基于單片機(jī)的數(shù)字式大氣壓計的設(shè)計--畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　基于單片機(jī)的數(shù)字式大氣壓計的設(shè)計</p><p>　　[摘要]數(shù)字式大氣壓計是利用壓敏元件將待測氣壓，直接變換為容易檢測、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?，然后再?jīng)過后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時顯示的一種設(shè)備。本設(shè)計介紹了一種基于氣壓傳感器MPX4115的精密數(shù)字大氣壓計系統(tǒng)的實(shí)時顯示設(shè)備。該設(shè)計主要通過氣壓傳感器MPX4115獲得與大氣壓相對應(yīng)的模擬電壓值,并經(jīng)過電壓/頻率(V/F)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，

2、通過單片機(jī)接收該脈沖信號，得到單位時間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計算出所對應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后在單片機(jī)的控制下由液晶顯示電路顯示出實(shí)際氣壓值。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]單片機(jī)；氣壓傳感器；V/F轉(zhuǎn)換器；液晶顯示</p><p>　　Based on single-chip digital pressure gauge design</p><p&g

3、t;　　Abstract: Digital barometer is the use of a pressure sensitive element to be tested directly converted to pressure, easy detection, transmission of the current or voltage signal, and then after a follow-up circuit pr

4、ocessing and real-time display of a device. This design introduced one kind based on the pressure sensor MPX4115 precision digital pressure gauge system real time display device. This design mainly through the pressure s

5、ensor MPX4115obtained with atmospheric pressure corresponding to</p><p>　　Key words: Single chip microcomputer, Pressure sensor, V/F converter, Liquid crystal display</p><p>　　基于單片機(jī)的數(shù)字式大氣壓計的設(shè)計&l

6、t;/p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1課題原理和背景1</p><p>　　1.2技術(shù)概況及發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2.1 傳感器的技術(shù)性能1</p><p>　　1.2.2 傳感器的發(fā)展趨勢2</p><p>　

7、　1.3數(shù)字式大氣壓計系統(tǒng)設(shè)計意義2</p><p>　　2系統(tǒng)總體設(shè)計2</p><p>　　2.1整體設(shè)計思想2</p><p>　　2.2系統(tǒng)總體框圖3</p><p>　　2.3系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計思想3</p><p>　　3硬件電路設(shè)計4</p><p>　　

8、3.1數(shù)據(jù)采集模塊4</p><p>　　3.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊的芯片選擇4</p><p>　　3.1.2 數(shù)據(jù)采集模塊的原理圖4</p><p>　　3.1.3 氣壓傳感器MPX4115的原理5</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊6</p><p>　　3.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片選擇6</

9、p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路部分電路原理圖6</p><p>　　3.2.3 LM331的結(jié)構(gòu)7</p><p>　　3.3數(shù)據(jù)處理模塊8</p><p>　　3.3.1 數(shù)據(jù)處理模塊的芯片選擇8</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊電路的原理圖8</p><p>

10、　　3.3.3 STC89C52引腳及功能9</p><p>　　3.3.4 單片機(jī)中斷技術(shù)10</p><p>　　3.3.5單片機(jī)的定時/計數(shù)器11</p><p>　　3.4數(shù)據(jù)顯示模塊12</p><p>　　3.4.1 顯示模塊的芯片選擇12</p><p>　　3.4.2 LCD1602介紹

11、13</p><p>　　3.5電源電路模塊14</p><p>　　3.5.1 電源模塊的芯片選擇14</p><p>　　3.5.2 芯片78L05原理14</p><p>　　3.6總體電路及電路原理圖15</p><p>　　3.6.1 氣壓傳感器電路和V/F轉(zhuǎn)換電路的原理15</p&g

12、t;<p>　　3.6.2單片機(jī)及顯示電路的原理16</p><p>　　3.6.3 總體電路原理圖17</p><p><b>　　4軟件設(shè)計17</b></p><p>　　4.1用C語言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢17</p><p>　　4.2如何由頻率計算出氣壓值18</p>&

13、lt;p>　　4.3程序流程圖18</p><p>　　5仿真與調(diào)試19</p><p>　　5.1Keil軟件介紹19</p><p>　　5.2Protues軟件介紹20</p><p>　　5.3Proteus & Keil調(diào)試仿真20</p><p>　　5.3.1 調(diào)試的步驟

14、及方法20</p><p>　　5.3.2 程序仿真21</p><p>　　5.3.3 總電路仿真21</p><p>　　6設(shè)計總結(jié)及體會22</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　附錄A 程序代碼24</p><p>

15、　　附錄B 硬件實(shí)物圖29</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題原理和背景</b></p><p>　　數(shù)字式大氣壓計：是利用壓敏元件將待測氣壓直接變換為容易檢測、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?，然后再?jīng)過后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時顯示的一種設(shè)備。它是一種測量大氣壓的裝置，一般把作用于單位面積

16、上空氣柱的重量稱為大氣壓力，簡稱氣壓。氣象學(xué)研究表明，在空間垂直方向上氣壓隨高度增加而降低，這種變化的幅度在近表面和高空時又有所不同，近地表時氣壓隨高度增加而降低的幅度最大，越到高空這種變化越緩慢。氣壓還會受空氣中的氣流影響，若空氣中有下降氣流，氣壓會增加；若空氣中有上升氣流，氣壓會減小。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，氣壓測量技術(shù)不僅在科研、工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，也廣泛的運(yùn)用到了民用領(lǐng)域。特別是微電子制

17、造技術(shù)的進(jìn)步，更促使氣壓計趨向于向數(shù)字化、小型化、無線化發(fā)展。數(shù)字化和無線化氣壓計的出現(xiàn)使得各個領(lǐng)域?qū)鈮旱臏y量更為便捷和直觀。</p><p>　　本文介紹基于氣壓傳感器MPX4115的精密數(shù)字式大氣壓計系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法。通過氣壓傳感器MPX4115獲得與待測氣壓相對的模擬電壓值，并經(jīng)過電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，通過單片機(jī)接收該脈沖信號，得到單位時間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)

18、系式計算出所對應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后在單片機(jī)的控制下由液晶顯示電路顯示出實(shí)際氣壓值。以C語言為開發(fā)工具，進(jìn)行了設(shè)計和編碼。總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。</p><p><b>　　技術(shù)概況及發(fā)展趨勢</b></p><p>　　基于傳感器在本設(shè)計中的重要作用，下面詳細(xì)地介紹一下傳感器目前的技術(shù)性能以及發(fā)展趨勢。</p><p&

19、gt;　　1.2.1 傳感器的技術(shù)性能</p><p>　　差動技術(shù)：差動技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，抵消了共模誤差，減小非線性誤差等。不少傳感器由于采用了差動技術(shù)，還可使靈敏度增大。 </p><p>　　平均技術(shù)：在傳感器中普遍采用平均技術(shù)可產(chǎn)生平均效應(yīng)，其原理是利用若干個傳感單元同時感

20、受被測量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個單元可能帶來的誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小。可見，在傳感器中利用平均技術(shù)不僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號量，即增大傳感器靈敏度。</p><p>　　補(bǔ)償與修正技術(shù)：補(bǔ)償與修正技術(shù)在傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)的運(yùn)用大致是針對下列兩種情況。一種是針對傳感器本身特性的，另一種是針對傳感器的工作條件或外界環(huán)境的。對于傳感器

21、特性，可以找出誤差的變化規(guī)律，或者測出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。針對傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。不少傳感器對溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。為了解決這個問題，必要時可以控制溫度，搞恒溫裝置，但往往費(fèi)用太高，或使用現(xiàn)場不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時應(yīng)找出溫度對測量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。</p><p>　

22、　造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因有：隨著時間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。</p><p>　　為了提高傳感器性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該對材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如結(jié)構(gòu)材料的時效處理、冰冷處理、永磁材料的時間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理，電氣元件的老化篩選等。</p><p>　　1.2.2 傳感器的發(fā)展趨勢</p>

23、<p>　　傳感器的發(fā)展就如同其他產(chǎn)品的發(fā)展一樣，不僅取決于專業(yè)的技術(shù)水平、材料的使用，還取決于工藝等很多方面。</p><p>　　傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。集成化的另一個定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。<

24、;/p><p>　　目前，各類集成化傳感器已有許多系列產(chǎn)品，有些已得到廣泛應(yīng)用。集成化已經(jīng)成為傳感器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。隨著集成化技術(shù)的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現(xiàn)，有的已經(jīng)成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應(yīng)用廣。自從壓阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后，有人把4個力敏電阻構(gòu)成的全橋做在硅膜上，就成為一個集成化壓力傳感器。國內(nèi)在80年代就研制出了把壓敏電阻、電橋、電

25、壓放大器和溫度補(bǔ)償電路集成在一起的單塊壓力傳感器，其性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)。由于采用了集成工藝，將壓敏部分和集成電路分為幾個芯片，然后混合集成為一體。提高了輸出性能及可靠性，有較強(qiáng)的抗干擾能力，完全消除了二次儀表帶來的誤差。</p><p>　　傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。為同時測量幾種不同被測參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元件復(fù)合在一起，作成集成塊。例如一種溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器已經(jīng)研制成功。把多個功能

26、不同的傳感元件集成在一起，除可同時進(jìn)行多種參數(shù)的測量外，還可對這些參數(shù)的測量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評價，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對固態(tài)傳感器帶來了許多新的機(jī)會，同時它也是多功能化的基礎(chǔ)。</p><p>　　傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號預(yù)處理電路、輸入輸

27、出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器?？梢哉f智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)將取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。</p><p>　　數(shù)字式大氣壓計系統(tǒng)設(shè)計意義</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷成長，國家

28、越來越重視電子測量相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，先進(jìn)的測量儀器成為現(xiàn)代化產(chǎn)品開發(fā)的必備條件，也是電子行業(yè)發(fā)展的重中之重，而氣壓計被廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)等領(lǐng)域以及我們?nèi)粘＜彝ド钪?。傳統(tǒng)的氣壓計(空盒式、彎管式等)精度低、實(shí)時顯示時穩(wěn)定性較差，而采用單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計，使用方便、顯示簡單、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、擴(kuò)展性方面可靈活的加入超壓、低壓報警、無線傳輸?shù)忍厥夤δ?，而且可以大幅提高被控氣壓的技術(shù)指標(biāo)。因此，對高精度便攜式數(shù)字大氣壓計的研究有著非常

29、重要的意義。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計</b></p><p><b>　　整體設(shè)計思想</b></p><p>　　在系統(tǒng)構(gòu)建過程中, 需要考慮穩(wěn)定性、復(fù)雜程度、造價和調(diào)試的難易程度等因素。圖2.1 所示框圖中的每一部分就是一個單元電路, 可完成各自的功能。模塊之間沒有復(fù)雜的信號傳輸,且干擾很少,因而系統(tǒng)

30、整體比較穩(wěn)定。本設(shè)計是基于MPX4115的數(shù)字大氣壓計，包括軟、硬件的設(shè)計與調(diào)試。軟件部分通過對C語言的學(xué)習(xí)和對單片機(jī)知識的了解，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)編寫出單片機(jī)程序。硬件部分分為四大塊，包括大氣壓的非電信號數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、處理以及顯示。通過對設(shè)計的了解，選擇適合的器件，畫出原理圖。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖</b></p><p>　　氣壓計硬件部分由五

31、部分構(gòu)成，它們分別是：數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊以及電源模塊。</p><p>　　圖2.1 單片機(jī)數(shù)字大氣壓計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　由圖2.1可知，整個系統(tǒng)的工作流程如下：</p><p>　　測量時被測氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號不能直接交由單片機(jī)處理。因此，需要經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模

32、擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。通過單片機(jī)接收該脈沖信號，得到單位時間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計算出所對應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后通過顯示電路顯示給用戶。</p><p>　　系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計思想</p><p>　　通過對單片機(jī)各個端口的設(shè)置，以及定時器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對定時器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)和各個功能模塊芯片之

33、間通訊聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中我們關(guān)鍵是使單片機(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個功能模塊。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集模塊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊，主要核心是由氣壓傳感器構(gòu)成，其主要功能是對被測氣壓進(jìn)行實(shí)時穩(wěn)定的測量，并以模擬電壓的形式輸出，交由后面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊處理。</p>

34、<p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊，主要功能是將氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能直接處理的數(shù)字信號。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理模塊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊，主要是對A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，并且對采集的

35、數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，此處理過程主要是對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初值定義以及相應(yīng)的移位處理，并且把處理好的數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的緩沖區(qū)，為后面的顯示模塊作好準(zhǔn)備。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)顯示模塊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)顯示模塊，主要是對單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示，顯示內(nèi)容，即為測量氣壓值。該模塊，可使用7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，也可以使用字符液晶顯示器件構(gòu)成。</p&

36、gt;<p><b>　　硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集模塊</b></p><p>　　3.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊的芯片選擇</p><p>　　氣壓傳感器對于系統(tǒng)至關(guān)重要，需要綜合實(shí)際的需求和各類氣壓傳感器的性能參數(shù)加以選擇。一般要選用有溫度補(bǔ)償作用的氣壓傳感器，因?yàn)闇囟妊a(bǔ)償特性

37、可以克服半導(dǎo)體壓力傳感器件存在的溫度漂移問題。</p><p>　　絕對氣壓值對應(yīng)的既是實(shí)際的氣壓值，顯然本設(shè)計要實(shí)現(xiàn)的數(shù)字氣壓計需要能測量絕對氣壓值的氣壓傳感器。</p><p>　　本設(shè)計要實(shí)現(xiàn)的數(shù)字大氣壓計顯示的是絕對氣壓值，同時為了簡化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器。經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用美國摩托羅拉公司的集成壓力傳感器。MPX4115可以產(chǎn)生

38、與所加氣壓呈線性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓。</p><p><b>　　具體輸出關(guān)系如下：</b></p><p>　　Vout = Vs ( 0. 01059 P - 0. 09528) ±Error (3-1)</p><p>　　式中， Vs 是工作電壓,，P 是大氣壓值,，Vout 為輸出電

39、壓。</p><p>　　3.1.2 數(shù)據(jù)采集模塊的原理圖</p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊由氣壓傳感器MPX4115構(gòu)成，采集的是大氣壓值。其中1腳是輸出信號端，輸出的是與氣壓值相對應(yīng)的模擬電壓信號。數(shù)據(jù)采集模塊的原理如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 數(shù)據(jù)采集模塊原理圖</p><p>　　3.1.3 氣壓傳感器MPX411

40、5的原理</p><p>　　MPX4115系列壓電電阻傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了高級的微電機(jī)技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個均衡壓力。在0℃-85℃的溫度下誤差不超過1.5%，溫度補(bǔ)償是-40℃-125℃。</p><p>　　圖3.2 MPX4115實(shí)物圖及引腳排列圖</p><p>　　氣壓傳感器MPX4115的管腳說明如表

41、3.1所示：</p><p>　　表3.1 氣壓傳感器MPX4115的管腳說明</p><p>　　氣壓傳感器MPX4114的特性參數(shù)如表3.2所示：</p><p>　　表3.2 氣壓傳感器MPX4114的特性參數(shù)</p><p><b>　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊</b></p><p>　　3.2

42、.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片選擇</p><p>　　氣壓傳感器MPX4115輸出的是模擬電壓，因此，必須進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換才能交由單片機(jī)處理。關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換，本設(shè)計中采用一種電壓頻率轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)模擬電壓數(shù)字化的處理。</p><p>　　V/F轉(zhuǎn)換電路由V/F器件實(shí)現(xiàn)。V/F器件的作用是將輸入電壓的幅值轉(zhuǎn)換成頻率與輸入電壓幅值成正比的脈沖序列，雖然V/F器件本身還不能算作量化器，但加上定時器與

43、計數(shù)器以后也可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。V/F器件的突出特點(diǎn)就是它能夠把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)、可以遠(yuǎn)距離傳輸并能直接輸入到單片機(jī)接口的脈沖序列。通過測量V/F輸出頻率，可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。針對電路的實(shí)際需求，并考慮到外圍電路實(shí)現(xiàn)的難易程度和相應(yīng)的性能指標(biāo)，選用芯片LM331來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。LM331是一款由美國NS公司生產(chǎn)的高精度電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片，由于采用新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路, 在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V 電源電壓下都有

44、極高的精度。</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路部分電路原理圖</p><p>　　LM331構(gòu)成的V/F轉(zhuǎn)換器的電路如圖3.3。其中圖中的7號引腳Vin是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)輸入端，接到上一個數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端。而3號引腳F0是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端。</p><p>　　圖3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊原理圖</p><p>　　3.2.

45、3 LM331的結(jié)構(gòu)</p><p>　　LM331是一種非常理想的精密電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，可用于制作簡潔、低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，特長積分周期的數(shù)字積分器，線性頻率調(diào)制與解調(diào)及其他各功能電路。當(dāng)作為電壓/頻率轉(zhuǎn)換器使用時，其輸出脈沖鏈的頻率精確地與輸入端施加的電壓成比例變化，體現(xiàn)了電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的特有優(yōu)勢。</p><p>　　由于LM331采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，所以在整個工作溫

46、度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。內(nèi)部精密計時器電路在很低偏置電流的情況下，也不會降低對100KHz電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)。LM331的輸出可驅(qū)動3個TTL負(fù)載，其輸出端可承受高達(dá)40V的電壓沖擊。</p><p>　　其引腳圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 LM331引腳圖</p><p>　　LM331 各引腳功能說明如下：<

47、;/p><p>　　CO(1腳)：電流輸出腳。內(nèi)部相當(dāng)于脈沖恒流源，脈沖寬度與內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)電路相同。</p><p>　　RefC（2腳）：基準(zhǔn)電流腳。此引腳可接一固定電阻串聯(lián)一個可變電阻器的組合，用于調(diào)整轉(zhuǎn)換增益。</p><p>　　FO（3腳）：脈沖序列輸出腳。該序列的頻率值對應(yīng)于輸入電壓的脈沖序列，OC 門結(jié)構(gòu),輸出脈沖寬度及相位同單穩(wěn)態(tài),不用時可懸空或接地。&l

48、t;/p><p>　　GND（4腳）：接地端。</p><p>　　R/C（5腳）：阻容網(wǎng)絡(luò)引腳。外接定時時間常數(shù)RC。</p><p>　　Thre（6腳）：閾值電壓腳。芯片內(nèi)部的電壓比較器會對此引腳上的電壓和7腳CmpIn上的電壓作比較，低于腳7 電壓觸發(fā)有效,要求輸入負(fù)脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖寬度Tw。</p><p>　　CmpIn(7

49、腳)：比較器電壓輸入腳。需要進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過低通濾波后由此引腳輸入。</p><p>　　VCC（8腳）：電源腳?？刹捎脝巍㈦p電源供電，輸入電壓4~40V。</p><p>　　LM331的性能特點(diǎn)：</p><p>　?。?）變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12 位；</p><p>　　（2）數(shù)字脈沖輸出端電平與所有5V的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路兼

50、容；</p><p>　　（3) 線性度好, 最大非線性失真小于0. 01 % , 工作頻率低到0. 1Hz 時尚有較好的線性；</p><p>　?。?）外接電路簡單, 只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度；</p><p>　?。?）低成本，低功耗。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理

51、模塊</b></p><p>　　3.3.1 數(shù)據(jù)處理模塊的芯片選擇</p><p>　　對于LM331輸出的頻率信號要經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理，通過頻率與氣壓之間的關(guān)系計算出氣壓值。本設(shè)計中選用STC89C52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，STC89C52單片機(jī)最為核心的部分是中央處理器CPU，它由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器。STC89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8

52、位單片機(jī)片內(nèi)含8kbytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀存儲器，該器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用的8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。功能強(qiáng)大STC89C52 單片機(jī)以其超高的性價比，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8

53、k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p>

54、<p>　　本設(shè)計中，電路仿真選用AT89C52代替STC89C52，兩者功能及編程方式基本一致，只是AT89C52不支持在線編程，而S系列支持。</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊電路的原理圖</p><p>　　單片機(jī)部分的原理如下圖所示： </p><p>　　圖3.5 數(shù)據(jù)處理模塊原理圖</p><p>　　3.

55、3.3 STC89C52引腳及功能</p><p>　　圖3.6 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　·P0口： P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時,每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在

56、Flash 編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時，要求外接上拉電阻。 </p><p>　　·P1口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I /O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（TTL）。Flash 編

57、程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低8 位地址。 </p><p>　　·P2口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令

58、）時，P2口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器區(qū) R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗(yàn)時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號。</p><p>　　·P3口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動4 個TTL 邏輯門電路。對P3口寫入“1”時

59、，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.3所示：</p><p>　　表3.3 P3口第二功能</p><p>　　·RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 </p><p>　　&#

60、183;ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的l/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 （PROG）。 </p><p>　　如有必要，可通過對特殊功能寄

61、存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC 指令A(yù)LE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE 無 。</p><p>　　·PSEN：程序儲存允許（PSEN ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期有兩次PSEN ，即輸出兩個脈沖。在此期間

62、，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有的PSEN信號不出現(xiàn)。 </p><p>　　·EA ／VPP 外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA 端狀態(tài)。 如EA 端為高電平 （接VCC 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 </p><p>　　&#

63、183;XTAL1 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 </p><p>　　·XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　·Vcc 電源電壓 </p><p>　　·GND 地</p><p>　　3.3.4 單片機(jī)中斷技術(shù)</p><p&

64、gt;　　單片機(jī)中斷是指CPU暫時停止當(dāng)前程序執(zhí)行轉(zhuǎn)而為其他程序服務(wù)，并在中斷服務(wù)完成后自動返回原程序執(zhí)行的過程。中斷可以提高CPU的工作效率，使CPU可以通過分時操作啟動多個外設(shè)同時工作，并能對他們進(jìn)行統(tǒng)一的管理。中斷可以提高實(shí)時數(shù)據(jù)的處理實(shí)效，及時發(fā)現(xiàn)并處理報警和故障信息，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和系統(tǒng)的安全性，對系統(tǒng)做出應(yīng)急處理側(cè)。采用中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)以下的功能：</p><p>　　(1) 分時操作。計算機(jī)的中斷系統(tǒng)

65、可以使CPU與外設(shè)同時工作。CPU在啟動外設(shè)后，便繼續(xù)執(zhí)行主程序，而外設(shè)被啟動后，開始進(jìn)行準(zhǔn)備工作。當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備就緒時，就CPU發(fā)中斷請求，CPU響應(yīng)該中斷請求并為其服務(wù)完畢后，返回到原來的斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行主程序。外設(shè)在得到服務(wù)后，也繼續(xù)進(jìn)行自己的工作。因此，CPU可以使多個外設(shè)同時工作，并分時為各外設(shè)提供服務(wù)，從而大大提高CPU的利用率和輸入/輸出的速度。</p><p>　?。?）實(shí)時處理。當(dāng)計算機(jī)用于實(shí)時控制時

66、，請求CPU提供服務(wù)時隨機(jī)發(fā)生的。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并加以處理。</p><p>　?。?）故障處理。計算機(jī)在運(yùn)行時會出現(xiàn)一些故障，如電源斷電，存儲器奇偶校驗(yàn)出錯，運(yùn)算溢出等。有了中斷系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時，CPU可及時轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，自行處理故障而不必停機(jī)。</p><p>　　STC89C52的中斷系統(tǒng)包括六個中斷源，分別為：</p><p&g

67、t;　　(1) INT0 — 外部中斷0請求，低電平有效，通過P3.2引腳輸入。</p><p>　　(2) INT1 — 外部中斷1請求，低電平有效，通過P3.3引腳輸入。</p><p>　　(3) T0 — 定時器/計數(shù)器0溢出中斷請求。</p><p>　　(4) T1 — 定時器/計數(shù)器1溢出中斷請求。</p><p>　　

68、(5) TX/RX — 串行口中斷請求。</p><p>　　每一個中斷源都對應(yīng)一個中斷請求標(biāo)志位，他們設(shè)置在特殊功能寄存器TCON和SCON 中，當(dāng)這些中斷源請求中斷時，相應(yīng)的標(biāo)志分別由TCON和SCON中的相應(yīng)位來鎖存。對中斷源的開放或屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。</p><p>　　3.3.5單片機(jī)的定時/計數(shù)器</p><p>　　STC89C52單片

69、機(jī)內(nèi)部有三個16位的可編程的定時/計數(shù)器，他們均是二進(jìn)制加法計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)器計滿回零時能自動產(chǎn)生溢出中斷請求，表示定時時間已到或計數(shù)己終止。三個定時器/ 計數(shù)器均可編程設(shè)定為定時模式和計數(shù)模式兩種，在這兩種模式下又均可設(shè)定四種工作方式，其控制和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。定時模式下的定時時間和計數(shù)模式下的計數(shù)均可通過程序設(shè)定。通過軟件寫入TMOD和TCON兩個8位寄存器來設(shè)置定時

70、/計數(shù)器的操作模式和控制功能。</p><p>　　（1）工作模式寄存器TMOD的位定義如下表3.4所示：</p><p>　　表3.4 工作模式寄存器TMOD的位定義</p><p>　?。?）M1、M0控制定時器T1和定時器T0的四種工作模式如下表3.5所示：</p><p>　　表3.5 四種工作模式</p><p

71、>　?。?）控制寄存器TCON的位定義和功能如下表3.6所示：</p><p>　　表3.6 控制寄存器TCON的位定義和功能</p><p>　?。?）TCON各位的作用如下:</p><p>　　TF1：T1溢出標(biāo)志位，當(dāng)T1溢出時，由硬件自動使中斷觸發(fā)器TF1置1，并向CPU申請中斷。</p><p>　　TF0：T0溢出標(biāo)志位，

72、其功能情況同TF1 </p><p>　　TR1：TI運(yùn)行控制位?？赏ㄟ^軟件置1或清0來啟動或關(guān)閉T1</p><p>　　TR0：T0運(yùn)行控制位。其功能操作情況同TR1</p><p>　　IE1：外部中斷1的中斷請求標(biāo)志</p><p>　　IT1：外部中斷1 的中斷觸發(fā)方式控制位</p><p>　　IE：外部中

73、斷0 的中斷請求標(biāo)志</p><p>　　IT：外部中斷0 的中斷觸發(fā)方式控制位</p><p><b>　　數(shù)據(jù)顯示模塊</b></p><p>　　3.4.1 顯示模塊的芯片選擇</p><p>　　液晶顯示器簡稱LCD顯示器，它是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線的傳輸方向的特性實(shí)現(xiàn)顯示信息的，液晶顯示模塊具有體積小、

74、功耗低、顯示內(nèi)容豐富超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器按其功能分為三類：筆端式液晶顯示器、字符點(diǎn)陣式液晶顯示器、圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器。前兩種能夠顯示數(shù)字、字符等，而圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形。</p><p>　　本設(shè)計中選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的字符型液晶顯示器LCD1602。LCD1602可以顯示兩行，每行16個字符，采用+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高

75、的性價比。</p><p>　　顯示器部分的電路如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 顯示模塊原理圖</p><p>　　3.4.2 LCD1602介紹</p><p>　　LCD1602是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD，實(shí)物如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 LCD1602實(shí)

76、物圖</p><p>　　LCD1602的外圍引腳及作用：</p><p>　　第1腳：VSS為地電源；</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源；</p><p>　　第3腳：V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正極電源時對比度最弱，接地電源時</p><p>　　對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可

77、以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度；</p><p>　　第4腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；</p><p>　　第5腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平，RW為高電平時可以讀取忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；</p>&l

78、t;p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；</p><p>　　第7-14腳： D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；</p><p>　　第15-16腳：空腳。</p><p>　　1602液晶顯示器內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.7所示：</p><p>　　表3.7 1602的內(nèi)部指令表&l

79、t;/p><p><b>　　電源電路模塊</b></p><p>　　3.5.1 電源模塊的芯片選擇</p><p>　　由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中核心器件LM331工作于+15V，但是單片機(jī)、MPX4105等其他芯片需要+5V供電，因此還需要設(shè)計專門的供電電路以滿足整個系統(tǒng)的電源需求。本設(shè)計電源電路中選用摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片MC78L0

80、5。</p><p>　　電源電路如圖3.9所示：</p><p>　　圖3.9 電源模塊原理圖</p><p>　　3.5.2 芯片78L05原理</p><p>　　MC78L05具有內(nèi)部短路電路限制和熱過載保護(hù)功能的特點(diǎn)，輸入電壓范圍為2.6—24V，輸出+5V固定電壓。</p><p>　　三端穩(wěn)壓器78L

81、05實(shí)物圖如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 三端穩(wěn)壓器實(shí)物</p><p>　　引腳說明如表3.8所示：</p><p>　　表3.8 引腳說明</p><p>　　最大額定值如表3.9所示:</p><p>　　表3.9 最大額定值</p><p>　　總體電路及電路

82、原理圖</p><p>　　3.6.1 氣壓傳感器電路和V/F轉(zhuǎn)換電路的原理</p><p>　　圖3.11 氣壓傳感電路和V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖</p><p>　　氣壓傳感電路和V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖3.11所示，其中U3 為氣壓傳感器芯片MPX4115，工作電壓+5V，將被測氣壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓（對應(yīng)圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為Vin），送至V/F 轉(zhuǎn)換電路。電阻R5 和電容

83、C7構(gòu)成典型的去耦合濾波電路。U2 為V/F 轉(zhuǎn)換芯片LM331，工作電壓+15V，在此電路中，電壓Vin 和輸出脈沖FO 的頻率fo 的轉(zhuǎn)換關(guān)系滿足公式（3-2）。</p><p>　　fo=K*Vin （3-2）</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　K=,

84、 Rs=R2+R3 （3-3）</p><p>　　電路中，Rt、Ct和RL的典型值分別為6.8k?、0.01和100k?，Rs由一個定值電阻R2和一個可變電路R3串聯(lián)組成，其中，R2為22k?，R3的最大阻值為12k?，通過可變電阻R3調(diào)節(jié)Rs的阻值可以實(shí)現(xiàn)對電路轉(zhuǎn)換增益的調(diào)整。</p><p>　　氣壓的變化引起Vin的變化，而Vin在滿刻度輸出電壓

85、間距V內(nèi)變化，V典型值為4.590V，所以Vin變化范圍很小，那么根據(jù)fo=KVin的關(guān)系式，必須增大K值，才能提高測量的精度。fo通過單片機(jī)的定時/計數(shù)器1的計數(shù)測得，該計數(shù)器的計數(shù)范圍為0~65536，1s計數(shù)頻率1次。因此，K值的選取還要考慮到計數(shù)器的計數(shù)范圍。綜合考慮之后，將K值設(shè)為2000，這樣代入式（2）計算，可知R3的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)到6.424k?。</p><p>　　圖3.11中，Cin和Rin構(gòu)成

86、低通濾波器，濾除輸入電壓信號中的干擾脈沖。其中，Cin取0.1，Rin取100k?，C的取容值為1的漏極電流小的電容。</p><p>　　3.6.2單片機(jī)及顯示電路的原理</p><p>　　圖3.12 單片機(jī)及顯示電路原理圖</p><p>　　設(shè)計中的電源及單片機(jī)電路原理圖如圖3.12 所示。U1 為單片機(jī)芯片AT89C52， 工作于11.0590MHz時鐘，

87、 它的P3.4 腳（定時/計數(shù)器0 外部脈沖輸入端）和A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出脈沖 FO 相連， 對脈沖序列進(jìn)行計數(shù)，以獲取頻率信息，從而轉(zhuǎn)換為氣壓值。U1 的P0 口和P2 口是和液晶顯示電路的接口。</p><p>　　3.6.3 總體電路原理圖</p><p>　　圖3.13 系統(tǒng)總體電路原理圖</p><p><b>　　軟件設(shè)計</b>&

88、lt;/p><p>　　就該設(shè)計的單片機(jī)而言，它的輸入信號是具有一定頻率的脈沖序列，通過單片機(jī)內(nèi)部的計數(shù)器可以獲得此脈沖序列的頻率，此頻率對應(yīng)于某個氣壓值，如何將頻率換算成該氣壓值是軟件設(shè)計首先需要考慮的問題。</p><p>　　用C語言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢</p><p>　　C語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編

89、譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)便件的直接操作。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。其優(yōu)勢如下：</p><p>　?。?）可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用C語言就越有優(yōu)勢。</p><p>　?。?）無需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平的程序

90、。</p><p>　?。?）可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開發(fā)小組計劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。</p><p>　?。?）省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語言中要為每一個子程序分配單片機(jī)的資源。在使用C語言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會自動分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源

91、的差錯。</p><p>　?。?）匯編語言的可移植性很差，而C語言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其它種類的單片機(jī)上。</p><p>　?。?）C語言提供auto、static、flash等存儲類型，針對單片機(jī)的程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間及EEPROM空間自動為變量合理地分配空間，而且C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動

92、實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使用。并且C編譯器能自動生成一些硬件的初始化代碼。</p><p>　?。?）對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過移植(或C編譯器提供)的實(shí)時操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　正由于C語言在系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢，這次設(shè)計的所有程序設(shè)計都將采用C語言編寫。</p><p>　　如何由頻率計算出氣壓值<

93、/p><p>　　信號每一步的變換過程如下：</p><p>　　第一步，被測氣壓經(jīng)過氣壓傳感器MPX4115轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù)MPX4115的芯片資料可知，輸出電壓VOUT和大氣壓P的關(guān)系如下</p><p>　　VOUT=VCC * (0.01P-0.09) （4-1）</p><p>　　這里VCC

94、為+5V，因此可得：</p><p>　　VOUT=5(0.01P-0.09) （4-2）</p><p>　　第二步，MPX4115的輸出電壓VOUT作為輸入電壓Vin，經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?yīng)頻率fo的脈沖序列FO。Vin和FO的這種對應(yīng)關(guān)系如上一節(jié)的式（3-1）所示。</p><p>　　綜合式（3-2）和

95、式（4-2），根據(jù)VOUT=Vin,可得：</p><p>　　P==+9 （4-3）</p><p>　　式（4-3）中，fo的單位為Hz，P的單位為kPa，K為V/F轉(zhuǎn)換增益，設(shè)計中K值為2000。在軟件中，根據(jù)式（4-3）編程計算得到氣壓值P。</p><p>　　程序設(shè)定如下：T0為定時器，基本的定時時基50ms。

96、T1為計數(shù)器運(yùn)用內(nèi)部中斷0可保證T0定時滿1s后就讀取此時計數(shù)器的值以計算氣壓值，使T0、T1均工作于方式1并在P0口及P2口輸出到液晶屏顯示。</p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p>　　單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計的程序流程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 程序流程圖</p><p>

97、<b>　　仿真與調(diào)試</b></p><p>　　本設(shè)計的仿真主要由Keil軟件結(jié)合Proteus軟件來完成。</p><p><b>　　Keil軟件介紹</b></p><p>　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀

98、性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的H

99、ex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存儲器中。</p><p>　　Keil uVision 4是Keil software公司的產(chǎn)品，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代碼編寫工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個人開發(fā)或人數(shù)少、對開發(fā)過程的管理還不成熟的開發(fā)團(tuán)體。</p><p>　　uVision

100、 4本身自帶項(xiàng)目管理器，其開發(fā)流程步驟如下：</p><p>　　·開啟uVision 4，建立工程文件并且從器件數(shù)據(jù)庫里挑選出項(xiàng)目實(shí)際使用的器件。</p><p>　　·建立一個新的源文件，并且把這個源文件添加到工程中去。</p><p>　　·為單片機(jī)添加并且設(shè)置啟動代碼。</p><p>　　·設(shè)

101、置硬件相關(guān)的選項(xiàng)。</p><p>　　·編譯整個工程并且生成下載到存儲器用的HEX文件。</p><p>　　Protues軟件介紹</p><p>　　Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時

102、單片機(jī)寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。</p><p>　　Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。對于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 對于總體執(zhí)

103、行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項(xiàng)或F12 快捷鍵啟動執(zhí)行，用debug菜單下的pause animation菜單項(xiàng)或pause鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用debug菜單下的stop animation菜單項(xiàng)或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。對于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restart debugging菜單項(xiàng)命令，此

104、時可以選擇stepover、step into和step out命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10、F11和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start / restart debuging命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時分析和查看。</p><p>　　運(yùn)行proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主

105、界面。在工作前，要設(shè)置view菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在source菜單的Definecode generation tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在source菜單的Add/removesource files

106、命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對應(yīng)程序；通過debug菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。</p><p>　　Proteus & Keil調(diào)試仿真</p><p>　　5.3.1 調(diào)試的步驟及方法</p><p>　　1.在搭建硬件電路之前，首先要在仿真軟件中對整個系統(tǒng)做仿真。本設(shè)計使用的仿真軟件是proteus 7.0，這個仿真軟件包含了系統(tǒng)所需的液晶

107、模塊、單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換芯片等主要元器件，大大縮短了系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試時間。如果是硬件部分電路圖的錯誤，則要對其修改，反復(fù)測試，直到硬件的連接完全無錯，并且設(shè)計合理。整個軟件仿真需在PROTEUS軟件和KEIL 4編譯軟件中進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試完成。</p><p>　　2.在系統(tǒng)硬件部分制作完成后，首先，要對電路的各個線路進(jìn)行仔細(xì)檢查，看是否連接正確，同時也要查看制作過程中是否存在錯焊、虛焊等情況，排除了焊接錯誤。其次，給

108、系統(tǒng)通上電后，用萬用表檢查電源電壓及各個模塊的工作電壓是否正常。再次，檢查單片機(jī)是否能正常工作，測試硬件部分是否能夠完成其相應(yīng)的功能。</p><p>　　3.在設(shè)計系統(tǒng)的軟件部分時，要結(jié)合PROTEUS仿真軟件和KEIL 4編譯軟件依次對液晶數(shù)據(jù)顯示程序、中斷程序進(jìn)行反復(fù)調(diào)試和修改，以達(dá)到顯示美觀，系統(tǒng)各部分正常穩(wěn)定運(yùn)行的效果。</p><p>　　4.在仿真軟件中調(diào)試通過后，就要將編譯

109、軟件生成的HEX文件燒寫到實(shí)物單片機(jī)內(nèi)，再將單片機(jī)安裝到焊接好的實(shí)物上，通電運(yùn)行同時進(jìn)行按鍵操作，觀察系統(tǒng)運(yùn)行是否達(dá)到預(yù)期效果；若未達(dá)到預(yù)期效果，則要先找出原因，然后對程序做相應(yīng)的修改。</p><p>　　5.3.2 程序仿真</p><p>　　程序仿真如圖5.1，結(jié)果正確，0處錯誤，0處警告。</p><p>　　圖5.1 程序仿真結(jié)果</p>

110、<p>　　5.3.3 總電路仿真</p><p>　　圖5.2 系統(tǒng)上電仿真</p><p><b>　　圖5.3 電路仿真</b></p><p>　　電路仿真結(jié)果：電路上電，系統(tǒng)初始化，仿真開始。LCD1602顯示預(yù)置內(nèi)容，過一段時間，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理，最后顯示在液晶屏上，實(shí)際氣壓值設(shè)置為100.5KPa，對應(yīng)測

111、量值為100.4KPa，電路基本正確，但存在很小的誤差。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)及體會</b></p><p>　　本文介紹了基于單片機(jī)的數(shù)字式大氣壓計系統(tǒng)的設(shè)計，對整個硬件電路和軟件程序設(shè)計做了分析，介紹了數(shù)字大氣壓計的設(shè)計方案及原理，以此加深51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等知識的了解，并給出主程序設(shè)計流程圖，更直觀的把軟件設(shè)計呈現(xiàn)出來，最后基于仿真軟件Pro