【文章內(nèi)容簡介】 。內(nèi)部具有溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，因而具有極佳的溫度穩(wěn)定性，最大溫漂為177。50ppm/℃。 5寬的滿量程頻率范圍： 1Hz~100KHz。 三端穩(wěn)壓器 本設(shè)計中的 LM331工作電源采用 +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)計專門的供電電路以滿足整個系統(tǒng)的電源需求。選用摩托羅拉公司的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片 MC78L05作為電源電路。其輸入電壓 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，無需外部元器件。 系統(tǒng)配置 我們以 AT89C52 單片機(jī) 為 整個系統(tǒng)的 核心，通過 氣壓傳感器 對 氣 壓信號的采集 、控制、放大等 處理完成 氣 壓參數(shù)的自動獲取 ，以及進(jìn)行數(shù)字顯示等等。在此過程中需要利用AT89C52 單片機(jī) 內(nèi)部的定時器對其進(jìn)行度量，再使用軟件模塊對其進(jìn)行處理，即得到了 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。進(jìn)行多次 A/D轉(zhuǎn)換后，我們就可以采集到一脈沖序列的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，最后通過數(shù)碼管顯示電路顯示給用戶，進(jìn)而達(dá)到了我們對整個 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。 3 硬件電路設(shè)計 經(jīng)過之前的分析 ,單片機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)碼管顯示電路， 它通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等部分組成，是 將采集到得氣壓值通過數(shù)碼管顯示的電路。 硬件電路離不開功能性器件，因此首先來看看本數(shù)字氣 壓計所采用的主要器件。 單片機(jī)電路部分 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 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，電源及時鐘引腳、控制引腳和輸入 /輸出引腳。 如下圖 31所示： 89C52 單片 機(jī) 引腳功能 主電源及時鐘引腳 此類引腳包括電源引腳 Vcc、 Vss、時鐘引腳 XTAL XTAL2。 （ 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)的時鐘控制信號。 （ 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。 控制引腳 此類引腳包括 RESET（即 RSR/VPD）、 ALE/PROG、 PSEN、 EA/VPP，可以提供控制信號，有些具有復(fù)用功能。 圖 31 單片機(jī)引腳圖 （ 1） RSR/ VPD（ 9 腳）：復(fù)位信號輸入端，高電平有效，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在此引腳加上兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ REST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保 持為不高 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 于 的低電平，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， 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。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時， 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)存儲器時，在兩個機(jī)器周 期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個 ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動 8個 LSTTL 負(fù)載。 （ 3） PSEN（ 29 腳）：程序存儲器允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或取常數(shù)）期間，每個機(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)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不會出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動 8個 LSTTL 負(fù)載。 （ 4） EA/VPP（ 31腳）： EA 功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當(dāng) EA 端保持高電平時，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH 時將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(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 8位三態(tài)雙向 I/O 口，在不訪積壓處部存儲器時，做通用 I/O 口使用，用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)訪問外部存儲器時，此口為地址總路線低 8位及數(shù)據(jù)總路線分時復(fù)用口，可帶 8個 LSTTL 負(fù)載。 （ 2） P1（ ~）是一個 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口（作為輸入時，口鎖存器置 1），帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶 4個 LSTTL 負(fù)載。 （ 3） P2（ ~）是一個 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4個 LSTTL 負(fù)載。 （ 4） P3口功能表 ，如下 表 32所示 ： 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 圖 32 P3口功能表 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 33所示。 1 0 0 .03 4 5 621M1M P X 4 1 0 5 圖 33 MPX4105 引腳分布圖 各引腳功能說明如下： P3 口各個位的第二功能 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 計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫信號 RD 外部 RAM 讀信號 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 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 下圖 34所示 。 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)部的電壓比較器會對此引腳上的電壓和 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?？刹捎脝巍㈦p電源供電，輸入電壓 5~40V。 圖 34 LM331 引腳圖 MC78L05 電源電路 由于數(shù)字氣 壓計采用的是 +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)計專門的供電電路以滿足整個系統(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： ： ~24V，輸出 +5V 固定電壓； ； 。 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 其引腳分布如圖 35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，可輸入的電壓范圍為 ~24V。 圖 35 MC78L05引腳分布圖 數(shù)字氣 壓計的硬件電路可分為 4 個部分：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 36 所示。 圖 36 基于 MPX4105的數(shù)字胎壓計系統(tǒng)氣壓傳感及 V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖 圖 35 中， M1 為氣壓傳感芯片 MPX4105，它工作于 +5V 電壓，將被測電 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。電阻 R10 和電容 C4 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）。 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 Fo=Kvin （ 1） 其中， K=RtCtRRsL 1 ??, Rs=R12+R13 （ 2） 電路中， Rt、 Ct 和 RL的典型值分別為 、 和 100k?， Rs由一個定值電阻R12和一個可變電路 R13 串聯(lián)組成，其中， R12 為 22k?， R13 的最大阻值為 12k?，通過可變電阻 R13調(diào)節(jié) Rs 的阻值可以實現(xiàn)對電路轉(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 VFS 內(nèi)變化， VFS 典型值為 ，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。 fo 通過單片機(jī) 的定時 /計數(shù)器 1 的計數(shù)測得，該計數(shù)器的計數(shù)范圍為0~65536， 500ms 計數(shù)頻率 1 次。因此， K值的選取還要考慮到計數(shù)器的計數(shù)范圍。綜合考慮之后，將 K值設(shè)為 2021，這樣代入式（ 2）計算，可知 R13 的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)到 。 圖 35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。其中， Cin取 f? ， Rin 取 100k?， CL 的取容值為 1 f? 的漏極電流小的電 容。 氣 壓計電源與單片機(jī)電路部分 數(shù)字氣 壓計的設(shè)計的電源與單片機(jī)電路原理圖如圖所示。 圖 37 基于 MPX4105 的數(shù)字胎壓計系統(tǒng)設(shè)計及單片機(jī)電路原理圖 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 圖 37中， U3 為電源轉(zhuǎn)換芯片 MC78L05，它將 +15V 電壓轉(zhuǎn)換為 +5V 電壓，提供單片機(jī)和氣壓傳感芯片使用。 U1 為單片機(jī)芯片 AT89C52，工作于 時鐘，它的 腳（定時 /計數(shù)器 1外部脈沖輸入端）和 FO相連，對脈沖序列計數(shù)，以獲取頻率信息，從而轉(zhuǎn)換為氣壓值。 U1 的 P0 口和 P2 口是和數(shù)碼管顯示電路的接口，其中， P0 口味 8位段碼，P2 口提供 5 位位碼（ 5 位 7 段數(shù)碼管顯示），數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等部分組成，如圖 38所示。 圖 38 數(shù)字顯示電路組成方塊圖 數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字型重疊式；第二種是分段式；第三種是點陣式。目前以分段式應(yīng)用最為普遍，主要器件是七段發(fā)光二極管（ LED）顯示器。它可分為兩種，一是共陽極顯示器（發(fā)光二極管的陽極都接在一個公共點上），另一是共陰極顯示器（發(fā)光二極管的陽極都接在一個公共點上，使用時公共點接地）。 最后給出該課題設(shè)計的完整原理圖，如下圖 39所示： POCM I N7T HR6R C5I O UT1RE F I2F O UT3G ND4V C C8U1L M 3 3 1R12 2 k64%R V 11 2 kR21 0 0 kC11uFR36 .8 kC20 .0 1 u FR41 0 0 k100.0345621M1M P X 4 1 1 5R55 1 kC35 1 P FC40 .1 U FX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T