基于傳感器MPX4115的智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、基于傳感器的智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于傳感器mpx4115的智能壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 作者姓名： 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：指導(dǎo)教師：摘要 數(shù)字式氣壓計(jì)被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域、國(guó)防領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域以及日常生活中。本設(shè)計(jì)中就介紹了一種氣壓的實(shí)時(shí)顯示設(shè)備。它利用軟、硬件基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)單片機(jī)與氣壓傳感器的結(jié)合，使得在液晶顯示器上顯示出當(dāng)前大氣壓值。本文詳細(xì)的描述了基于mpx4115氣壓計(jì)的多功能應(yīng)用以及軟硬件實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。 本設(shè)計(jì)是基于氣壓傳感器mpx4115的精密數(shù)字氣壓設(shè)計(jì)系統(tǒng)。通過(guò)氣壓傳感器mpx4115獲得與大氣相對(duì)應(yīng)的模擬電壓值，并經(jīng)過(guò)電壓/頻率（v/f）裝換模塊裝換為數(shù)字脈沖，通過(guò)單片機(jī)接受脈沖數(shù)，依據(jù)電

2、壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出相對(duì)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?？傮w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。關(guān)鍵詞：mpx4115；氣壓傳感器；單片機(jī)；液晶顯示；v/f裝換器錯(cuò)誤！未指定順序。abstractdigital pressure gauge is widely used in the industrial field, national defense field, medical field and in daily life. this design introduced real-time display equip- ment fo

3、r pressure. it makes use of soft, hardware based on knowledge, through a com- bination of single chip microcomputer and pressure sensor, which shows the current high pressure in the liquid crystal display. this paper describes the process of application of multifunctional mpx4115 barometer of the ha

4、rdware and software based on.本設(shè)計(jì)是基于氣壓傳感器mpx4115的精密數(shù)字氣壓設(shè)計(jì)系統(tǒng)。通過(guò)氣壓傳感器mpx4115獲得與大氣相對(duì)應(yīng)的模擬電壓值，并經(jīng)過(guò)電壓/頻率（v/f）裝換模塊裝換為數(shù)字脈沖，通過(guò)單片機(jī)接受脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出相對(duì)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?？傮w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。this design is digital precision pressure design system of pressure sensor based on mpx4115. mpx41

5、15 pressure sensor through the received analog voltage corresponding to the atmospheric value, and through the voltage / frequency (v/f) loaded module loaded into digital pulse, pulse number through the microcontroller, based on the linear relationship between the voltage and frequency to calculate

6、the actual pressure value corresponding to the rear, under the control of mcu by liquid crystal display the circuit shows the actual pressure values. the overall goal is to achieve system reliability, stability, security and economy.keywords mpx4115 gs pressure transducer single chip microcomputer l

7、iquid crystal display voltage / frequency conversionii目錄摘要iabstractii目錄iii1緒論11.1 課題設(shè)計(jì)原理及要求11.2 技術(shù)概況及發(fā)展趨勢(shì)11.2.1 傳感器的技術(shù)性能11.2.2 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)21.3 數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義42 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)62.1 設(shè)計(jì)整體思想62.2 系統(tǒng)總體框圖62.3 系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)思想73 硬件電路設(shè)計(jì)83.1 數(shù)據(jù)采集模塊83.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊的芯片選擇83.1.2 數(shù)據(jù)采集的仿真原理圖93.1.3 氣壓傳感器mpx4115的原理103.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊113.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

8、換芯片選擇113.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路部分電路原理圖123.2.3 adc0832的原理133.3 數(shù)據(jù)處理模塊143.3.1 數(shù)據(jù)處理模塊的芯片選擇143.3.2 單片機(jī)部分的原理圖143.3.3 at89c52引腳及功能153.4 數(shù)據(jù)顯示模塊183.4.1 顯示模塊的芯片選擇183.4.2 顯示器lcd部分的原理圖193.4.3 lcd1602原理193.5 電源模塊、數(shù)據(jù)下載模塊及報(bào)警模塊224 仿真工具介紹244.1單片機(jī)c語(yǔ)言244.2 keil軟件介紹254.3 proteus軟件介紹254.3 protel99介紹265 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)285.1 程序流程圖285.2氣壓值計(jì)算2

9、96 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真306.1 系統(tǒng)仿真電路圖306.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果32總結(jié)35致謝36參考文獻(xiàn)37附件1 系統(tǒng)整體框圖38附件2 系統(tǒng)protel圖391 電路原理圖392 pcb 版圖40附件3 程序代碼41i1緒論1.1 課題設(shè)計(jì)原理及要求數(shù)字式氣壓計(jì)是利用壓敏元件將待測(cè)氣壓直接變換為易檢測(cè)、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?hào)，再經(jīng)過(guò)后續(xù)電路處理并顯示的一種設(shè)備。本設(shè)計(jì)是基于mpx4115壓力傳感器設(shè)計(jì)的。它是一種測(cè)量大氣壓力的傳感器，一般把作用于單位面積上空氣柱的重量稱(chēng)為大氣壓力，簡(jiǎn)稱(chēng)氣壓。氣象研究表明，在空間垂直上方氣壓隨著高度的增加而降低，這種變化的幅度在近表面和高空時(shí)又有所不同，近地表時(shí)氣

10、壓隨著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(huì)受空氣中的氣流影響，若空氣中有下降氣流，氣壓會(huì)增加；若空氣中有上升氣流，氣壓會(huì)減小。本課題利用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)氣壓計(jì)的功能并有以下要求：采用mpx4115壓力傳感器，氣壓測(cè)量范圍在15115kpa壓力信號(hào)，精度為0.1。必須采用液晶顯示器lcd1602，顯示測(cè)量壓力值。如果超出極限范圍則需要報(bào)警。以c語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真。1.2 技術(shù)概況及發(fā)展趨勢(shì) 基于傳感器在本設(shè)計(jì)中的重要作用，下面介紹一下傳感器的技術(shù)性能以及發(fā)展趨勢(shì)。1.2.1 傳感器的技術(shù)性能差動(dòng)技術(shù)：差動(dòng)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、

11、電源波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，抵消了共模誤差，減小非線性誤差等。不少于傳感器由于采用了差動(dòng)技術(shù)，還可以使靈敏度增大。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(gè)傳感器單元同時(shí)感受測(cè)量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來(lái)的誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正太分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小?？梢?jiàn)，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(hào)量，即增大傳感器靈敏度。補(bǔ)償與修正技術(shù):補(bǔ)償與修正技術(shù)在傳感器中得到廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)的應(yīng)用大致是針對(duì)下列兩種情況。一種是針對(duì)傳感器本身特性，另一種是針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境的。對(duì)于傳感器

12、特性，可以找出誤差的變化規(guī)律，或者測(cè)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(duì)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也可提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)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(gè)問(wèn)題，必要時(shí)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(chǎng)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(shí)應(yīng)找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。 穩(wěn)定性處理：傳感器作為長(zhǎng)期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，其穩(wěn)定性顯得特別重要，其重要性甚至勝過(guò)精度指標(biāo)，尤其是對(duì)那些很難或無(wú)法定期鑒定的場(chǎng)合。造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因有:隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳

13、感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。為了提高傳感器性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該材料、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(shí)效處理、冰冷處理、永磁材料的時(shí)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。1.2.2 傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 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(zhuān)業(yè)的技術(shù)水平、材料的使用，還取決于工藝等很多方面。對(duì)于新型工藝的使用：在發(fā)展新型傳感器中，離不開(kāi)新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。該技術(shù)又稱(chēng)為微機(jī)械加工技術(shù)，是今年來(lái)隨著集成電路工藝發(fā)展起來(lái)的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等

14、用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來(lái)越多地用于傳感器領(lǐng)域，例如濺射、蒸餾、等離子體刻蝕、化學(xué)氣體淀積、外延、擴(kuò)散、腐蝕、光刻等。迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器。目前，各類(lèi)集成化傳感器已有許多系列的產(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(gè)重要方向。隨著集成化技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)混合集成和單片機(jī)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(lèi)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(gè)力敏電阻構(gòu)成的全橋坐在硅膜上，就成為一個(gè)集成化壓力傳感器。國(guó)內(nèi)在80年代就研發(fā)出把壓敏電阻、電橋、電壓放大器和溫度補(bǔ)償電路集成在一起的單

15、塊壓力傳感器，其性能與國(guó)外同類(lèi)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(gè)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(lái)的誤差。傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實(shí)例，美國(guó)某大學(xué)傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)量3個(gè)線速度、3個(gè)離心加速度(角速度)和3個(gè)角加速度。主要元件是由4個(gè)正確設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個(gè)正確布置在各個(gè)懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標(biāo)把多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除

16、可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測(cè)量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)價(jià)，可反映出被測(cè)系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對(duì)固態(tài)傳感器帶來(lái)了許多新的機(jī)會(huì)，同時(shí)它也是多功能化的基礎(chǔ)。傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測(cè)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(chēng)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(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、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(shuō)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)將取決于傳感機(jī)器與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類(lèi)傳感器具有多功能、高性能、體積小、適量大批

17、生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以肯定的說(shuō)，是傳感器重要的方向之一。傳感器另一個(gè)發(fā)展就是智能傳感器又叫靈巧（smart）傳感器。這一概念最早是由美國(guó)宇航局在開(kāi)發(fā)宇宙飛船過(guò)程中提出來(lái)的。飛船上天后需要知道其速度、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，為了宇宙員能正常生活，需要控制艙內(nèi)的濕度、溫度、氣壓、加速度、空氣成分等。因此這需要大量的的傳感器。而且還需要它具備大量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、處理、分析的功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、高精度傳輸?shù)取ｉ_(kāi)發(fā)新型傳感器：新型傳感器，大致應(yīng)包括：采用新原理、填補(bǔ)傳感器空白、仿生傳感器等諸方面。它們之間是互相聯(lián)系的。傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料

18、，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說(shuō)它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過(guò)去發(fā)展也不夠。世界各國(guó)都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強(qiáng)研究，從而使它成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。其中利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的低靈敏閾傳感器，用來(lái)檢測(cè)微弱的信號(hào)，是發(fā)展新動(dòng)向之一。新材料開(kāi)發(fā)：傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ),是傳感器技術(shù)升級(jí)的重要支撐。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,傳感器技術(shù)日臻成熟,其種類(lèi)越來(lái)越多,除了早期使用的半導(dǎo)體材料 、陶瓷材料

19、以外,光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā),為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如,根據(jù)以硅為基體的許多半導(dǎo)體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導(dǎo)體光熱探測(cè)器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點(diǎn),發(fā)展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器 等現(xiàn)代傳感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有機(jī)材料發(fā)展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調(diào)配化學(xué)成分的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)高精度成型燒結(jié),得到對(duì)某一種或某幾種氣體具有識(shí)別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器 。此外,高分子有機(jī)敏感材料,是近幾年人們極為關(guān)注的具有應(yīng)用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,也

20、促進(jìn)了更新型材料的開(kāi)發(fā),如納米材料等。例如美國(guó)nrc公司已開(kāi)發(fā)出納米zro2氣體傳感器,控制機(jī)動(dòng)車(chē)輛尾氣的排放。1.3 數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷成長(zhǎng)，國(guó)家越來(lái)越重視氣壓計(jì)項(xiàng)目相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，“十二五”期間氣壓計(jì)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域及其投資機(jī)會(huì)研究成為熱點(diǎn)問(wèn)題。先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器成為現(xiàn)代化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的必備條件，氣壓計(jì)被廣泛應(yīng)用于我們?nèi)祟?lèi)改造自然的很多領(lǐng)域以及我們?nèi)粘＜彝ド钪?。本課題是要設(shè)計(jì)一個(gè)利用微控制和數(shù)字化氣壓傳感器為核心元件組成的電子氣壓計(jì)系統(tǒng)。其中核心元件就是氣壓傳感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測(cè)量等方面起著重要作用。運(yùn)用于氣壓計(jì)的氣壓傳感器基本都是依靠不同高

21、度時(shí)的氣壓變化來(lái)獲取氣壓值的。傳統(tǒng)氣壓表(空盒式、彎管式等)精度低、顯示單一；本課題設(shè)計(jì)的數(shù)字氣壓計(jì)采用單片機(jī)控制，具有使用方便、精度高、顯示簡(jiǎn)單靈活等優(yōu)點(diǎn)，并可靈活的加入超壓、低壓報(bào)警、無(wú)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(duì)高精度便攜式數(shù)字大氣壓計(jì)的研究有著非常重要的意義。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)整體思想在系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中, 需要考慮穩(wěn)定性、復(fù)雜程度、造價(jià)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(gè)單元電路, 可完成各自的功能。模塊之間沒(méi)有復(fù)雜的信號(hào)傳輸,且干擾很少,因而系統(tǒng)整體比較穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)是基于mpx4115的數(shù)字氣壓計(jì)，包括軟、硬件的設(shè)

22、計(jì)與調(diào)試。軟件部分通過(guò)對(duì)c語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和對(duì)單片機(jī)知識(shí)的了解，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)編寫(xiě)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(hào)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、處理以及顯示。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的了解，選擇適合的器件，畫(huà)出原理圖。2.2 系統(tǒng)總體框圖氣壓計(jì)硬件部分由四部分構(gòu)成，它們分別是：信息采集模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，信息處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。下圖為系統(tǒng)總框圖：氣壓傳感器v/f轉(zhuǎn)換器電源模塊單片機(jī)液晶顯示器圖2.1 單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由圖2-1可知，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下：測(cè)量時(shí)被測(cè)氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號(hào)不能直接交由單片機(jī)處理。因此，需要經(jīng)過(guò)v/f轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電

23、壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。通過(guò)單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，得到單位時(shí)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(jì)算出所對(duì)應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示給用戶(hù)。2.3 系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)思想通過(guò)對(duì)單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對(duì)定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊聯(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(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊(mpx4115),主要核心是由氣壓傳感器構(gòu)成，其主要功能是對(duì)被測(cè)氣壓進(jìn)行實(shí)

24、時(shí)穩(wěn)定的測(cè)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。 a/d轉(zhuǎn)換模塊a/d轉(zhuǎn)換模塊（adc0832），主要功能是將氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)。 數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊(at89c52)，主要是對(duì)a/d轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，并且對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，此處理過(guò)程主要是對(duì)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。 數(shù)據(jù)顯示模塊數(shù)據(jù)顯示模塊（lcd1602）,主要對(duì)單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示內(nèi)容為測(cè)量氣壓值。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 數(shù)據(jù)采集模塊3.1.1

25、數(shù)據(jù)采集模塊的芯片選擇氣壓傳感器對(duì)于系統(tǒng)至關(guān)重要，需要綜合實(shí)際的需求和各類(lèi)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)償特性可以克服半導(dǎo)體壓力傳感器件存在的溫度漂移問(wèn)題。絕對(duì)氣壓值對(duì)應(yīng)的既是實(shí)際的氣壓值，顯然本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的數(shù)字氣壓計(jì)需要能測(cè)量絕對(duì)氣壓值的氣壓傳感器及氣壓傳感器的主要性能參數(shù)如下：、測(cè)量范圍即所能測(cè)量的大氣壓力范圍，單位為kpa。測(cè)量精度、測(cè)量結(jié)果（電流或電壓）的精度。、溫度補(bǔ)償范圍一般要選用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器，因?yàn)闇囟妊a(bǔ)償特性可以克服半導(dǎo)體壓力敏感器件存在的溫度漂移問(wèn)題。、測(cè)量的是否是絕對(duì)氣壓值絕對(duì)氣壓值對(duì)應(yīng)的即是實(shí)際的氣壓值，顯然要

26、實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)需要測(cè)量絕對(duì)氣壓值的氣壓傳感器。數(shù)字氣壓計(jì)顯示的是絕對(duì)氣壓值，同時(shí)為了簡(jiǎn)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7。經(jīng)過(guò)綜合考慮，我們選用美國(guó)摩托羅拉公司的集成壓力傳感器芯片mpx4105作為氣壓傳感器。mpx4105可以產(chǎn)生于所加氣壓呈線性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓，它具有以下特點(diǎn)：供電范圍：4.855.35v，典型值為5.1v。測(cè)量范圍：15115kpa。工作溫度范圍：085。溫度補(bǔ)償范圍：-40+125。測(cè)量精度為1.7%vfss。最低氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓voff為0.1840.428v，典型值為0.306v；最高氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓voff為4.80

27、44.988v，典型值為4.896v；滿刻度輸出電壓間距vfss的典型值為4.590v。根據(jù)mpx4115的氣壓線性關(guān)系，可以列出具體輸出關(guān)系如下:vout = vs ( 0.009 p 0.095) （press errortemp.factor0.009vs）式中, vs 是工作電壓, p 是大氣壓值, vout 為輸出電壓。3.1.2 數(shù)據(jù)采集的仿真原理圖數(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(hào)端，輸出的是與氣壓值相對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊的仿真原理如圖3-2所示。圖3.2 數(shù)據(jù)采集模塊仿真原理圖 3.1.3 氣壓傳感器mpx4115的原理

28、mpx4115系列壓電電阻傳感器是一個(gè)硅壓力傳感器。這個(gè)傳感器結(jié)合了高級(jí)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(hào)提供一個(gè)均衡壓力。在0-85的溫度下誤差不超過(guò)1.5%，溫度補(bǔ)償是-40-125。氣壓傳感器mpx4115的管腳說(shuō)明如表3-1所示：表3-1 氣壓傳感器mpx4115的管腳說(shuō)明123456voutgndvsn/sn/sn/s氣壓傳感器mpx4114的特性參數(shù)如表3-2所示：表3-2 氣壓傳感器mpx4114的特性參數(shù)參 數(shù)符 號(hào)最 小典 型最 大單 位壓力范圍pop15-115kpa供電電壓vs4.855.15.35vdc供電電流lo-7.010madc最大壓力偏置 （08

29、5）vs=5.0vvpss0.1350.2040.273vdc滿量程輸出 （085）vs=5.0vvoff4.7254.7944.863vdc滿量程比例 （085）vs=5.0vvfss4.5214.5904.695vdc精度（085）-1.5%vpss靈敏度v/p-45.9-mv/kpa響應(yīng)時(shí)間（10%90%）tr-1.0-ms上升報(bào)警時(shí)間-20-ms偏置穩(wěn)定性-0.5-%vfss3.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊3.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片選擇氣壓傳感器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，本課題中采用一種電壓頻率轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電壓數(shù)字化的處理

30、。關(guān)于a/d轉(zhuǎn)換，其模塊的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換分辨率為10位，最多含8個(gè)輸入通道和一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器。我采用一種電壓/頻率（v/f）轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電壓的數(shù)字化處理。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器件本身還不能算做量化器，但加上定時(shí)器與計(jì)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)、可遠(yuǎn)距離傳送并能直接輸入單片機(jī)接口的脈沖序列。通過(guò)測(cè)試v/f的輸出頻率。可以實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能。針對(duì)電路的實(shí)際需要，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)，我選用的是adc0832。

31、adc0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 adc0832具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率； 雙通道a/d轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與ttl/cmos相兼容； 5v電源供電時(shí)輸入電壓在05v之間； 工作頻率為250khz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32s； 一般功耗僅為15mw； 8p、14pdip（雙列直插）、picc多種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為0c to +70c，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40 to +853.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路部分電路原理圖adc構(gòu)成的a/d轉(zhuǎn)換器的電路如圖3-3所示,其中圖中的2號(hào)

32、引腳是數(shù)據(jù)采集后的輸入，5號(hào)引腳和6號(hào)引腳是轉(zhuǎn)換后信號(hào)的輸出。圖3.3 adc0832原理圖 3.2.3 adc0832的原理adc0832為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)di數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下adc0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在

33、通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將do和di并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。如圖3-3所示，adc0832芯片接口說(shuō)明： 片選使能，低電平使能；cho 模擬輸入通道0，或作為in+/-使用； ch1 模擬輸入通道1，或作為in+/-使用； gnd 芯片參考0電位（地）； d1 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制； d0 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，轉(zhuǎn)換通道控制； clk 芯片時(shí)鐘輸入； vcc 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）；3.3 數(shù)據(jù)處理模塊3.3.1 數(shù)據(jù)處理模塊的芯片選擇對(duì)于adc0832輸出的頻率信號(hào)要經(jīng)過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理，通過(guò)頻率與氣壓之間的關(guān)系計(jì)算出氣壓值。at89c52單片機(jī)最

34、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。at89c52 是一款低電壓，高性能cmos8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram ），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)， 兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8 位中央處理器（cpu）和flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大at89c52 單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。本課題中選用at89c52單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.3.2 單片機(jī)部分的原理圖 單片機(jī)部分的原理如圖3.4

35、所示。圖3.4 單片機(jī)部分的原理圖3.3.3 at89c52引腳及功能at89c52是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kb的可反復(fù)檫寫(xiě)的程序存儲(chǔ)器和12b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。at89c52單片機(jī)屬于at89c51單片機(jī)的增強(qiáng)型，與intel公司的80c52在引腳排列、硬件組成、工作特點(diǎn)和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是：(1)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8k

36、b的flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)壽命為1000次；(2)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的ram；(3)具有32根可編程i/o口線；(4)具有3個(gè)可編程定時(shí)器；(5)中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；(6)串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；(7)具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針dptr；(8)低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；(9)具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；(10)at89c52工作電源電壓為5（1+0.2）v，且典型值為5v；(11)at89c52最高工作頻率為24mhz。89c52單片機(jī)的40條引腳按功能來(lái)分，可以分為3部分，電源及時(shí)鐘引腳、控制引腳和輸入/輸出引腳。

37、如下圖3-5所示：圖3.5 at89c52引腳分布圖（1）vcc（40腳）：接+5v電源，為單片機(jī)芯片提供電能。（2）vss（20腳）接地。（3）xtal1（19腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的振蕩器，可提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。（4）xtal2（18腳）在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸出端?？刂埔_此類(lèi)引腳包括reset（即rsr/vpd）、ale/prog、psen、ea/vpp，可以提供控制信號(hào)，有些具有復(fù)用功能。 （1）rsr/ vpd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（rest）。

38、復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持為不高于0.5v的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接上備用電源（vpd），以保持內(nèi)部ram中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)vcc下降到低于規(guī)定值，而vpd在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（50.5v）時(shí)，vpd就向內(nèi)部ram提供備用電源。（2）ale/prog（30腳）：ale為地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存 圖3-5 單片機(jī)引腳儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ale端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ale只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ale脈沖。ale端

39、可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)lsttl負(fù)載。（3）psen（29腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或取常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期均psen兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的psen信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。psen同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)lsttl負(fù)載。（4）ea/vpp（31腳）：ea功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)ea端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在pc（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0fffh時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。輸入/輸出引腳此類(lèi)引腳包括p0口、p1口、p2口和p3口。（1）p0（p0.0p0.7）是一個(gè)

40、8位三態(tài)雙向i/o口，在不訪積壓處部存儲(chǔ)器時(shí)，做通用i/o口使用，用于傳送cpu的輸入/輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，此口為地址總路線低8位及數(shù)據(jù)總路線分時(shí)復(fù)用口，可帶8個(gè)lsttl負(fù)載。（2）p1（p1.0p2.7）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向i/o口（作為輸入時(shí)，口鎖存器置1），帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶4個(gè)lsttl負(fù)載。（3）p2（p2.0p2.7）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向i/o口，與地址總路線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)lsttl負(fù)載。（4）p3口功能表，如下表3-3所示表3-3 p3功能表p3口各個(gè)位的第二功能p3口的位第二功能說(shuō)明p3.0rxd串行數(shù)據(jù)接收口p3.1txd串行數(shù)據(jù)發(fā)射口p3.2int0外部中斷

41、0輸入p3.3int1外部中斷1輸入p3.4t0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入p3.5t1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入p3.6wr外部ram寫(xiě)信號(hào)p3.7rd外部ram讀信號(hào)3.4 數(shù)據(jù)顯示模塊3.4.1 顯示模塊的芯片選擇在工業(yè)控制中，顯示器件向來(lái)是很重要的一環(huán)，隨著科技的迅速發(fā)展，顯示器件的種類(lèi)也是越來(lái)越多，目前主流的顯示器件就是液晶顯示器，液晶顯示器簡(jiǎn)稱(chēng)lcd顯示器，它是利用液晶經(jīng)過(guò)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、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(lèi)：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

42、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。本設(shè)計(jì)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(gè)字符，采用+5v電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性?xún)r(jià)比3.4.2 顯示器lcd部分的原理圖 顯示器部分的電路如圖3.6所示。圖3.6 顯示器部分電路圖3.4.3 lcd1602原理lcd1602是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式lcd，實(shí)物如圖3.7所示。圖3.7 lcd1602 實(shí)物圖lcd1602的外圍引腳及作用：第1腳：vss為地電源；第2腳：vdd接5v正電源；第3腳：v0 為液晶顯示器對(duì)比度

43、調(diào)整端，接正極電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度；第4腳：rs 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器；第5腳：rw 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平，rw為高電平時(shí)可以讀取忙信號(hào)，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)； 第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；第7-14腳： d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15-16腳：空腳。1602液晶顯示器內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表

44、3-4所示：表3.4 控制指令序號(hào)指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到cgram或ddram）10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明1為高電平，0為低

45、電平）指令1：清顯示，指令碼01h，光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h指令3：光標(biāo)和顯示位置設(shè)置i/d，光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移，s：屏幕上所有文字是否左移或右移，高電平表示有效，低電平表示無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。d：控制整體的顯示開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示。c:控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c ：高電平時(shí)顯示移動(dòng)的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 n：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)

46、為雙行顯示，f：低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的顯示字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 bf：忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。3.5 電源模塊、數(shù)據(jù)下載模塊及報(bào)警模塊電路中的電源部分如圖3.8所示。 usb電源為整個(gè)電路提供電源輸出+5.0v。圖3.8 usb電源 串行通信接口的部分電路原理圖如3.9所示。 圖3.9 串行通信接口蜂鳴器報(bào)警模塊的部分電路原理圖如圖3.10所示。 圖3.10 報(bào)警電路圖 4 仿真工具介紹4.1單片機(jī)c語(yǔ)言由于本設(shè)計(jì)中使用的編程語(yǔ)言是c語(yǔ)言。c

47、語(yǔ)言作為一種方便的語(yǔ)言而得到廣泛的支持，很多硬件開(kāi)發(fā)都用c語(yǔ)言編程，如各種單片機(jī)、dsp、arm等。c語(yǔ)言程序本身不依賴(lài)于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改或僅做簡(jiǎn)單的修改就可將程序從不同的系統(tǒng)移植過(guò)來(lái)直接使用。c語(yǔ)言提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點(diǎn)運(yùn)算，開(kāi)發(fā)效率高，可極大地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，增加程序可讀性和可維護(hù)性。單片機(jī)c51編程與匯編asm-51編程相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以大幅度加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用c語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)。（2）無(wú)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(zhuān)業(yè)水平的程序。（3）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(kāi)發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作

48、。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。（4）省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語(yǔ)言中要為每一個(gè)子程序分配單片機(jī)的資源。在使用c語(yǔ)言后，只要在代碼中申明一下變量的類(lèi)型，編譯器就會(huì)自動(dòng)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)資源的差錯(cuò)。（5）匯編語(yǔ)言的可移植性很差，而c語(yǔ)言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷模涂梢苑奖愕匾浦驳狡渌N類(lèi)的單片機(jī)上。（6）c語(yǔ)言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類(lèi)型，針對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及eeprom空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且c語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)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(dòng)實(shí)現(xiàn)

49、中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，供用戶(hù)使用。并且c編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。（7）對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)移植(或c編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。正由于c語(yǔ)言在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用c語(yǔ)言編寫(xiě)。4.2 keil軟件介紹keil c51是美國(guó)keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，c語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。keil c51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)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

50、真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)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(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)l51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.abs)。abs文件由oh51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的hex文件，以供調(diào)試器dscope51或tscope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存儲(chǔ)器中。keil u vision2 ade是keil software公司的產(chǎn)品，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代碼編寫(xiě)工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個(gè)人開(kāi)發(fā)或人數(shù)少、對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的管理還不成熟的

51、開(kāi)發(fā)團(tuán)體。u vision2本身自帶項(xiàng)目管理器，其開(kāi)發(fā)流程步驟如下：開(kāi)啟u vision2，建立工程文件并且從器件數(shù)據(jù)庫(kù)里挑選出項(xiàng)目實(shí)際使用的器件。建立一個(gè)新的源文件，并且把這個(gè)源文件添加到工程中去。為單片機(jī)添加并且設(shè)置啟動(dòng)代碼。設(shè)置硬件相關(guān)的選項(xiàng)。編譯整個(gè)工程并且生成下載到存儲(chǔ)器用的hex文件。4.3 proteus軟件介紹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(méi)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(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)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(guò)程和結(jié)

52、果。對(duì)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。proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。對(duì)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(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 對(duì)于總體執(zhí)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(dòng)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(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restart debuggi