课程设计说明书智能压力测量仪讲解.docx

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课程设计说明书智能压力测量仪讲解

郑州华信学院

课程设计说明书

题目：

智能压力测量仪

姓名：

杨巍

院（系）：

机电工程学院

专业班级：

电气工程三班

学号：

1102120310

指导教师：

宋东亚杨坤漓

成绩：

时间：

2013年12月17日至2013年12月28日

郑州华信学院

课程设计任务书

题目智能压力测量仪

专业、班级电气工程及其自动化三班

学号1102120310

姓名杨巍

主要内容：

利用单片机计一个智能压力测量仪，要求显示压力数据。

基本要求：

1.设计一个智能压力测量仪，要求显示当前压力数值。

2.利用proteus软件完成设计电路和仿真；

3.掌握并口驱动数码管动态显示的方法；

4.通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。

主要参考资料：

[1]李全利，单片机原理及接口技术[M]，高等教育出版社

[2]王文杰，单片机应用技术[M]，冶金工业出版社

[3]朱清慧，PROTEUS教程——电子线路设计、制版与仿真[M]，清华大学出版社

[4]单片机实验指导书，天煌教仪

[5]彭伟，单片机C语言程序设计实训100例[M]，电子工业出版社

完成期限：

指导教师签名：

课程负责人签名：

年月日

摘要

本课程设计是基于8051单片机为控制核心的压力检测系统。

在硬件电路部分，此设计的采用8051单片机，ADC0832转换器，本设计先测量出压力的电信号，然后通过单片机对所测出的压力值，并通过LCD显示压力数值。

关键词:

8051单片机、压力检测、LCD显示、

1引言

1.1问题的提出

随着电子化程度越来越高，通过增加更多的电子装置，使机器工作在更好的状态，充分发挥机器的性能，保证机器的安全性，减少机器故障率，增加机器寿命等，具有重要的意义。

1.2任务与分析

本设计的主要任务就是利用单片机实现压力的检测功能。

检测压力检测系统所具有的功能如下：

压力检测系统是通过声音和文字信息来体现压力的状态。

该系统利用8051单片机作为微控制器，通过压变式压力传感器对压力进行信号检测，传感器输出信号经数字滤波及A/D转换后输入ECU，经计算后在LED屏幕上显示压力。

2方案设计

2.1系统方案设计论证

2.1.1系统的控制方案设计

检测压力传感器MPX4250检测到压力信号后，通过ADC0832转换后送入AT89C51单片机，单片机对数据进行处理，显示等。

2.2最终设计方案总体设计框图

图2.1系统总体设计框图

本方案是由压力传感器、A/D模数转换器、AT89C51单片机、LED显示电路。

压力传感器采集压力信号，将其转换为相对应的电压信号，将电压信号输送到A/D模数转换器转换为数字信号，并送入到AT89C51单片机中，经过单片机的数字滤波处理后，在通过PG160128的驱动程序，将其显示在LCD显示器上。

3系统硬件设计

3.1AT89C51单片机

3.1.1AT89C51单片机介绍

（1）8051单片机

在此单片机上集成了微处理器（CPU），内部数据存储器（RAM），以及输入输出端口。

8051单片机采用40只引脚的双列直插封装方式，各引脚的功能如下：

①时钟引脚X1及X2：

用于接晶体振荡器，此次设计用的晶振频率为6MHZ。

②RESET脚：

是复位信号输入端，高电平有效。

③ALE脚：

地址锁存允许信号，用于锁存单片机输出的地址信号，高电平有效

④PSEN脚：

程序存储器输出控制端，在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出的负脉冲作为读外部程序存储器的选通信号，接至程序存储器的OE端。

低电平有效。

⑤EA脚：

其功能为内外程序存储器选择控制端。

当EA为高电平时，单片机访问内部程序存储器，当EA为低电平时，单片机直接访问片外程序存储器。

本设计用的是8031，由于8031内部无程序存储器，所以此引脚应接地。

低电平有效。

⑥I/O口引脚：

共4个，分别是P0、P1、P2、P3，均为8位口。

这4个I/O口可分别作为基本的Input、Output端口。

其中P0口可作为数据总线和地址总线（低8位）分时复用的端口，P2口可作为地址总线的高8位，即P0口和P2口地起构成16位地址总线，可供寻址的地址范围是：

64KB。

P3口具有第二功能，即可以产生中断，定时计数等功能。

⑦RD、WR引脚：

为读和写选通信号，RD用于将单片机的数据写入外设中，WR用于从外设中读取数据。

低电平有效

AT89C51系列单片机都是以8031为核心发展起来的，具有和51系列单片机及基本结构和软件特征，其内部结构如图3-2所示：

图3-2AT89C51单片机框图

3.1.2选用AT89C51单片机原因

在课程设计里所需外围电路简单，在设计里面使用的引脚较少，占用的资源也比较少。

而且该芯片是以AT89C51为核心，性能价格比高，应用成熟，且对其内部结构较为熟悉，芯片功能够用而且适用，从而选用AT89C51单片机作为主控芯片。

3.2时钟电路

本设计采用内部时钟方式的电路。

AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。

电路中的电容C1和C2典型值通常选择为33pF左右。

晶体的振荡频率的范围通常是在1.2MHZ～12MHZ之间。

晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。

.

图3-3时钟电路

3.3复位电路

　复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

本次设计采用上电复位电路。

上电复位电路是在上电瞬间来实现的，其电路如图3-4所示。

上电时，RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位。

图3-4复位电路

3.4PG160128A显示电路

PG160128A是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及格160×128全点阵液晶显示器组成。

可完成图形显示，也可以显示10×8个（16×16点阵）汉字。

主要技术参数和性能：

模块内自带-15负压，用于LCD的驱动电压

1.电源VDD：

+5V；

2.显示内容：

160（列）×128（行）点

3.全屏幕点阵

4.十三种指令

5.与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出

6.占空比1/128

7.工作温度：

-10℃∽+55℃，存储温度：

-20℃∽+70℃

这里通过PG160128A来显示相关信息

图3-5显示电路

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。

学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。

这里通过ADC0832将压力传感器输出的电压信号转换为数字信号，并送入到单片机中进行处理。

3.5A/D转换电路

4系统软件设计

4.1主程序框图

（1）主程序流程框图如下:

（2）信号采集子程序框图如下：

（3）数字滤波流

4.2显示子程序框

图4-4显示子程序流程图

5系统调试过程

通过上面的设计，设计已经基本完成。

下面主要实现AltiumDesigner的原理图、印制板图的绘制和做相关检测，对Keil进行相应的检查和调试，并用Proteus对所设计系统进行仿真。

5.1原理图和印制板图绘制和检查

5.1.1在protel99se绘制原理图并进行相应的ERC检查

图5-1原理图的绘制

绘制完原理图之后，对原理图进行编译检测，ERC检测结果。

5.1.2在PROTEL99SE生成PCB图

在创建完原理图后，对各元器件的引脚进行封装，在原理图中创建网络表（NET）,然后再PROTEL99S中新建PCB，对于生成的PCB图中各器件进行调整，并布线，最终生成PCB图。

结果如图5-2所示

图5-2生成PCB图

5.2Keil程序调试

程序调试结果如下所示：

creatinghexfilefrom"压力检测系统"...

"压力检测系统"-0Error（s）,0Warning（s）.

5.3Proteus仿真调试

在Proteus中建立仿真图。

按下开始仿真按钮，开始进行仿真实验，结果如图5-4，图5-5，图5-6所示：

图5-4Proteus仿真图

图5-5Proteus仿真图

图5-6Proteus仿真图

仿真电路图中实现对压力检测的控制，输出到PG160128A显示。

结论

通过MPX4250检测到压力信号，转换为电压值，然后通过ADC0832转换后产生一个数字信号输入到AT89C51单片机中进行处理，再通过单片机驱动PG160128A显示压力的相关信息。

由于显示程序的复杂性，所以选用了C语言作为开放程序加快了开发进度。

本次设计由于时间较为仓促，难免考虑不周全，还有许多功能需要完善，这需要下来再去深究。

在本次课程设计里面，我把电路和单片机必备的一些基本操作技能再次熟悉了一遍。

对于压力检测，我只进行了最简单的程序编写和仿真，而往往在实际中是作为一个系统中的很小子环节来进行应用的，所以还需要我进一步学习更多的单片机及相关测试传感器知识。

致谢

本课题在选题及进行过程中得到宋老师的悉心指导。

论文行文过程中，宋老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。

宋老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。

再多华丽的言语也显得苍白。

在此，谨向宋老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

参考文献

［1］谭浩强.C程序设计（第三版）［M］.北京.清华大学出版社.2005（2007重印）

［2］张毅刚，彭喜元等.MCS-51单片机应用设计（第3版）［M］.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2001.

［3］徐琤颖.Protel99SEEDA技术及应用.［M］.北京.机械工业出版社.2009.1重印

［4］古辉，刘均等.微型计算机接口及控制技术.［M］.北京.机械工业出版社.2009.1

附录一程序源代码

//名称：

160128液晶显示当前压力

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#defineHZ_CHR_HEIGHT12

#defineHZ_CHR_WIDTH12

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

externcharfnLCMInit（）;//LCD初始化

externvoidfnSetPos（unsignedcharurow,unsignedcharucol）;//设置当前地址

externuchardprintf（ucharx,uchary,char*fmt）;//ASCII（8*16）及汉字（16*16）显示函数

sbitCS=P3^4;

sbitCLK=P3^2;

sbitDI0=P3^3;

uinttheLastTime;//一次鸣响持续次数

unsignedchardsp[4];//作为压力存储传入函数显示

ucharGet_AD_Result（）

{uchari,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_（）;//第一个下降沿之前，设DI=1/0//选择单端/差分（SGL/DIF）模式中的单端输入模式

CLK=0;DI0=1;_nop_（）;_nop_（）;CLK=1;_nop_（）;_nop_（）;//第二个下降沿之前，设DI=0/1，选择CH0/CH1

CLK=0;DI0=0;_nop_（）;_nop_（）;CLK=1;DI0=1;_nop_（）;_nop_（）;//第三个下降沿之前，设DI=1

CLK=0;DI0=1;_nop_（）;_nop_（）;//第4-11个下降沿读数据（MSB->LSB）

for（i=0;i<8;i++）

{CLK=1;_nop_（）;_nop_（）;CLK=0;_nop_（）;_nop_（）;

dat1=dat1<<1|DI0;

}

for（i=0;i<8;i++）

{dat2=dat2|（（uchar）（DI0）<

CLK=1;_nop_（）;_nop_（）;

CLK=0;_nop_（）;_nop_（）;

}

CS=1;

return（dat1==dat2）?

dat1:

0;

}

unsignedchardsp[4];//作为压力存储传入函数显示

voiddelay（）//蜂鸣器鸣响间隔延时

{uinti,j=200;

while（j--）

{for（i=0;i<=500;i++）;}

}

voidmain（）

{

ucharAD_Result;//获取的AD值

floatad=0;//当前压力值

floatY1,Y2,dY;//限幅滤波

dY=2;//定时器初始化

fnLCMInit（）;

fnSetPos（0,0）;

dprintf（30,12,"液晶屏显示当前压力"）;

dprintf（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）//变化不能太快，否则会失效

{

ad=Y2;

Y1=Y2;

}

else

{

ad=Y1;

}

sprintf（dsp,"%-3.0f",ad）;

dprintf（82,58,dsp）;

}

}

//LCD显示控制程序

#defineASC_CHR_WIDTH8

#defineASC_CHR_HEIGHT12

//数字字符点阵库，粗体初号，32*64点阵，32/8=4，每个数字需要4*64字节，共10个数字

charcodeMSK1[]={0x00,0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f,0x3f,0x7f,0xff};

charcodeMSK2[]={0x00,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff};

codeucharconstuPowArr[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};

ucharcodeASC_MSK[58*10]={

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,//<0x20时,打印此字

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,//''

0x00,0x30,0x78,0x78,0x78,0x30,0x30,0x00,0x30,0x30,0x00,0x00,//'!

'

0x00,0x66,0x66,0x66,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,//'"'

0x00,0x6c,0x6c,0xfe,0x6c,0x6c,0x6c,0xfe,0x6c,0x6c,0x00,0x00,//'#'

0x30,0x30,0x7c,0xc0,0xc0,0x78,0x0c,0x0c,0xf8,0x30,0x30,0x00,//'$'

0x00,0x00,0x00,0xc4,0xcc,0x18,0x30,0x60,0xcc,0x8c,0x00,0x00,//'%'

0x00,0x70,0xd8,0xd8,0x70,0xfa,0xde,0xcc,0xdc,0x76,0x00,0x00,//'&'

0x00,0x30,0x30,0x30,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,//'''

0x00,0x0c,0x18,0x30,0x60,0x60,0x60,0x30,0x18,0x0c,0x00,0x00,//'（'

0x00,0x60,0x30,0x18,0x0c,0x0c,0x0c,0x18,0x30,0x60,0x00,0x00,//'）'

0x00,0x00,0x00,0x66,0x3c,0xff,0x3c,0x66,0x00,0x00,0x00,0x00,//'*'

0x00,0x00,0x00,0x18,0x18,0x7e,0x18,0x18,0x00,0x00,0x00,0x00,//'+'

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x38,0x38,0x60,0x00,//','

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,//'-'

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x38,0x38,0x00,0x00,//'.'

0x00,0x00,0x02,0x06,0x0c,0x18,0x30,0x60,0xc0,0x80,0x00,0x00,//'/'

0x00,0x7c,0xc6,0xce,0xde,0xd6,0xf6,0xe6,0xc6,0x7c,0x00,0x00,//'0'

0x00,0x10,0x30,0xf0,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30,0xfc,0x00,0x00,//'1'

0x00,0x78,0xcc,0xcc,0x0c,0x18,0x30,0x60,0xcc,0xfc,0x00,0x00,//'2'

0x00,0x78,0xcc,0x0c,0x0c,0x38,0x0c,0x0c,0xcc,0x78,0x00,0x00,//'3'

0x00,0x0c,0x1c,0x3c,0x6c,0xcc,0xfe,0x0c,0x0c,0x1e,0x00,0x00,//'4'

0x00,0xfc,0xc0,0xc0,0xc0,0xf8,0x0c,0x0c,0xcc,0x78,0x00,0x00,//'5'

0x00,0x38,0x60,0xc0,0xc0,0xf8,0xcc,0xcc,0xcc,0x78,0x00,0x00,//'6'

0x00,0xfe,0xc6,0xc6,0x06,0x0c,0x18,0x30,0x30,0x30,0x00,0x00,//'7'

0x00,0x78,0xcc,0xcc,0xec,0x78,0xdc,0xcc,0xcc,0x78,0x00,0x00,//'8'

0x00,0x78,0xcc,0xcc,0xcc,0x7c,0x18,0x18,0x30,0x70,0x00,0x00,//'9'

0x00,0x00,0x00,0x38,0x38,0x00,0x00,0x38,0x38,0x00,0x00,0x00,//':

'

};

typedefstructtypFNT_GB16//汉字字模显示数据结构

{

charIndex[2];

charMsk[24];

};

structtypFNT_GB16codeGB_16[]={

"液",0x01,0x00,0x41,0x00,0x2F,0xF0,0x84,0x80,0x54,0xE0,0x29,0x20,

0x5A,0xA0,0xCD,0x40,0x49,0x40,0x48,0x80,0x49,0x40,0x4E,0x30,//"液1"

"晶",0x1F,0x80,0x10,0x80,0x1F,0x80,0x10,0x80,0x1F,0x80,0x00,0x00,

0x7B,0xE0,0x4A,0x20,0x7B,0xE0,0x4A,0x20,0x7B,0xE0,0x00,0x00,//"晶1"

"屏",0x7F,0xE0,0x40,0x20,0x7F,0xE0,0x48,0x80,0x45,0x00,0x5F,0xE0,

0x44,0x80,0x7F,0xF0,0x44,0x80,0x44,0x80,0x48,0x80,0x90,0x80,//"屏1"

"显",0x00,0x40,0x3F,0xE0,0x20,0x40,0x3F,0xC0,0x20,0x40,0x3F,0xC0,

0x49,0x00,0x29,0x20,0x29,0x40,0x29,0x80,0x09,0x20,0xFF,0xF0,//"显1"

"示",0x00,0x40,0x7F,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x20,0xFF,0xF0,0x02,0x00,

0x12,0x80,0x12,0x40,0x22,0x20,0x42,0x10,0x8A,0x10,0x04,0x00,//"示1"

"当",0x04,0x00,0x44,0x40,0x24,0x80,0x04,0x00,0x7F,0xC0,0x00,0x40,

0x00,0x40,0x3F,0xC0,0x00,0x40,0x00,0x40,0x7F,0xC0,0x00,0x40,//"当1"

"前",0x20,0x80,0x11,0x00,0xFF,0xE0,0x00,0x00,0x7C,0x40,0x45,0x40,

0x7D,0x40,0x45,0x40,0x7D,0x40,0x45,0x40,0x44,0x40,0x4C,0xC0,//"前1"

"压",0x00,0x00,0x7F,0xE0,0x40,0x00,0x42,0x00,0x42,0x00,0x42,0x00,

0x5F,0xC0,0x42,0x00,0x42,0x80,0x42,0x40,0x42,0x00,0xBF,0xE0,//"压1"

"力",0x08,0x00,0x08,0x00,0xFF,0xC0,0x08,0x40,0x08,0x40,0x08,0x40,

0x08,0x40,0x10,0x40,0x10,0x40,0x20,0x40,0x40,0x40,0x83,0x