單片機的智能壓力傳感器畢業(yè)設計

1、單片機的智能壓力傳感器畢業(yè)設計（完整版）（文檔可以直接使用，也可根據實際需要修改使用,可編輯 歡迎下載）51 單片機的智能壓力傳感器畢業(yè)設計畢業(yè) 任務書一、題目智能壓力傳感器系統(tǒng)設計二、指導思想和目的要求培養(yǎng)學生綜合運用所學職業(yè)基礎知識、職業(yè)專業(yè)知識和職業(yè) 技能，提高解決實際問題的能力，從而達到鞏固、深化所學的知識與 技能；培養(yǎng)學生建立正確的科學思想，培養(yǎng)學生認真負責、實事求 是的科學態(tài)度和嚴謹求實作風；培養(yǎng)學生調查研究，收集資料，熟悉有關技術文件，鍛煉學 生的科研工作能力和培養(yǎng)學生的團結合作攻關能力。三、主要技術指標培養(yǎng)學生綜合運用所學職業(yè)基礎知識、職業(yè)專業(yè)知識和職業(yè) 技能，提高解決實際問題

2、的能力，從而達到鞏固、深化所學的知識與 技能；培養(yǎng)學生建立正確的科學思想，培養(yǎng)學生認真負責、實事求 是的科學態(tài)度和嚴謹求實作風；培養(yǎng)學生調查研究，收集資料，熟悉有關技術文件，鍛煉學生的科研工作能力和培養(yǎng)學生的團結合作攻關能力。 三、主要技術指標 本設計主要設計一個智能壓力傳感器的設計，要求如下：被測介質：氣體、液體及蒸氣量程：Papa綜合精度：土0.25%FS供電：24V De （1236VDC）介質溫度： -20150環(huán)境溫度：-2085過載能力：150%FS響應時間：W10mS 穩(wěn)定性：W土 0.15%FS/年？能實時顯示目標壓力值和保存參數(shù)，并能和上位機進行通信，并具有較強的抗干擾能力。

3、所需要完成的工作：系統(tǒng)地掌握控制器的開發(fā)設計過程，相關的電子技術和傳感器 技術等，進行設計任務和功能的描述；進行系統(tǒng)設計方案的論證和總體設計；從全局考慮完成硬件和軟件資源分配和規(guī)劃，分別進行系統(tǒng)的 硬件設計和軟件設計；進行硬件調試，軟件調試和軟硬件的聯(lián)調；查閱到15篇以上與題目相關的文獻，按要求格式獨立撰寫不 少于15000字的設計說明書及1.5萬（或翻譯成中文后至少在3000 字以上）字符以上的英文翻譯。四、進度和要求第01周第02周：查閱相關資料，并完成英文翻譯；第03周第04周：進行市場調查，給出系統(tǒng)詳細的設計任務和功能，進行系統(tǒng)設計方案的論證和總體設計；第05周第07周：完成硬件電路設

4、計，并用PROTEL畫出硬件電路圖；第 08 周第 10 周：完成軟件模塊設計與調試 20007. 檢測技術與系統(tǒng)設計，張靖等，中國電力出版社，2001 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教 師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加 以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷 而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體， 均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本

5、人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論 文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電 子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分 或全部內容。日 期：作者簽名日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研 究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文 不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研 究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完 全意

6、識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定， 同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位 論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日摘要壓力是工業(yè)生產過程中的重要參數(shù)之一。壓力的檢測或控制是保證生產和設備安全運行必不可少的條件。本設計主要通過單片機及專 用芯片對傳感器所測得的模擬信號進行處

7、理,使其完成智能化功能介 紹了智能壓力傳感器外圍電路的硬件設計 ,并硬件進行了軟件 AbstractPressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip i

8、s infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intellige

9、nt function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware.The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. Thisis the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals.

10、 After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal 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 f

11、inally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values.In addition，based sensor thermal drift and nonlinearity principle，this paper has desig

12、nedIntelligent sensor hardware circuit and edited a C51Program.The circuit with micro-Process issimple and cheap ，though the result has still a little error.Key words: pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LCD monitor;目錄 第一章緒論 1 1.1前言1 1.2選題的背景和意義1 1.3智能壓力傳感器的發(fā)展方向 2 1.4本文研究的

13、內容 3 第二章系統(tǒng)總體方案設計 4 2.1系統(tǒng)任務描述 4 2.1.1控制系統(tǒng)要求 4 2.1.2主要儀器的選擇4 2.2系統(tǒng)總體設計 6 2.2.1系統(tǒng)組成6 2.2.2基于單片機的智能壓力檢測的原理 6 第三章 壓力傳感系統(tǒng)硬件設計 7 3.1壓力傳感器7 3.1.1金屬應變片的工作原理7電阻應變片的基本結構 8 3.1.3電阻應變片的測量電路8 3.1.4電橋電路的工作原理 9 3.1.5非線性誤差及溫度補償10 3.2信號放大電路 11 3.2.1三運放放大電路113.3 A/D轉換器12A/D轉換器的簡介12配置位說明 13工作時序圖 14153.3.4單片機對ADC0832的控制

14、原理15單片機 17AT89C51單片機簡介173. 4. 2主要特性173.4.3管腳說明183.4.4振蕩器特性 193.4.5芯片擦除203.5液晶屏LCD簡介203.5.1液晶顯示器原理203.5.2液晶顯示器分類203.5.3字符的顯示 21LM016L引腳功能說明213.6 報警模塊 22第四章軟件設計 23系統(tǒng)的主程序 23A/D轉換器的軟件設計 25ADC0832芯片接口程序的編寫 26LCD數(shù)碼管顯示程序設計27LM016LCD的RAM地址映射及標準字庫表 錯誤！未定義書簽。29第五章 proteus 仿真調試295. 1仿真軟件了解 295.1.1proteus 軟件介紹

15、295.1.2protuse功能和特點295. 2本次設計仿真過程30創(chuàng)建原理圖 30繪制仿真原理圖 30系統(tǒng)調試31開始仿真31第六章總結 336.1 設計總結 336.2展望和不足34致謝 35參考文獻 36附錄一 pro tel圖37附錄二 源程序 38第一章 緒 論1.1 前言在信息高速發(fā)展的今天，傳感器檢測系統(tǒng)的智能化和集成化 成為其發(fā)展的兩個重要方向，而傳感器檢測系統(tǒng)智能化和集成化的程 度主要取決于與之相結合的微處理器的性能。具有數(shù)據處理能力，能 夠進行自動檢測、自動校準、自動誤差補償、自動抽樣、以及標度變 換功能的智能壓力傳感器檢測系統(tǒng)已成為國內外開發(fā)和研究的熱點。 傳感器技術是

16、現(xiàn)代測量和自動化技術的重要技術之一。從宇宙探索到海洋開發(fā)，從生產過程的控制到現(xiàn)代文明生活，幾 乎每一項現(xiàn)代科學技術都離不開傳感器。在工業(yè)、農業(yè)、國防、科技 等各個領域，傳感器技術都得到了廣泛的應用，并展現(xiàn)出極其廣闊的 前景。因此，許多國家對傳感器技術的發(fā)展十分重視。例如在日本傳 感器技術被列為六大核心技術（傳感器、通信、激光、半導體、超導 和計算機）之一，并且是將傳感器列為十大技術之首；美國將90 年 代看作是傳感器時代，將傳感器技術列為90年代22項關鍵技術之一。 我國對傳感器的研究也有二十多年的歷史并取得了很大的成就。目 前，在科學技術就是第一生產力的思想指引下，各項科學技術取得 了突飛猛

17、進的發(fā)展，傳感器技術也越來越受到各方面的重視，雖然在 某些方面已趕上或者接近世界先進水平。但是從總體來看，與國外傳 感器技術的發(fā)展相比，我國對傳感器技術的研究和生產還比較落后， 現(xiàn)正處于方興未艾的階段。由于智能傳感器系統(tǒng)的研究起步較晚，其 理論和實踐遠未成熟，離實際應用需求差距很大，尤其是用于壓力測 量的高性能、小體積、低成本智能壓力傳感器系統(tǒng)更是有待于進一步 開發(fā)。因此，研究開發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)對于促進信息技 術及自動化技術的發(fā)展、提高設備的性能及自動化水平具有不可低估 的意義。選題的背景和意義近年來，隨著微型計算機的發(fā)展，他的應用在人們的工作和日常 生活中越來越普遍。工業(yè)過程控制

18、是計算機的一個重要應用領域。其 中由單片機構成的嵌入式系統(tǒng)已經越來越受到人們的關注?，F(xiàn)在可以 毫不夸張的說，沒有微型計算機的儀器不能稱為先進的儀器，沒有微 型計算機的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的時代已經到來。壓力測量對實時監(jiān)測和安全生產具有重要的意義。在工業(yè)生產 中，為了高效、安全生產，必須有效控制生產過程中的諸如壓力、流 量、溫度等主要參數(shù)。由于壓力控制在生產過程中起著決定性的安全 作用，因此有必要準確測量壓力。為了測到不同位置的壓力值，本次 設計為基于單片機智能壓力測量系統(tǒng)。通過壓力傳感器將需要測量的 位置的壓力信號轉化為電信號，再經過運算放大器進行信號放大，送 至 8 位 AD 轉換

19、器，然后將模擬信號轉換成單片機可以識別的數(shù)字 信號，再經單片機轉換成LCD顯示器可以識別的信息，最后顯示輸出。 基于單片機的智能壓力檢測系統(tǒng)，選擇的單片機是基于AT89C51單片 機的測量與顯示，將壓力經過壓力傳感器變?yōu)殡娦盘?，再通過三運放 放將電信號放大為標準信號為0-5V的電壓信號，然后進入A/D轉換 器將模擬量轉換為數(shù)字量，我們所采樣的 A/D 轉換器為 ADC0832，ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以 適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使 得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32uS,據 有雙數(shù)據輸出可作為數(shù)據

20、校驗，以減少數(shù)據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定 性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加 方便。通過DI數(shù)據輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數(shù)據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與 單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根 數(shù)據線上使用。為了提高單片機系統(tǒng)I/O 口線的利用效率,利用單片機的串行口 和.智能壓力傳感器的發(fā)展方向（1）向高智能高精度發(fā)展:隨著自動化生產程度的不斷提高，對 傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、 響應速度快、

21、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。目 前能生產精度在萬分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產最也遠 遠不能滿足要求。（2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展:傳感器的可靠性直接影響到 電子設備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是 永久性的方向。提高溫度范圍歷來是大課題，大部分傳感器其工作范 圍都在一 20C70C，在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在一 40OC 85OC 范圍，而汽車鍋爐等場合要求傳感器工作在一20OC1200C，在冶煉、 焦化等方面對傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材料如陶瓷 的 傳感器將很有前途。（3）向微型化發(fā)展:各種控制儀器設備的功能越來越人，要求各 個部

22、件體積能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好， 這就要求發(fā)展新的材料及加工技術，目前利用硅材料制作的傳感器體 積己經很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體 積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細加工技術制成 的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。（4）高智能化：將壓力傳感器和單片機聯(lián)系在一起，使其能夠 在實際應用中能更好地實現(xiàn)人機互換交流，增加儀器的數(shù)字化和智能 化。1.4本文研究的內容研究開發(fā)一個智能壓力傳感器，要實現(xiàn)的主要目標是：1.系統(tǒng)地掌握單片機的開發(fā)設計過程，相關的電子技術和傳感器 技術等，進行設計任務和功能的描述 2.進行系統(tǒng)設計方案的

23、論證和 總體設計 3.從全局考慮完成硬件和軟件資源分配和規(guī)劃，分別進行 系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計 4.進行硬件調試，軟件調試和軟硬件的 聯(lián)調2.1系統(tǒng)任務描述被測介質：氣體、液體及蒸氣量程：Papa（3）綜合精度：土0.25%FS供電：24V De （1236VDC）介質溫度：-20150環(huán)境溫度：-2085? （7）當壓力超過一定范圍是可以報警（8）能實時顯示目標壓力值和保存參數(shù)，并能和上位機進行通 信，并具有較強的抗干擾能力。主要儀器的比較選擇1、壓力傳感器的選擇壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感 元件將被測壓力信號轉換成容易測量的電信號作輸出，給顯示儀表顯 示壓力值

24、，或供控制和報警使用。力學傳感器的種類繁多，如電阻應 變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電 感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器諧振式壓力傳感器及電容式加速 度傳感器等。在具有較大共模電壓的條件下，儀表放大器能夠對很微 弱的差分電壓信號進行放大，并且具有很高的輸入阻抗。這些特性使 其受到眾多應用的歡迎，廣泛用于測量壓力和溫度的應變儀電橋接 口、熱電耦溫度檢測和各種低邊、高邊電流檢測。主控制器的選擇單片機是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需 要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的 （比如家用PC）的主要區(qū)別。它擁有基于復雜指令集（CISC）

25、的單 片機內核，雖然其速度不快，12 個振蕩周期才執(zhí)行一個單周期指令， 但其端口結構為準雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴展性 能非常強大。 51 的內部硬件預設，可用特殊功能寄存器對其進行編 輯。圖 2.1 智能壓力傳感器原理方框圖基于單片機的智能壓力檢測的原理本次設計是以單片機組成的壓力測量，系統(tǒng)中必須有前向 通道作為電信號的輸入通道，用來采集輸入信息。壓力的測量，需要 傳感器，利用傳感器將壓力轉換成電信號后，再經放大并經 A/D 轉換 為數(shù)字量后才能由計算機進行有效處理。然后用LCD進行顯示。我們這次主要做的是A/D轉換，單片機和顯示，我們選用的A/D 轉換器是ADC0832，單片

26、機為AT89C51,顯示為液晶顯示LCD。根據 硬件電路編程，調試出來并顯示結果。第三章 壓力傳感系統(tǒng)硬件設計壓力傳感器金屬應變片的工作原理應變式壓力傳感器是把壓力的變化轉換成電阻值的變化來進行 測量的，應變片是由金屬導體或半導體制成的電阻體是一種將被測件 上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感 器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和 半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變 片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應 變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變， 使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使

27、加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種 應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應 變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通 常是A/D轉換和CPU）顯示或執(zhí)行機構。其阻值隨壓力所產生的應變 而變化。金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨 機械形變而產生阻值變化的現(xiàn)象俗稱為電阻應變效應。對于金屬導 體，金屬導體的電阻值可用下式表示：P LMA3.1式中：P 金屬導體的電阻率（Q?cm2/m） S導體的截面 積（cm2） L導體的長度（m）（3.2）式中為材料軸向線應變 ,且 跟據材料力學 ,在金屬絲單向受力 狀態(tài)下 ,有3.3式中卩為導體材料的泊松比

28、。因此，有3.4試驗發(fā)現(xiàn) ，金屬材料電阻率的相對變化與其體的相對變化間的 關系為3.5式中 ， c 為常數(shù) 由一定的材料和加工方式決定 將式 3.5 代入3.4，且當AR R時，可得3.6式中，k 1+2 u +c 1-2卩為金屬絲材料的應變靈敏系數(shù)。 上式表明 ，金屬材料電阻的相對變化與其線應變成正比。這就是 金屬材料的應變電阻效應。電阻變化率AR/R的表達式為：AR/Ru/，式中u材料的 泊松系數(shù)；應變量。當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都 會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如 金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便 會增大。當金屬絲受外力

29、作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻 值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電 壓），即可獲得應變金屬絲的應變情圖3.1直流電橋設電橋的各臂的電阻分別為 R1R3R2R4 它們可以全部或部分是 應變片。由于直流放大器的輸入電阻比電橋電阻大的多，因此可將電 橋輸出端看成開路，這種電橋成為電壓輸出橋，輸出電壓U0為U0（3.7）由上式可見：若R1R3 R2R4,則輸出電壓必為零，此時電橋處于平衡狀態(tài)，稱為平衡電橋。平衡電橋的平衡條件為：R1R3 R2R4應變片工作時其電阻變化A R,此時有不平衡電壓輸出。（3.8）由式（3.8）表明：ARR1時，電橋的輸出電壓于應變成線性關系。

30、若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變活壓應變時， 輸出電壓為兩者之差，若不同時，則輸出電壓為兩者之和。若相對兩 橋臂的極性一直，輸出電壓為兩者之和，反之則為兩者之差。電橋供電電壓U越高，輸出電壓U0越大，但是，當U大時，電 阻應變片通過的電流也大，若超過電阻應變片所允許通過的最大工作 電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂?；谶@些原因可以合理的進行溫 度補償和提高傳感器的測量靈敏度。3.1.5非線性誤差及溫度補償由式(3.8)的線性關系是在應變片的參數(shù)變化很小，ARR1的 情況下得出的，若應變片承受的壓力太大，則上述假設不成立，電橋 的輸出電壓應變之間成非線性關系。在在這種情況下，用按線性關系

31、刻度的儀表進行測量必然帶來非線性誤差。為了消除非線性誤差，在 實際應用中，常采用半橋差動或全橋差動電路，如圖3 . 2所示，以改 善非線性誤差和提高輸出靈敏度。UUa半橋差動電路(b)全橋差動電路圖3.2 差動電橋圖3 . 2 ( a )為半橋差動電路，在傳感器這中經常使用這種方法。 粘貼應變片時，使兩個應變片一個受壓，一個受拉。應變符號相反， 工作時將兩個應變片接入電橋的相鄰兩臂。設電橋在初始時所示平衡 的,且為等臂電橋，考慮到AR ARI AR2則得半橋差動電路的輸出 電壓為 由上式可見，半橋差動電路不僅可以消除非線性誤差，而且還使 電橋的輸出靈敏度提高了一倍，同時還能起到溫度補償?shù)淖饔谩?/p>

32、如果 按圖3.2 (b)所示構成全橋差動電路同樣考慮到AR AR1 AR2 AR3 AR4時得全橋差動電路的輸出電壓為（3.10）可見，全橋的電壓靈敏度比單臂工作時的靈敏度提高了4倍非線 性誤差也得到了消除，同時還具有溫度補償?shù)淖饔茫撾娐芬驳玫搅?廣泛的應用。3.2信號放大電路3.2.1三運放放大電路本次設計的放大器采用了三運放，因為它具有高共模抑制比 的放大電路。它由三個集成運算放大器組成，如圖3.3所示。3.3 三運放高共摸抑制比放大電路其中AR1和AR2為兩個性能一致主要指輸入阻抗，共模抑制比 和增益 的同相輸入通用集成運算放大器，構成平衡對稱差動放大輸 入級，AR3構成雙端輸入單端輸

33、出的輸出級，用來進一步抑制AR1和 AR2的共模信號，并適應接地負載的需要。由于每個放大器求和點的 電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個差分輸入電壓現(xiàn)在 都呈現(xiàn)在RG兩端。因為輸入電壓經過放大后（在A1和A2的輸出端） 的差分電壓呈現(xiàn)在R5, RG和R6這三只電阻上，所以差分增益可以通 過僅改變RG進行調整如果R5 = R6, R1= R3和R2 = R4,貝Ij VOUT VIN2VIN1 1R2/R1）。由于RG兩端的電壓等于VIN,所以流過RG的電流等于VIN/RG，因此輸入信號將通過A1和A2獲得增益并得到放大。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位

34、，從而 不會在RG上產生電流。由于沒有電流流過RG （也就無電流流過R5 和R6）,放大器A1和A2將作為單位增益跟隨器而工作。因此，共 模信號將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按 1（2 RF/RG）的增益系數(shù)被放大。這也就意味著該電路的共模抑制比相比 與原來的差分電路增大了1+（2 RF/RG）倍在理論上表明，得到所要求的前端增益（由RG來決定），而不增 加共模增益和誤差，即差分信號將按增益成比例增加，而共模誤差則 不然，所以比率增益（差分輸入電壓）/（共模誤差電壓）將增大。 因此CMR理論上直接與增益成比例增加，這是一個非常有用的特性。 最后，由于結構上的對稱性，輸入放大器的共模誤

35、差，如果它們跟蹤， 將被輸出級的減法器消除。這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差。 A/D轉換器選用兩通道輸入的八位ADC0832,圖3.4 ADC0832結構示意圖3.3.2 配置位說明ADC0832 工作時,模擬通道的選擇及單端輸入和差分輸入的選擇, 都取決于輸入時序的配置位。當差輸入時，要分配輸入通道的極性， 兩個輸入通道的任何一個通道都可作為正極或負極。ADC0832的配置 位邏輯表如表3. 1所示。輸入格式 配置位 選擇通道號CH0 CH1 CH0CH1 差分 L L + L H + 單端 H表3.1的配置位邏輯表 表中“+”表示輸入通道的端點為正極性；“-”表示輸入端點為 負極性H或

36、L表示高、低電平。輸入配置位時，高位（CH0）在前， 低位（CH1 ）在后。3.3.3 工作時序圖當CS由高變低時，選中ADC0832。在時鐘的上升沿，DI端的 數(shù)據移入 ADC0832 內部的多路地址移位寄存器。在第一個時鐘期 間,DI為高，表示啟動位，緊接著輸入兩位配置位。當輸入啟動位和 配置位后，選通輸入模擬通道，轉換開始。轉換開始后，經過一個時 鐘周期延接著在第一個時鐘周期延遲，以使選定的通道穩(wěn)定oADC0832 緊接著在第4個時鐘下降沿輸出轉換數(shù)據。數(shù)據輸出時先輸出最高位（D7D0）輸出完轉換結果后，又以最低位開始重新遍數(shù)據（D7 D0），兩次發(fā)送的最低位共用。當片選CS為高時，內部

37、所有寄存器 清，輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)。如果要再進行一次模 數(shù)轉換，片選 必須再 次從高向低跳變，后面再輸入啟動位和配置位。圖3.5 ADC083 工作時序圖3.3.4單片機對ADC0832的控制原理圖3.6 ADC0832與單片機的接口電路正常情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據線，分別 是CS、CLK、DO、DIo但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并 與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一 根數(shù)據線上使用。當 ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁 用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS 使能端置于低電平

38、并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始 轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖,DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據信號。在第1 個時鐘脈沖的 下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉 之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據用于選擇通道功能。其功能項見表。如表 所示，當此2位數(shù)據為“1” “0”時，只對CH0進行單通道轉換。當 2位數(shù)據為“1” “1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2位數(shù)據為 “0” “0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進 行輸入。當2位數(shù)據為“0” “1”時，將CH0作為負輸入端IN-, CH

39、1 作為正輸入端IN+進行輸入。3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就 失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據輸出DO進行轉換數(shù)據 的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數(shù)據最高位DATA7, 隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據。直到第11個脈沖時發(fā)出 最低位數(shù)據DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據輸出完成。也正是從此位開始輸 出下一個相反字節(jié)的數(shù)據，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATD0。隨 后輸出8位數(shù)據，到第19個脈沖時數(shù)據輸出完成，也標志著一次A/D 轉換的結束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數(shù)據進 行處理就可以了。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0

40、5V且8位 分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入 時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。 在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉換后 的數(shù)據結果始終為00H。3.4 單片機 隨著電子技術的發(fā)展，單片機的功能將更加完善，因而單片機的 應用將更加普及。它們將在智能化儀器、家電產品、工業(yè)過程控制等 方面得到更廣泛的應用。單片機將是智能化儀器和中、小型控制系統(tǒng) 中應用最多的有種微型計算機。3.4.1 AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(FPEROM Falsh Progra

41、mmable and Erasable Read Only Memory) 的低電壓， 高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機?？刹脸蛔x存儲器可以反復 擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造， 與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效 微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本單機為很多嵌入式控制系 統(tǒng)提供圖3.7AT89C51單片機的結構示意圖3.4.2主要特性1、與MCS-51兼4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循 環(huán)數(shù)據保留時間：10年全靜態(tài)工作：

42、0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定 128*8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路VCC：供電電壓。GND:接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據存儲器，它可以被定義為數(shù)據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL門電流

43、。P1 口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2口： P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其

44、特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口：P3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：口管腳 備選功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2/INTO （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1） P3.4 T0 （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6 /WR （外

45、部數(shù)據存儲器寫選通） P3.7 /RD （外部數(shù)據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是

46、ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向

47、振蕩器的輸出。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CP

48、U停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。利用89C51單片機串行口和液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據驅動方式來分，可以分為靜態(tài)驅動(

49、Static)、單純矩陣驅動(Simple Matrix)和主動矩陣驅動(Active Matrix)三種字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6X8或8X8 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點 亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內帶字符發(fā) 生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文 本方式，根據在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM 對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。編號符 號 引腳說明編號 符號 引腳說明 1 VS

50、S 電源地 8 D1數(shù)據2 VDD電源正極 9D2 數(shù)據3 VL液晶顯示偏壓 10D3 數(shù)據4 RS數(shù)據/命令選擇11 D4數(shù)據5R/W讀/寫選擇12 D5數(shù)據6E使能信號13 D6數(shù)據7D0 數(shù)據 14D7數(shù)據表：引腳接口說明表16LCD采用標準的14腳接口，各引腳接口說明如表所示:第1腳：VSS為地電 源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最 弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以 通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據寄存器、低電平 時選指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電

51、平時進行讀操作，低電平時進 行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址, 當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為 低電平時可以寫入數(shù)據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶 模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據線。C語言是一種計算機程 序設計語言。它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。C 語言先后被移植到大、中、小及微型機上。它可以作為工作系統(tǒng)設計 語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依 賴計算機硬件的應用程序。它的應用范圍廣泛，具備很強的數(shù)據處理 能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類

52、科研都需要用到C語言，適 于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。void main voidunsigned int data_temp 0;init ;TMOD 0 x01;TH0 65536-50000 /256;TL0 65536-50000 %256;ET0 1;TR0 1;while 1data_temp ADconv ;if data_temp 128 /報警數(shù)值EA 1;elseEA 0;buzzer 0;P3 data_temp;xs_int 196*data_temp ;if KEY 0 delay_1ms 10 ;if KEY 0while !KEY ;key_count+

53、;if key_count 3key_count 1;xiezhiling 0 x01,0 ;if key_count 1xiezhiling 0 x80,1 ;/LCD 第一行 xieshuju P ;xieshuju I ;xieshuju C ;xieshuju 3 ;xieshuju 0 ;xieshuju 0 ;xieshuju 1 ;xieshuju - ;xieshuju - ;xieshuju HC5+0 x30 ;xieshuju HC3+0 x30 ;xieshuju HC2+0 x30 ;xieshuju . ;xieshuju HC1+0 x30 ;xieshuju P

54、 ;xieshuju a ;xiezhiling 0 x80+0 x40,1 ;/LCD 第二行xieshuju A ;xieshuju l ; TOC o 1-5 h z 1?xieshuju m ;1?xieshuju ;xieshuju S ;xieshuju t ;1?xieshuju a ;xieshuju t ; 1 ? ?xieshuju u ; 1 ? ?xieshuju s ; 1 ? ?xieshuju - ; 1 ? ?xieshuju - ;xieshuju O ;xieshuju N ;if key_count 2;/LCD 第 一 行;/LCD 第 一 行主程序流程

55、圖4.1xieshuju P ; 1 ? ?xieshuju r ; 1 ? ?xieshuju e ; 1 ? ?xieshuju s ; 1 ? ? xieshuju u ; 1 ? ? xieshuju r ; TOC o 1-5 h z 1?xieshuju e ;1?xieshuju ;1? ?xieshuju i ; 1 ? ? xieshuju s ; 1 ? ? xieshuju ;xieshuju O ;xieshuju K ; 1 ? ? xieshuju ; 1 ? ? xieshuju ;xiezhiling 0 x80+0 x40,1 ;/LCD 第二行xieshuj

56、u M ;xieshuju a ;xieshuju d ;xieshuju e ;xieshuju ;xieshuju B ;xieshuju Y ;xieshuju ;xieshuju y ; TOC o 1-5 h z 1? ?xieshuju a1? ?xieshuju n1? ?xieshuju sxieshuju h 1 ? ? xieshuju u1? ?xieshuju o1? ?xieshuju 4.3系統(tǒng)子程序設計A/D轉換器的軟件設計單片機控制系統(tǒng)中通常要用到AD轉換，根據輸出格式，常用的AD轉換方式可分為并行AD和串行AD。并行方式一般在轉換后可直接 接收，但芯片的引腳比

57、較多；串行方式所用芯片引腳少，封裝小，但 需要軟件處理才能得到所需要的數(shù)據?？墒菃纹瑱CI/O引腳本來就不 多，使用串行器件可以節(jié)省1/0資源。ADC0832是8位逐次逼近模數(shù)轉換器，可支持兩個單端輸入通道和一個差分輸入通道。相同功能的器件還有 ADC0834， ADC0838， ADC0831。所不同的是它們的輸入通道數(shù)量不同。它們的通道選擇和 配置都是通過軟件設置。4.3.2ADC0832芯片接口程序的編寫單片機串行工作方式時 ,串行口是作為同步移位寄存器使用。這 時以P3.3端作為數(shù)據移位的入口和出口，而由P3.6端提供移位時 鐘脈沖。單片機串行口方式 0 與 ADC0832 的接口,單片

58、機 P2.0 接 ADC0832的CS,P3.6接0832的CLK作為時鐘信號輸出端，P3.7接 0832的DO和DI作為啟動位、配置位的發(fā)送端以及A/D轉換后輸出 數(shù)據的接收端。由于ADC0832在CS變低后的前3個周期內,D0端為 高阻態(tài);轉換開始后 ,DI 線禁止 ,因此 ,DI 端和 DO 端可連接在一 起。ADC0832的時鐘頻率最高為400kHz,單片機晶振可選用4MHz，在 TXD的輸出頻率為4MHz/12333. 3kHz,符合要求。ADC0832輸出的串行數(shù)據共 15 位 ,由兩段 8 位數(shù)據組成 ,前一段是最高位在先 , 后一段是最高在后 ,兩段數(shù)據的最低位共用。只有在時鐘

59、的下降 沿，ADC0832的串行數(shù)據才移出一位。由單片機控制時鐘信號的發(fā)送, 并由P3.6發(fā)出，以達到控制ADC0832輸出數(shù)據位的目的。為了得到 一列完整的 8 位數(shù)據 ,單片機分兩次采集含有不同位的數(shù)據 ,再合 成一列完整的 8位數(shù)據。ADC0832通過內部多路器來控制選擇通道，處理器的控制命令通 過DI引腳輸入。如下流程圖所示，當模擬信號輸入開始后，首先是 CS 使能信號也就是片選信號有效，這時是低電平有效，如果片選是 高電平時停止轉換。當時鐘信號有效時輸入通道的控制字來確定所選 擇的通道，讀取數(shù)據后就開始將模擬量轉換位數(shù)字量，A/D轉換結束后，單 片機讀取數(shù)值，如果沒轉換完，又回到使能

60、開始。AD程序流程圖如圖4.2圖4.2 ADC0832數(shù)據讀取程序流程4.3.3 LCD數(shù)碼管顯示程序設計液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定 要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示 字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 是16的內部顯示地址。圖16LCD內部顯示地址在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示 字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷 液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符