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壓力測(cè)量?jī)x的仿真與設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字氣壓測(cè)量?jī)x，要求測(cè)量范圍為15Kpa~115Kpa，分辨力為0.1Kpa，誤差不超過1.5％。

Protues仿真軟件提供了MPX4115和MPX4250,因此可以采用這兩種芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。壓力傳感器對(duì)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(duì)氣壓值，同時(shí)為了簡(jiǎn)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。經(jīng)過綜合考慮，選擇使用MPX4115，可以產(chǎn)生高精度模擬輸出電壓。

1、設(shè)計(jì)整體思想：
基于MPX4115的數(shù)字氣壓計(jì)包括軟硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試。軟件部分通過對(duì)C語言的學(xué)習(xí)和對(duì)單片機(jī)知識(shí)的了解，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)編寫出單片機(jī)程序。硬件部分分為四大塊，包括非電信號(hào)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、處理以及顯示:。通過對(duì)設(shè)計(jì)的了解，選擇適合的器件，畫出原理圖。

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2018-12-21 01:37 上傳

（1）數(shù)據(jù)采集模塊：

數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器MPX4115構(gòu)成。其中1腳是輸出信號(hào)端，輸出的是與氣壓值相對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊的原理如圖：

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(jí)的微電機(jī)技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號(hào)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℃。

AT89C52 P為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。

ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，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。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)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(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。

作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。

首先要了解的是此數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，即三極管Q1、Q2、Q3、Q4導(dǎo)通時(shí)數(shù)碼管才能點(diǎn)亮，亦即相應(yīng)的單片機(jī)P2.3、P2.、P2.、P2.0為低電平。

采用LED動(dòng)態(tài)掃描顯示原理如下：

MCS-51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到，即內(nèi)部震蕩方式和外部振蕩方式，本設(shè)計(jì)才用內(nèi)部震蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩電路，如上圖所示，圖中C1 、C2起穩(wěn)定震蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般在5PF到30PF。晶體常選用6MHz 、12MHz 或24MHz采用串口時(shí)常使用11.0592MHz。內(nèi)部震蕩方式所得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定。

復(fù)位操作通常有兩種形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，如右圖所示。其工作原理為：上電瞬間RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持在兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。

仿真結(jié)果如下，順利完成實(shí)驗(yàn)：

1、選擇芯片和傳感器時(shí)，夠用易用就可以，綜合考慮選擇性價(jià)比最好的。

2、在進(jìn)行電路實(shí)際制作之前，應(yīng)該用仿真軟件進(jìn)行仿真,可以使開發(fā)進(jìn)程加快。

3、在實(shí)際制作電路時(shí)，需要注意電源端和地端要檢測(cè)過不導(dǎo)通后才能通電檢測(cè)，防止燒壞芯片。

單片機(jī)源程序如下:

#include<reg52.h>
#include "intrins.h"
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
//ADC0832的引腳
sbit ADCS =P3^1; //ADC0832 chip seclect
sbit ADDI =P3^2; //ADC0832 k in
sbit ADDO =P3^2; //ADC0832 k out
sbit ADCLK =P3^0; //ADC0832 clock signal080307208
unsigned char dispbitcode[8]={
0xf1,0xf2,0xf4,0xf8,0xef,0xdf,0xbf,0x7f
}; //位掃描
unsigned char dispcode[11]={
0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff
}; //共陽數(shù)碼管字段碼
unsigned char dispbuf[4];
uint temp;
uchar getdata; //獲取ADC轉(zhuǎn)換回來的值
void delay_1ms(void) //12mhz delay 1.01ms
{
unsigned char x,y;
x=3;
while(x--)
{
y=40;
while(y--);
}
}
void display(void) //數(shù)碼管顯示函數(shù)
{
char k;
for(k=0;k<4;k++)
{
P2 = dispbitcode[k];
P0 = dispcode[dispbuf[k]];
if(k==1) //加上數(shù)碼管的dp小數(shù)點(diǎn)
P0&=0x7f;
delay_1ms();
}
}
/*讀ADC0832函數(shù)*/
//采集并返回
unsigned int Adc0832(unsigned char channel) //AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果
{
uchar i=0;
uchar j;
uint dat=0;
uchar ndat=0;
if(channel==0)channel=2;
if(channel==1)channel=3;
ADDI=1;
_nop_();
_nop_();
ADCS=0;//拉低CS端
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=channel&0x1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=(channel>>1)&0x1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
ADDI=1;//控制命令結(jié)束
_nop_();
_nop_();
dat=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
dat|=ADDO;//收數(shù)據(jù)
ADCLK=1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖
_nop_();
_nop_();
dat<<=1;
if(i==7)dat|=ADDO;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
j=0;
ADDO=1;//收數(shù)據(jù)
ADCLK=1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖
_nop_();
_nop_();
j=j<<7;
ndat=ndat|j;
if(i<7)ndat>>=1;
}
ADCS=1;//拉低CS端
ADCLK=0;//拉低CLK端
ADDO=1;//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)
dat<<=8;
dat|=ndat;
return(dat); //return ad k
}
/*主程序*/
void main(void)
{
while(1)
{ unsigned int temp;
float press;
getdata=Adc0832(0);
if(14<getdata<243) //當(dāng)壓力值介于15kpa到115kpa之間時(shí)，遵循線性變換
{
int vary=getdata; //y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa
press=((10.0/23.0)*vary)+9.3; //測(cè)試時(shí)補(bǔ)償值為9.3
temp=(int)(press*10); //放大10倍，便于后面的計(jì)算
dispbuf[3]=temp/1000; //取壓力值百位
dispbuf[2]=(temp%1000)/100; //取壓力值十位
dispbuf[1]=((temp%1000)%100)/10; //取壓力值個(gè)位
……………………
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