课程设计说明书_智能压力测量仪

郑州华信学院

课程设计说明书

题目：智能压力测量仪

姓名：杨巍

院（系）：机电工程学院

专业班级：电气工程三班

学号：1102120310

指导教师：宋东亚杨坤漓

成绩：

时间：2013年12月17 日至2013 年12 月28 日

郑州华信学院

课程设计任务书

题目智能压力测量仪

专业、班级电气工程及其自动化三班

学号 1102120310

姓名杨巍

主要内容：

利用单片机计一个智能压力测量仪，要求显示压力数据。

基本要求：

1.设计一个智能压力测量仪，要求显示当前压力数值。

2.利用proteus软件完成设计电路和仿真；

3.掌握并口驱动数码管动态显示的方法；

4.通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。

主要参考资料：

[1]李全利，单片机原理及接口技术[M]，高等教育出版社

[2]王文杰，单片机应用技术[M]，冶金工业出版社

[3]朱清慧，PROTEUS教程——电子线路设计、制版与仿真[M]，

清华大学出版社

[4]单片机实验指导书，天煌教仪

[5]彭伟，单片机C语言程序设计实训100例[M]，电子工业出版社

完成期限：

指导教师签名：

课程负责人签名：

年月日

目录

摘要 ...................................................................................................................................................... - 4 -1 引言 .................................................................................................................................................... - 4 -

1.1 问题的提出 .................................................................................................................. - 4 -

1.2任务与分析 ................................................................................................................... - 4 -

2方案设计 ................................................................................................................................................. - 5 -

2.1 系统方案设计论证....................................................................................................... - 5 -

2.1.1系统的控制方案设计......................................................................................... - 5 -

2.2最终设计方案总体设计框图........................................................................................ - 5 -

3 系统硬件设计 ........................................................................................................................................ - 6 -

3.1 AT89C51单片机 ........................................................................................................... - 6 -

3.1.1 AT89C51单片机介绍 ........................................................................................ - 6 -

3.1.2 选用AT89C51单片机原因 ...................................................................................... - 7 -

3.2 时钟电路 ...................................................................................................................... - 8 -

3.3 复位电路 ...................................................................................................................... - 8 -

3.4 PG160128A显示电路................................................................................................... - 9 -

3.5 A/D转换电路.............................................................................................................. - 10 -

4 系统软件设计 ...................................................................................................................................... - 10 -

4.1主程序框图 ................................................................................................................. - 10 -

4.2显示子程序框.............................................................................................................. - 11 -

5 系统调试过程 ...................................................................................................................................... - 12 -

5.2 Keil程序调试.............................................................................................................. - 14 -

5.3 Proteus仿真调试......................................................................................................... - 14 -

结论 ...................................................................................................................................................... - 17 -致谢 .......................................................................................................................................................... - 18 -参考文献 .................................................................................................................................................. - 18 -附录一程序源代码 ................................................................................................................................ - 18 -附录二电路原理图及PCB图............................................................................................................... - 34 -附录三Proteus仿真截图........................................................................................................................ - 35 -

摘要

本课程设计是基于8051单片机为控制核心的压力检测系统。在硬件电路部分，此设计的采用8051单片机，ADC0832转换器，本设计先测量出压力的电信号，然后通过单片机对所测出的压力值，并通过LCD显示压力数值。

关键词:8051单片机、压力检测、LCD显示、

1 引言

1.1 问题的提出

随着电子化程度越来越高，通过增加更多的电子装置，使机器工作在更好的状态，充分发挥机器的性能，保证机器的安全性，减少机器故障率，增加机器寿命等，具有重要的意义。

1.2任务与分析

本设计的主要任务就是利用单片机实现压力的检测功能。检测压力检测系统所具有的功能如下：

压力检测系统是通过声音和文字信息来体现压力的状态。该系统利用8051单片机

作为微控制器，通过压变式压力传感器对压力进行信号检测，传感器输出信号经数字滤波及A/D转换后输入ECU，经计算后在LED屏幕上显示压力。

2方案设计

2.1 系统方案设计论证

2.1.1系统的控制方案设计

检测压力传感器MPX4250检测到压力信号后，通过ADC0832转换后送入AT89C51单片机，单片机对数据进行处理，显示等。

2.2最终设计方案总体设计框图

图2.1 系统总体设计框图

本方案是由压力传感器、A/D模数转换器、AT89C51单片机、LED显示电路。压力传感器采集压力信号，将其转换为相对应的电压信号，将电压信号输送到A/D模数转换器转换为数字信号，并送入到AT89C51单片机中，经过单片机的数字滤波处理后，在通过PG160128的驱动程序，将其显示在LCD显示器上。

3 系统硬件设计

3.1 AT89C51单片机

3.1.1 AT89C51单片机介绍

（1）8051单片机

在此单片机上集成了微处理器（CPU），内部数据存储器（RAM），以及输入输出端口。8051单片机采用40只引脚的双列直插封装方式，各引脚的功能如下：

①时钟引脚X1及 X2：用于接晶体振荡器，此次设计用的晶振频率为6MHZ。

②RESET脚：是复位信号输入端，高电平有效。

③ALE脚：地址锁存允许信号，用于锁存单片机输出

的地址信号，高电平有效

④PSEN脚：程序存储器输出控制端，在单片机访问

外部程序存储器时，此引脚输出的负脉冲作为读外部程序

存储器的选通信号，接至程序存储器的OE端。低电平有

效。

⑤EA脚：其功能为内外程序存储器选择控制端。当EA为高电平时，单片机访问内部程序存储器，当EA为低电平时，单片机直接访问片外程序存储器。本设计用的是8031，由于8031内部无程序存储器，所以此引脚应接地。低电平有效。

⑥I/O口引脚：共4个，分别是P0、P1、P2、P3，均为8位口。这4个I/O口可分别作为基本的Input、Output端口。其中P0口可作为数据总线和地址总线（低8位）分时复用的端口，P2口可作为地址总线的高8位，即P0口和P2口地起构成16位地址总线，可供寻址的地址范围是：64KB。P3口具有第二功能，即可以产生中断，定时计数等功能。

⑦RD、WR引脚：为读和写选通信号，RD用于将单片机的数据写入外设中，WR用于从外设中读取数据。低电平有效

AT89C51系列单片机都是以8031为核心发展起来的，具有和51系列单片机及基本结构和软件特征，其内部结构如图3-2所示：

图

在课程设计里所需外围电路简单，在设计里面使用的引脚较少，占用的资源也比较少。而且该芯片是以AT89C51为核心，性能价格比高，应用成熟，且对其内部结构较为熟悉，芯片功能够用而且适用，从而选用AT89C51单片机作为主控芯片。

3.2 时钟电路

本设计采用内部时钟方式的电路。 AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为33pF左右。晶体的振荡频率的范围通常是在1.2MHZ～12MHZ之间。晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。.

图3-3 时钟电路

3.3 复位电路

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本次设计采用上电复位电路。上电复位电路是在上电瞬间来实现的，其电路如图3-4所示。上电时， RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位。

图3-4 复位电路

3.4 PG160128A显示电路

PG160128A是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及格160×128全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示10×8个(16×16点阵)汉字。主要技术参数和性能：模块内自带-15负压，用于LCD的驱动电压

1.电源VDD：+5V；

2.显示内容：160(列)×128(行)点

3.全屏幕点阵

4.十三种指令

5.与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出

6.占空比1/128

7.工作温度：-10℃∽+55℃，存储温度：-20℃∽+70℃

这里通过PG160128A来显示相关信息

图3-5 显示电路

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。

这里通过ADC0832将压力传感器输出的电压信号转换为数字信号，并送入到单片机中进行处理。

3.5 A/D转换电路

4 系统软件设计

4.1主程序框图

(1)主程序流程框图如下: (2)信号采集子程序框图如下：

(3) 数字滤波流

4.2显示子程序框

图4-3 数字滤波流程框图

波流程框图

图4-4 显示子程序流程图

5 系统调试过程

通过上面的设计，设计已经基本完成。下面主要实现Altium Designer的原理图、印制板图的绘制和做相关检测，对Keil进行相应的检查和调试，并用Proteus对所设计系统进行仿真。

5.1原理图和印制板图绘制和检查

5.1.1 在protel99se绘制原理图并进行相应的ERC检查

图5-1 原理图的绘制

绘制完原理图之后，对原理图进行编译检测，ERC检测结果。

5.1.2 在PROTEL99SE生成PCB图

在创建完原理图后，对各元器件的引脚进行封装，在原理图中创建网络表(NET),然后再PROTEL99S中新建PCB ，对于生成的PCB图中各器件进行调整，并布线，最终生成PCB图。结果如图5-2所示

图5-2 生成PCB图

5.2 Keil程序调试

程序调试结果如下所示：

creating hex file from "压力检测系统"...

"压力检测系统" - 0 Error(s), 0 Warning(s).

5.3 Proteus仿真调试

在Proteus中建立仿真图。按下开始仿真按钮，开始进行仿真实验，结果如图5-4，

图5-5，图5-6所示：

图5-4 Proteus仿真图

图5-5 Proteus仿真图

图5-6 Proteus仿真图

仿真电路图中实现对压力检测的控制，输出到PG160128A显示。

结论

通过MPX4250检测到压力信号，转换为电压值，然后通过ADC0832转换后产生一个数字信号输入到AT89C51单片机中进行处理，再通过单片机驱动PG160128A显示压力的相关信息。由于显示程序的复杂性，所以选用了C语言作为开放程序加快了开发进度。本次设计由于时间较为仓促，难免考虑不周全，还有许多功能需要完善，这需要下来再去深究。在本次课程设计里面，我把电路和单片机必备的一些基本操作技能再次熟悉了

一遍。

对于压力检测，我只进行了最简单的程序编写和仿真，而往往在实际中是作为一个系统中的很小子环节来进行应用的，所以还需要我进一步学习更多的单片机及相关测试传感器知识。

致谢

本课题在选题及进行过程中得到宋老师的悉心指导。论文行文过程中，宋老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。宋老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显得苍白。在此，谨向宋老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

参考文献

［1］谭浩强.C程序设计（第三版）［M］.北京.清华大学出版社.2005（2007重印）

［2］张毅刚，彭喜元等. MCS-51单片机应用设计（第3版）［M］.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2001.

［3］徐琤颖.Protel99SE EDA技术及应用.［M］.北京.机械工业出版社.2009.1重印

［4］古辉，刘均等.微型计算机接口及控制技术.［M］.北京.机械工业出版社.2009.1

附录一程序源代码

//名称：160128液晶显示当前压力

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define HZ_CHR_HEIGHT 12

#define HZ_CHR_WIDTH 12

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

extern char fnLCMInit();//LCD初始化

extern void fnSetPos(unsigned char urow,unsigned char ucol);//设置当前地址

extern uchar dprintf(uchar x,uchar y,char *fmt);//ASCII(8*16)及汉字（16*16）显示函数sbit CS=P3^4;

sbit CLK=P3^2;

sbit DI0=P3^3;

uint theLastTime;//一次鸣响持续次数

unsigned char dsp[4];//作为压力存储传入函数显示

uchar Get_AD_Result()

{uchar i,dat1=0,dat2=0;

CS = 0;