數(shù)字氣壓計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</b></p><p>　　題 目 基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 趙亮 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 20051321031 </p><p>　　院 系 電

2、子信息與工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)教師 張加宏 </p><p>　　二零一零年 五 月 五 日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>

3、　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　第一章 概述2</b></p><p><b>　　1.1課題背景2</b></p><p&g

4、t;　　1.2 技術(shù)概況及發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.3數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義3</p><p>　　1.4 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路分析5</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)方案一：5</p><p

5、>　　2.1.2 設(shè)計(jì)方案二：5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.3系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)思想6</p><p>　　2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊6</p><p>　　2.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊6</p><p>　　2.3.3 顯示模塊6</p><

6、;p>　　2.4氣壓傳感器的選擇7</p><p>　　2.5 A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇7</p><p>　　2.6 三端穩(wěn)壓器8</p><p>　　2.7 數(shù)碼管顯示8</p><p>　　2.7.1 數(shù)碼管靜態(tài)顯示8</p><p>　　2.7.2數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示8</p><p

7、>　　2.8 系統(tǒng)配置8</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1單片機(jī)電路部分10</p><p>　　3.1.1 主要芯片介紹10</p><p>　　3.2 氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路部分12</p><p>　　3.3 胎壓計(jì)電源與單片機(jī)電路部分15</p

8、><p>　　3.4 pcb制作16</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)18</p><p>　　4.2 如何由頻率計(jì)算出氣壓值18</p><p>　　4.3程序流程圖19</p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真20<

9、;/p><p>　　5.1 Keil軟件介紹20</p><p>　　5.2 PROTEUS軟件介紹20</p><p>　　5.3 單片機(jī)調(diào)試仿真21</p><p>　　5.4原理圖檢查調(diào)試22</p><p>　　5.5 器件連接調(diào)試22</p><p>　　5.6 PCB檢查23

10、</p><p>　　5.7程序調(diào)試仿真25</p><p>　　第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)26</p><p>　　6.1主要成果26</p><p>　　6.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和感謝26</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>

11、;　　致 謝28</b></p><p><b>　　附錄129</b></p><p>　　基于單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　趙亮</b></p><p>　　南京信息工程大學(xué)電子信息與工程學(xué)院，南京 210044</p><p>&l

12、t;b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹基于氣壓傳感器MPX4105的精密數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)氣壓傳感器MPX4105獲得與汽車胎壓相對(duì)的模擬電壓值，并經(jīng)過(guò)電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，通過(guò)單片機(jī)對(duì)此脈沖序列的計(jì)數(shù)等處理后獲得實(shí)際的氣壓值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示。闡述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，以C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和編碼。總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

13、的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：氣壓傳感器；電壓/頻率轉(zhuǎn)換；單片機(jī)；</p><p>　　The Design of Numeral-barometer Based on SMC</p><p>　　—Hardware system design</p><p><b>　　Abstract<

14、/b></p><p>　　Introduces a precise numerical barometer system based on MPX4105, giving the achieve-method of soft and hardware Obtain the value of analog voltage according to the air pressure via MPX4105,

15、and convert it into numerical pulse by the voltage/frequency conversion. Recur to the take count of the pulse-sequence and relevant management by the SCM, an actual air-pressure value is obtained. On the system software

16、design, development tools is C language, a detailed design and coding. The overall object</p><p>　　Key words: Gs pressure transducer；Voltage / frequency conversion；SCM</p><p><b>　　前 言</

17、b></p><p>　　輪胎是汽車行駛系統(tǒng)的重要部件，其性能的優(yōu)劣直接影響汽車行駛的可操縱性、安全性和舒適性。目前，中國(guó)正進(jìn)入家庭汽車的高速增長(zhǎng)期，輪胎安全是汽車安全性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，輪胎爆胎由于其不可預(yù)測(cè)性和不可控制而成為突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，極大地威脅著汽車的行駛安全。恰當(dāng)?shù)妮喬コ錃鈮毫κ潜ＷC汽車安全、平穩(wěn)行駛的關(guān)鍵因素。及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)超過(guò)或低于輪胎壓力標(biāo)準(zhǔn)范圍的

18、異常狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，是減少由輪胎爆胎引發(fā)的交通事故的有效途徑。</p><p>　　隨著高新技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代汽車不斷趨向高性能化,汽車用的輪胎也從長(zhǎng)期的性能時(shí)代,開(kāi)始進(jìn)入功能化的新時(shí)期。當(dāng)然，現(xiàn)代汽車的安全配置也在不斷得到完善，如安全帶、安全氣囊、防撞桿等被廣泛運(yùn)用，不過(guò)這些都是屬于交通事故發(fā)生后，才能對(duì)人、車起到保護(hù)作用的被動(dòng)安全裝置。然而本文研制的輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)，則不同于上述的裝置，它在輪胎一出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)就

19、能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并同時(shí)報(bào)警，最大限度地將事故消滅在萌芽狀態(tài)，從而極大地提升了車輛高速行駛的安全性，這一優(yōu)勢(shì)在高速公路上表現(xiàn)更為明顯。</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　如今，隨著高速公路網(wǎng)的蓬勃興起，交通的日趨發(fā)達(dá)，車輛行駛速度的不斷攀升

20、，交通隱患的防范問(wèn)題迫在眉睫，如因車胎漏氣和爆炸等原因造成的交通事故，很多是由輪胎的工作溫度過(guò)高或者不合理胎壓引起的。研究汽車輪胎胎壓計(jì)，就對(duì)現(xiàn)代汽車行駛時(shí)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和操縱穩(wěn)定性具有尤為重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　在汽車的高速行駛過(guò)程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)表明，目前我國(guó)在高速公路上發(fā)生的交通事故有70%～80%是由于輪胎問(wèn)

21、題引起的，其中將近50%為爆胎事故。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個(gè)重要課題。據(jù)專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。為此，基于解決此類問(wèn)題的各種胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)產(chǎn)品——胎壓計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　輪胎氣壓計(jì)屬于“事前主動(dòng)”型安全保護(hù)裝置，在輪胎出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)及時(shí)報(bào)警，提醒駕駛員采取措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保汽車在行駛過(guò)程中始終處于安全狀態(tài)。同時(shí)，利用胎壓計(jì)獲

22、得輪胎信息，可以減少油耗，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，也可以為底盤(pán)綜合控制系統(tǒng)提供相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)。</p><p>　　我們的設(shè)計(jì)的是一種基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)，主要針對(duì)的是汽車輪胎胎壓計(jì)的設(shè)計(jì)。汽車輪胎胎壓計(jì)是通過(guò)氣壓傳感器獲得與汽車輪胎胎壓相對(duì)應(yīng)模擬電壓值，并經(jīng)過(guò)V／F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)氣壓值。由于使用胎壓計(jì)有一定的參數(shù)要求，設(shè)計(jì)數(shù)字氣壓計(jì)時(shí)要[1]仔細(xì)了解這些參數(shù)以防止使用不當(dāng)而損壞

23、胎壓計(jì)。汽車輪胎胎壓計(jì)采用高性能絕對(duì)壓力傳感器，屏幕顯示出高準(zhǔn)確度的汽車輪胎胎壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)汽車輪胎壓力處于非正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)報(bào)警來(lái)通知駕駛員，控制輪胎爆胎發(fā)生，以達(dá)到安全駕駛的目的。</p><p>　　1.2 技術(shù)概況及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　TPMS (Tire Pressure Monitoring System) 輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)，主要用于在汽車行駛

24、時(shí)實(shí)時(shí)的對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。目前各國(guó)研制的輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)主要分為兩種類型：一種是間接式，它通過(guò)汽車ABS(防抱制動(dòng)系統(tǒng))的輪速傳感器及輪胎的力學(xué)模型，間接求出輪胎氣壓，以達(dá)到監(jiān)視輪胎氣壓的目地；另一種是直接式，它利用安裝在每一個(gè)輪胎里的以鋰離子電池為電源的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓，并通過(guò)無(wú)線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上，而監(jiān)視器隨時(shí)顯示各種輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的氣壓狀況，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統(tǒng)就

25、會(huì)自動(dòng)報(bào)警，確保行車安全。</p><p>　　市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Strategy Analytics的預(yù)測(cè)表明，直接系統(tǒng)技術(shù)將成為主流技術(shù)，2008年后所占份額將超過(guò)95%。因?yàn)槿绻褂瞄g接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，前提是車輛必須有ABS系統(tǒng)。加上會(huì)影響輪胎轉(zhuǎn)速的因素，除了胎壓異常所導(dǎo)致外，行駛的路面也是主要原因，如行駛于雪地或濕滑路面時(shí)，空轉(zhuǎn)會(huì)使某一輪胎的旋轉(zhuǎn)次數(shù)大幅提高?；蛘呤钱?dāng)車子高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，車胎的抓地力已經(jīng)無(wú)法克服過(guò)

26、彎時(shí)的離心力，外側(cè)輪胎與內(nèi)側(cè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)便有明顯差異，這些情況便會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤警告信息。另外，當(dāng)四條輪胎的胎壓同時(shí)下降，系統(tǒng)便失去判定的準(zhǔn)則，警告信息自然就不會(huì)出現(xiàn)。而且偵測(cè)功能僅在車輛行駛中才能發(fā)揮作用，對(duì)備胎或當(dāng)車輛停滯時(shí)，便無(wú)法判斷，還會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象。</p><p>　　汽車高速行駛中，由于輪胎的壓力不正常而造成爆胎是駕駛員難以預(yù)防的，也是突發(fā)性和惡性交通事故發(fā)生的重要原因。引起輪胎漏氣和爆胎的原因主要有：

27、(1)輪胎工作溫度過(guò)高；(2)輪胎氣壓過(guò)大；(3)輪胎使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；(4)輪胎負(fù)荷過(guò)大；(5)汽車行駛速度過(guò)快。為使汽車能夠處于安全的駕駛狀態(tài)，駕駛者必須在行車過(guò)程中實(shí)時(shí)了解輪胎的超壓、欠壓、溫度等工作狀態(tài)，我們?cè)O(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的汽車輪胎胎壓計(jì)具有以下的功能：(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的壓力情況；(2)當(dāng)某個(gè)輪胎處于欠壓狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的欠壓報(bào)警指示燈亮。當(dāng)汽車輪胎壓力處于非正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)報(bào)警來(lái)通知駕駛員，控制輪胎爆胎發(fā)生，以達(dá)到安全駕駛的目

28、的。</p><p>　　1.3數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　由于汽車的迅速普及，人們對(duì)駕駛安全性與舒適性的追求越來(lái)越高，隨車攜帶數(shù)字氣壓計(jì)可以保證人們安全駕駛，有效地降低由于爆胎導(dǎo)致的交通事故發(fā)生地概率。而服務(wù)商需要的是一種物美價(jià)廉的數(shù)字氣壓計(jì)，以滿足有車一族的需要。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)充分利用了MPX4105芯片的功能，它滿足數(shù)字氣壓

29、計(jì)采集、控制和數(shù)據(jù)處理的需要，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力。同時(shí)，由于大量的工作由單片機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)電路，且調(diào)整方便、可兼顧的指標(biāo)多，從而大大降低了成本。另外，作為一種功能強(qiáng)大的平臺(tái)，該數(shù)字氣壓計(jì)具有很好的功能擴(kuò)展性，具有精度高、穩(wěn)定性好、功能易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，為儀器及電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)后續(xù)技術(shù)升級(jí)，以進(jìn)一步滿足市場(chǎng)的需要提供了條件。</p><p>　　1.4 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)</p><p

30、>　　對(duì)輪胎爆胎進(jìn)行預(yù)警是保障汽車安全行駛的關(guān)鍵所在，已成為汽車行業(yè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的研究發(fā)面，美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)在近幾年都取得了突破性的進(jìn)展，形成了性能和功能完善[5]的輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品。從近年發(fā)布的世界新車資料來(lái)看，林肯大陸、奔馳、寶馬、標(biāo)志、道奇等中高檔車均安裝了輪胎壓力監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)汽車行駛過(guò)程中輪胎氣壓，車內(nèi)主控機(jī)板顯示模塊實(shí)時(shí)顯示輪胎氣壓狀態(tài)。</p><

31、;p>　　據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)相關(guān)市場(chǎng)調(diào)查表明，國(guó)內(nèi)輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品有推出，但都是技術(shù)性能不甚完善簡(jiǎn)易系統(tǒng)產(chǎn)品，存在以下缺點(diǎn)：①系統(tǒng)工作壽命極短；②系統(tǒng)在低溫或高溫環(huán)境下失效；③工作可靠性較差。而性能可靠、功能完善、技術(shù)成熟的產(chǎn)品均是一些國(guó)外知名公司的品牌產(chǎn)品，但價(jià)格較為昂貴。因此，研制性能可靠、功能完善并且價(jià)格能為當(dāng)前多數(shù)國(guó)內(nèi)消費(fèi)者所接受的輪胎爆胎預(yù)警技術(shù)產(chǎn)品很有必要。國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)正迫切需求成熟的輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)及產(chǎn)品的

32、投放市場(chǎng)以解決因輪胎爆胎而引起的行駛安全性問(wèn)題。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路分析</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)方案一：</p><p>　　采用單片機(jī)主控，通過(guò)壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)含有單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，將結(jié)果傳送到單片機(jī)控制的主控器，數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器顯示。原理

33、框圖如下：</p><p>　　圖2-1 方案一原理圖</p><p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)方案二：</p><p>　　采用集成的單片機(jī)主控，通過(guò)壓力傳感器將氣壓信號(hào)送入帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)中，以及在相關(guān)模擬分立元件的輔助下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及其它的數(shù)據(jù)處理，將處理的結(jié)果送顯示部分進(jìn)行顯示。原理原理框圖如下：</p><p>　　圖2-2 方

34、案二原理圖</p><p>　　綜上所述，方案一電路雖然與方案二類似，都較方案一調(diào)整方便、可兼顧的指標(biāo)多，但方案一利用PC機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)軟件操作，在操作運(yùn)行復(fù)雜，并且性價(jià)較底，因?yàn)楹馁M(fèi)較大，所以在實(shí)際應(yīng)用中一般不用，所以我們選擇第二種方案。</p><p>　　設(shè)計(jì)51單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮下面4個(gè)方面的內(nèi)容。</p><p>　　·選擇合適的氣壓傳

35、感器芯片，這要根據(jù)實(shí)際需要以及各種氣壓傳感器的性能參數(shù)來(lái)決定。</p><p>　　·選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器件，它的作用是將氣壓傳感器輸出的模擬電流或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　·設(shè)計(jì)單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器件的接口電路。</p><p>　　·實(shí)現(xiàn)氣壓信息采集并輸出的軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　

36、　2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 單片機(jī)數(shù)字氣壓計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　由圖2-1可知，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下。</p><p>　　測(cè)量時(shí)被測(cè)氣壓由氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為模擬的電壓輸出，此輸出信號(hào)不能直接交由單片機(jī)處理。因此，需要經(jīng)過(guò)V/F轉(zhuǎn)換模塊把氣壓傳

37、感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖（其頻率隨輸入電壓呈線性變化）。通過(guò)單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，得到單位時(shí)間內(nèi)獲得的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的實(shí)際氣壓值，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示給用戶。</p><p>　　2.3系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)思想</p><p>　　通過(guò)對(duì)單片機(jī)各個(gè)端口的設(shè)置，以及定時(shí)器工作方式和串行口工作方式的選擇，并對(duì)定時(shí)器和串行口進(jìn)行初始化用以實(shí)現(xiàn)對(duì)單

38、片機(jī)和各個(gè)功能模塊芯片之間通訊聯(lián)絡(luò)的設(shè)定。在主程序模塊中我們關(guān)鍵是使單片機(jī)初始化，以及分配地址空間交代程序中各個(gè)變量等。其中最為關(guān)鍵的是連接子程序的各個(gè)功能模塊。</p><p>　　2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　單片機(jī)接受傳感器的電壓值為模擬信號(hào)，它要和A/D轉(zhuǎn)換模塊的鋸齒波發(fā)生裝置發(fā)送過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)相比較，即通過(guò)P1.0和P1.1引腳進(jìn)行比較，同時(shí)開(kāi)發(fā)定時(shí)器0，當(dāng)

39、待測(cè)模擬信號(hào)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)時(shí)，P3.6引腳信號(hào)將會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)的定時(shí)器0的值通過(guò)量綱轉(zhuǎn)化就得到了相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　2.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊主要是對(duì)A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，并且對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，此處理過(guò)程主要是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初值定義以及相應(yīng)的移位處理，并且把處理好的數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的緩沖區(qū)，為后面的顯示模塊作好準(zhǔn)備。<

40、;/p><p>　　2.3.3 顯示模塊</p><p>　　用單片機(jī)芯片AT89C52的P0.0/AD0－P0.7/AD7端口接數(shù)碼管的a－h(huán)端，8位數(shù)碼管的S1－S5通過(guò)AT89C52的P2.0－P2.4端口來(lái)控制選通每個(gè)數(shù)碼管的位選端。</p><p>　　在數(shù)據(jù)的顯示模塊中，我們采用的是LED動(dòng)態(tài)顯示的方式。其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程在上述設(shè)計(jì)思想中詳細(xì)說(shuō)明。7段數(shù)碼管選

41、用共陽(yáng)連接方式，通過(guò)端口輸出編碼后的段碼，對(duì)應(yīng)筆畫(huà)為“高電平“時(shí)點(diǎn)亮。</p><p>　　2.4氣壓傳感器的選擇</p><p>　　氣壓傳感器對(duì)于數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，需要綜合實(shí)際的需求和各類氣壓傳感器的性能參數(shù)加以選擇。</p><p>　　氣壓傳感器的主要性能參數(shù)如下。</p><p><b>　　·測(cè)量范

42、圍</b></p><p>　　即所能測(cè)量的大氣壓力范圍，單位為kPa。</p><p><b>　　·測(cè)量精度</b></p><p>　　測(cè)量結(jié)果（電流或電壓）的精度。</p><p><b>　　·溫度補(bǔ)償范圍</b></p><p>　

43、　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問(wèn)題。</p><p>　　·測(cè)量的是否是絕對(duì)氣壓值</p><p>　　絕對(duì)氣壓值對(duì)應(yīng)的即是實(shí)際的氣壓值，顯然要實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)需要測(cè)量絕對(duì)氣壓值的氣壓傳感器。</p><p>　　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

44、用具有溫度補(bǔ)償能力的氣壓傳感器[7]。經(jīng)過(guò)綜合考慮，我們選用美國(guó)摩托羅拉公司的集成壓力傳感器芯片MPX4105作為氣壓傳感器。MPX4105可以產(chǎn)生于所加氣壓呈線性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓，它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　·供電范圍：4.85~5.35V，典型值為5.1V。</p><p>　　·測(cè)量范圍：15~105kPa。</p><p&g

45、t;　　·工作溫度范圍：0~85℃。</p><p>　　·溫度補(bǔ)償范圍：-40~+125℃。</p><p>　　·測(cè)量精度為±1.7%VFSS。</p><p>　　·最低氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓VOFF為0.184~0.428V，典型值為0.306V；最高氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓VOFF為4.804~4.988V，典型值為

46、4.896V；滿刻度輸出電壓間距VFSS的典型值為4.590V。</p><p>　　·理想的微處理器接口。</p><p>　　2.5 A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇</p><p>　　氣壓傳感器MPX4105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。關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換，其模塊的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換分辨率為10位，最多含8個(gè)輸入通道和一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器。

47、我采用一種電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電壓的數(shù)字化處理。</p><p>　　V/F轉(zhuǎn)換電路由V/F器件實(shí)現(xiàn)。V/F器件的作用是將輸入電壓的幅值轉(zhuǎn)換成頻率與輸入電壓幅值成正比的脈沖序列，雖然V/F器件本身還不能算做量化器，但加上定時(shí)器與計(jì)數(shù)器以后也可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。V/F器件的突出特點(diǎn)就是它能夠把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離傳送并能直接輸入單片機(jī)接口的脈沖序列。通過(guò)測(cè)試V/F的輸出頻率。可以實(shí)

48、現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。</p><p>　　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)，我選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的芯片LM331來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。LM331是一款高精度電壓/頻率轉(zhuǎn)換芯片，它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　·最大非線性誤差為0.01%。</p><p>　　·可單、雙電源供電，電壓范圍為5~40V。</p

49、><p>　　·脈沖輸出可兼容任何邏輯形式。</p><p>　　·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±50ppm/℃。</p><p>　　·寬的滿量程頻率范圍：1Hz~100KHz。</p><p><b>　　2.6 三端穩(wěn)壓器</b></p

50、><p>　　本設(shè)計(jì)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(jì)專門(mén)的供電電路以滿足整個(gè)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：2.6~24V，輸出+5V 固定電壓；具有內(nèi)部短路電路限制和熱過(guò)載保護(hù)功能，無(wú)需外部元器件。</p><p><b>　　2.7 數(shù)碼管顯示

51、</b></p><p>　　2.7.1 數(shù)碼管靜態(tài)顯示</p><p>　　當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，這種顯示方式每一位都需要一個(gè)8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，當(dāng)顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。</p><p>　　2.7.2數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示</p>&l

52、t;p>　　一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位，對(duì)于顯示器的某一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。若顯示器的位數(shù)不大于8，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)I/O口，控制顯示器的各位所顯示的字型也只需一個(gè)8位口。</p><p>　　單個(gè)LED是由７段發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示單元。有

53、10個(gè)引腳，對(duì)應(yīng)于７個(gè)段、1個(gè)小數(shù)點(diǎn)和2個(gè)公共端[9]。本設(shè)計(jì)中需要用5個(gè)LED組成顯示單元，共陰極接法，所以我們采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。</p><p><b>　　2.8 系統(tǒng)配置</b></p><p>　　我們以AT89C52單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過(guò)氣壓傳感器對(duì)氣壓信號(hào)的采集、控制、放大等處理完成氣壓參數(shù)的自動(dòng)獲取，以及進(jìn)行數(shù)字顯示等等。在此過(guò)程中需要利用AT

54、89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器對(duì)其進(jìn)行度量，再使用軟件模塊對(duì)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚詈笸ㄟ^(guò)數(shù)碼管顯示電路顯示給用戶，進(jìn)而達(dá)到了我們對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)過(guò)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(dòng)器和顯示

55、器等部分組成，是將采集到得氣壓值通過(guò)數(shù)碼管顯示的電路。</p><p>　　硬件電路離不開(kāi)功能性器件，因此首先來(lái)看看本數(shù)字胎壓計(jì)所采用的主要器件。</p><p>　　3.1單片機(jī)電路部分</p><p>　　3.1.1 主要芯片介紹</p><p><b>　　89C52單片機(jī)</b></p><p

56、>　　89C52單片機(jī)的40條引腳按功能來(lái)分，可以分為3部分，電源及時(shí)鐘引腳、控制引腳和輸入/輸出引腳。如下圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　89C52單片機(jī)引腳功能</p><p><b>　　主電源及時(shí)鐘引腳</b></p><p>　　此類引腳包括電源引腳Vcc、

57、Vss、時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。</p><p>　?。?）Vcc（40腳）：接+5V電源，為單片機(jī)芯片提供電能。</p><p>　　（2）Vss（20腳）接地。</p><p>　　（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)。</p><p>　?。?

58、）XTAL2（18腳）在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸出端。</p><p><b>　　控制引腳</b></p><p>　　此類引腳包括RESET（即RSR/VPD）、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信號(hào)，有些具有復(fù)用功能。</p><p>　?。?）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)

59、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）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持為不高于0.5V的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。</p><p>　　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)（5±0.5V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。</p><p>　?。?）ALE/PR

60、OG（30腳）：ALE為地址鎖存允許信號(hào)。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位地址的低8位。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)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(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　?。?）PSEN（29腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。此輸出

61、為單片內(nèi)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或取常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期均PSEN兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　?。?）EA/VPP（31腳）：EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)

62、行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。</p><p><b>　　輸入/輸出引腳</b></p><p>　　此類引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。</p><p>　　（1）P0（P0.0~P0.7）是一個(gè)8位三態(tài)雙向I/O口，在不訪積壓處部存儲(chǔ)器時(shí)，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(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，此口為地址總路線低8位及

63、數(shù)據(jù)總路線分時(shí)復(fù)用口，可帶8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　（2）P1（P1.0~P2.7）是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口（作為輸入時(shí)，口鎖存器置1），帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶4個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　?。?）P2（P2.0~P2.7）是一個(gè)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(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　?。?）P3口功能表，

64、如下表1.1所示：</p><p>　　表1.1 P3口功能表</p><p>　　3.2 氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路部分</p><p>　　MPX4105壓力傳感芯片</p><p>　　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3-2所示。</p><p>　　圖3-2 MPX

65、4105引腳分布圖</p><p>　　各引腳功能說(shuō)明如下：</p><p>　　VOUT(1腳)：電壓輸出腳。</p><p>　　GND（2腳）：接地端。</p><p>　　NC（4、5、6腳）：空引腳，用于芯片內(nèi)部連接，懸空不適用。</p><p>　　LM331電壓/頻率轉(zhuǎn)換器</p><

66、p>　　電壓/頻率轉(zhuǎn)換器選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的高精度V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331，其引腳分布如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 LM331引腳分布圖</p><p>　　各引腳功能說(shuō)明如下：</p><p>　　CO(1腳)：電流輸出腳。</p><p>　　RefC（2腳）：基準(zhǔn)電流腳。此引腳可接一固定電阻串聯(lián)一個(gè)可變電阻器的

67、組合，用于調(diào)整轉(zhuǎn)換增益。</p><p>　　FO（3腳）：脈沖序列輸出腳。該序列的頻率值對(duì)應(yīng)于輸入電壓的脈沖序列。</p><p>　　GND（4腳）：接地端。</p><p>　　R/C（5腳）：組容網(wǎng)絡(luò)引腳。</p><p>　　Thre（6腳）：閾值電壓腳。芯片內(nèi)部的電壓比較器會(huì)對(duì)此引腳上的電壓和7腳CmpIn上的電壓作比較。<

68、/p><p>　　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(guò)低通濾波后由此引腳輸入。</p><p>　　VCC（8腳）：電源腳。可采用單、雙電源供電，輸入電壓5~40V。</p><p>　　MC78L05電源電路</p><p>　　由于數(shù)字胎壓計(jì)采用的是+15V電源供電，LM331工作于+15V，但是單片機(jī)、MPX4

69、105等其他芯片需要+5V供電，因此還需要設(shè)計(jì)專門(mén)的供電電路以滿足整個(gè)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(diǎn)：</p><p>　　輸入電壓范圍：2.6~24V，輸出+5V固定電壓；</p><p>　　具有內(nèi)部短路電路限制和熱過(guò)載保護(hù)功能；</p><p><b>　　無(wú)須外部器件。&l

70、t;/b></p><p>　　其引腳分布如圖3-3所示。</p><p>　　各引腳功能說(shuō)明如下：</p><p>　　Vout(1腳)：+5V固定電壓輸出腳。</p><p>　　GND(2腳)：接地端。</p><p>　　Vin(3腳)：電壓輸入腳，可輸入的電壓范圍為2.6~24V。</p>

71、<p>　　圖3-4 MC78L05引腳分布圖</p><p>　　數(shù)字胎壓計(jì)的硬件電路可分為4個(gè)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。</p><p>　　氣壓傳感和V/F轉(zhuǎn)換電路的原理圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 基于MPX4105的數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)氣壓傳感及V/F轉(zhuǎn)換電路原理圖</p><

72、p>　　圖3-5中，U3為氣壓傳感芯片MPX4105，它工作于+5V電壓，將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓（對(duì)應(yīng)圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為Vin），送至V/F轉(zhuǎn)換電路。電阻R5和電容C7構(gòu)成典型的去耦合濾波電路。</p><p>　　U2為V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331，它工作于+15V電壓，此電路的設(shè)計(jì)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）。</p><

73、;p>　　Fo=Kvin （1）</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　K=, Rs=R2+R3 （2）</p><p>　　電路中，Rt、Ct和RL的典型值分別為6.8k?、0.01pf和100k?，Rs由一個(gè)定值電阻

74、R2和一個(gè)可變電路R3串聯(lián)組成，其中，R2為22k?，R3的最大阻值為12k?，通過(guò)可變電阻R3調(diào)節(jié)Rs的阻值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路轉(zhuǎn)換增益的調(diào)整。</p><p>　　氣壓的變化引起Vin的變化，而Vin在滿刻度輸出電壓間距V內(nèi)變化，V典型值為4.590V，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(cè)量的精度。fo通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)測(cè)得，該計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍為0~6553

75、6，500ms計(jì)數(shù)頻率1次。因此，K值的選取還要考慮到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍。綜合考慮之后，將K值設(shè)為2000，這樣代入式（2）計(jì)算，可知R3的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)到6.424k?。</p><p>　　圖3-5中，Cin和Rin構(gòu)成低通濾波器，濾除輸入電壓信號(hào)中的干擾脈沖。其中，Cin取0.1，Rin取100k?，C的取容值為1的漏極電流小的電容。</p><p>　　3.3 胎壓計(jì)電源與單片機(jī)電路部分

76、</p><p>　　數(shù)字胎壓計(jì)的設(shè)計(jì)的電源與單片機(jī)電路原理圖如圖3所示。</p><p>　　圖3-6 基于MPX4105的數(shù)字胎壓計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單片機(jī)電路原理圖</p><p>　　圖3-6中，U4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11.592MHz時(shí)鐘，它的P3.

77、5腳（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部脈沖輸入端）和FO相連，對(duì)脈沖序列計(jì)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(dòng)器和顯示器等部分組成，如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 數(shù)字顯示電路組成方塊圖</p><p>

78、;　　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(diǎn)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(yáng)極顯示器（發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上），另一是共陰極顯示器（發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上，使用時(shí)公共點(diǎn)接地）。</p><p>　　最后給出該課題設(shè)計(jì)的完整原理圖，如下圖3-8所示：</p><p>　　

79、圖3-8 電路完整原理圖</p><p><b>　　3.4 pcb制作</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)前面的努力，數(shù)字氣壓計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)在已經(jīng)完成， PROTEL99SE是一個(gè)全32位的電路板設(shè)計(jì)軟件，使用該軟件可以容易地設(shè)計(jì)電路原理圖、畫(huà)元件圖、設(shè)計(jì)電路板圖、畫(huà)元件封裝圖和電路仿真。</p><p>　　在這里主要用它來(lái)繪制電路原理圖和

80、生成印制電路板。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下我們上面用PROTEL畫(huà)好的電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p>　?。?）設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。其中，工作環(huán)境設(shè)置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜單進(jìn)行的，畫(huà)原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。</p><p>　?。?）放置元件，將電氣和電子元件放置在圖紙上。</p>

81、<p>　?。?）原理圖布線。元件一旦放置在原理圖上，不需要用導(dǎo)線將元件連接起來(lái)，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。</p><p>　　（4）編輯和調(diào)整。編輯元件的屬性。包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。</p><p>　?。?）檢查原理圖。使用電氣規(guī)則功能(ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報(bào)告，若有錯(cuò)誤則要根據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行改正。</p>

82、<p>　?。?）生成網(wǎng)絡(luò)表。所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過(guò)該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的關(guān)系。</p><p><b>　?。?）打印原理圖。</b></p><p>　　對(duì)電路板的設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)步驟；</p><p>　　（1）使用原理圖編輯器設(shè)計(jì)原理圖，進(jìn)行電氣檢查(ERC)并生成原理圖的網(wǎng)

83、絡(luò)表。</p><p>　　（2）進(jìn)入電路板(PCB)環(huán)境，使用電路向?qū)Т_定電路板的層數(shù)、尺寸等電路板參數(shù)。</p><p>　　（3）使用Design/Netlist菜單，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表。</p><p>　?。?）布置元件，就是將元件合理地分布在電路板上。自動(dòng)布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己滿意為止。</p><p>　?。?）完成修

84、飾等工作，完成整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　就該設(shè)計(jì)的單片機(jī)而言，它的輸入信號(hào)是具有一定頻率的脈沖序列，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器可以獲得此脈沖序列的頻率，此頻率對(duì)應(yīng)于某個(gè)氣壓值，如何將頻率換算成該氣壓值是軟件設(shè)計(jì)首先需要考慮的問(wèn)題。</p><p>　　4.1用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)

85、</p><p>　　C語(yǔ)言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)便件的直接操作。用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開(kāi)發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)[11]。其優(yōu)勢(shì)如下：</p><p>　　（1）可以大幅度加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，程序量

86、越大，用C語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)。</p><p>　?。?）無(wú)需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平的程序。</p><p>　　（3）可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。</p><p>　?。?）省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語(yǔ)言中要為每一個(gè)子程序

87、分配單片機(jī)的資源。在使用C語(yǔ)言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯(cuò)。</p><p>　?。?）匯編語(yǔ)言的可移植性很差，而C語(yǔ)言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷模涂梢苑奖愕匾浦驳狡渌N類的單片機(jī)上。</p><p>　?。?）C語(yǔ)言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類型，針對(duì)單片機(jī)的程

88、序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及EEPROM空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，供用戶使用。并且C編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。</p><p>　　（7）對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　正

89、由于C語(yǔ)言在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。</p><p>　　4.2 如何由頻率計(jì)算出氣壓值</p><p>　　信號(hào)每一步的變換過(guò)程如下：</p><p>　　第一步，被測(cè)氣壓經(jīng)過(guò)氣壓傳感器MPX4105轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù)MPX4105的芯片資料可知，輸出電壓VOUT和大氣壓P的關(guān)系如下</p><p>　

90、　VOUT=VCC(0.01P-0.09) （3）</p><p>　　這里VCC為+5V，因此可得：</p><p>　　VOUT=5(0.01P-0.09) （4）</p><p>　　第二步，MPX4105的輸出電壓VOUT作為輸入電壓Vin，經(jīng)過(guò)V/F轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?duì)應(yīng)

91、頻率fo的脈沖序列FO。Vin和FO的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系如上一節(jié)的式（1）所示。</p><p>　　綜合式（1）和式（4），根據(jù)VOUT=Vin,可得：</p><p>　　P==+9 （5）</p><p>　　式（5）中，fo的單位為Hz，P的單位為kPa，K為V/F轉(zhuǎn)換增益，設(shè)計(jì)中K值為2000。在軟件中，根據(jù)

92、式（5）編程計(jì)算得到氣壓值P。</p><p>　　程序設(shè)定如下：T0為定時(shí)器，基本的定時(shí)時(shí)基50ms。T1為計(jì)數(shù)器運(yùn)用內(nèi)部中斷0可保證T0定時(shí)滿500ms后就讀取此時(shí)計(jì)數(shù)器的值以計(jì)算氣壓值，使T0、T1均工作于方式1并在P0口送字型碼，同時(shí)可用P2.0—P2.4提供片選碼。</p><p><b>　　4.3程序流程圖</b></p><p&g

93、t;　　單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)的程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字氣壓計(jì)的程序流程圖</p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真</p><p>　　本次設(shè)計(jì)由我和黃歡歡同學(xué)共同完成，本人主要負(fù)責(zé)硬件方面的工作，而黃歡歡同學(xué)主要負(fù)責(zé)本次設(shè)計(jì)的軟件部分。</p><p>　　我們這個(gè)設(shè)計(jì)的仿真軟件主要講述的

94、是Keil軟件與Proteus軟件的結(jié)合與應(yīng)用。</p><p>　　5.1 Keil軟件介紹</p><p>　　Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil可

95、以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存儲(chǔ)器中

96、。</p><p>　　Keil u Vision2 ADE是Keil software公司的產(chǎn)品，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代碼編寫(xiě)工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個(gè)人開(kāi)發(fā)或人數(shù)少、對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的管理還不成熟的開(kāi)發(fā)團(tuán)體。</p><p>　　u Vision2本身自帶項(xiàng)目管理器，其開(kāi)發(fā)流程步驟如下：</p><p>　　·開(kāi)啟u Vision2，建立工

97、程文件并且從器件數(shù)據(jù)庫(kù)里挑選出項(xiàng)目實(shí)際使用的器件。</p><p>　　·建立一個(gè)新的源文件，并且把這個(gè)源文件添加到工程中去。</p><p>　　·為單片機(jī)添加并且設(shè)置啟動(dòng)代碼。</p><p>　　·設(shè)置硬件相關(guān)的選項(xiàng)。</p><p>　　·編譯整個(gè)工程并且生成下載到存儲(chǔ)器用的HEX文件。<

98、/p><p>　　5.2 PROTEUS軟件介紹</p><p>　　Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是

99、彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。</p><p>　　Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 對(duì)于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項(xiàng)或F12 快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用debug菜單下的p

100、ause animation菜單項(xiàng)或pause鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用debug菜單下的stop animation菜單項(xiàng)或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。對(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restart debugging菜單項(xiàng)命令，此時(shí)可以選擇stepover、step into和step out命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10、F11和ctrl+F11)

101、，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start / restart debuging命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。</p><p>　　運(yùn)行proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view菜單下的捕捉對(duì)齊和system下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過(guò)工具欄中的p(從庫(kù)中選擇元件命

102、令)命令，在pick devices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫(xiě)程序；在source菜單的Definecode generation tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在source菜單的Add/removesource files命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過(guò)debug菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。</p><

103、p>　　5.3 單片機(jī)調(diào)試仿真</p><p>　　這里我們采用proteus的系統(tǒng)總體執(zhí)行效果調(diào)試方法，調(diào)試單片機(jī)的供應(yīng)電源和復(fù)位電路部分。這里單片機(jī)時(shí)鐘工作在11.0592MHZ，電源電路、晶振電路和復(fù)位電路是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，應(yīng)首先保證它們的正常工作。如下圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1單片機(jī)調(diào)試仿真</p><p>　　5.4原理圖檢

104、查調(diào)試</p><p>　　應(yīng)用Protel軟件使用電氣規(guī)則功能(ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報(bào)告，若有錯(cuò)誤則要根據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行改正。如下圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2 原理圖檢查</p><p>　　5.5 器件連接調(diào)試</p><p>　　電路中各器件的元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行檢查，通

105、過(guò)該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的關(guān)系。如下圖5-3所示：</p><p>　　圖5-3 器件連接檢查</p><p><b>　　5.6 PCB檢查</b></p><p>　　對(duì)于PCB圖的檢查主要從這幾個(gè)方面進(jìn)行檢查：PCB設(shè)計(jì)檢查、PCB電氣特性檢查、PCB物理特性檢查、PCB印制板的設(shè)計(jì)要求檢查、PCB導(dǎo)線圖形檢查。檢查后設(shè)計(jì)的PCB

106、圖如下圖5-4，圖5-5（3D正面），圖5-6（3D反面）所示：</p><p>　　圖5-4 PCB檢查</p><p><b>　　圖5-5 3D</b></p><p><b>　　圖5-6 3D</b></p><p><b>　　5.7程序調(diào)試仿真</b><

107、;/p><p>　　第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p><b>　　6.1主要成果</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在自己的努力，同學(xué)的幫助，老師的指點(diǎn)下已全部完成，結(jié)果重要，過(guò)程也很珍貴，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了好多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，仔細(xì)認(rèn)真的想想總結(jié)一下將對(duì)自己是個(gè)質(zhì)的提升?，F(xiàn)先將此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果簡(jiǎn)要匯報(bào)如下：</p>

108、<p>　　?完整的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　?如何選擇合適的氣壓傳感器</p><p>　　?利用V/F轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)的轉(zhuǎn)換</p><p>　　?所需使用的電壓轉(zhuǎn)換電路提供+5V電源</p><p><b>　　?低成本</b></p><p>　　6.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和

109、感謝</p><p>　　當(dāng)畢業(yè)論文寫(xiě)到這里的時(shí)候，為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本要畫(huà)上句號(hào)了。在張加宏老師的耐心指導(dǎo)下，自己可謂有了一個(gè)全新的提高。與同組人黃歡歡的通力配合下，畢業(yè)設(shè)計(jì)也較順利圓滿地完成了。</p><p>　　此次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是“基于單片機(jī)的數(shù)字氣壓計(jì)的硬件設(shè)計(jì)”，一開(kāi)始拿到這個(gè)課題是一頭的霧水，不知道該如何的下手，也就在畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段，張老師為我們指出了此課題的大

110、概方向和需要查閱的相關(guān)書(shū)籍以及在后面會(huì)遇到的主要問(wèn)題，可謂受益頗多。</p><p>　　在學(xué)習(xí)了相關(guān)本次設(shè)計(jì)的知識(shí)后，我實(shí)際的設(shè)計(jì)部分，在這個(gè)過(guò)程中遇到了相當(dāng)多的問(wèn)題和困難，比如選用什么樣的氣壓傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換芯片，傳感器電路及A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)的接口電路、氣壓顯示電路如何去設(shè)計(jì)等，在此要感謝張老師在此過(guò)程中給與我們的耐心指導(dǎo)。到此畢業(yè)設(shè)計(jì)就此完成。</p><p>　　實(shí)踐是檢驗(yàn)真

111、理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)幾年的理論學(xué)習(xí)和這次在即將走向工作崗位的時(shí)候能將理論與實(shí)踐相結(jié)合的來(lái)鍛煉自己可謂是難得的一次提高，在此感謝學(xué)校為我們安排的這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也感謝在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中給與我極大幫助和理解的張老師和幫助過(guò)我們的同學(xué)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周潤(rùn)景.Proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例

112、[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2] 周潤(rùn)景.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.5</p><p>　　[3] 戴佳 戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]．天津大學(xué)出版社

113、</p><p>　　[5] 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M]．北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[6] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]． 北京：清華大學(xué)出版社</p><p>　　[7] 張愛(ài)鈞，彭秀華所.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51windows環(huán)境編程與應(yīng)用[M]．</p><p>　　[8] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用