基于單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(有用)(編輯修改稿)
2025-07-16 12:48 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 主要芯片介紹89C52單片機(jī)89C52單片機(jī)的40條引腳按功能來分，可以分為3部分，電源及時(shí)鐘引腳、控制引腳和輸入/輸出引腳。如下圖31所示： 圖31 單片機(jī)引腳圖89C52單片機(jī)引腳功能主電源及時(shí)鐘引腳此類引腳包括電源引腳Vcc、Vss、時(shí)鐘引腳XTALXTAL2。（1）Vcc（40腳）：接+5V電源，為單片機(jī)芯片提供電能。（2）Vss（20腳）接地。（3）XTAL1（19腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的振蕩器，可提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。（4）XTAL2（18腳）在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸出端?？刂埔_此類引腳包括RESET（即RSR/VPD）、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信號(hào)，有些具有復(fù)用功能。（1）RSR/ VPD（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（REST）。，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接上備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（5177。）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。（2）ALE/PROG（30腳）：ALE為地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。（3）PSEN（29腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或取常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期均PSEN兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。（4）EA/VPP（31腳）：EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。輸入/輸出引腳此類引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。（1）P0（~）是一個(gè)8位三態(tài)雙向I/O口，在不訪積壓處部存儲(chǔ)器時(shí)，做通用I/O口使用，用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，此口為地址總路線低8位及數(shù)據(jù)總路線分時(shí)復(fù)用口，可帶8個(gè)LSTTL負(fù)載。（2）P1（~）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口（作為輸入時(shí)，口鎖存器置1），帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶4個(gè)LSTTL負(fù)載。（3）P2（~）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總路線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。（4）P3口功能表， P3口功能表P3口各個(gè)位的第二功能P3口的位第二功能說明RXD串行數(shù)據(jù)接收口TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)射口INT0外部中斷0輸入INT1外部中斷1輸入T0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入T1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入WR外部RAM寫信號(hào)RD外部RAM讀信號(hào) 氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路部分MPX4105壓力傳感芯片氣壓傳感器選用摩托羅拉公司生產(chǎn)地集成壓力傳感芯片MPX4105，其引腳分布如圖32所示。? MPX4100123456VOUT GND VCC NC NC NC圖32 MPX4105引腳分布圖各引腳功能說明如下：VOUT(1腳)：電壓輸出腳。GND（2腳）：接地端。NC（6腳）：空引腳，用于芯片內(nèi)部連接，懸空不適用。LM331電壓/頻率轉(zhuǎn)換器電壓/頻率轉(zhuǎn)換器選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的高精度V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331，其引腳分布如圖33所示。?LM33112347665CO RefCFOGNDVCCCmpInThreR/C圖33 LM331引腳分布圖各引腳功能說明如下：CO(1腳)：電流輸出腳。RefC（2腳）：基準(zhǔn)電流腳。此引腳可接一固定電阻串聯(lián)一個(gè)可變電阻器的組合，用于調(diào)整轉(zhuǎn)換增益。FO（3腳）：脈沖序列輸出腳。該序列的頻率值對(duì)應(yīng)于輸入電壓的脈沖序列。GND（4腳）：接地端。R/C（5腳）：組容網(wǎng)絡(luò)引腳。Thre（6腳）：閾值電壓腳。芯片內(nèi)部的電壓比較器會(huì)對(duì)此引腳上的電壓和7腳CmpIn上的電壓作比較。CmpIn(7腳)：比較器電壓輸入腳。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。VCC（8腳）：電源腳。可采用單、雙電源供電，輸入電壓5~40V。MC78L05電源電路由于數(shù)字胎壓計(jì)采用的是+15V電源供電，LM331工作于+15V，但是單片機(jī)、MPX4105等其他芯片需要+5V供電，因此還需要設(shè)計(jì)專門的供電電路以滿足整個(gè)系統(tǒng)的電源需求。電源電路選用摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片MC78L05。MC78L05具有以下特點(diǎn)：輸入電壓范圍：~24V，輸出+5V固定電壓；具有內(nèi)部短路電路限制和熱過載保護(hù)功能；無須外部器件。其引腳分布如圖33所示。各引腳功能說明如下：Vout(1腳)：+5V固定電壓輸出腳。GND(2腳)：接地端。Vin(3腳)：電壓輸入腳，~24V。? MC78L05123Vout GND Vin圖34 MC78L05引腳分布圖數(shù)字胎壓計(jì)的硬件電路可分為4個(gè)部分：氣壓傳感器、V/F轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路和電源電路。氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路的原理圖如圖35圖35氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路的原理圖基于MPX4105的數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)氣壓傳感及V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖圖35中，U3為氣壓傳感芯片MPX4105，它工作于+5V電壓，將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓（對(duì)應(yīng)圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為Vin），送至V/F轉(zhuǎn)換電路。電阻R5和電容C7構(gòu)成典型的去耦合濾波電路。U2為V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331，它工作于+15V電壓，此電路的設(shè)計(jì)可參考LM331的芯片資料。在此電路中，電壓Vin和輸出脈沖FO的頻率fo的轉(zhuǎn)換關(guān)系滿足公式（1）。Fo=Kvin （1）其中，K=, Rs=R2+R3 （2）電路中，Rt、Rs由一個(gè)定值電阻R2和一個(gè)可變電路R3串聯(lián)組成，其中，R2為22k?，R3的最大阻值為12k?，通過可變電阻R3調(diào)節(jié)Rs的阻值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路轉(zhuǎn)換增益的調(diào)整。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，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(cè)量的精度。fo通過單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)測(cè)得，該計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍為0~65536，500ms計(jì)數(shù)頻率1次。因此，K值的選取還要考慮到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍。綜合考慮之后，將K值設(shè)為2000，這樣代入式（2）計(jì)算。圖35中，Cin和Rin構(gòu)成低通濾波器，濾除輸入電壓信號(hào)中的干擾脈沖。其中，Rin取100k?，C的取容值為1的漏極電
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