张鹏压力显示课程设计.docx
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张鹏压力显示课程设计
南京理工大学
基于51单片机的压力测量电路
（课程设计）
专业：
机电一体化
班级07机电（3）
姓名：
张鹏
学号：
104909252021
指导老师：
张平
完成时间：
2011年4月29日
摘要
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
近年来随着工业的发展，人们对过程控制的精密度和可靠性提出了更多更高的要求，因而液位控制也向着功能齐全，控制灵活，操作简单，控制精度准确的方向发展。
液位调节器是生产中应用很广液位测量和控制的设备，所以测量的精确性和控制的准确性是本设备的关键。
本系统把单片机应用于压力测量控制中，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本。
本系统还具有结构先进合理、功能完善、满足控制精度的要求、抗干扰能力强、较高的灵活性和可靠性、通用性好、价格低，使用方便等特点。
关键词：
压力传感器单片机A/D转换器LED显示器
目录
一.设计背景……………………………………………………4
二.设计任务……………………………………………………4
三.设计实现……………………………………………………4
3.1基本原理及原理框图……………………………………4
3.2硬件设计…………………………………………………4
3.2.1电阻应变式传感器的选择…………………………5
3.2.2三运放大电路的设计………………………………6
3.2.3ADC0809A/D转换器………………………………7
3.2.4LED显示电路的设计………………………………7
3.2.5总体工作电路原理图……………………………8
3.3软件设计………………………………………………12
五.设计体会……………………………………………………13
1．设计背景
本课程设计的压力测量以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型。
其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。
而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。
ADC0809A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。
二．设计任务
设计的主要内容如下：
1）运用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路
2）设计一款压力测量系统，用LED液晶显示器显示被称物体的质量
3）电路由全桥测量电桥，三运放大电路，A/D转换电路，LED显示电路
4）写出详细的实验报告
三．设计实现
（一）基本工作原理及原理框图
基本工作原理框图如下：
图
（1）基本工作原理框图
（2）硬件的设计
2.1.1电阻应变式传感器的组成以及原理
电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。
由电阻应变片和测量线路两部分组成。
常用的电阻应变片有两种：
电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。
应变式传感器安装示意图
全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：
R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uout＝KEε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
2.1.2电阻应变式传感器的测量电路
常规的电阻应变片K值很小，约为2，机械应变度约为0.000001—0.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。
所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。
桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压Uo。
其特点是：
当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。
测量电路是压力测量设计电路中是一个重要的环节，我们在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。
Rw1
2.2三运放大电路
本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。
在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。
图1.2-6三运放大电路结构图
2.3ADC0809A/D转换器
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
2.3.1引脚结构：
2.4LED显示电路设计
2.4.1LED显示器结构与原理
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。
这种显示块有共阴极与共阳极两种。
共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。
2.4.2LED显示器与显示方式
在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。
N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。
根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。
段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮，暗。
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。
我们使用的为动态显示LED动态显示方式。
总体电路显示
此次设计用proteus和keil进行了仿真
（3）软件设计
AD_MEMDATA30H;定义字节变量
AD_MEMDATA31H
VALUELOWDATA32H
VALUEHIGHDATA33H
DISPMEMDATA40H
CON_0809EQU09FF8H
CON_8279EQU05FFFH
DAT_8279EQU05EFFH
ORG0000H
SJMPSTART
ORG0030H
START:
MOVSP,#80H
MOVIE.#00H
ACALLINIT
MOVDPTR,#AD0809
ACALLSETDISP
ACALLDISPLAY
ACALLDELAY
MAIN:
ACALLAD_0809
ACALLDISPLAY
ACALLDELAY
SJMPMAIN
;*******************************INITIAL**********************************
INIT:
DPTR,#CON_8279；向8279写命令
MOVA,#00H；设置8279键盘和现实方式，且是左
;输入的8字符的双键盘互锁编码
MOVX@DPTR,A
MOXA,#00110100B；设置分频系数为20，前面的001三位表示8279的分频系数设置，后面的10100五位表示系数值为20
MOVX@DPTR,A
MOVA,#11011100B；淸显示8279的现实RAM，并且每
;现实内存里放入一个数据后地址自动加1
OVX@DPTR,A
WAIT:
MOVXA,@DATR
JBACC.7,WAIT；判断是否淸显示RAM为全1，因为ACC.7是
8279状态字的第七位，它在执行命令期间为1.
CLRRAM:
MOVR0,#30H
MOVR7,#20H
MOVA,#00H
CLRRAM1:
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR7,CLRRAM1；对30H--50H单元淸为0
RET
说明：
对8279进行初始化
；**************************AD_SATRAT********************************
AD_START:
MOVDPTR,#CON_0809
MOVX@DPTR,A
ADT:
JBP1.3,ADT；等待AD转换结束
NOP
MOVXA,#20H；将转换的值放入A
;JZA_A
ADDA,#20H
A_A:
MOVAD_MEM,#0
MOVAD_MEM+1，#0
MOVVALUELOW,#1
MOVVALUEHIGH,#0
MOVR5,#08H
NEXTAD:
RRCA
PUSHACC；入栈保护
JNCNEXTADD
MOVA,VALUELOW
ADDA,AD_MEM
DAA
MOVAD_MEM,A
MOVA,VALUEHIGH
ADDCA,AD_MEM+1
DAA
MOVAD_MEM+1,A
NEXTADD:
MOVA,VALUELOW
ADDA,VALUELOW
DAA
MOVVALUELOW,A
MOVA,VALUEHIGH
ADDCA,VALUEHIGH
DAA
MOVVALUEHIGH,A
POPACC
DJNZR5,NEXTAD
RET
说明：
将从INO通道输入的电压信号转换为数字信号，然后将数字信号调整为正确的BCD码。
因为我们所用的AD0809芯片是八位模拟量的输入端和八位数字量的输出端，八位数字量的范围是以00H——0FFH,调整为正确的BCD码（含进位），最多占两个字节，最少占一个字节，所以我们将八位数字量调整为正确的BCD码后，将其放在30H和31H。
***************************AD_0809**********************************
AD_0809:
ACALLAD_STATR
MOVA,AD_MEM
ANLA,#0FH;取A中的低四位
MOVDPTR,#DISPTABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVDISPMEM+0,A
MOVA,AD_MEM
ANLA,#0F0H
SWAPA;取A中的高四位
MOVCA,A+DATR
MOVDISPMEM+1,A
MOVA,AD_MEM+1
ANLA,#0FH
MOVCA,@A+DPTR
MOVDISPMEM+2,A
RET
说明：
启动0809开始转换，等待转换完成后，将30H单元的BCD码的低四位放入DISPMEM（40H）中存起来，然后把30H单元中的BCD码的高四位放入41H单元中存起来，然后把31H单元中的低四位放入42H单元中存起来。
****************************SETDISP****************************
SETDISP:
PUSHACC；向显存写入指定数据得子程序
MOVR0,#DISPMEM；由DPTR参数指定数据地址初值
MOVB,#0
MOVR7,#6H
NEXTBIT:
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR；查单元对应的编码表
MOV@R0,A
INCR0
INCB
DJNZR7,NEXTBET；将40H——45H对应的LED数码
;管的编码写入各自对应的单元
POPACC
RET
说明：
其主要功能是将40H到45H经查表的值写入到各自得对应的存储单元中。
*****************************DISPLAY**************************
DISPLAY:
MOVR4,#6H;将显存数据送入8279显示进行显示得子程序
MOVR1,#DISPMEM
MOVDPTR,#CON_8279
MOVA,#0010010B；指定写入8279显示RAM的地址
MOVX@DPTR,A；8279显示RAM地址自动加1
DISPREL:
MOVA,@R1
MOVDPTR,#DAT_8279
MOVX@DPTR,A
INCR1
DJNZR4,DISPREL；将40H——45H对应的LED数码管编
;写入8279得显示RAM
RET
说明：
将上述40H——45H单元中的LED数码管的编码放入从0010H单元到0016H单元的显示RAM中进行显示。
*****************************DELAY****************************
DALAY:
MOVR7,#7FH
DELAY1:
MOVR6,#0FFH
DJNZR6,$
DJNZR7,DELAY1
RET
****************************TABLE*****************************
AD0809:
DB17H,17H,17H,0BFH,0A1H,188H；
;0COH,80H,0C0H,98H,0BFH,0FFH,0FFH,0FFH
DISPTABLE:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,98H
END
五．心得体会
单片机课程设计结束了，在设计之初并没象想象的那么简单，因为平时总是学的理论，而这次是亲手的动手操作，虽然说很累，但感觉收获却特别大。
我现在很欣慰，因为我们毕竟付出了汗水，索性的是我我们也成功了。
也使我更加体会到那种不付出汗水怎会有果实的快感。
此次课程设计，我们还发现，理论上的理解，实践中不一定能够完全正确应用，自己的动手能力还有待一步的锻炼提高。
同时经过这次课程设计我们也更懂得了知识的重要性，大科学家培根说的一点都不错“知识就是力量”，
我觉得这不仅仅是一个设计，更重要的是一个人生的锻炼，相信我会从中走向成熟，走向自己新的目标，并为此努力！
参考文献
[1]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计.北京：
清华大学出版社，2006
[2]蔡菲娜.单片微型计算机原理和应用.杭州：
杭州大学出版社，1995
[3]李建忠.单片机原理及应用.西安：
西安电子科技大学出版社，2002
[4]胡福云,基于单片机的超声波测距仪,湖北工业大学，科技视野
[5]陈莹,基于单片机的超声测距系统,华中科技大学
[6]李为民,基于stc89单片机的超声波测距仪,陕西师范大学学报,05年6月33卷
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