【正文】 ......................................................................... 36 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 37 致 謝 .......................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 39 附 錄 .......................................................................................................................... 40 一、英文原文 ...................................................................................................... 40 二、英文翻譯 ...................................................................................................... 47 三、 工程設(shè)計(jì)圖紙 .............................................................................................. 54 四、源程序： ...................................................................................................... 55 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 氣壓是作用在單位面積 上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓的國(guó)際制單位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕，符號(hào)是 Pa。但是這兩種氣壓計(jì)往往體積比較大不利于攜帶，還具有對(duì)氣壓測(cè)量時(shí)無(wú)法直觀的讀出其大小、不能將氣壓值送入數(shù)字電路進(jìn)行處理、測(cè)量精度差、容易受環(huán)境影響的缺點(diǎn)。隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，誕生了數(shù)字化、小型化的氣壓傳感芯 片。數(shù)字式的小型化氣壓計(jì)將使得各個(gè)領(lǐng)域?qū)鈮旱臏y(cè)量更加方便和直觀。因?yàn)闅鈮簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，氣壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。氣壓傳動(dòng)利用這種元件來(lái)組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制 【 1】 。 地球表面上的風(fēng)、云、雨、雪等萬(wàn)千氣象都跟大氣運(yùn)動(dòng)有緊密的關(guān)系，而造成大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源就是大氣壓分布的不平衡和氣壓分布的經(jīng)常變化。在同一水平面上，如果氣壓分布不均勻，空氣就要從高氣壓地區(qū)向低氣壓地區(qū)流動(dòng)。高氣壓地區(qū)上方的空氣就要下降。所以，高氣壓中心地區(qū)不利于云雨的形成，常常是晴天。由于氣壓跟天氣有密切的關(guān)系，所以各氣象哨所每天都按統(tǒng)一規(guī)定的時(shí)刻觀測(cè)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，?bào)告給氣象中心，作為天氣預(yù)報(bào)的依據(jù)之一。為了保證汽車安全、平穩(wěn)地行駛，適當(dāng)?shù)妮喬コ錃鈮毫κ潜仨毜摹，F(xiàn)在，對(duì)行駛中的汽車的胎壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)越來(lái)越受到廣大車主的關(guān)注。 本論文共分為四章： 第一章，系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和原理，給出了系統(tǒng)的總體方案，選定了方案所用的各個(gè)器件。 第三章，軟件部分的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的框架下，構(gòu)思了軟件部分設(shè)計(jì)的流程方案，并繪出流程圖；完成了系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)。測(cè)試 系統(tǒng)的軟件部分，對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行修改，通過(guò)測(cè)試。設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是，需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、復(fù)雜度、整體造價(jià)及調(diào)試時(shí)的難易程度和系統(tǒng)軟件的復(fù)雜程度等因數(shù)。本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心，主要運(yùn)用了 STC89C52 單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器和 P0 接口及部分 P2 接口。 LCD1602 液晶顯示屏的控制由STC89C52 單片機(jī) 、 、 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)達(dá)到了實(shí)時(shí)顯示被測(cè)環(huán)境的絕對(duì)壓值的功能，具有便于攜帶、體積小、功耗低、經(jīng)濟(jì)性好、成本較低、良好的環(huán)境適應(yīng)能 力和抗干擾能力強(qiáng)和一定溫度補(bǔ)償能力等特點(diǎn)。隨著微機(jī)械加工技術(shù)的新興發(fā)展和微電子技術(shù)的日益成熟，各種基于 MEMS（微型機(jī)電系統(tǒng)，Micro ElectroMechanical System）技術(shù)的元器件應(yīng)運(yùn)而生，他們有著體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、可靠性和工作效率高的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、小型化和批量生產(chǎn)，目前已經(jīng)在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 【 5】 。 第二節(jié) 實(shí)現(xiàn)方案 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控芯片，通過(guò)模擬氣壓傳感芯片采集氣壓數(shù)據(jù)輸出相應(yīng)的模擬電壓，該電壓經(jīng)過(guò) V/F 轉(zhuǎn)換電路得到具有一定頻率的數(shù)字脈沖信號(hào)，該頻率與輸入的電壓成一定關(guān)系，將脈沖信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，將處理的結(jié)果送顯示器顯示。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 模 擬 電 壓（ 對(duì) 應(yīng) 于 氣 壓 值 ）V / F 轉(zhuǎn) 換 單 片 機(jī) 處 理 L C D 顯 示 圖 系統(tǒng)工作原理流程圖 上面介紹了本設(shè)計(jì)的工作原理流程圖，如圖 是系統(tǒng)的原理框圖。電源電路為 其它電路提供工作電源，氣壓傳感芯片、 V/F 轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)、 LCD 顯示屏將按圖 所示的流程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有幾十個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。此外，還有荷蘭的 Philips 公司、日本的 NEC 公司、日立公司，相繼也推出了各自的單片機(jī)品種，許 多國(guó)外公司以 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)核為基礎(chǔ)，推出了與 MCS51 系列單片機(jī)相兼容的衍生產(chǎn)品 【 6】 。此芯片是一款具有精簡(jiǎn)指令集（ RISC）的混合信號(hào)處理器，其處理能力極強(qiáng)、運(yùn)算速度快、功耗超低、片內(nèi)資源豐富且有方便高效的開發(fā)環(huán)境。 ② STC89C52 單片機(jī) 是宏晶科技有限公司生產(chǎn)的單片機(jī)芯片。 ③ ATmega16 單片機(jī)是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 ATmega16 有如下特點(diǎn) :16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可 編程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié)EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8 路10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式 【 9】 。又由于筆者學(xué)習(xí)過(guò) MCS51 系列單片機(jī)，而且考慮到開發(fā)難度和成本，本系統(tǒng)選取 STC89C52 單片機(jī)作為處理器。 氣壓傳感器的主要性能參數(shù)如下： ① 測(cè)量范圍 即所能測(cè)量的大氣壓力范圍，單位為 KPa。 ③ 溫度補(bǔ)償范圍 一般要選用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器，因?yàn)闇囟妊a(bǔ)償特性可以克服半導(dǎo)體壓力敏 感器件存在的溫度漂移的問(wèn)題。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 數(shù)字氣壓計(jì)顯示的是絕對(duì)氣壓值，同時(shí)為了簡(jiǎn)化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求使用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器。 MPX4115 系列壓電電阻傳感器是一個(gè)硅壓力傳感器。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號(hào)提供一個(gè)均衡壓力。 MPX4115A 具有溫度補(bǔ)償、穩(wěn)定性高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。具體關(guān)系如下： Vout=Vs()177。 三、 V/F 轉(zhuǎn)換芯片 氣壓傳感器 MPX4115A 輸出的是模擬電壓，因此，必須進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換才能交由單片機(jī)處理。 V/F 轉(zhuǎn)換電路由 V/F 器件實(shí)現(xiàn)。針對(duì)電路的實(shí)際需要，并考慮到外圍電路實(shí)現(xiàn)的難易程度和相應(yīng)的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的芯片 LM331 來(lái)實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。 ② 可單、雙電源供電，電壓范圍為 5~40V。 ④ 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。 ⑤ 寬的滿量程頻率范圍： 1Hz~100KHz。 LCD12864 是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示大部分常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片、描點(diǎn)畫線、設(shè)計(jì)出比較理想的結(jié)果。 ③ LED7 段數(shù)碼顯 示管，數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，其成本低，但只能顯示數(shù)字和少量字符?？紤]到價(jià)格因素以及顯示需求， LCD1602 液晶顯示屏是最佳的選擇 【 11】 。在這里，筆者選用了摩托羅拉公司生產(chǎn)的三端低電流線性穩(wěn)壓芯片 MC78L05 作為 +15V 電壓轉(zhuǎn) +5V 電壓的芯片。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章主要介紹本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并選取了符合要求的設(shè)計(jì)方案，講解了被選取方案的設(shè)計(jì)思想及工作原理。本章的工作為后面的具體實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)，后面章節(jié)都是在這章的總體方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上展開的。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第二章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第一節(jié) 單片機(jī)電路 一、 單片機(jī)概述 單片 機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（ CPU），存儲(chǔ)器（ RAM， ROM，EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，并行 I/O 口，串行口， A/D 轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器 PWM 等）的具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)屬性的集成電路芯片。第一階段（ 1974 年 —1976 年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)誕生的階段；第二階段（ 1976 年 —1978 年）：低性能單片機(jī)階段；第三階段（ 1978 年 —現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)階段；第四階段（ 1982 年 —現(xiàn)在）： 8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)、 32位單片機(jī)推出階段。在檢測(cè)控制領(lǐng)域，由于其小巧靈活、低成本、易于產(chǎn)品化，它能方便的組裝成各種智能測(cè)控設(shè)備及各種智能儀器儀表。另外其還廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信器材、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，單片機(jī)的出現(xiàn)大大的推進(jìn)了社會(huì)智能化的進(jìn)程 【 12】 。 C P U（ 運(yùn) 算 器 ）（ 控 制 器 ）數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器R A MP 0 P 2程 序 存 儲(chǔ) 器R O M / E P R O M特 殊 功 能寄 存 器（ S F R ）P 1串行口定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器中 斷系 統(tǒng)P 3 X T A L 1X T A L 2A L EP S E NE AR E S E T888 8 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 MCS51 單片 機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖 由圖可見，單片機(jī)內(nèi)部包含了微處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM）、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、特殊功能寄存器以及各種借口。 １ .CPU（微處理器） MCS51 單片機(jī)中有 1 個(gè) 8 位的 CPU，與通用的 CPU 基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制放大器兩大部分，只是增加了面向控制的處理能力，不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、 運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需要用外擴(kuò)展只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至64KB。 ５ .定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，具有 4 種工作方式。 ６ .串行口 1 個(gè)全雙工的串行口， 具有 4 種工作方式。 ７ .P1 口、 P2 口、 P3 口、 P0 口 為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。實(shí)際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM 區(qū) 【 13】 。制造工藝為 HMOS 的單片機(jī)采用 40 只引腳的雙列直插封裝（ DIP）方式， STC89C52 的引腳如 圖 所示 。 ① Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源，為單片機(jī)芯片提供電能。 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)。 2． 控制引腳 ⑤ 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）。 ⑥ 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)不丟重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 失。）時(shí)， VPD就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn) 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