機處理，

32、最后由LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并以工業(yè)生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA的電流信號輸出。在測量的過程中可以人為地通過獨立鍵盤進(jìn)行設(shè)置測量的上下限，當(dāng)輸入的壓力超出上下限時，蜂鳴器啟動報警。</p><p>　　該智能壓力變送器，選用的的單片機為常見的AT89C51單片機，將壓力經(jīng)過壓力傳感器變?yōu)殡娦盘枺谌\放差分放大電路下，對電壓信號進(jìn)行放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)換為單片機可以處理的數(shù)字量。在該系統(tǒng)中，用于電壓信號

33、采樣的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0809。ADC0809是8位分辨率的CMOS型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它可實現(xiàn)8路多路模擬開關(guān)以及與單片機直接相連。轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般單片機應(yīng)用系統(tǒng)的模擬量轉(zhuǎn)換要求，同時也滿足本設(shè)計的精度測量需要：±1%。為了提高單片機系統(tǒng)I/O口線的利用效率，設(shè)計采用了74LS164進(jìn)行數(shù)據(jù)移位至數(shù)碼管顯示。74LS164是CMOS型8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，可以實現(xiàn)串行輸入數(shù)據(jù)

34、，然后并行輸出的功能，它通過限流電阻直接與8位數(shù)碼顯示管相連，然后通過數(shù)據(jù)移位功能將壓力值在數(shù)碼管上顯示出。為了獲得4～20mA標(biāo)準(zhǔn)輸出電流，設(shè)計采用了DAC0832標(biāo)準(zhǔn)8位D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出電流信號，由于經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換的電流輸出量十分微弱，因此可先將電流信號通過運算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號，再利用ISO EM直流（電壓/電流）信號隔離器，把電</p><p>　　2.3 智能壓力變送器原理組成圖</

35、p><p>　　本次設(shè)計是以單片機為核心的壓力測量變送器，首先，外部施加給應(yīng)變片一個壓力信號，然后應(yīng)變片將信號轉(zhuǎn)換成易測量的電信號作為輸出，通過測量橋路，多級放大電路將該電信號進(jìn)行放大，將通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號輸入至單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后數(shù)據(jù)送給LED數(shù)碼管顯示，并實現(xiàn)鍵盤輸入控制、4～20mADC輸出、上下限報警等功能。</p><p>　　其原理圖如圖1所示。</p>

36、<p><b>　　圖1 原理組成圖</b></p><p>　　3 智能壓力變送器的硬件設(shè)計</p><p><b>　　3.1 壓力傳感器</b></p><p>　　3.1.1 壓力傳感器的選擇</p><p>　　壓力傳感器的作為智能壓力變送器的重要環(huán)節(jié)，它實現(xiàn)的功能是通過壓力敏

37、感元件引起電量變化的壓力信號轉(zhuǎn)換成易測量的電信號，為測試壓力信號的大小提供數(shù)據(jù)原理基礎(chǔ)，亦可實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的報警和控制作用。日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常見的電阻應(yīng)變式傳感器具有較為久遠(yuǎn)的使用歷史。由于它具有易于微型化、靈敏度高、構(gòu)造簡單等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于靜態(tài)壓力或是動態(tài)壓力的測量，對各種環(huán)境都有高度的適用性。常用的電阻式傳感器有金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體硅杯，這一類傳感器的工作原理是應(yīng)變效應(yīng)或壓阻效應(yīng)，即金屬或半導(dǎo)體材料的電阻在受到外力作用時會引

38、起金屬外形產(chǎn)生應(yīng)變或者半導(dǎo)體材料的電阻率產(chǎn)生變化，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化，因而可以產(chǎn)生電壓信號的變化。因此，我們可以利用電阻式壓力傳感器通過測量電阻值的變化，間接的測出壓力值。</p><p>　　壓阻式壓力傳感器是電阻式壓力傳感器的一種，它的特點是易于微小型化；靈敏度高，它的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變的靈敏系數(shù)高50~100倍；它具有很寬的測量范圍，通?？蛇_(dá)到10Pa-60MPa，并且，測量精度可達(dá)到1/1000，具有高度的

39、可靠性，使用壽命很長。因此，壓阻式壓力傳感器已被廣泛的應(yīng)用于石油、化工、核電、交通運輸、航空制造等重點領(lǐng)域。</p><p>　　3.1.2 壓阻式壓力傳感器的工作原理</p><p>　　我們知道半導(dǎo)體的電阻可以表示為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 ———電導(dǎo)率；

40、</p><p><b>　　———半導(dǎo)體長度；</b></p><p>　　———半導(dǎo)體橫截面積；</p><p>　　圖2 半導(dǎo)體電阻變化示意圖</p><p>　　對于一根圓截面的半導(dǎo)體電阻絲，如圖2所示。當(dāng)電阻絲受到軸向牽引力后，假設(shè)其長度增長了，截面積減小了，電阻率的變化為，經(jīng)計算電阻的相對變化量為：</

41、p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　對于半導(dǎo)體材料來說，由半導(dǎo)體材料的幾何尺寸的變化對電阻變化率影響很小，因此式（3-2）的與兩項可以忽略不計，因此半導(dǎo)體電阻的變化率主要是由電阻率的變化率引起的，我們把這一現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。</p><p>　　當(dāng)半導(dǎo)體單晶在沿縱向應(yīng)力時，電阻的變化率為：</p>

42、<p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　———半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)；</p><p><b>　　———縱向應(yīng)力，；</b></p><p>　　———半導(dǎo)體材料的彈性模量；</p><

43、p><b>　　———縱向應(yīng)變。</b></p><p>　　綜上，半導(dǎo)體單晶電阻的產(chǎn)生的變化率為： </p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　在式（3-4）中，，稱之為半導(dǎo)體靈敏系數(shù)，對于不同的半導(dǎo)體材料，它們的靈敏系數(shù)是不同的。通常為60～200，半導(dǎo)體的靈敏系數(shù)比金屬導(dǎo)體的大得多，但

44、也同時受溫度影響，引起的測量誤差比金屬材料也大得多，且線性度較差，因此在使用時應(yīng)該考慮補償和修正。</p><p>　　3.1.3 壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　壓阻式壓力傳感器主要是由壓阻芯片和保護(hù)外殼組成，其內(nèi)部主要是由一塊N型的硅膜片組成。在該N型膜片上對稱的集成上了四個完全一樣的P型電阻，稱之為擴(kuò)散電阻。</p><p>　　如圖3所示的為

45、壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)組成圖。</p><p>　　圖3 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2 電阻信號的測量橋路</p><p>　　對于壓阻式壓力傳感器，產(chǎn)生的電阻信號需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電壓或者電路信號，以便進(jìn)行測量信號的遠(yuǎn)傳和處理。最常用的的方法是采用電橋的方法，電橋的準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定信高、使用方便，可以準(zhǔn)確的將擴(kuò)散電阻變化量轉(zhuǎn)換成電壓信號的變化量，

46、減少了環(huán)境因素帶來的測量誤差。</p><p>　　3.2.1 測量電路的工作原理</p><p>　　在工業(yè)控制系統(tǒng)中，常選用電橋電路來對壓力傳感器產(chǎn)生的電阻信號進(jìn)行處理。電橋電路有直流電橋與交流電橋兩種類型。由于交流電橋在信號傳輸過程中易受電路本身的影響，調(diào)節(jié)平衡困難，穩(wěn)定性較差等缺點，因此該設(shè)計采用直流電橋作為電壓信號的測量電路。</p><p>　　橋路電源

47、電壓,4個橋臂阻值分別為、、、，當(dāng)===時，稱之為等臂電橋。由于擴(kuò)散電阻的電橋電路輸出信號比較微弱，故目前大部分電阻式壓力變送器橋路輸出端都會與直流放大器相連接。測量橋路如圖4所示。</p><p>　　圖4 壓力變送器測量橋路</p><p>　　對于圖4，由于整個電橋的阻抗比IC直流放大器的輸入阻抗小很多，故橋路的輸出可以表示為：</p><p><b&g

48、t;　　（3-5）</b></p><p>　　當(dāng)時，稱為電橋平衡，此時</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　上式稱為直流電橋的平衡條件，其中，為橋臂阻值比。</p><p>　　經(jīng)過計算，輸出信號的電壓靈敏度為：</p><p><b>　　

49、（3-7）</b></p><p>　　當(dāng)時，有最大值，故有</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　故當(dāng)=1時，這時有===，即電橋為等臂電橋，由式（3-8）知，此時電橋具有最高的靈敏度。因此電阻式壓力傳感器中常采用全等臂電橋這種形式。</p><p>　　全等臂直流電橋在工作時

50、存在單臂、半橋、全橋三種形式。</p><p>　　對于單臂電橋，在橋路中有一個橋臂是電阻值可變化的擴(kuò)散電阻，另外三個固定電阻值，且，當(dāng)傳感器接收到壓力信號時，該橋臂上的擴(kuò)散電阻值會發(fā)生變化。即，其他電阻不發(fā)生變化，此時</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　當(dāng)時，令，則有</b>&l

51、t;/p><p><b>　　（3-10）</b></p><p>　　由此可見，電橋的輸出信號與應(yīng)變片的電阻變化率成正比，根據(jù)該關(guān)系，可將壓力信號轉(zhuǎn)換為可以遠(yuǎn)傳的電信號。在單臂電橋的轉(zhuǎn)換中，存在兩個因素會對測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。其一是近似線性化帶來的非線性誤差，其二是受環(huán)境溫度影響產(chǎn)生的附加電阻的變化。</p><p>　　同理，可以得到雙臂電橋電

52、路和全橋電路的輸出狀態(tài)：</p><p><b>　　半橋電橋輸出為：</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　全橋電路輸出為：</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p>

53、<p>　　從中可以看出，由于差動電橋的補償作用，使引起非線性誤差的因素互相抵消并且具有溫度補償功能，而且半橋的輸出信號靈敏度是單臂電橋的2倍，同時全橋電路的靈敏度是半橋的2倍，因此該設(shè)計采用全橋電路。電路如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 全橋電路</b></p><p>　　3.3 信號放大電路</p><p>　　3

54、.3.1 放大器的選擇</p><p>　　由于被測壓力經(jīng)過應(yīng)變片和全橋電路轉(zhuǎn)變后得到的電信號十分微弱，所以在對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前要對這些模擬電信號進(jìn)行放大。本設(shè)計采用OP07雙極性運算放大器組成的三運放差分放大電路，能夠保證在具有較大共模電壓的條件下，獲得對微弱的差分電壓信號進(jìn)行放大的顯著效果，并且具有很高的輸入阻抗。因此，這些特性使得三運放差分放大電路得到廣泛應(yīng)用。</p><p>

55、　　3.3.2 OP07雙極性運算放大器</p><p>　　OP07芯片是一款常見的高精度、超穩(wěn)定、寬輸入范圍運算放大器，其具有高共模抑制比、高阻抗、高開環(huán)增益的特點。引腳圖如圖6所示。其主要特性如下：</p><p>　　超低偏移： 150μV最大； 低輸入偏置電流： 1.8nA；</p><p>　　低失調(diào)電壓漂移：

56、60;25μV/℃最大； 高電源電壓范圍： ±3V～±22V。</p><p>　　圖6 OP07引腳圖</p><p>　　3.3.3 三運放差分放大電路</p><p>　　該設(shè)計采用了由OP07運算放大器組成的同向并聯(lián)三運放結(jié)構(gòu)，由OP07-1和OP07-2組成第一級運放電路，OP07-3組成第二級運放電路。這種結(jié)構(gòu)可以很好地

57、滿足高輸入阻抗、高共模抑制比、高增益、低漂移等電路要求。</p><p>　　結(jié)構(gòu)組成如圖7所示。</p><p>　　圖7 三運放差分放大電路</p><p>　　在上圖中，電路中的有關(guān)電阻保持嚴(yán)格對稱，即、、的條件下，OP07-1和OP07-2提高了共模抑制比,即整個電路提高了信噪比；在電路中存在內(nèi)阻，該種接受具有較高的輸入阻抗，因此減少了內(nèi)阻對整個電路精確度的

58、影響。</p><p>　　在上電路中，、、，可以推導(dǎo)出該電路總增益為：</p><p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量信號，從而實現(xiàn)單片機對信號的運算與處理。在本次設(shè)計中采用的ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的

59、任務(wù)是將經(jīng)差分放大電路放大后的電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量進(jìn)行輸出。</p><p>　　3.4.1 ADC0809簡介</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與管腳圖分別如圖8和圖9所示。</p><p>　　圖8 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖9 ADC0809管腳圖</p><p>　　

60、ADC0809各腳功能如下：D0-D7——8位二進(jìn)制數(shù)字量輸出引腳；IN0-IN7——8位模擬量電壓信號輸入引腳；VCC——單一+5V工作電壓；GND——接地端口；REF（+）——參考電壓正端；REF（-）——參考電壓負(fù)端；START——啟動A/D轉(zhuǎn)換選通信號輸入端口，高電平有效；ALE——地址鎖存允許信號輸入端，ALE的下降沿把尋址地址輸入鎖存器進(jìn)行鎖存；EOC——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端口，高電平有效；OE——轉(zhuǎn)

61、換完成后，信號輸出允許控制端，打開鎖存器，數(shù)字信號傳入單片機高電平有效；CLK——時鐘信號輸入端（一般為500KHz）；A、B、C——三位尋址地址碼輸入端口，這三位地址碼經(jīng)3-8譯碼器的輸出，尋址并控制8路模擬量的輸入電子開關(guān)選通，以實現(xiàn)對IN0-IN7八位模擬量輸入的尋址。A、B、C三位地址碼的選擇與8路模擬通道的對應(yīng)關(guān)系如圖10所示。</p><p><b>　　圖10 通道選擇表</b&

62、gt;</p><p>　　3.4.2 ADC0809與單片機連接</p><p>　　經(jīng)過差分放大電路后放大的電壓模擬量信號從IN口輸入，由于A、B、C三位地址選通端子接地，根據(jù)通道選擇表，信號從IN0輸入，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后由數(shù)據(jù)輸出端口D0-D7輸入至51單片機的P0口，時鐘脈沖輸入端CLK與P2.0相連，同時，由于轉(zhuǎn)換器的START和ALE端口工作時序一樣，因此把兩個端口連接在一起

63、，再與P2.1連接，由一個單片機I/O口控制，節(jié)省了I/O資源。OE端口和EOC端口分別由單片機P2.2和P2.3控制。連接圖如圖11所示。</p><p>　　圖11 ADC0809與AT89C51單片機連接圖</p><p><b>　　3.5 單片機</b></p><p>　　3.5.1 AT89C51單片機簡介</p>

64、<p>　　圖12 AT89C51單片機引腳符號圖</p><p>　　該設(shè)計選用的數(shù)據(jù)處理核心器件是AT89C51型高性能8位單片機，它內(nèi)部集成了4K字節(jié)的閃存，128字節(jié)的內(nèi)部RAM，以及32 個雙向I/O 端口，一個全雙工串行通信口，一個兩級中斷結(jié)構(gòu)，兩個16位定時/計數(shù)器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路等。</p><p>　　AT89C51的引腳圖如圖12所示。</p&

65、gt;<p>　　3.5.2 單片機復(fù)位電路與自激振蕩電路</p><p>　　單片機的復(fù)位電路可分為上電復(fù)位、定時器復(fù)位、電平開關(guān)與上電復(fù)位等，在該設(shè)計中采取了電平開關(guān)與上電復(fù)位電路。在上電啟動系統(tǒng)時，由上電復(fù)位電路提供一個正脈沖觸發(fā)系統(tǒng)并啟動系統(tǒng)運行。當(dāng)需要人工干預(yù)時則按下電平式按鍵，由VCC直接向RST提供一個+5V電平觸發(fā)復(fù)位電路，產(chǎn)生復(fù)位信號，強制系統(tǒng)復(fù)位到初始狀態(tài)。</p>

66、<p>　　單片機的自激振蕩電路由端口XTAL1和XTAL2外接一個晶振，而后在晶振兩端并聯(lián)兩個微調(diào)電容，如下圖13所示，其中C1和C2為微調(diào)電容，電容的大小會影響該震蕩電路的起振頻率，進(jìn)一步?jīng)Q定該單片機的運算數(shù)度，當(dāng)起振頻率越高時，單片機的運算速度會越快。</p><p>　　單片機的復(fù)位電路與自激振蕩電路如圖13所示；</p><p>　　圖13 單片機復(fù)位電路與自激振蕩

67、電路</p><p>　　3.6 鍵盤接口輸入</p><p>　　3.6.1鍵盤分類簡介及選擇</p><p>　　鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)外界的模擬輸入、數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)調(diào)整、傳送命令等功能，是人機對話中的常用輸入設(shè)備。在本設(shè)計中，鍵盤實現(xiàn)的功能是設(shè)置測量上下限。</p><p>　　鍵盤，在電路連接原理上可以分為兩大類：編碼鍵盤與

68、非編碼鍵盤。編碼鍵盤使用較為方便，但硬件電路設(shè)計復(fù)雜，而且其編程任務(wù)繁重。相對于編碼鍵盤，非編碼鍵盤僅利用簡單的電路原理排列鍵盤，然后鍵盤的功能依靠程序設(shè)計來實現(xiàn)，因此易于實現(xiàn)。其中非編碼鍵盤又可以分為矩陣式鍵盤和獨立式鍵盤兩種類型。其接口電路分別為圖14和圖15所示。</p><p>　　在本設(shè)計中，由于系統(tǒng)較為簡單，所需按鍵較少，因此采用獨立式鍵盤接口電路。當(dāng)鍵盤按下時，連接該按鍵的單片機會立即檢測到一個低電

69、平。其中，S1按鍵用于設(shè)置上限值，實現(xiàn)計數(shù)加一的功能；S2按鍵設(shè)置下限值，實現(xiàn)計數(shù)減一的功能；S3為確認(rèn)鍵，將設(shè)置好的上下限進(jìn)行鎖存，以便于被測壓力相比較。</p><p>　　圖14 矩陣式鍵盤接口電路</p><p>　　圖15 獨立式鍵盤接口電路</p><p>　　3.6.2鍵盤抖動及消除</p><p>　　當(dāng)前日常生活中常用的鍵盤

70、都是利用機械觸點的開、合作用來實現(xiàn)的，當(dāng)鍵盤按下時，會產(chǎn)生一個高低電平的變化會輸入到微處理器。但是由于機械觸點本身的彈性作用，在按鍵按下或釋放時，在接觸點會產(chǎn)生抖動，這些抖動同樣會產(chǎn)生高低電平的變化輸入至微處理器，這時，CPU就會產(chǎn)生誤讀，將這些電平變化進(jìn)行處理，從而對輸入結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因此必須設(shè)法對這些鍵盤抖動進(jìn)行消除。圖16所示的為按鍵信號產(chǎn)生的實際波形。</p><p>　　圖16鍵閉合與斷開時電壓抖

71、動波形</p><p>　　實現(xiàn)對鍵盤抖動效應(yīng)的消除，通常存在硬件消抖和軟件消抖兩種方法。硬件消抖電路如圖17所示，當(dāng)按鍵按下或釋放時，產(chǎn)生的抖動信號會經(jīng)過并聯(lián)電容接地得以消除，當(dāng)按鍵閉合或釋放一段時間后，電平信號穩(wěn)定則會直接被CPU檢測到，因此這時CPU會做出正確的判斷。硬件消抖構(gòu)造簡單，但鍵盤過多時會占用單片機I/O口資源，因此常適用于簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。軟件消抖的原理是，當(dāng)按鍵按下或釋放時，CPU并不立即

72、判斷按鍵電平的變化，而是首先執(zhí)行10ms左右的延時程序，跳過按鍵抖動的過程，待按鍵穩(wěn)定后，再重新判斷該按鍵的電平信號是否發(fā)生變化，從而消除了抖動影響。當(dāng)按鍵松開時，也是一樣，利用延時程序進(jìn)行消抖。</p><p>　　圖17 硬件防抖電路</p><p>　　本設(shè)計在在節(jié)省硬件資源的條件下，采取了軟件鍵盤防抖。</p><p>　　3.7 LED顯示接口電路<

73、;/p><p>　　本次設(shè)計是利用89C51單片機串行口輸入輸出和74LS164寄存器移位寄存功能從而實現(xiàn)多個LED數(shù)碼管顯示的一種方法,這種顯示系統(tǒng)具有軟件編程容易、硬件結(jié)構(gòu)簡單和價格低廉等特點.</p><p>　　3.7.1 LED數(shù)碼管顯示器</p><p>　　LED數(shù)碼管顯示器中的發(fā)光二極管連接存在共陰極和共陽極共有兩種方法：</p><

74、p>　?。?）共陽極接法：將8個發(fā)光二極管的陽極端連接在一起并接上+5V電源，顯示器的各個端口引腳通過限流電阻與發(fā)光二極管的陰極端連接。這樣，當(dāng)端口引腳接入低電平時，發(fā)光二極管會被點亮。</p><p>　?。?）共陰極接法：8個發(fā)光二極管的陰極端連接在一起并接地端，顯示器的各個端口引腳通過限流電阻與發(fā)光二極管的陽極端連接。這樣，當(dāng)端口引腳接入高電平時，發(fā)光二極管會被點亮。</p><p

75、>　　LED數(shù)碼管顯示如圖18所示。</p><p>　　在該設(shè)計中，LED數(shù)碼管顯示器采用了共陰極接法，即端口引腳輸入高電平時，二極管被點亮。</p><p>　　圖18 LED顯示</p><p>　　3.7.2 LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示</p><p>　　數(shù)碼管的連接方式有共陰極與共陽極之分，當(dāng)輸入高電平，共陰極數(shù)碼

76、管被點亮；輸入低電平，共陰極數(shù)碼管被點亮。同時，數(shù)碼管顯示接口電路分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。</p><p><b>　?。?）靜態(tài)顯示</b></p><p>　　靜態(tài)顯示的特點是當(dāng)單片機發(fā)送該給數(shù)碼管一次字形顯示信息后，數(shù)碼管會一直顯示該字形信息不會發(fā)生變化，此時CPU不再控制數(shù)碼管的工作，直到單片機給數(shù)碼管發(fā)送新的字形信息，此時數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)得以刷新。這種

77、連接方式的好處是，占用單片機時間少，只需要單片機兩個I/O接口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和時鐘脈沖的傳送，利用移位寄存器進(jìn)行移位顯示即可。數(shù)碼管可一直持續(xù)穩(wěn)定的顯示，便于數(shù)據(jù)的檢測與控制，缺點是電路復(fù)雜，如果有幾路顯示，一般就會需要幾個移位寄存器，因此成本偏高。靜態(tài)顯示電路如圖19所示。</p><p>　　圖19 靜態(tài)顯示電路</p><p><b>　　動態(tài)顯示</b></p

78、><p>　　動態(tài)顯示的特點是把所有的數(shù)碼管8位段選輸入端全部連接在一起然后由單片機的I/O控制，同時，再把數(shù)碼管的位選輸入端口連接在一起，通過另外的I/O端口控制。因此，如果單片機要想讓某一路數(shù)碼管點亮，首先要通過位選信號選中某路數(shù)碼管，然后經(jīng)過段選的字形信息使其顯示。優(yōu)點是，當(dāng)要顯示的數(shù)碼管位數(shù)過多時，動態(tài)顯示較靜態(tài)顯示會節(jié)省I/O資源，硬件電路也較簡單；缺點是因為是動態(tài)顯示，占用CPU過多的工作時間，同時數(shù)據(jù)顯

79、示也不穩(wěn)定。動態(tài)顯示電路如圖20所示</p><p>　　圖20 動態(tài)顯示電路</p><p>　　3.7.3 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路</p><p>　　在本設(shè)計中，通過以上比較靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示的優(yōu)缺點，再結(jié)合本設(shè)計要求三位數(shù)碼顯示，顯示位數(shù)較少，硬件電路設(shè)計較為簡單，編程也較為容易，故決定采用靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示接口電路如圖21所示。</p>

80、<p>　　圖21 靜態(tài)顯示電路</p><p>　　3.8 D/A轉(zhuǎn)換模擬輸出及信號放大</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將經(jīng)過單片機處理的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流模擬信號以便進(jìn)行外部控制。在本設(shè)計中，D/A的任務(wù)是將AT89C51單片機輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換并放大成為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。經(jīng)過比較各種D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采取了DAC0832模

81、數(shù)轉(zhuǎn)換器和ISO EM-A2-P2-O1直流信號隔離適配器。</p><p>　　3.8.1 DAC0832簡介</p><p>　　DAC0832是8位分辨率、低功耗、高速CMOS型工藝集成芯片，其主要特點是內(nèi)部集成了2個獨立的寄存器，因此具有雙緩沖器功能。DAC0832具有單極性輸出和雙極性輸出兩種形式，可以根據(jù)實際需要可快速的修改數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換輸出，大大提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換速度。</p

82、><p>　　DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及引腳圖分別如圖22、圖23所示。</p><p>　　圖22 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖23 DAC0832引腳圖</p><p>　　3.8.2 ISO EM系列直流信號隔離適配器簡介</p><p>　　數(shù)字信號經(jīng)過ADC0832轉(zhuǎn)換成電流模擬量后過于微

83、弱，電流僅有幾個毫安大，故可以在DAC0832后接一個運算放大器將電流量輸出轉(zhuǎn)換為電壓，當(dāng)DAC0832的參考點女牙醫(yī)端口（VREF）接+10V標(biāo)準(zhǔn)電壓時，則經(jīng)運算放大器的輸出電壓為0-10V。后將該輸出電壓接入ISO EM 系列隔離配電放大器將電壓信號轉(zhuǎn)換稱為電流信號并將其放大為標(biāo)準(zhǔn)電流4-20mA輸出。</p><p>　　在本設(shè)計中，采用的是ISO EM系列中的ISO EM-U2-P3-O1芯片。在該命名中

84、，U2指輸入電壓信號值0-10V；P3指芯片輔助電源DC5V，O1指輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。該芯片引腳圖如圖24所示。</p><p>　　圖24 ISO EM-A2-P2-O1引腳圖</p><p>　　ISO EM 系列直流信號隔離配電器的技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　圖25 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)</p><p>　　ISO EM型信號隔

85、離適配器具有免零點、增益調(diào)節(jié)信號遠(yuǎn)傳無失真等特點，可實現(xiàn)電壓信號或電流信號之間的相互隔離、放大與轉(zhuǎn)換功能。本設(shè)計采用的電流輸出型ISO EM-U2-P3-O1引腳描述：如圖26所示。</p><p><b>　　圖26 引腳功能圖</b></p><p>　　圖27 調(diào)節(jié)型電壓輸入/電流輸出電路圖</p><p>　　3.8.3 D/A轉(zhuǎn)換輸

86、出與放大電路</p><p>　　在該電路中，51單片機的P1口與DAC0832的數(shù)字量輸入端相連，用來接收單片機輸出的數(shù)字量信號。DAC0832的CS、WR1兩個引腳端口同時控制數(shù)字量的輸入選通數(shù)據(jù)寄存器且均為低電平有效，因此可直接將WR1與CS兩個端口相連，然后再與單片機的P3.6口連接，由一個單片機IO口來控制DAC0832工作，XFER為轉(zhuǎn)換寄存器控制信號端口，WR2為寫信號輸入端口，當(dāng)XFER和WR2兩

87、信號同時低電平有效時將選通DAC轉(zhuǎn)換寄存器，進(jìn)行數(shù)模準(zhǔn)換，因此可直接將兩引腳接地，VCC與ILE同時接+5V電源。因為DAC0832的輸出轉(zhuǎn)換電流十分微弱，僅有幾微安，因此須先利用一個運算放大器把電流變換成電壓Vout輸出,當(dāng)DAC0832的VREF引腳接+10V時，轉(zhuǎn)換電壓Vout輸出為0-10V。后再將電壓信號送至ISO EM-U2-P3-O1直流信號隔離器將該電壓信號轉(zhuǎn)換成為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。</p>&

88、lt;p>　　D/A轉(zhuǎn)換輸出與放大電路如圖28所示。</p><p>　　圖28 D/A轉(zhuǎn)換輸出與放大電路</p><p><b>　　3.9 報警電路</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，檢測系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，當(dāng)某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)緊急狀態(tài)時，會啟動報警裝置來提醒操作人員。同樣，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，為了實時反映整個系統(tǒng)的

89、工作狀態(tài)，報警電路的設(shè)計必不可少。通常報警電路的設(shè)計存在閃光報警、蜂鳴報警和語音報警。因為蜂鳴報警設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，程序量小，比閃光報警更能引起人們注意，又比語音報警成本低，更易操作，因而在本設(shè)計中，采用了蜂鳴報警。</p><p>　　其電路設(shè)計如圖29所示。</p><p><b>　　圖29 報警電路</b></p><p>　　在本設(shè)計中，

90、該電路完成的工作是上下限報警，即通過鍵盤電路設(shè)置該壓力變送器的上限值與下限值，當(dāng)被測壓力超出上下限時，將會啟動報警電路以提醒操作員，其中電阻起限流作用，防止VCC過大損壞芯片。該電路與單片機只有一個接口，結(jié)構(gòu)設(shè)計極其簡單，當(dāng)單片機檢測到壓力超出上下限時，P3.7口將會輸出一個低電平，從而蜂鳴器啟動報警。</p><p>　　4 智能壓力變送器軟件設(shè)計</p><p>　　4.1 A/D轉(zhuǎn)換

91、器軟件設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用的ADC0809芯片是8位分辨率、低功耗逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件。它可以根據(jù)地址端編碼后的信號，選通8路模擬輸入信號中的一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　根據(jù)電路圖設(shè)計中，單片機P0口與ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端D0-D7相連接，接受其輸出的數(shù)字信號；ADC0809的啟動端START與地址鎖存端ALE相連，然后與單片機的P2.1連接；EOC

92、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號、OE數(shù)據(jù)輸出允許信號、CLK時鐘脈沖端分別與單片機的P2.3、P2.2、P2.0相連接。將ADC0809的三個數(shù)據(jù)輸入地址選擇端Ａ、Ｂ、Ｃ均接地，故其地址為000Ｈ，因此，模擬量從IN0輸入。</p><p>　　在該程序設(shè)計中，采用查詢方式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該芯片啟動方式為脈沖啟動，START端口置1即啟動轉(zhuǎn)換，此時EOC一枝花保持為0，轉(zhuǎn)換完成后，EOC輸出高電平，再由數(shù)據(jù)輸出允許信號端OE變?yōu)楦唠?/p>

93、平來輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到單片機的P0口。在啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束這段時間里，ＣＰＵ可以不再進(jìn)行其他的工作，運行延時等待程序；或者運行其他的程序。</p><p>　　如圖30所示的ADC0809運行程序流程圖。</p><p>　　圖30 ADC0809程序流程圖</p><p>　　4.2 單片機與鍵盤接口程序設(shè)計</p><p>　　在本設(shè)計中

94、采取了獨立式鍵盤的設(shè)計。51單片機P0、P1、P2都可以做為準(zhǔn)雙向I/O口，故將單片機P3.7、P3.2、P3.3分別于按鍵S1、S2、S3相連接，并配置有上拉電阻。當(dāng)按鍵按下時，按鍵會給單片機輸入低電平。其中S1、S2分別實現(xiàn)上、下限的值，S3按下后，將上下限值鎖存，以便進(jìn)行與輸入信號的比較。</p><p>　　按鍵按下或松開時，會存在抖動效應(yīng)，會對測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因此必須要設(shè)法消除抖動。消除抖動存在

95、硬件消抖和軟件消抖兩種方法，在本設(shè)計中，采取的是軟件消抖。當(dāng)按鍵按下時，按鍵抖動的時間一般小于5ms，因此先運行延時自程序10ms左右，在這一過程中，單片機先不讀取按鍵的電平變化，10ms之后，再進(jìn)行讀取，判斷按鍵是否真的按下，若是的話，再進(jìn)行下面的工作，這樣便消除了按鍵抖動效應(yīng)的影響。按鍵松開時，也是如此。設(shè)計流程圖如圖31所示。</p><p>　　圖31 鍵盤接口程序設(shè)計流程圖</p><

96、;p>　　4.3 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示程序設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計利用單片機的串行輸入、74LS164的移位寄存方式采用了數(shù)碼管的靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是當(dāng)單片機發(fā)送該給數(shù)碼管一次字形顯示信息后，數(shù)碼管會一直顯示該字形信息不會發(fā)生變化，此時CPU不再控制數(shù)碼管的工作，直到單片機給數(shù)碼管發(fā)送新的字形信息，此時數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)得以刷新。這種連接方式的好處是，占用單片機時間少，只需要單片機兩個I/O

97、接口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和時鐘脈沖的傳送，利用移位寄存器進(jìn)行移位顯示即可。數(shù)碼管可一直持續(xù)穩(wěn)定的顯示，并且便于數(shù)據(jù)的檢測與控制。</p><p>　　在設(shè)計中，由單片機的P3.0（RXD）端口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入輸出，與74LS164移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端A、B相連，接收數(shù)據(jù)信息，同時P3.1（TXD）發(fā)出移位脈沖至74LS164的CLK端口。當(dāng)移位寄存器向數(shù)碼管發(fā)送信息時，數(shù)碼管的最后一位QH會向下一個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)輸入端A、B發(fā)

98、送一位信息，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。程序流程圖如圖32所示。</p><p>　　圖32 LED數(shù)碼顯示程序流程圖</p><p>　　4.4 D/A轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計</p><p>　　完成D/A轉(zhuǎn)換功能的器件是DAC0832，它是美國資料公司研制的8位雙緩沖器D/A轉(zhuǎn)換器。DAC0832轉(zhuǎn)換電路連接簡單，且編程容易。DAC0832主要特點是內(nèi)部集成了2個獨立的寄存器

99、，因此具有雙緩沖器功能。DAC0832具有單極性輸出和雙極性輸出兩種形式，可以根據(jù)實際需要可快速的修改數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換輸出，大大提高了數(shù)模轉(zhuǎn)換速度。</p><p>　　該轉(zhuǎn)換器的ILE、CS、WR1三端口的邏輯組合可產(chǎn)生IL1信號，且CS、WR1均為低電平有效，因此不妨將該兩端口接在一起，然后與單片機的P3.6相連。8路數(shù)字量數(shù)據(jù)由P1口發(fā)送。而WR2和XFER均為低電平有效，故將它們接地。因此通過控制CS端口的高低

100、電平就可以控制D/A轉(zhuǎn)換的進(jìn)行。其程序設(shè)計流程圖如圖33所示。</p><p>　　圖33 D/A轉(zhuǎn)換程序流程圖</p><p>　　4.5 智能壓力變送器程序設(shè)計</p><p>　　圖34 智能壓力變送器程序流程圖</p><p>　　5 智能壓力變送器PCB板設(shè)計</p><p>　　本PCB板設(shè)計是利用Alt

101、ium Designer 軟件完成，依次完成原理圖設(shè)計，元器件設(shè)計與封裝，自動生成PCB板，排版布線的等流程。PCB板生成結(jié)果如下圖所示。</p><p>　　圖35 二維——總布局</p><p>　　圖36 二維——板頂層</p><p>　　圖37 二維——板底層</p><p>　　圖38 二維——機械層</p><

102、;p>　　圖39 三維——板背面</p><p>　　圖40 三維——板正面</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　該畢業(yè)設(shè)計的題目是智能壓力變送器的研制，剛接觸到時，確實覺得是無處下手，雖然設(shè)計中涉及專業(yè)課知識都接觸過，但畢竟學(xué)習(xí)的不深入，而且更需要系統(tǒng)化專業(yè)知識素養(yǎng)。經(jīng)過一段時間的查閱資料以及對曾經(jīng)學(xué)習(xí)

103、知識回顧以后才對整個系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識，也慢慢的掌握了一定的方法。在該設(shè)計中，主要糅合了測量儀表、數(shù)字電子技術(shù)、單片機等知識，都曾經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過，系統(tǒng)的總體設(shè)計就是將這幾門學(xué)科知識綜合起來，就要求我將知識系統(tǒng)化。在本設(shè)計中，采取了常用的幾款芯片，如ADC0809、DAC0832、74LS164、ISO EM等,在深入的額學(xué)習(xí)了它們各自的工作原理之后，原理圖設(shè)計進(jìn)行的一直很順利。不過在軟件編寫方面，特別是對軟件的調(diào)試花費了較長的時間，但是

104、通過老師和同學(xué)的幫助，最終得到了理想的結(jié)果。在此期間，我還學(xué)會了Visio、Altium Designer 等繪圖軟件，從而完成了原理圖和PCB板的出圖。 在這次的畢業(yè)設(shè)計中，我收獲頗多。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫育才, 孫華芳. MCS-51系列單片機及其應(yīng)用[M]. 南京：東南大學(xué)出版社, 2012.6:2

105、20-330</p><p>　　[2] 潘新民, 王燕芳. 微型計算機與傳感器[M]. 北京：人民郵電出版社，1998：55-90</p><p>　　[3] 徐愛卿，孫涵芳. MCS-51單片機原理及應(yīng)用[M]. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1993:30-60</p><p>　　[4] 陳憂先,左鋒, 董愛華. 化工測量及儀表[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社

106、, 2011.8: 30-55</p><p>　　[5] 李華主. MCS-51系列單片機及實用接口技術(shù)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1993:70-110</p><p>　　[6] 柯愈龍,鄧鴻英,張生昌,連加俤. 基于單片機的油井自動加藥裝置研究[J].機械制造,2011.10.20</p><p>　　[7] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M], 第五

107、版. 北京：高等教育出版社，2006:95-135</p><p>　　[8] 張國雄. 測控電路[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社，1996:100-120</p><p>　　[9] 王幸之. AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，2004:78-100</p><p>　　[10] 劉東紅. 利用89C52單片機的一個并行I/O

108、口實現(xiàn)多個LED顯示的一種方法[J]. 國外電子元器件,2002,8(4)</p><p>　　[11] 常萌, 石芳. 基于Altium Designer 的數(shù)碼管顯示電路的PCB板設(shè)計[J].煤炭設(shè)計,2011,30(9):1-3</p><p>　　[12] 王雪文. 傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天出版社,2004:27-67</p><p>　　

109、[13] 李正浩, 姜寶鈞, 鄧興成. 51單片機在數(shù)碼管顯示中的應(yīng)用[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù),2006,12(3):1-4</p><p>　　[14] H.M. Hashemiana, Jin Jiang. A practical review of methods for measuring the dynamic characteristics of industrial pressure transmi

110、tters[J]. ISA Transactions, 2010.2,49(3):1-8</p><p>　　[15] 王幸之, 鐘愛琴, 王雷. AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2004:345-346.</p><p>　　[16] H.M. Hashemian, Jin Jiang. Pressure transmitter accuracy[

111、J]. ISA Transactions, 2009,</p><p>　　48(2009):1-6</p><p>　　[17] 朱定華, 單片機及接口技術(shù)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2001.6,:78-120 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計的完成，我的大學(xué)

112、生活也將結(jié)束。在這短短的幾個月的時間里，讓我學(xué)到了以前在書本上學(xué)不到的知識。讓我度過了大學(xué)生活最為充實的一段時期，而且收獲了理論和實踐上的第一桶金。 </p><p>　　在做畢業(yè)設(shè)計的這段時間，我要感謝我的指導(dǎo)老師**老師，他經(jīng)常抽出寶貴的時間來詢問畢業(yè)設(shè)計的情況。在這次畢業(yè)設(shè)計中他還，老師深厚的學(xué)術(shù)造詣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作作風(fēng)永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣和追求的目標(biāo)。導(dǎo)了很多學(xué)生，任務(wù)非常繁重，但是他