課程設(shè)計說明書_智能壓力測量儀

1、鄭州華信學(xué)院課程設(shè)計說明書題目： 智能壓力測量儀 姓 名： 楊巍 院 （系）： 機電工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣工程三班 學(xué) 號： 1102120310 指導(dǎo)教師： 宋東亞 楊坤漓 成 績： 時間： 2013年 12月 17 日至 2013 年 12 月 28 日 鄭州華信學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書題目 智能壓力測量儀 專業(yè)、班級 電氣工程及其自動化三班 學(xué)號 1102120310 姓名 楊巍 主要內(nèi)容：利用單片機計一個智能壓力測量儀，要求顯示壓力數(shù)據(jù)。基本要求：1.設(shè)計一個智能壓力測量儀，要求顯示當前壓力數(shù)值。2.利用proteus軟件完成設(shè)計電路和仿真；3.掌握并口驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示的方法；4.通過

2、此次設(shè)計將單片機軟硬件結(jié)合起來對程序進行編輯、校驗，鍛煉實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。主要參考資料：1李全利，單片機原理及接口技術(shù)M，高等教育出版社2王文杰，單片機應(yīng)用技術(shù)M，冶金工業(yè)出版社3朱清慧，PROTEUS教程電子線路設(shè)計、制版與仿真M，清華大學(xué)出版社4單片機實驗指導(dǎo)書，天煌教儀5彭偉，單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例M，電子工業(yè)出版社完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 課程負責人簽名： 年 月 日目錄摘 要- 2 -1 引 言- 2 -1.1 問題的提出- 2 -1.2任務(wù)與分析- 3 -2方案設(shè)計- 3 -2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計論證- 3 -2.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計- 3 -2.2

3、最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖- 3 -3 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 4 -3.1 AT89C51單片機- 4 -3.1.1 AT89C51單片機介紹- 4 -3.1.2 選用AT89C51單片機原因- 6 -3.2 時鐘電路- 6 -3.3 復(fù)位電路- 6 -3.4 PG160128A顯示電路- 7 -3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路- 8 -4 系統(tǒng)軟件設(shè)計- 9 -4.1主程序框圖- 9 -4.2顯示子程序框- 10 -5 系統(tǒng)調(diào)試過程- 10 -5.2 Keil程序調(diào)試- 12 -5.3 Proteus仿真調(diào)試- 12 -結(jié) 論- 15 -致謝- 16 -參考文獻- 16 -附錄一 程序源代碼- 16 -附錄二

4、 電路原理圖及PCB圖- 32 -附錄三 Proteus仿真截圖- 33 - 摘 要本課程設(shè)計是基于8051單片機為控制核心的壓力檢測系統(tǒng)。在硬件電路部分，此設(shè)計的采用8051單片機，ADC0832轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計先測量出壓力的電信號，然后通過單片機對所測出的壓力值，并通過LCD顯示壓力數(shù)值。關(guān)鍵詞:8051單片機、壓力檢測、LCD顯示、1 引 言1.1 問題的提出隨著電子化程度越來越高，通過增加更多的電子裝置，使機器工作在更好的狀態(tài)，充分發(fā)揮機器的性能，保證機器的安全性，減少機器故障率，增加機器壽命等，具有重要的意義。1.2任務(wù)與分析本設(shè)計的主要任務(wù)就是利用單片機實現(xiàn)壓力的檢測功能。檢測壓力檢

5、測系統(tǒng)所具有的功能如下：壓力檢測系統(tǒng)是通過聲音和文字信息來體現(xiàn)壓力的狀態(tài)。該系統(tǒng)利用8051單片機作為微控制器，通過壓變式壓力傳感器對壓力進行信號檢測，傳感器輸出信號經(jīng)數(shù)字濾波及A/D轉(zhuǎn)換后輸入ECU，經(jīng)計算后在LED屏幕上顯示壓力。2方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計論證2.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計檢測壓力傳感器MPX4250檢測到壓力信號后，通過ADC0832轉(zhuǎn)換后送入AT89C51單片機，單片機對數(shù)據(jù)進行處理，顯示等。2.2最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖A/D傳感器壓力傳感器LCD顯示壓力80C51單片機圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖本方案是由壓力傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89C51單片機、LED顯

6、示電路。壓力傳感器采集壓力信號，將其轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的電壓信號，將電壓信號輸送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送入到AT89C51單片機中，經(jīng)過單片機的數(shù)字濾波處理后，在通過PG160128的驅(qū)動程序，將其顯示在LCD顯示器上。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 AT89C51單片機3.1.1 AT89C51單片機介紹（1）8051單片機在此單片機上集成了微處理器（CPU），內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM），以及輸入輸出端口。8051單片機采用40只引腳的雙列直插封裝方式，各引腳的功能如下：時鐘引腳X1及 X2：用于接晶體振蕩器，此次設(shè)計用的晶振頻率為6MHZ。RESET腳：是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。ALE腳

7、：地址鎖存允許信號，用于鎖存單片機輸出的地址信號，高電平有效PSEN腳：程序存儲器輸出控制端，在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出的負脈沖作為讀外部程序存儲器的選通信號，接至程序存儲器的OE端。低電平有效。EA腳：其功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當EA為高電平時，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器，當EA為低電平時，單片機直接訪問片外程序存儲器。本設(shè)計用的是8031，由于8031內(nèi)部無程序存儲器，所以此引腳應(yīng)接地。低電平有效。I/O口引腳：共4個，分別是P0、P1、P2、P3，均為8位口。這4個I/O口可分別作為基本的Input、Output端口。其中P0口可作為數(shù)據(jù)總線和地址總線（低8位）分時復(fù)

8、用的端口，P2口可作為地址總線的高8位，即P0口和P2口地起構(gòu)成16位地址總線，可供尋址的地址范圍是：64KB。P3口具有第二功能，即可以產(chǎn)生中斷，定時計數(shù)等功能。RD、WR引腳：為讀和寫選通信號，RD用于將單片機的數(shù)據(jù)寫入外設(shè)中，WR用于從外設(shè)中讀取數(shù)據(jù)。低電平有效AT89C51系列單片機都是以8031為核心發(fā)展起來的，具有和51系列單片機及基本結(jié)構(gòu)和軟件特征，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：振蕩器及定時電路AT89C51CPU4K字節(jié)ROM128字節(jié)RAM2個16位定時器/計數(shù)器64K總線擴展控制可編程I/O可編程串行口 圖3-2 AT89C51單片機框圖3.1.2 選用AT89C51單片機原因

9、在課程設(shè)計里所需外圍電路簡單，在設(shè)計里面使用的引腳較少，占用的資源也比較少。而且該芯片是以AT89C51為核心，性能價格比高，應(yīng)用成熟，且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為熟悉，芯片功能夠用而且適用，從而選用AT89C51單片機作為主控芯片。3.2 時鐘電路本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式的電路。 AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為33pF左右。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHZ12MHZ之間。晶體的頻率越高

10、，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。.圖3-3 時鐘電路3.3 復(fù)位電路 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計采用上電復(fù)位電路。上電復(fù)位電路是在上電瞬間來實現(xiàn)的，其電路如圖3-4所示。上電時， RESET端維持兩個機器周期的高電平實現(xiàn)復(fù)位。圖3-4 復(fù)位電路3.4 PG160128A顯示電路PG160128A是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及格160128全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示108個(1616點陣)漢字。主要技術(shù)參數(shù)和性能：模塊內(nèi)自帶-15負壓，用于LCD的驅(qū)動電壓1. 電源VDD：+5V； 2.顯示內(nèi)容：1

11、60(列)128(行)點 3.全屏幕點陣 4.十三種指令 5.與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出 6.占空比1/1287.工作溫度：-10+55，存儲溫度：-20+70這里通過PG160128A來顯示相關(guān)信息 圖3-5 顯示電路ADC0832 是美國國家半導(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。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。這里通過ADC0832將壓力傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送入到單片機中進行處理。3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序框圖 開始開始(1)主程序流程框圖如下: (2)信號

12、采集子程序框圖如下： 置數(shù)據(jù)區(qū)首地址信號采集 設(shè)置采集個數(shù)求出壓力值 A/D轉(zhuǎn)換開始LCD顯示數(shù)值 等待轉(zhuǎn)換 結(jié)束儲存，轉(zhuǎn)換中斷開始設(shè)置數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址設(shè)置采集數(shù)據(jù)個數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理恢復(fù)現(xiàn)場返回圖4-3 數(shù)字濾波流程框圖波流程框圖(3) 數(shù)字濾波流 4.2顯示子程序框 開始初始化調(diào)用顯示函數(shù)返回圖4-4 顯示子程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試過程通過上面的設(shè)計，設(shè)計已經(jīng)基本完成。下面主要實現(xiàn)Altium Designer的原理圖、印制板圖的繪制和做相關(guān)檢測，對Keil進行相應(yīng)的檢查和調(diào)試，并用Proteus對所設(shè)計系統(tǒng)進行仿真。5.1原理圖和印制板圖繪制和檢查5.1.1 在protel99se繪制原理圖并

13、進行相應(yīng)的ERC檢查圖5-1 原理圖的繪制繪制完原理圖之后，對原理圖進行編譯檢測，ERC檢測結(jié)果。5.1.2 在PROTEL99SE生成PCB圖在創(chuàng)建完原理圖后，對各元器件的引腳進行封裝，在原理圖中創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表(NET),然后再PROTEL99S中新建PCB ，對于生成的PCB圖中各器件進行調(diào)整，并布線，最終生成PCB圖。結(jié)果如圖5-2所示圖5-2 生成PCB圖5.2 Keil程序調(diào)試程序調(diào)試結(jié)果如下所示：creating hex file from 壓力檢測系統(tǒng).壓力檢測系統(tǒng) - 0 Error(s), 0 Warning(s).5.3 Proteus仿真調(diào)試在Proteus中建立仿真圖。按下

14、開始仿真按鈕，開始進行仿真實驗，結(jié)果如圖5-4，圖5-5，圖5-6所示： 圖5-4 Proteus仿真圖 圖5-5 Proteus仿真圖圖5-6 Proteus仿真圖仿真電路圖中實現(xiàn)對壓力檢測的控制，輸出到PG160128A顯示。 結(jié) 論 通過MPX4250檢測到壓力信號，轉(zhuǎn)換為電壓值，然后通過ADC0832轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生一個數(shù)字信號輸入到AT89C51單片機中進行處理，再通過單片機驅(qū)動PG160128A顯示壓力的相關(guān)信息。由于顯示程序的復(fù)雜性，所以選用了C語言作為開放程序加快了開發(fā)進度。本次設(shè)計由于時間較為倉促，難免考慮不周全，還有許多功能需要完善，這需要下來再去深究。在本次課程設(shè)計里面，我把電

15、路和單片機必備的一些基本操作技能再次熟悉了一遍。 對于壓力檢測，我只進行了最簡單的程序編寫和仿真，而往往在實際中是作為一個系統(tǒng)中的很小子環(huán)節(jié)來進行應(yīng)用的，所以還需要我進一步學(xué)習(xí)更多的單片機及相關(guān)測試傳感器知識。致謝本課題在選題及進行過程中得到宋老師的悉心指導(dǎo)。論文行文過程中，宋老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時候給予我最大的支持和鼓勵。宋老師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯得蒼白。在此，謹向宋老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。參考文獻1譚浩強.C程序設(shè)計（第三版）M.北京.清華大學(xué)出版社.2005（2007重印）2 張毅剛，彭喜元等

16、. MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計（第3版）M.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2001.3徐琤穎.Protel99SE EDA技術(shù)及應(yīng)用.M.北京.機械工業(yè)出版社.2009.1重印4古輝，劉均等.微型計算機接口及控制技術(shù).M.北京.機械工業(yè)出版社.2009.1附錄一 程序源代碼/名稱：160128液晶顯示當前壓力#include#include#include#include#include#include#include#define HZ_CHR_HEIGHT 12#define HZ_CHR_WIDTH 12#include#include#define uchar unsigned cha

17、r#define uint unsigned intextern char fnLCMInit();/LCD初始化extern void fnSetPos(unsigned char urow,unsigned char ucol);/設(shè)置當前地址extern uchar dprintf(uchar x,uchar y,char *fmt);/ASCII(8*16)及漢字（16*16）顯示函數(shù)sbit CS=P34;sbit CLK=P32;sbit DI0=P33;uint theLastTime;/一次鳴響持續(xù)次數(shù)unsigned char dsp4;/作為壓力存儲傳入函數(shù)顯示uchar

18、Get_AD_Result() uchar i,dat1=0,dat2=0;CS = 0;CLK=0;/起始控制位 DI0 = 1; _nop_(); _nop_();CS = 0; _nop_(); _nop_();CLK = 1; _nop_(); _nop_();/第一個下降沿之前，設(shè)DI = 1 / 0 /選擇單端/差分（SGL/DIF）模式中的單端輸入模式CLK = 0;DI0 = 1; _nop_(); _nop_();CLK = 1; _nop_(); _nop_();/第二個下降沿之前，設(shè)DI = 0 / 1，選擇CH0/CH1 CLK = 0;DI0 = 0; _nop_()

19、; _nop_();CLK = 1;DI0 = 1; _nop_(); _nop_(); /第三個下降沿之前，設(shè)DI = 1 CLK = 0;DI0 = 1; _nop_(); _nop_(); /第4-11個下降沿讀數(shù)據(jù)（MSB-LSB）for(i=0;i8;i+) CLK = 1; _nop_(); _nop_();CLK = 0; _nop_(); _nop_(); dat1 = dat1 1 | DI0; for(i=0;i8;i+) dat2 = dat2 | (uchar)(DI0)i); CLK = 1; _nop_(); _nop_(); CLK = 0; _nop_(); _

20、nop_(); CS = 1; return (dat1 = dat2) ? dat1:0; unsigned char dsp4; /作為壓力存儲傳入函數(shù)顯示 void delay() /蜂鳴器鳴響間隔延時 uint i, j = 200; while(j-) for (i = 0; i = 500; i+); void main()uchar AD_Result;/獲取的AD值float ad=0;/當前壓力值float Y1,Y2,dY;/限幅濾波dY=2;/定時器初始化fnLCMInit();fnSetPos(0,0); dprintf(30,12,液晶屏顯示當前壓力);dprintf

21、(110,58,千帕);AD_Result=Get_AD_Result();Y1=(AD_Result*5.0/255.0/5.1-0.04)/0.00369-3.45;while(1)AD_Result=Get_AD_Result();Y1=(AD_Result*5.0/255.0/5.1-0.04)/0.00369-3.45;if(abs(Y2-Y1)=dY)/變化不能太快，否則會失效ad=Y2;Y1=Y2;elsead=Y1;sprintf(dsp,%-3.0f,ad);dprintf(82,58,dsp);/LCD顯示控制程序#define ASC_CHR_WIDTH 8#define

22、 ASC_CHR_HEIGHT 12/數(shù)字字符點陣庫，粗體初號，32*64點陣，32/8=4，每個數(shù)字需要4*64字節(jié)，共10個數(shù)字char code MSK1=0x00,0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f,0x3f,0x7f,0xff;char code MSK2=0x00,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff;code uchar const uPowArr=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;uchar code ASC_MSK58*10=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

23、0x00,0x00,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, / 0;i-)if(LCMCW&0x03)=0x03)break;return i;/若返回0，說明錯誤uchar fnST3(void)/狀態(tài)位ST3判斷（數(shù)據(jù)自動寫狀態(tài)）uchar i;for(i=10;i0;i-)if(LCMCW&0x08)=0x08)break;return i;/若返回0，說明錯誤uchar fnPR1(uchar uCmd,uchar uPar1,uchar uPar2)/寫雙參數(shù)的指令if(fnST01()=0)return 1;LCMDW=uPar1;if(fnST01()=0)retur

24、n 2;LCMDW=uPar2;if(fnST01()=0)return 3;LCMCW=uCmd;return 0;/返回0成功uchar fnPR11(uchar uCmd,uchar uParl)/寫單參數(shù)的指令if(fnST01()=0)return 1;LCMDW=uParl;if(fnST01()=0)return 2;LCMCW=uCmd;return 0;/返回0成功uchar fnPR12(uchar uCmd)/寫無參數(shù)的指令if(fnST01()=0)return 1;LCMCW=uCmd;return 0;/返回0成功uchar fnPR13(uchar uData)/

25、寫數(shù)據(jù)if(fnST3()=0)return 1;LCMDW=uData;return 0;/返回0成功uchar fnPR2(void)/讀數(shù)據(jù)if(fnST01()=0)return 1;return LCMDW;void fnSetPos(uchar urow,uchar ucol)/設(shè)置當前地址uint iPos;iPos=urow*20+ucol;fnPR1(LC_ADD_POS,iPos & 0xFF,iPos/256);gCurRow=urow;gCurCol=ucol;char fnLCMInit(void)/LCM初始化reset=0;reset=1;fnPR1(LC_TXT_STP,0x00,0x00);/文本顯示區(qū)首地址fnPR1(LC_TXT_WID,0x14,0x00);/文本顯示區(qū)寬度fnPR1(LC_GRH_STP,0x00,0x00);/圖形顯示區(qū)首地址fnPR1(LC_GRH_WID,0x14,0x00);/文本顯示區(qū)寬度fnPR11(LC_CGR_POS,CGRAMSTART11);fnPR12(LC_CUR_SHP|0x01);/光標形狀fnPR12(LC_MOD_OR);/顯示方式設(shè)置fnPR12(LC_DIS_SW|0x08);grhome=GRSTART;txthome=TXTSTART;return 0;uchar dp