【正文】 合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。]3[ 數(shù)字式大氣壓計系統(tǒng)設(shè)計意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷成長，國家越來越重視電子測量相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，先進(jìn)的測量儀器成為現(xiàn)代化產(chǎn)品開發(fā)的必備條件，也是電子行業(yè)發(fā)展的重中之重，而氣壓計被廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)等領(lǐng)域以及我們?nèi)粘＜彝ド钪小?所示框圖中的每一部分就是一個單元電路, 可完成各自的功能。硬件部分分為四大塊，包括大氣壓的非電信號數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、處理以及顯示。因此，需要經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個功能模塊。? 數(shù)據(jù)顯示模塊數(shù)據(jù)顯示模塊，主要是對單片機處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示，顯示內(nèi)容，即為測量氣壓值。絕對氣壓值對應(yīng)的既是實際的氣壓值，顯然本設(shè)計要實現(xiàn)的數(shù)字氣壓計需要能測量絕對氣壓值的氣壓傳感器。具體輸出關(guān)系如下：Vout = Vs ( 0. 01059 P 0. 09528) 177。數(shù)據(jù)采集模塊的原理如圖 所示。在 0℃85℃的溫度下誤差不超過 %，溫度補償是40℃125℃。關(guān)于 A/D 轉(zhuǎn)換，本設(shè)計中采用一種電壓頻率轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)模擬電壓數(shù)字化的處理。通過測量V/F輸出頻率，可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。其中圖中的 7 號引腳 Vin 是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)輸入端，接到上一個數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端。由于LM331采用了新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路，壓下都有極高的精度。圖 LM331 引腳圖LM331 各引腳功能說明如下：CO(1 腳)：電流輸出腳。FO（3 腳）：脈沖序列輸出腳。外接定時時間常數(shù) RC。需要進(jìn)行 V/F 轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過低通濾波后由此引腳輸入。 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊的芯片選擇對于 LM331 輸出的頻率信號要經(jīng)過單片機的數(shù)據(jù)處理，通過頻率與氣壓之間的關(guān)系計算出氣壓值。STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。]6[本設(shè)計中，電路仿真選用 AT89C52 代替 STC89C52，兩者功能及編程方式基本一致，只是AT89C52 不支持在線編程，而 S 系列支持。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。P2口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動4 個TTL 邏輯門電路。Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號。對 P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無 。 如 EA 端為高電平 （接 VCC 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端。中斷可以提高 CPU 的工作效率，使 CPU 可以通過分時操作啟動多個外設(shè)同時工作，并能對他們進(jìn)行統(tǒng)一的管理。CPU 在啟動外設(shè)后，便繼續(xù)執(zhí)行主程序，而外設(shè)被啟動后，開始進(jìn)行準(zhǔn)備工作。（2）實時處理。計算機在運行時會出現(xiàn)一些故障，如電源斷電，存儲器奇偶校驗出錯，運算溢出等。(3) T0 — 定時器/計數(shù)器 0 溢出中斷請求。對中斷源的開放或屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。通過軟件寫入 TMOD 和 TCON 兩個 8 位寄存器來設(shè)置定時/計數(shù)器的操作模式和控制功能。其功能操作情況同 TR1IE1：外部中斷 1 的中斷請求標(biāo)志IT1：外部中斷 1 的中斷觸發(fā)方式控制位IE：外部中斷 0 的中斷請求標(biāo)志IT：外部中斷 0 的中斷觸發(fā)方式控制位 數(shù)據(jù)顯示模塊 顯示模塊的芯片選擇液晶顯示器簡稱 LCD 顯示器，它是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線的傳輸方向的特性實現(xiàn)顯示信息的，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富超薄輕巧等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用。LCD1602 可以顯示兩行，每行 16 個字符，采用+5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。1602 液晶顯示器內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示：表 1602的內(nèi)部指令表序號 指令內(nèi)容 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 顯示開/關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 電源電路模塊 電源模塊的芯片選擇由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中核心器件 LM331 工作于+15V，但是單片機、MPX4105 等其他芯片需要+5V供電，因此還需要設(shè)計專門的供電電路以滿足整個系統(tǒng)的電源需求。圖 三端穩(wěn)壓器實物引腳說明如表 所示：表 引腳說明1 2 3INPUT GND OUTPUT最大額定值如表 所示:表 最大額定值參數(shù) 符號 額定值 單位功耗 P W輸入電壓 VIN 18 V封裝熱阻抗 ?JA 150（TO92 ） ℃/W烙鐵焊接溫度（10 秒） TLEAD 260 ℃工作溫度范圍 TJ 0to+125 ℃存儲溫度 TSTG 65to+150 ℃靜電防護(hù) VESD KV 總體電路及電路原理圖 氣壓傳感器電路和 V/F 轉(zhuǎn)換電路的原理圖 氣壓傳感電路和 V/F 轉(zhuǎn)換電路原理圖氣壓傳感電路和V/，其中U3 為氣壓傳感器芯片MPX4115，工作電壓+5V ，將被測氣壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓（對應(yīng)圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為Vin），送至V/F 轉(zhuǎn)換電路。氣壓的變化引起 Vin 的變化，而 Vin 在滿刻度輸出電壓間距 V 內(nèi)變化，V 典型值為FSFS，所以 Vin 變化范圍很小，那么根據(jù) fo=KVin 的關(guān)系式，必須增大 K 值，才能提高測量的精度。]7[圖 中，Cin 和 Rin 構(gòu)成低通濾波器，濾除輸入電壓信號中的干擾脈沖。U1 的P0 口和P2 口是和液晶顯示電路的接口 。其優(yōu)勢如下：（1）可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用 C 語言就越有優(yōu)勢。（4）省去了人工分配單片機資源的工作，在匯編語言中要為每一個子程序分配單片機的資源。C 編譯器能夠自動實現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使用。 如何由頻率計算出氣壓值信號每一步的變換過程如下：第一步，被測氣壓經(jīng)過氣壓傳感器 MPX4115 轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù) MPX4115 的芯片資料可知，輸出電壓 VOUT 和大氣壓 P 的關(guān)系如下VOUT=VCC * () （41 ）這里 VCC 為+5V，因此可得：VOUT=5 () （42 ）?第二步，MPX4115 的輸出電壓 VOUT 作為輸入電壓 Vin，經(jīng)過 V/F 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?yīng)頻率fo 的脈沖序列 FO。程序設(shè)定如下：T0 為定時器，基本的定時時基 50ms。 Keil 軟件介紹Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。Keil uVision 4 是 Keil software 公司的產(chǎn)品，它集項目管理、編譯工具、代碼編寫工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個人開發(fā)或人數(shù)少、對開發(fā)過程的管理還不成熟的開發(fā)團(tuán)體。建立一個新的源文件，并且把這個源文件添加到工程中去。設(shè)置硬件相關(guān)的選項。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作YesNo等待定時中斷的過程和結(jié)果。對于單片機硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus 提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。在執(zhí)行了 start / restart debuging 命令后，在 debug 菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時分析和查看。 Proteus amp。整個軟件仿真需在PROTEUS軟件和KEIL 4編譯軟件中進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試完成。，要結(jié)合PROTEUS仿真軟件和KEIL 4編譯軟件依次對液晶數(shù)據(jù)顯示程序、中斷程序進(jìn)行反復(fù)調(diào)試和修改，以達(dá)到顯示美觀，系統(tǒng)各部分正常穩(wěn)定運行的效果。LCD1602 顯示預(yù)置內(nèi)容，過一段時間，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理，最后顯示在液晶屏上，實際氣壓值設(shè)置為 ，對應(yīng)測量值為 ，電路基本正確，但存在很小的誤差。在沒有接受任務(wù)之前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這大學(xué)四年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計，發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，更是對自己綜合能力的一種提高。在畢業(yè)設(shè)計過程中遇到了不少困難和麻煩，但也得到了指導(dǎo)老師任老師和同學(xué)們的大力幫助和支持，尤其是任老師的積極督促和正確指導(dǎo)，讓我更有信心和毅力完成本次設(shè)計，在此對大家表示由衷的感謝。 unsigned char timecount。 sbit LCD_E = P2^1。//LCD 顯示內(nèi)容，定義到代碼段unsigned char temp[8]。void disp_selec(unsigned char bit_selec,unsigned char seg)。x) for(y=110。 //}/**************************************************** 函數(shù)名稱: WriteDataLcd** 入口參數(shù)：wdata（unsigned char 型）** 出口參數(shù)：無** 功能描述: 寫數(shù)據(jù)到 LCD****************************************************/void WriteDataLcd(unsigned char wdata){LCD_RS=1。dellay(10)。dellay(10)。}void lcd_init (){LCD_E=0。//關(guān)閉顯示W(wǎng)riteCommandLcd(0x0c)。//顯示開及光標(biāo)移動設(shè)置}/**************************************************** 函數(shù)名稱: display_xy** 入口參數(shù)：x（unsigned char 型）,y（unsigned char 型）** 出口參數(shù)：無** 功能描述: 設(shè)置光標(biāo)位置， x 是列號，y 是行號****************************************************/void display_xy(unsigned char x,unsigned char y){ if(y==1)x+=0x40。WriteDataLcd(dat)。}}void main(void) { unsigned char i。 display_string(0,0,LcdBuf1)。//初始化定時器工作方式 ,T1 為定時器，時基為 50MS，T0 為計數(shù)器，T0、T1 均工作于方式 1 TH0=0。 TR1=1。 //定時器 1 使能 EA=1。// 計算頻率值 Pa=(20*(float)(x)/K+9)*10。i++) //循環(huán)八次 { temp[i]=0。 i++。i++) //循環(huán)六次 { dispbuf[i]=temp[i]。039。i8。 Pa=Pa/10。i6。039。)。 display_char(9,1,39。039。 //脈沖計數(shù)值清零 TH0=0。 //定時器 0 中斷，滿 65536 個脈沖，則 T0count++。 if(timecount==20) //如果滿足 20 個 50MS ，即 1S 到 { T