便攜式氣壓高度計的設計畢業(yè)設計(編輯修改稿)
2025-07-26 09:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 、C2的容量有關，但主要由晶振頻率決定，范圍在0～33MHz之間，電容CC2取值范圍在5～30pF之間。根據(jù)實際情況，本設計中采用12MHZ外部晶振，電容取值為30pF。圖 32 單片機最小系統(tǒng)原理圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設計本文設計的便攜式氣壓高度計采用TLC549模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對氣壓數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，TLC549是美國德州儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可不通用微處理器、控制器通過CLK、CS、DATA OUT三條口線進行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長17μs，TLC549允許的最高轉(zhuǎn)換速率為45500次/s，TLC549為40000次/s?？偸д{(diào)諢差最大為177。，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍，VREF接地，VREF+－VREF≥1V，可用于較小信號的采樣。 TLC549的引腳分布圖如圖33所示，每個引腳的功能見表1： 具體電路設計如圖33所示，P1是氣壓信號放大后的接口。，輸入串行移位脈沖引腳。，輸出串行移位數(shù)據(jù)。，輸入片選。表 1 引腳功能表圖 33 TLC549電路設計圖 顯示電路設計本文便攜式氣壓高度計采用的是1602字符液晶。D0D7是數(shù)據(jù)傳送口，接單片機P0口，數(shù)據(jù)傳至液晶并顯示。VL接出的一個滑動變阻器用來調(diào)節(jié)液晶的亮度。用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。其電路設計如圖34所示： 圖34 LCD1602顯示電路圖 氣壓傳感器電路設計 本文便攜式氣壓高度計采用的氣壓傳感器US9111。但由于預算的限制，此次設計選擇了具有良好性價比的US9111絕壓型氣壓傳感器，差分輸出。具體參數(shù)如表2：表2氣壓傳感器us9111參數(shù)最小值典型值最大值單位激勵電壓510V激勵電流mA橋電阻456kΩ量程15psi(高靈敏度型)130170210mV零偏移30030mV溫度系數(shù)（電壓激勵）%FS/℃溫度系數(shù)（電流激勵）+%FS/℃溫度系數(shù)（零偏移）+%FS/℃線性度177。+%FS磁滯度177。+%FS過壓3psi工作溫度40+125℃儲存溫度55+150℃ 引腳及功能如表3所示： 表 3 引腳及功能 為了正確測量氣壓，并將測得的氣壓值轉(zhuǎn)換成單片機需要的電壓信號，需要將傳感器輸出信號進行處理，處理電路包括激勵源電路和信號放大電路兩部分，具體設計如下：傳感器激勵源設計由于采用電流激勵的溫度特性要優(yōu)于電壓激勵，因此本設計采取恒流源供電的思路。具體電路如圖35所示，運放選用OP07。 圖 35電流激勵源電路圖信號放大設計 因為氣壓傳感器檢測到的信號大概是毫伏級，然而單片機所需要的電壓需要+5V，因此在本設計中需要將信號放大。在本設計采用差動放大電路即可滿足需求，然而基本的差動放大電路精密度較差，且差動放大電路上變更放大增益時，必須調(diào)整兩個電阻。但是因為需要有效的調(diào)試，所以考慮之后選擇了三級放大電路。前級差動放大電路抑制共模干擾，電路如圖36所示，調(diào)節(jié)R22可以改變放大倍數(shù)（110）倍。 圖36 差動放大共模抑制電路圖圖中，S，S+是傳感器輸出信號，由于信號源的內(nèi)阻處于理想化，有S+=S，R4間的電流處于0。調(diào)節(jié)R22，使電路兩邊對稱既而增強了抗共模干擾的效果。中級差分運算電路如圖37所示，將前級信號進行差分運算，將信號放大5倍然后送至后置繼續(xù)放大。 圖 37差分運算電路圖后置放大電路如38所示，根據(jù)Uo=(1+R15/R14)Ui，得出后置放大系數(shù)為3，即為3倍。圖 38 同比例放大電路圖 報警電路的設計 本設計中的報警電路設計采用一個三極管驅(qū)動一個蜂鳴器，主要用于當氣壓達到上下極限值時進行報警提醒。電路如圖39所示。 圖39 報警電路圖第四章 便攜式氣壓高度計的軟件設計本文設計的便攜式氣壓高度計的軟件程序包括主程序，顯示子程序，模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序，數(shù)據(jù)處理子程序，報警子程序，具體設計如下： 主程序設計主程序流程圖如圖41所示，首先進行狀態(tài)初始化，LCD顯示器上顯示初始界面，然后根據(jù)輸入的信號顯示對應的數(shù)據(jù)。然后再對數(shù)據(jù)進行判斷，達到上下限則采取對應的措施。 圖 41 主程序流程圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設計 TLC 549是8位串口AD轉(zhuǎn)換芯片，可用單片機控制，通過CLK,CS,DATA OUT，三條口線進行串行接口。當CS為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/O CLOCK丌起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC549時，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時的I/O控制端口。 一組通常的控制時序為：(1)將CS置低。內(nèi)部電路在測得CS下降沿后，再等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后，然后確認這一變化，最后自動將 前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。 (2) 前四個I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第4和第5個位(DDDD3)，片上采樣保持電路在第4個I/O CLOCK 下降沿開始采樣模擬輸入。 (3)接下來的3個I/O CLOCK周期的下降沿移出第8(DDD0)個轉(zhuǎn)換位。 (4)最后，片上采樣保持電路在第8個I/O CLOCK周期的下降沿將移出第8(DDD0)個轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個內(nèi)部時鐘周期，然后開始進行32個內(nèi)部時鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個I/O CLOCK后，CS必須為高，戒I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)
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