單片機(jī)+MPX4115壓力測量儀的Proteus仿真設(shè)計(jì)+代碼+文檔

壓力測量儀的設(shè)計(jì)與仿真

一、設(shè)計(jì)要求：

本課程設(shè)計(jì)用MPX4115傳感器來檢測壓力參數(shù)，ADC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用單片機(jī)AT89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，用四個(gè)八段數(shù)碼管顯示壓力值。壓力測量的量程在15.3KPA~114.9KPA，分度值位0.1kpa。

二、構(gòu)思

2.1 主控模塊的選型。

方案一：

采用MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)是TI公司1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強(qiáng)大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計(jì)開發(fā)[3]。

方案二

采用51系列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個(gè)高可靠性，超低價(jià)，無法解密，高性能的8位單片機(jī)，32個(gè)IO口，且STC系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。

因此選用方案二中的51系列單片機(jī)作為主控芯片

2.2 顯示模塊的選型

方案一：

采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較合適，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對較高，所以不用此種作為顯示。

方案二：

采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價(jià)格雖適中，對于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，占用單片機(jī)口線少。

所以本設(shè)計(jì)中方案二中LED數(shù)碼管的作為顯示模塊

2.3 傳感器的選型。

壓力傳感器對于系統(tǒng)至關(guān)重要，需要綜合實(shí)際的需求和各類壓力傳感器的性 能參數(shù)加以選擇。一般要選用有溫度補(bǔ)償作用的壓力傳感器，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題。

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的數(shù)字氣壓計(jì)顯示的是絕對氣壓值，同時(shí)為了簡化電路，提高 穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的壓力傳感器。MPX4115可以產(chǎn)生高精度模 擬輸出電壓,數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器MPX4115構(gòu)成。

三、設(shè)計(jì)：

3.1 總體設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)是基于8051單片機(jī)的測量與顯示。利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號后，在經(jīng)過ADC0832的模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)進(jìn)行有效處理，然后用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

3.2 流程框圖

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2018-12-19 22:52 上傳

3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)

由AT89C52單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位 電路組成AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C52是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的于將多功能MCS-518指令集和輸出管腳相兼容。位CPU和閃爍存儲器組合在由單個(gè)芯片中，ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C52是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案

單片機(jī)系統(tǒng)電路

3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊

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。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。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(jī)技術(shù)水平的提高。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0~5V之間工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS。 ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，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 0~5V 之間。

ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

3.5 傳感器模塊

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)模擬輸出信號提供一個(gè)均衡壓力。在0℃-85℃的溫度下誤差不超過1.5%，溫度補(bǔ)償是-40℃-125℃。為了克服干擾，在MPX4115輸出電路中增加了RC濾波電路。如下圖所示：

MPX4115信號處理電路

3.6系統(tǒng)總體電路圖

四、仿真

通過仿真，調(diào)節(jié)傳感器的+和-，可以觀察到數(shù)碼管數(shù)值的變化，壓力測量的范圍在15.3KPA~114.9KPA之間，基本可以達(dá)到要求。

五、心得體會：

傳感器課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我的收獲很多，我做的是基于AT89C52單片機(jī)的壓力測量儀的設(shè)計(jì)，用到的主要芯片是 AT89C52和ADC0808，實(shí)現(xiàn)的功能是將傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識別的數(shù)字信號，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管可以識別的信息，最后顯示輸出。通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作�；菊莆樟薖roteus原理圖的方法，從網(wǎng)上搜索的資料對我?guī)椭艽�，遇到不懂的問題自己解決不了，就和大家一起討論。通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，我又學(xué)到了許多新的知識，在工程實(shí)際應(yīng)用才能有切身的體會，實(shí)踐出真知，自己親自動手去做，才知道知識的匱乏。

單片機(jī)源碼：

1. //線性區(qū)間標(biāo)度變換公式：    y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa   
   
2. 
   
3. #include <AT89X52.h>
   
4. #include <intrins.h>
   
5. #include <stdio.h>
   
6. 
   
7. 
   
8. #define R24C04ADD 0xA1
   
9. #define W24C04ADD 0xA0
   
10. 
    
11. //ADC0832的引腳
    
12. sbit ADCS =P2^2;  //ADC0832 chip seclect
    
13. sbit ADDI =P2^4;  //ADC0832 k in
    
14. sbit ADDO =P2^4;  //ADC0832 k out
    
15. sbit ADCLK =P2^3;  //ADC0832 clock signal
    
16. 
    
17. 
    
18. sbit SDA = P2 ^ 1;                                //數(shù)據(jù)線
    
19. sbit SCL = P2 ^ 0;                                //時(shí)鐘線
    
20. bit bAck;                                          //應(yīng)答標(biāo)志 當(dāng)bbAck=1是為正確的應(yīng)答
    
21. 
    
22. unsigned char dispbitcode[8]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};  //位掃描
    
23. unsigned char dispcode[11]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};  //共陽數(shù)碼管字段碼
    
24. unsigned char dispbuf[4];
    
25. unsigned int temp;
    
26. unsigned char getdata; //獲取ADC轉(zhuǎn)換回來的值
    
27. 
    
28. 
    
29. void delay_1ms(void)  //12mhz delay 1.01ms
    
30. {
    
31.    unsigned char x,y;   
    
32.    x=3;
    
33.    while(x--)
    
34.   {
    
35.        y=40;
    
36.        while(y--);
    
37.     }
    
38. }
    
39. void display(void)  //數(shù)碼管顯示函數(shù)
    
40. {
    
41.   char k;
    
42.   for(k=0;k<4;k++)
    
43.   {
    
44. 
    
45.   P1 = dispbitcode[k];
    
46.   P0 = dispcode[dispbuf[k]];
    
47.   if(k==1)          //加上數(shù)碼管的dp小數(shù)點(diǎn)
    
48.           P0&=0x7f;
    
49.   delay_1ms();         
    
50.   }
    
51. }
    
52. 
    
53. /************
    
54. 讀ADC0832函數(shù)
    
55. ************/
    
56. 
    
57. //采集并返回
    
58. unsigned int Adc0832(unsigned char channel)     //AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果
    
59. {
    
60.     unsigned char i=0;
    
61.     unsigned char j;
    
62.     unsigned int dat=0;
    
63.     unsigned char ndat=0;
    
64. 
    
65.     if(channel==0)channel=2;
    
66.     if(channel==1)channel=3;
    
67.     ADDI=1;
    
68.     _nop_();
    
69.     _nop_();
    
70.     ADCS=0;//拉低CS端
    
71.     _nop_();
    
72.     _nop_();
    
73.     ADCLK=1;//拉高CLK端
    
74.     _nop_();
    
75.     _nop_();
    
76.     ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
    
77.     _nop_();
    
78.     _nop_();
    
79.     ADCLK=1;//拉高CLK端
    
80.     ADDI=channel&0x1;
    
81.     _nop_();
    
82.     _nop_();
    
83.     ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
    
84.     _nop_();
    
85.     _nop_();
    
86.     ADCLK=1;//拉高CLK端
    
87.     ADDI=(channel>>1)&0x1;
    
88.     _nop_();
    
89.     _nop_();
    
90.     ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
    
91.     ADDI=1;//控制命令結(jié)束
    
92.     _nop_();
    
93.     _nop_();
    
94.     dat=0;
    
95.     for(i=0;i<8;i++)
    
96.     {
    
97.         dat|=ADDO;//收數(shù)據(jù)
    
98.         ADCLK=1;
    
99.         _nop_();
    
100.         _nop_();
     
101.         ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖
     
102.         _nop_();
     
103.         _nop_();
     
104.         dat<<=1;
     
105.         if(i==7)dat|=ADDO;
     
106.     }  
     
107.     for(i=0;i<8;i++)
     
108.     {
     
109.         j=0;
     
110.         j=j|ADDO;//收數(shù)據(jù)
     
111.         ADCLK=1;
     
112.         _nop_();
     
113.         _nop_();
     
114.         ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖
     
115.         _nop_();
     
116.         _nop_();
     
117.         j=j<<7;
     
118.         ndat=ndat|j;
     
119.         if(i<7)ndat>>=1;
     
120.     }
     
121.     ADCS=1;//拉低CS端
     
122.     ADCLK=0;//拉低CLK端
     
123.     ADDO=1;//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)
     
124.     dat<<=8;
     
125.     dat|=ndat;
     
126.     return(dat);            //return ad k
     
127. }
     
128. 
     
129. //啟動I2C總線，即發(fā)送起始條件
     
130. void StartI2C()
     
131. {
     
132.         SDA = 1;                              //發(fā)送起始條件數(shù)據(jù)信號
     
133.         _nop_();
     
134.         SCL = 1;
     
135.         _nop_();                                    //起始建立時(shí)間大于4.7us
     
136.         _nop_();
     
137.         _nop_();
     
138.         _nop_();
     
139.         _nop_();
     
140.         SDA = 0;                              //發(fā)送起始信號
     
141.         _nop_();
     
142.         _nop_();
     
143.         _nop_();
     
144.         _nop_();
     
145.         _nop_();
     
146.         SCL = 0;                                //時(shí)鐘操作
     
147.         _nop_();
     
148.         _nop_();
     
149. }
     
150. //結(jié)束I2C總線，即發(fā)送I2C結(jié)束條件
     
151. void StopI2C()
     
152. {
     
153.         SDA = 0;                                //發(fā)送結(jié)束條件的數(shù)據(jù)信號
     
154.         _nop_();                                      //發(fā)送結(jié)束條件的時(shí)鐘信號
     
155.         SCL = 1;                                //結(jié)束條件建立時(shí)間大于4us
     
156.         _nop_();
     
157.         _nop_();
     
158.         _nop_();
     
159.         _nop_();
     
160.         _nop_();
     
161.         SDA = 1;                                //發(fā)送I2C總線結(jié)束命令
     
162.         _nop_();
     
163.         _nop_();
     
164.         _nop_();
     
165.         _nop_();
     
166.         _nop_();        
     
167. }
     
168. //發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)
     
169. void        SendByte(unsigned char c)
     
170. {
     
171.         unsigned char BitCnt;
     
172.         for(BitCnt = 0;BitCnt < 8;BitCnt++)                                  //一個(gè)字節(jié)
     
173.                 {
     
174.                         if((c << BitCnt)& 0x80) SDA = 1;                   //判斷發(fā)送位
     
175.                         else        SDA = 0;
     
176.                         _nop_();
     
177.                         SCL = 1;                              //時(shí)鐘線為高，通知從機(jī)開始接收數(shù)據(jù)
     
178.                         _nop_();
     
179.                         _nop_();
     
180.                         _nop_();
     
181.                         _nop_();
     
182.                         _nop_();
     
183.                         SCL = 0;
     
184.                 }
     
185.         _nop_();
     
186.         _nop_();
     
187.         SDA = 1;                                                //釋放數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備接受應(yīng)答位
     
188.         _nop_();
     
189.         _nop_();
     
190.         SCL = 1;
     
191.         _nop_();
     
192.         _nop_();
     
193.         _nop_();
     
194.         if(SDA == 1) bAck =0;
     
195.         else bAck = 1;                                                //判斷是否收到應(yīng)答信號
     
196.         SCL = 0;
     
197.         _nop_();
     
198.         _nop_();
     
199. }
     
200. //接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)
     
201. unsigned char RevByte()
     
202. {
     
203.         unsigned char retc;
     
204.         unsigned char BitCnt;
     
205.         retc = 0;
     
206.         SDA = 1;
     
207.         for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)
     
208.         {
     
209.                 _nop_();
     
210.                 SCL = 0;                                            //置時(shí)鐘線為低，準(zhǔn)備接收
     
211.                 _nop_();
     
212.                 _nop_();
     
213.                 _nop_();
     
214.                 _nop_();
     
215.                 _nop_();
     
216.                 SCL = 1;                                            //置時(shí)鐘線為高使得數(shù)據(jù)有效
     
217.                 _nop_();
     
218.                 _nop_();
     
219.                 retc = retc << 1;                                    //左移補(bǔ)零
     
220.                 if (SDA == 1)
     
221.                 retc = retc + 1;                                     //當(dāng)數(shù)據(jù)為1則收到的數(shù)據(jù)+1
     
222.                 _nop_();
     
223.                 _nop_();
     
224.         }
     
225.         SCL = 0;
     
226.         _nop_();
     
227.         _nop_();
     
228.         return(retc);                                   //返回收到的數(shù)據(jù)
     
229. }
     
230. 
     
231. 
     
232. unsigned char WIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char InterAdd,unsigned char WIICData)
     
233. {
     
234.         StartI2C();                                                                                      //啟動總線
     
235.         SendByte(WChipAdd);                                                        //發(fā)送器件地址以及命令
     
236.         if (bAck==1)                                                                                          //收到應(yīng)答
     
237.         {
     
238.                 SendByte(InterAdd);                                                                //發(fā)送內(nèi)部子地址
     
239.                 if (bAck ==1)
     
240.                 {
     
241.                         SendByte(WIICData);                                                        //發(fā)送數(shù)據(jù)
     
242.                         if(bAck == 1)
     
243.                         {
     
244.                                 StopI2C();                    //停止總線
     
245.                                 return(0xff);
     
246.                         }
     
247.                         else
     
248.                         {
     
249.                                 return(0x03);
     
250.                         }                        
     
251.                 }
     
252.                 else
     
253.                 {
     
254.                         return(0x02);
     
255.                 }
     
256.         }
     
257.         return(0x01);
     
258. }
     
259. //讀取指定器件的內(nèi)部指定地址一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
     
260. unsigned char RIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char RChipAdd,unsigned char InterDataAdd)
     
261. {
     
262.         unsigned char TempData;        
     
263.         TempData = 0;
     
264.         StartI2C();                                                                        //啟動
     
265.         SendByte(WChipAdd);                                                    //發(fā)送器件地址以及讀命令
     
266.         if (bAck==1)                                                                            //收到應(yīng)答
     
267.         {
     
268.                 SendByte(InterDataAdd);                                        //發(fā)送內(nèi)部子地址
     
269.                 if (bAck ==1)
     
270.                 {
     
271.                         StartI2C();
     
272.                         SendByte(RChipAdd);        
     
273.                         if(bAck == 1)
     
274.                         {
     
275.                                 TempData = RevByte();       //接收數(shù)據(jù)
     
276.                                 StopI2C();                  //停止I2C總線
     
277.                                 return(TempData);           //返回?cái)?shù)據(jù)
     
278.                         }
     
279.                         else
     
280.                         {
     
281.                                 return(0x03);
     
282.                         }        
     
283.                 }
     
284.                 else
     
285.                 {
     
286.                         return(0x02);
     
287.                 }
     
288.         }
     
289.         else
     
290.         {
     
291.                 return(0x01);
     
292.         }
     
293. }
     
294. 
     
295. 
     
296. void main(void)
     
297. {
     
298.   unsigned int OverCounter = 0;
     
299.   unsigned char ptemp;
     
300.   bit OverFlg = 0;
     
301.   unsigned int temp,ppress = 0;
     
302.   float  press;        
     
303.   while(1)
     
304.   {         
     
305.                      
     
306.           getdata=Adc0832(0);
     
307.           if(14<getdata<243)                                       //當(dāng)壓力值介于15kpa到115kpa之間時(shí)，遵循線性變換
     
308.                  {                           
     
309.                   int vary=getdata;                                                //y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa                        
     
310.                         press=((10.0/23.0)*vary)+9.3;                        //測試時(shí)補(bǔ)償值為9.3                                                                                                         
     
311.                         temp=(int)(press*10);                  //放大10倍，便于后面的計(jì)算
     
312.       if(temp != ppress)
     
313.       {
     
314.         ppress = temp;
     
315.         OverFlg = 1;
     
316.       }                                                                                            
     
317.                         dispbuf[3]=temp/1000;                                     //取壓力值百位
     
318.                         dispbuf[2]=(temp%1000)/100;                            //取壓力值十位
     
319.                         dispbuf[1]=((temp%1000)%100)/10;                    //取壓力值個(gè)位
     
320.                         dispbuf[0]=((temp%1000)%100)%10;                        //取壓力值十分位
     
321.                         display();
     
322.       if (temp > 100)
     
323.       {
     
324.           if(OverFlg == 1)   
     
325.           {
     
326.             OverCounter++;
     
327.             WIICByte(W24C04ADD,0x01,(OverCounter/0xff));    //低位
     
328.             WIICByte(W24C04ADD,0x02,(OverCounter%0xff));    //高位
     
329.             OverFlg = 0;    //清除標(biāo)志
     
330.           }
     
331.       }
     
332. 
     
333.            }            
     
334.   }
     
335. }
     

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