基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计.docx
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基于89C51的轮胎自动充气压力控制器设计
设计课题：
学院名称：
电气工程学院
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
指导教师意见：
成绩:
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年月日
目录
1引言............................................................................................................................2
2方案设计....................................................................................................................3
1）方案选择...........................................................................................................3
2）方案设计框图...................................................................................................3
3）总体设计方案...................................................................................................4
3硬件电路设计............................................................................................................5
1）压力传感器检测电路........................................................................................6
2）单片机................................................................................................................7
3）显示部分............................................................................................................8
4）A/D转换部分....................................................................................................9
5）键盘部分............................................................................................................10
6）电磁继电器控制电路.......................................................................................11
7）时钟电路...........................................................................................................11
8）复位电路...........................................................................................................12
4软件设计..................................................................................................................13
1）显示部分子程序设计.....................................................................................13
1.LED显示子程序设计思路...........................................................................13
2.显示子程序流程图.......................................................................................13
2）A/D转换子程序设计......................................................................................14
1.A/D转换子程序设计思路...........................................................................14
2.A/D转换子程序流程...................................................................................14
3）键盘部分子程序设计......................................................................................15
1.键输入原理...................................................................................................15
2.键盘扫描工作原理及子程序流程图...........................................................16
4）软件总体设计..................................................................................................16
1.总体设计思路...............................................................................................17
2.片内RAM设置............................................................................................18
3.总体程序流程图...........................................................................................18
5系统调试..................................................................................................................20
6实验总结..................................................................................................................22
附录A系统原理图.....................................................................................................23
附录B源程序清单.....................................................................................................24
参考文献......................................................................................................................27
1引言
目前，随着人们生活水平的逐渐提高，小汽车也逐渐成为了人们的代步工具。
因此，在小汽车性能方面的逐渐提升就成了一个十分有研究价值的课题。
现在，行车旅行一件令人苦恼的事情就是，车胎经常会在半路没气，这一方面会加大对燃油的使用而导致温室气体的排放，加重轮胎的磨损，同时又会影响我们的驾驶心情，造成了一系列的不便。
由于我们生活节奏的加快，手动充气这种费时费力的方法已经无法满足人们的要求。
于是，自动充气机便应运而生，它使用方便，又能为人们节约大量的时间。
本电子设计就是基于89C51芯片而设计的一种自动充气机。
它是全自动的，只需接上电源，然后设定你所需要的气压值，它就能自动完成充气任务，在充气完成后自动关闭气泵。
虽然我们的设计无法与当前市场上一些比较先进的自动充气控制设备相媲美，但是它结构简单，成本低廉，操作方便。
通过这次电子设计，我们对单片机的结构与编程实践将有一个更加深入的了解，为我们日后更深入的研究打下基础。
2方案设计
1）方案选择
方案一：
选用差分式电容压力传感器，其线性度和灵敏度较好。
其原理是，由于压差的变化，使电容发生变化，经过转换电路，从而转化为电压或电流的变化，进而根据需要进行进一步转化。
其缺点是，不易实现对被测气体或液体的密封，因此不宜采用在压力太大的场合。
方案二：
选用半导体压敏电阻式进气压力传感器，它是利用半导体的压敏效应制成的。
它的特点是尺寸小，精度高，响应性好，再现性、抗震性好,且生产成本低，所以得到广泛应用。
它由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路构成。
压力转换元件是利用半导体的电压效应制成的硅膜片。
硅膜片的一面是真空室，另一面导入进气管压力。
由于硅膜片的一侧是真空室,所以进气管压力越高，硅膜片的变形越大，它的应变与压力成正比。
附着在薄膜上的应变电阻的阻值与压力成正比变化，这样就可以利用转换电路把硅膜片的变形变成电信号。
因为输出的电信号微弱，所以用混合集成电路进行放大后输出。
这两种方案都选用了单片机进行控制，因为在充气过程中对于充气速度没有严格要求，因此传动系统中选择了直流电机。
在设计中，由于在轮胎的气压一般较大（一般约为标准大气压的两至三倍），为了避免较大误差，因此选用了第二种方案。
2）方案设计框图
下图2.1为单片机最小应用系统的组成框图：
图2.1方案设计框图
3）总体设计方案
自动充气系统由压力传感器和相关的放大电路、ADC转换器、单片机最小系统、行列式键盘、显示装置和充气系统组成。
设计思路是：
首先由键盘输入设定的充气压力值，然后通过3路LED数码管显示其数值，输入设定值后便可以启动气泵进行充气。
充气过程中的压力值可以通过传感器采集，再通过放大电路放大，接着传输到模/数转换器ADC0809的一路模拟信号通道，转换出八路数字信号传给单片机AT89C51，接着单片机把计算气压值送给LED数码管并让它以动态扫描的方式当前气压值。
当两个值相等时，中断驱动电路，停止充气。
在硬件电路中将对单片机部分，ADC转换部分，行列式部分和键盘显示部分做详细的介绍，传感器检测部分和充气系统部分将作简单的介绍。
3硬件电路设计
1）压力传感器检测电路
图3.1压力传感器检测电路
图3.1分为三部分，第一部分为供电电路，第二部分为压力检测电路，第三部分为放大电路，放大后的信号送入A/D转换器。
图中采用多臂电桥，可以有效的提高传感器的灵敏度和减少非线性误差。
而且对于传感器电阻范围的选取，也尽量选择压力与电阻成线性关系的区域。
2）单片机
AT89C51是美国Atmel公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS－51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
此单片机是小型电子产品普遍采用的微控芯片，性价比高。
在控制领域应用也比较普遍。
其最突出优点是把快擦写存储器应用于单片机中，使得在单片机开发中修改程序变得十分简单，大大的缩短了系统的开发周期。
同时在系统开发过程中，能有效地保存数据信息，即使断电也不会丢失信息。
AT89系列单片机和80C51系列单片机的引脚是一样的。
单片机系统的三总线构成：
地址总线：
由P0口和P2口构成，其中P2口为地址的高8位，P0口为地址的低8位。
P0口的地址经过地址锁存器锁存后输出。
数据总线：
P0口输入输出8位数据。
注意：
P0口作为数据线使用时是双向的，作为地址线使用时是单向的。
控制总线：
作为扩展程序存储器的读选通信号。
和
作为扩展数据存储器和外接I/O口的写、读选通信号。
其示意图如图3.2所示。
图3.2单片机外部扩展三总线
3）显示部分
1．字形与字行码
在设计中，我选用了共阴极数码管。
通常情况下，显示代码存放在程序存储器中的固定区域中，构成显示代码表。
当需要显示某字符时，可由查表指令调出对应的字形码。
表3.1常用字形表。
显示部分由三位LED数码管和两片74HC373及三个反相器组成。
其电路连接如图3.3所示。
其段选端共同连接74HC373
（1）上，位选端连接着经过反相后的三路信号。
74HC373的驱动电流能达到20mA,而一个数码管的驱动电流约为5mA，因此可用一片74HC373驱动三个数码管。
LED的连接为共阴极。
故在段选驱动输出高电平时选通相应的显示段。
位选驱动端输出低电平时选中相应的LED。
具体到此电路则是：
74374
（1）输出高电平时选中三位LED的相应段。
74373
（2）输出高电平时选中相应的LED。
字符
字形
dp
g
f
e
d
c
b
a
字形码
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
2
2
0
1
0
1
1
0
1
1
92H
3
3
0
1
0
0
1
1
1
1
58H
4
4
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
5
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
7
0
0
0
0
0
1
1
1
8FH
8
8
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
9
9
0
1
1
0
1
1
1
1
6FH
表3.1共阴极数码管字形码表
图3.3动态扫描电路
由于只用到了三位LED，74374
（2）输出端的状态和对应的位选码以及选中的LED之间的关系如表3.2。
Q7
Q6
Q5
Q4
Q3
Q2
Q1
Q0
位选码
选中LED
0
0
0
0
0
0
0
1
01H
C0
0
0
0
0
0
0
1
0
02H
C1
0
0
0
0
0
1
0
0
04H
C2
表3.2位选码表
4）A/D转换部分
如下图3.4是ADC0809与单片机的接口电路，0809的EOC与P1.0相连作为转换结束的信号，从而通知CPU读数。
89C51通过地址线P2.0和读、写信号线来控制模拟输入通道地址锁存、启动和转换结果的输出。
模拟输入通道地址的译码输入A、B、C由P0.0~P0.2提供，经锁存输出后与A、B、C相接。
图3.4ADC0809与89C51的连接
在本设计中，ADC0809的模拟通道选择通道IN0。
电路连接时直接把测量放大电路的输出连接到模拟输入通道IN0即可。
5）键盘部分
如图3.5为4*4矩阵键盘的结构原理图图中，B0~B2通过4个上拉电阻接+5V，处于输入状态，列线Q4~Q7为输出状态。
按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。
图3.5行列式键盘工作原理图
CPU通过读取行线的状态，即可知道有无键的按下。
当键盘上没有键闭合时，行、列线之间都是断开的，所有行线输入趣味高电平。
当键盘上某个键被按下时，则对应的行线和列线短路，行线输入即为列线输出。
若此时初始化所有列线输出为低电平，则通过检查行线输入值是否全为“1”即可判断有无键按下。
方法是：
先令列线Q4输出电平，Q5—Q7输入高电平，再读取行线的状态。
如果读的某行线为低电平，则可确认对应该行线与列线相交的键被按下，否则无键按下。
如果无键按下，都令Q5为低电平，其余列线为高电平，读取行线的状态，如无键按下，依次循环直至找到键号。
找到键号后将其键值读取并存于40H开始的3个单元。
当读取一个键值之后，存其键值，继续读取行线状态，依次循环，直到用户按下确定键。
6）电磁继电器控制电路
如图3.6所示，电磁继电器由单片机的P1.7引脚控制。
当该引脚输出高电平时，使三极管导通，继电器的内部线圈有电流通过，产生吸合力，将公共端吸合到常开端，则气泵开始充气；当轮胎的气充足后，P1.7引脚输出低电平，使三极管截止，则继电器不会产生吸合力，从而断开了气泵的工作。
图3.6电磁继电器控制电路
7）时钟电路
单片机内部有一个高增益的方向放大器，用于构成振荡器，但要外部时钟，外部还需附加电路。
时钟的产生方法分为：
内部时钟方式和外部时钟方式。
在本次设计中，采用了内部时钟方式的时钟电路。
其电路如图3.7所示。
要注意，振荡器和电容在安装的时候，要尽可能的和单片机芯片靠近。
图3.7时钟电路与单片机的连接电路
8）复位电路
复位是单片机的初始化操作，单片机启动运行时，都要先复位，它的作用是使CPU和系统其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
单片机复位后，大部分的寄存器都将清0。
只有P0~P3口和堆栈指针SP例外，P0~P3复位后为FFH，SP复位后的结果为07H。
在本课程设计中，采用了上电复位的方法，其实现为，上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST引脚保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效复位。
复位电路与单片机的连接电路如图3.8所示。
图3.8复位电路与单片机的连接
4软件设计
1）显示部分子程序设计
1.LED显示子程序设计思路
由图3.3的显示电路连接可知：
要显示某字符，就要把这个字符转换成相应的字形表，（字形码表见表3.1）然后发送给锁存器74374
（1），然后由锁存器74374
（2）送出位选信号。
即可点亮相应的LED。
由原理图连线可知片
（1）的地址为1EFFH，片
（2）的地址为9EFFH。
首先建立一个字形表DIS-TAB，表格以十六进制数的次序存放它们相应的字形码，把字形表的首地址DIS_TAB的地址送给基址寄存器DPTR，要显示的数作为偏移量送入变址寄存器A，执行查表指令MOVCA,@A+DPTR，则累加器A中得到的结果即表格中取出的相应的数字的字形码。
其次要建立一个显示缓冲区40H~42H，缓冲区中各单元分别对应各个数码管LED1~LED3。
显示子程序的功能就是把显示缓冲区中的数据取出，查表后转成相应的显示字形码，然后送到数码管中，所以要执行和更新显示时，必须先向个显示缓冲器中送数，然后再调用显示子程序。
2.显示子程序流程图
显示子程序的流程图如图4.1所示。
图4.1显示子程序流程图
2）A/D转换子程序设计
1.A/D转换子程序设计思路
根据ADC0809与单片机的连接电路可知，0809在系统中的地址为FEF8H,此时选择通道0。
通过对片外数据存储器的写操作指令：
MOVDPTR,#0FEF8H
MOVX@DPTR,A
即可启动一次A/D转换。
具体过程如下：
指令MOVX@DPTR,A产生写信号
则上面的或非门输出为1。
ALE有效，锁存地址锁存器74LS373输出地址的低三位000，选择模拟通道IN0，打开模拟开关，则外部模拟量送入内部的A/D转换器。
与此同时SC有效，启动一次模数转换。
结果存于ADC0809内部的三态输出锁存器中。
通过对片外数据存储器的读操作指令：
MOVXA,@DPTR
即可读取A/D转换的结果。
具体过称为：
读操作指令产生
信号，则下面那个或非门输出为1。
OE信号引脚有效，打开内部寄存器的三态门，即可通过数据总线把A/D转换的结果送入累加器A。
2.A/D转换子程序流程图
A/D转换的流程图如图4.2:
所示。
图4.2A/D转换子程序流程图
3）键盘部分子程序设计
1.输入原理
对于一组键或一个键盘，需要通过接口电路与CPU相连。
CPU可以采用查询或中断方式了解有无键输入并检查是那一个键按下，并将该键号送入累加器ACC，然后通过散转指令转入执行该键的功能程序，执行完之后又返回到原始状态。
一般情况下都要对按键进行编码，因此一个完善的键盘控制程序应该完成下述任务：
监测有无键按下；
有键按下后，在无硬件去抖时，应用软件延时方法除去抖动影响；
有可靠的逻辑处理办法，如n键锁定，只处理一个键，期间按下又松开的键不产生影响，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序；
输出确定的键号以满足散转指令要求。
2.键盘扫描工作原理及程序流程图
判断有无键按下。
其方法是Q4~Q7口输出低电平，读行线状态，若全为高电平时，则无键按下，否则有键按下。
去除键抖动。
其方法是在判断有键按下时，软件延时一段时间（一般为20ms）后，再判断有无键的按下，如果仍然为有键按下的状态,则有键按下，否则无键按下。
扫描键盘，得到按下的键号。
其原理是先使一条列线为低电平，如果这条列线上有键闭合，则相应的那条线为低电平，否则各行线状态都为高电平。
闭合键的键值=列号+行号。
判断闭合的键是否释放。
由原理图连线可知，74245的地址为FEFFH，74HC373
（2）的地址为9EFFH。
键处理子程序流程图如图4.3所示。
图4.3按键处理子程序流程图
4）软件总体设计
1.总体设计思路
系统复位后，应该首先做一些初始化设置，例如：
设置堆栈指针，CPU开中断否，允许哪些中断，以及外部中断的触发方式选择位的设置等等。
这些工作做完后，就应该调用键盘子程序等待用户输入需要充气的多少。
接着启动气泵的工作。
启泵启动后应该立即调用AD转换子程序及显示子程序，之后还要将A/D转换后的
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