107LED显示的接触压力测试仪论文Word文档格式.docx

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单片机；

AD620；

A/D转换器；

LED

TitleContactForceTestingInstrumentUsingLEDDisplay

Abstract

WiththeSCMandsensortechnologyarewidelyusedtoday,TheyshowgreatactionofspaceintheequipmentofLEDdisplay.ThedesignisbasedonacontactpressuretesterthattheLEDdisplay,LEDcommonlyusedascomponentsoflight,Andoftenusedforindustrialcontrolsystemsinreal-timeinformationdisplay.Themicrocontrollerandsensorsaredesignedtocontroltheentirecoreandacquisitionsignalsinthecentre.

Forcollectionfromthesensorsignalstothepressureonsmallissues,usingAmplifiersAD620toenlargetheroleofthesignalamplification,about500timestoenlarge.Duetothesignalwecollectisanalogvoltagesignal,SoweuseADCDS2450whichcanusedforanalog-digitalconversion,TomakesuretheLEDdisplayingear,SCMasacoreofthecircuitisessential,Itcontrolstheanalog-digitalconversionoftheconverterandthedrivingdisplayof74LS595.Inaddtion,74LS595asadriverCMOSchipintheprocessofdisplacement,Outputdatacanremainunchanged,noflashesofdigitalflu.

Throughthedeignanddebugofthesoftwareandhardware,Wereceivedtheresultwhatweexpected,andeachmodulecompletedtheirrespectivefeatures,Itshowsthatthesystemissuitforthepressuretesting.

Keywords:

Pressuresensors;

SCM;

AmplifiersAD620;

A/Dconverter;

LEDdisplay.

本文针对从传感器采集到的压力信号过小的问题，采用了放大器AD620对信号进行放大，约放大500倍。

放大器AD620；

LED显示。

×

×

（小4号宋体，1.5倍行距）×

。

（要求400字左右）

；

（3—5个关键词，小4号宋体,以分号分隔，分号用全角）

（小4号黑体）

WiththeMCUandsensortechnologyarewidelyusedtoday,theyshowgreatactionofspaceintheequipmentofLEDdisplay.ThedesignisbasedonacontactpressuretesterthattheLEDdisplay,LEDcommonlyusedascomponentsoflight,andoftenusedforindustrialcontrolsystemsinreal-timeinformationdisplay.Themicrocontrollerandsensorsaredesignedtocontroltheentirecoreandacquisitionsignalsinthecentre.

Forcollectionfromthesensorsignalstothepressureonsmallissues,usingamplifiersAD620toenlargetheroleofthesignalamplification,about200timestoenlarge.Duetothesignalwecollectisanalogvoltagesignal,soweuseADCDS2450whichcanusedforanalog-digitalconversion,tomakesuretheLEDdisplayingear,MCUasacoreofthecircuitisessential,itcontrolstheanalog-digitalconversionoftheconverterandthedrivingdisplayof74LS595.Inaddtion,74LS595asadriverCMOSchipintheprocessofdisplacement,outputdatacanremainunchanged,noflashesofdigitalflu.

Throughthedeignanddebugofthesoftwareandhardware,wereceivedtheresultwhatweexpected,andeachmodulecompletedtheirrespectivefeatures,itshowsthatthesystemissuitforthepressuretesting.

Pressuresensor；

MCU；

A/Dconverter；

LED

目次

1绪论1

1.1论文的选题背景1

1.2本课题研究的目的及意义1

1.3本课题研究的主要内容2

2系统方案的设计3

2.1总体结构3

2.2整体方案论证3

3硬件电路的设计7

3.1AT89S52的简介7

3.2单片机的工作原理9

3.3信号放大及A/D转换模块10

3.4驱动和显示模块12

3.5报警电路14

4软件设计16

4.1软件设计思想16

4.2程序实现16

4.3显示模块功能实现19

4.4系统的调试21

结论23

致谢24

参考文献25

附录A总电路原理图27

1绪论

传感器技术是当今信息社会中的一门跨学科的边缘性技术学科，它在信息处理系统中占有十分重要的地位,是信息处理系统的3个构成单元（传感器、通信系统、电子计算机）之一，已渗透到了生产、科研和生活的各个领域。

传感器在自动检测与控制系统中占有特别重要的地位，它是感知、获取与检测信息的窗口；

传感器位于研究对象测控系统的接口处,凡是要获取的科学研究和生产过程的信息，都要通过传感器将其转换为容易传输与处理的电信号。

传感器的设计过程包括：

传感器类型的选择，传感器的工作原理,传感器的结构及分布，传感器的特性分析等几个方面。

1.1论文的选题背景

自步入21世纪，人类就向信息化时代大步迈进。

人们对信息传递的要求逐步向高、精、尖三个方面转变，即传输速度高速化、准确度精确化、技术尖端化。

伴随着这个变化，传感器技术也产生了革命性的变化，各种高新技术纷纷涌现。

而在压力传感器显示过程中，为了保证数据的正确，就要采用LED数码管显示，随着传感器的多样化，显示手段也趋向多样化。

作为国内的接触式压力测试仪目前发展，在国内压力变送器市场上，国外品牌和合资生产产品优势依然十分明显，市场占有率达到70%，因此面对现实、迎接挑战,寻找自己的出路,是求得长足发展的唯一措施。

国内压力变送器除了在传感器技术上要掌握核心技术外,还必须在材料、设备、工艺等方面不断完善和提高,如真空设备、精密加工设备、焊接设备、批量检测手段和设备等。

同时变送器所需的集成电路和补偿软件、通信协议等都需要进行自主研发。

这才是取得较快发展的必由之路。

1.2本课题研究的目的及意义

将压力转换为电信号输出的传感器称为压力传感。

压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件组成。

弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变,然后由位移传感器或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。

有时把这两种元件的功能集于一体，如压阻式传感器中的固态压力传感器。

压力传感器的发展趋势是进一步提高动态响应速度、精度和可靠性以及实现数字化和智能化等。

常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器、扩散硅式压力传感器、差动变压器式压力传感器、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器（光纤传感器）、振弦式压力传感器、谐振式压力传感器等。

而此次设计就是基于LED显示的一种接触式压力测试仪，LED作为常用的发光元件，常被应用为实时工业控制系统中的实时信息显示。

目前，LED显示器的主要形式有两种，一种是能够显示各种字符、汉字和图像信息的阵列式LED。

另一种则是只能显示0～9这10个阿拉伯数字及少数几个英文字母的数码式LED，但由于前者的成本造价要比后者高得多，实现方法要比后者复杂，故在很多场合还经常用到数码式LED。

本设计就是通过数码式LED来显示压力测试的结果。

纵观现状，LED数码管显示，容易实现的特点，已使其成为目前应用最广的数码显示方式之一。

LED数码管显示，可大大提高数据和信息传输的正确率和速率。

这也正是本课题研究的目的和意义所在。

实践证明LED数码管在接触压力显示应用是十分有效的，可以在实际中得到广泛应用。

1.3本课题研究的主要内容

另一种则是只能显示0～9这10个阿拉伯数字及少数几个英文字母的数码式LED，即七段数码管。

尽管阵列式LED从功能上来说完全取代数码式LED，但由于前者的成本造价要比后者高得多，实现方法要比后者复杂，故在很多场合还经常用到数码式LED。

这次设计主要解决的问题有：

⑴硬件电路的设计

主要包括压力传感器的应用、A/D转换器DS2450功能的实现、LED显示的实现、放大器AD620的应用、AT89S52单片机的工作等。

⑵软件的设计

主要是用汇编语言或C语言编程来实现LED压力显示测试。

2系统方案的设计

2.1总体结构

本设计的功能模块主要包括传感器检测模块、信号放大模块、A/D转换模块、单片机控制模块、显示接口模块、报警模块组成，本次拟采用AT89S52单片机控制完成数据测量及处理后送LED显示，总体方案如图2.1所示，主要有以下几部分组成：

⑴控制模块选用AT89S52单片机；

⑵放大模块选择AD公司的AD620芯片实现其功能；

⑶A/D转换模块选择DS2450芯片，充分利用其在仪表中的应用特性；

⑷显示模块选择LED显示模块；

⑸报警器采用压电式蜂鸣器；

⑹传感器采用宁波柯力公司生产的称重传感器。

图2.1系统框图

2.2整体方案论证

2.2.1信号放大模块的选择

传感器送出的电压信号都比较小，不能满足A/D转换的电压要求，因此就必须进行信号放大处理。

⑴一般的放大模式有同相放大、反相放大和差分放大。

其中同相和反相的放大电路都比较简单，可以完成一般的小信号放大。

然而基本的差分放大电路精密度较差，且差动放大电路上变更放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精确度的因素就更加复杂。

⑵在有较强的信号干扰时易采用集成运算放大电路，提高抗干扰能力。

其中有两个输入端、温漂小，常作集成运放的输入级。

输入阻抗很高，采用对称电路结构，从而保证了较强的抑制干扰的能力。

典型的集成运算放大芯片有：

AD526增益可编程运算放大器芯片；

AD620低功耗，高精密度仪器用运放芯片；

除了AD公司的产品外，其他不少公司也推出了各种高质量的测量信号放大器，如B-B公司生产的INA101系列高精度测量信号放大器，INA102系列低功耗高精度测量信号放大器；

我们在具体的使用时，可以根据所需使用的场合和技术要求，选择合适的差分测量信号放大器。

信号放大器主要的技术参数有：

电源电压、差动输入阻抗、小信号带宽、失调电压、共模抑制比、输出电流和电压漂移等。

根据本设计的要求，我选择了AD620。

我们之所以用AD620作为放大器是因为它有如下几个特点：

1）AD620能确保高增益精密放大所需的低失调电压、低失调电压漂移和低噪声等性能指标；

2）只用一只外部电阻就能设置放大倍数1-1000；

3）体积小，只有8个引脚，低功耗，最大供电电流为1.3mA。

2.2.2A/D转换模块的选择

为了满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量的结构不同、性能各异的A/D转换电路应运而生。

尽管A/D转换器的种类很多，但目前应用较广泛的主要有三类型，逐次逼近式A/D转换器、双积分式A/D转换器和V/F变换式A/D转换器。

常用A/D转换器按照输出代码的有效位数分为4位、6位、8位、10位、12位、14位16位和BCD码输出的

、

等多种；

按照转换速度可以分为超高速（转换时间≤1ns）、高速（转换时间≤1µ

s）、中速（转换时间≤1ms）、低速（转换时间≤1s）等几种不同转换速度的芯片。

⑴ADS8320是Burr-Brown公司生产的逐次逼近式串行16位微功耗CMOS型高速A/D转换器，它的线性度为±

0.05%，工作电源在2.7V～5.25V范围内，采样频率最高可达100kHz；

在2.7V供电和100kHz采样速率下，其功耗仅为1.8mW，而在10kHz低速采样时的功耗仅为0.3mW；

在非转换状态时可处于关闭模式，此时功耗可低至100μW；

ADS8320具有同步串行SPI/SSI接口，因而占用微处理器的端口较少；

其差动输入信号范围为500mV～VCC（工作电源）；

采用8引脚MSOP小体积封装。

以上特点使ADS8320非常适用于便携式电池供电系统中。

⑵DS2450是美国达拉斯半导体公司1999年新推出的符合单总线协议的四路A/D转换器。

每个输入通道有各自的寄存器组来存储输入电压的范围、分辨率和报警门限值以及当输入电压偏离指定范围时的使能标志。

DS2450可与单片机端口的一个引脚直接相连；

也可与PC机的RS232串行口经适配器转换后相连，且可挂上多个DS2450，使用很方便。

我们根据设计的实际需要选择了DS2450A/D转换器。

2.2.3单片机的选择

我们经常用的单片机种类很多，MSP430和89C51是两个常见的系列。

⑴MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有很低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。

MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。

当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6µ

s。

超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。

MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8～3.6V电压。

因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200～400µ

A左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1µ

A。

⑵AT89S52是低功耗、高速度和增强型的Philips公司的系列产品，在抗干扰性能，电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜。

借助于Keil的集成开发环境，可以开发出适用于AT89S52系列单片机的操作系统代码。

Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的Windows界面集成开发调试工具。

另外重要的一点，Keil生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时，更能体现高级语言的优势。

C编译器能产生可重入代码，而且用C语言可以打开和关闭中断。

AT89S52系列单片机新系列的单片机，它的最突出优点是把快擦写存储器应用于单片机中。

我们这次设计是基于单片机的控制系统，我们这次设计AT89S52系列单片机的外部程序存储器和数据存储器是比较合适的。

2.2.4显示接口模块的选择

在单片及应用系统中常用的显示器主要有LED和LCD（液晶显示器）。

这两种显示器具有耗电省、配置灵活、线路简单、安装方便、耐振动、寿命长等优点。

我们通常根据实际需要选择所要使用的显示器。

⑴LCD显示器功耗低，显示清晰度高，具有耗电少、成本低、线路简单、寿命长的优点。

因其高清晰度和大信息量等特点，但价格较高，被广泛应用于小型仪器的显示中。

⑵LED显示器价格更低廉，结构简单。

LED显示器既是我们平时所使用的数码管显示，LED显示器可以分为LED静态显示和LED动态显示两种方式。

静态显示方式常采用串行口设定为方式0输出方式，外接移位寄存器构成显示电路。

动态显示电路，在位数较多时字符更新速度慢，电路比较复杂，成本也较高。

因此实际应用中常常采用静态方式。

LED静态显示方式不但能够提高数码管的发光效率，并且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。

所以在实际应用中根据具体情况选择了静态LED显示方式。

3硬件电路的设计

硬件设计的任务是根据总体设计要求，从整个设计的硬件原理图中我们可以看出，电路主要分为四大模块：

信号放大及A/D转换模块、单片机功能模块、驱动模块显示模块、报警模块，各模块又有几部分电路组成。

在所选择机型的基础上，确定系统扩展所需要用的存储器，I/O电路，A/D电路以及有关外围电路等，然后设计出系统的电路原理图。

本方案以单片机AT89S52为核心，通过对其进行软件编程，实现该单片机对其外围电路的适时控制，并提供给外围电路各种所需的信号，包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等等，大大简化了外围电路的设计难度，同时更重要的是该种设计方案大大节省了设计成本，并且由于是采用软件编程技术，所以其移植性能好，在设计电路时可以将其他更多的功能设计进去，而在设计电路板时就可以根据自己的设计计划焊接元件。

3.1AT89S52的简介

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K的系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

3.1.1AT89S52的主要性能

1）与MCS-51单片机产品兼容；

2）8K字节在系统可编程Flash存储器，1000次擦写周期；

3）全静态操作：

0Hz～33MHz，三级加密程序存储器；

4）32个可编程I/O口线7，三个16位定时器/计数器；

5）八个中断源；

6）全双工UART串行通道；

7）低功耗空闲和掉电模式；

8）掉电后中断可唤醒。

图3.1AT89S52单片机的引脚图

3.1.2AT89S52的外部电路

该部分是整个单片机的核心部分，其主要功能是实现AT89S52单片机的工作。

本设计中它主要包含复位电路和时钟电路。

下面具体介绍各电路的原理及实现功能。

⑴复位电路

单片机启动运行时，都要进行复位，使系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

不同的单片机的复位结构是不一样的，在该设计中，AT89S52芯片的复位电路如图3.2所示。

图3.2复位电路

RST是复位信号的输入端，它通过片内的一个斯密特触发器与片内复位电路相连，并从这个状态开始工作，其中复位信号为高电平有效。

当高电平持续2个机器周期以上时，单片机完成复位。

在实际当中，复位电路有上电复位和手动复位两种。

在这个设计当中，采用了手动复位，也就是按键电平复位。

具体工作过程如下：

当S按键未按下时，复位信