【正文】 束 判 斷 有 無 達 到 上 下 限采 集 氣 壓 數(shù) 據(jù)報 警 處 理Y E SN O 圖 41 主程序流程圖 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設(shè)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。 圖 39 報警電路圖 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 第四章 便攜式氣壓高度計的軟件設(shè)計 本文設(shè)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(shè)計如下： 主程序設(shè)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(yīng)的數(shù)據(jù)。 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 圖 38 同比例放大電路圖 報警電路的設(shè)計 本設(shè)計中的報警電路設(shè)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。 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 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。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。 圖 35電流激勵源電路圖 信號放大設(shè)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(shè)計中需要將信號放大。 + %FS 過壓 3 psi 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 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 1 腳2 腳3 腳4 腳5 腳6 腳7 腳8 腳空 腳正 信 號空 腳負 電 源負 電 源負 信 號空 腳正 電 源 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(shè)計如下： 傳感器激勵源設(shè)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(shè)計采取恒流源供電的思路，設(shè)計了一個用來給傳感器提供 電流的恒流源。 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 5 10 V 激勵電流 mA 橋電阻 4 5 6 kΩ 量程 15psi(高靈敏度型 ) 130 170 210 mV 零偏移 30 0 30 mV 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。 其電路設(shè)計如圖 34所示： 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 圖 34 LCD1602顯示電路圖 氣壓傳感器電路設(shè)計 本文便攜式氣壓高度計采用的氣壓傳感器 US9111。這樣一來就組成某個字符。 VL 接出的一個滑動變阻器用來調(diào)節(jié)液晶的亮度。 RW 接單片機 口是單片機讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)控制腳。 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。CS接單片機 口，輸入片選。 SCK 接單片機的 口，輸入串行移位脈沖引腳。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。總失調(diào)諢差最大為 177。 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 圖 32 單片機最小系統(tǒng)原理圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 設(shè)計 本文設(shè)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。晶振、電容 C3／ C2及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容 C C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在 0～ 33MHz之間，電容 C C2取值范圍在 5～ 30pF之間。根據(jù)實際情況選擇如圖 32所示的復(fù)位電路，該電路在最簡單的復(fù)位電路。在復(fù)位期間（即 RST為高電平期間）， P0口為高組態(tài)， P1－ P3口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號 PSEN無效。 單片機復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機從第 — 個單元取指令。 圖 31 電源電路原理圖 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)是由單片機，晶振電路和復(fù)位電路組成，如圖 32所示。各部分電路的具體設(shè)計如下： 電源電路設(shè)計 本設(shè)計采用鋰電池供電，然后對電壓進行轉(zhuǎn)換，其電路原理如圖 31 所示，主要部分是采用線性穩(wěn)壓芯片 7805 實現(xiàn)穩(wěn)壓 ,在輸入電壓存在波動時，輸出電壓保持恒定的裝置 ，轉(zhuǎn)換后的 12V 電壓供給擴展部分， 5V 電壓供給單片機 。 方案比較：蜂鳴器較語音芯片更好控制，且價格低廉，在本文設(shè)計中只需要在氣壓達到上下限時作一個簡單的提示，所以本設(shè)計選擇方案二。 語音芯片能夠清楚的報出語音，且能處理好幾種語音格式。 方案比較： 液晶能較方便的顯示多個字符，且功耗低，滿足本文設(shè)計的需求，所以選擇方案二。 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 顯示器件的方案選擇 本文設(shè)計的 便攜式氣壓高度計需要顯示氣壓值和高度值，顯示期價 的選擇方案如下： 方案一：數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管顯示的數(shù)字雖然清楚，但是其耗電量比較大，而且只顯示數(shù)字，但不能顯示些復(fù)雜的字符。它能方便的采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價的測控應(yīng)用系統(tǒng)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 的 方案 選擇 本文設(shè)計的 便攜式氣壓高度計在氣壓傳感器采集到的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳給單片機，常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片有以下幾種： 方案一： TLC0809 TLC0809 是采樣分辨率為 8位的、以逐次逼近原理進行數(shù)模轉(zhuǎn)換的器件，其內(nèi)部有一個 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通一個通道進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 SCP1000D01 的測量范圍在 100pa+100pa。 SCP1000D01 提供了高精度、高速度、低功耗、和超級功耗 4種模式。但由于預(yù)算的限制，此傳感器具有良好性價比的 US9111 絕壓型氣壓傳感器，它的測量范圍為 0至 ，差分輸出。 傳感器的方案選擇 本文設(shè)計的 便攜式氣壓高度計需要通過氣壓傳感器采集氣壓數(shù)據(jù)，供給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換。 方案比較： 由于 AT89S51 單片機工作頻率高（ AT89S51 的工作最高頻率為33MHz） 燒寫時無需插拔，相比 AT89C51 更不易損壞， 并且 AT89S51 具有 ISP 在線編程功能，在程序調(diào)試時方便，兼容 AT89C51。 方案二 : AT89C51 AT89C51 的工作最高頻率為 22MHz。 在 兼容性方面 ， AT89S51 向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品。 AT89S51 的 最高工作頻率為 33MHz,具有雙 工 UART串行通道 , AT89S51內(nèi)部集成看門狗計時器 ,具有 雙數(shù)蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 據(jù) ,具有 電源關(guān)閉標識。 方案比較：因為使用干電池時間久了電壓會不穩(wěn)定且干電池所需體積較大，而鋰電池體積小，能重復(fù)充電，故選擇方案二。 單 片 機模數(shù)轉(zhuǎn)換傳感器復(fù) 位 電 路晶 振 電 路報 警 電 路液 晶 電 路電 源 電 路 圖 21便攜式氣壓高度計結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)設(shè)計的基本功能要求，設(shè)計方案的選擇如下： 電源的方案選擇 本文設(shè)計的是便攜式氣壓高度計，必須要能夠攜帶方便，因此在電源供電上不能使用穩(wěn)壓源供電，而要考慮用電池供電，常用電池如下