基于單片機(jī)的壓力傳感器實(shí)驗(yàn)

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1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： 壓力傳感器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 年級(jí)專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 目錄摘要- -2關(guān)鍵字- -2第一章 總體設(shè)計(jì)方案及模塊劃分-21.1總體設(shè)計(jì)方案-31.2模塊劃分-41.3設(shè)計(jì)框圖如下圖所示-5第二章各模塊設(shè)計(jì)參數(shù)-52.1傳感器元件模塊-52.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊-82.3控制器處理模塊-12 2.4 AD0809接口電路及LED接口電路-14第三章 壓力傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、顯示及程序-14 3.1數(shù)據(jù)采集及顯示-14第四章 心得體會(huì)-15附錄 -16程序設(shè)計(jì) -16參考文獻(xiàn)資料 -25實(shí)物圖 -25摘要 此次設(shè)計(jì)是基于805

2、1單片機(jī)的壓力檢測系統(tǒng)，簡要介紹了壓力傳感器電路的工作原理和弱信號(hào)傳感器電路以及A/D變換電路的工作原理,通過壓力傳感器將需要測量的位置的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至8位AD轉(zhuǎn)換器ADC0808，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 壓力傳感器A/D變換電路LED顯示器第一章總體設(shè)計(jì)方案及模塊劃分1.1 總體設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)是基于8051單片機(jī)的測量與顯示。電路采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，ADC0809是CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有帶鎖存功能的8路模

3、擬電子開關(guān)，先用ADC0809的轉(zhuǎn)換器對各路電壓值進(jìn)行采樣，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)組成的壓力測量，系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號(hào)的輸入通道，用來采集輸入信息。壓力的測量，需要傳感器，利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，再經(jīng)放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效處理。然后用LED進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是，將軟件下載到硬件上調(diào)試出來了需要顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入的模擬信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)候，通過A/D轉(zhuǎn)換后，LED將顯示不同的數(shù)值。1.2 模塊劃分（1） 傳感器元件模塊 傳感器元件主要是對壓力這樣的

4、物理量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。（2） A/D轉(zhuǎn)換電路模塊 A/D轉(zhuǎn)換電路是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于單片機(jī)的處理。（3） 控制器處理模塊 控制器是通過51系列單片機(jī)對數(shù)字信號(hào)，按照預(yù)定目的進(jìn)行處理。（4） 顯示與報(bào)告模塊 顯示與報(bào)告是對于最終輸出結(jié)果進(jìn)行直觀的表達(dá)。1.3設(shè)計(jì)框圖如下圖所示：圖1.3.1 設(shè)計(jì)框圖第二章 各模塊設(shè)計(jì)參數(shù)2.1傳感器元件模塊壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號(hào)作輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供控制和報(bào)警使用。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電

5、容式壓力傳感器諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。 而電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、靈敏度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、適合靜態(tài)及動(dòng)態(tài)測量、測量精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，本實(shí)驗(yàn)采用電阻應(yīng)變式傳感器作為壓力傳感器。壓力傳感器構(gòu)成：電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件和電阻應(yīng)變片構(gòu)成，當(dāng)彈性元件感受到物理量時(shí)，其表面產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片的電阻值將隨著彈性元件的應(yīng)變而相應(yīng)變化。通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，可以用來測量位移加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)。壓力傳感器的工作原理：本質(zhì)上是惠斯通電橋，這里采用的是最常見的電

6、阻應(yīng)變片式的壓力傳感器。它得到廣泛應(yīng)用的原因是溫度特性好，減小溫度變化帶來的誤差。膜片上的壓力使得電橋不平衡，從而產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)的輸出信號(hào)，這種結(jié)構(gòu)的基本特性之一是它的差動(dòng)輸出電壓U與偏置電壓U成正比關(guān)系，這種關(guān)系隱含壓力測量精度直接決定偏置電源的容限值，當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出同時(shí)，它也能提供一種溫度補(bǔ)償最通用的方法。本實(shí)驗(yàn)研究壓力傳感器電路如圖2.1.1所示，為壓力傳感器的電路，其由三部分組成（1）電源電路部分；（2）電橋電路部分；（3）放大電路部分。 圖2.1.1壓力傳感器電路 如圖示，傳感器采用恒壓源供電，為+15V，經(jīng)過與分壓(電容起濾波作用)，點(diǎn)

7、5、6、7三點(diǎn)處有相同電壓: (2.1.1) 根據(jù)上式，帶入數(shù)據(jù) ， ，求得。 經(jīng)過電路電橋部分，簡化如下圖2.1.2 UO圖2.1.2壓力傳感器電橋電路設(shè)橋臂電阻分別為， ，則當(dāng)壓力傳感器受力時(shí),電阻變化對應(yīng)的輸出電壓值為，由于 100us;*;工程量代換:B存高八位，A存低八位;程序中除以256相當(dāng)于右移八位,即高八位變?yōu)檎麛?shù)位,低八位變?yōu)樾?shù)位;最后結(jié)果為: B存整數(shù)部分，A存小數(shù)部分;*DAIHUAN:MOV B,#200MOV A,ADResultMUL AB MOV 51H,A;小數(shù)部分MOV 50H,B;整數(shù)部分RET;-;INT1查詢服務(wù)子程式;-INT: MOV DPTR,#

8、8000HMOVX A, DPTR ; 讀入結(jié)果CALL CLSMOV A,#10000000B ;將二進(jìn)制10000000的值放入累加器內(nèi)，代表設(shè)定DDRAM的地址為00H， ;即將光標(biāo)移到第一行第一個(gè)列的位置上。 CALL Write_instruction ;調(diào)用寫指令碼子程式。 MOV DPTR,#LINE1 ;將第一行字串在程式記憶體中的起始地址存入DPTR CALL STRING ;調(diào)用STRING子程式，將字串顯示到LCMMOV A,#11000010B ;將二進(jìn)制11000000的值放入累加器內(nèi)，代表設(shè)定DDRAM的地址為40H， ;即將光標(biāo)移到第二行第三個(gè)列的位置上 CALL

9、 Write_instruction ;調(diào)用寫指令碼子程式。 MOV A,#50H MOV ADResult, A CALL DAIHUAN MOV DPTR,#LINE2 ;將第二行字串在程式記憶體中的起始地址存DPTR。 CALL DATE ;調(diào)用DATE子程式，將數(shù)據(jù)顯示到LCM RETI;-;TO中斷服務(wù)子程式;-INSERS: MOV TH0,#0 MOV TL0,#0 DJNZ R5,NO MOV R5,#50 NO: RETI ;-;Initial子程序設(shè)定LCM使用8BITS匯流排,顯示兩行,;使用5*7字型,顯示器要顯示光標(biāo)要顯示但不閃爍;-Initial: MOV A,#0

10、0111000B ; CALL Write_instruction ;第一次設(shè)置顯示模式 MOV A,#00111000B ; CALL Write_instruction ;第二次設(shè)置顯示模式 MOV A,#00111000B ; CALL Write_instruction ;第三次設(shè)置顯示模式 MOV A,#00111000B ; CALL Write_instruction ;第四次設(shè)置顯示模式 MOV A,#00001110B ; CALL Write_instruction ;設(shè)置光標(biāo) MOV A,#00000110B ; CALL Write_instruction ;設(shè)置LCD

11、數(shù)據(jù)指針自動(dòng)加一 RET;-;CheckBusy子程序;等待LCM有空可以執(zhí)行下一行命令;-CheckBusy: PUSH ACC ;將累加器ACC的內(nèi)容放到堆棧內(nèi), ;以免破壞原來的ACC的資料CheckBusyLoop: CLR ENABLE ;設(shè)定E=0,禁能讀模式 SETB R_W ;設(shè)定R/W=1,選擇讀模式 CLR RS ;設(shè)定RS=0,選擇指令寄存器IR SETB ENABLE ;將P3.3腳設(shè)定為1,使能LCM MOV A,DB0_DB7 ;將存在ACC內(nèi)的資料經(jīng)由P1存入ACC中 ;以便查封第7位元及BF是否為0什么 CLR ENABLE ;將P3.3腳設(shè)定為0 MOV A,

12、#00H JB ACC.7,CheckBusyLoop ; 判斷由LCM讀入資料的第7位及BF ;是否為1,若等于1表示LCM忙碌中,CPU ;跳到標(biāo)記CheckBusyLoop繼續(xù)執(zhí)行程序 POP ACC ;將累加器ACC內(nèi)容從堆棧區(qū)取出 CALL DELAY ;調(diào)用延遲子程序,延時(shí)約數(shù)個(gè)mS RET ;返回主程序;-;Write_instruction子程序;將ACC內(nèi)的資料輸入到LCM的IR寄存器;-Write_instruction: CALL CheckBusy ;調(diào)用CheckBusy子程序確定LCM可以執(zhí)行指令 CLR ENABLE ;設(shè)定E=0,禁能LCM CLR R_W ;設(shè)

13、定R/W=0,選擇寫模式 CLR RS ;設(shè)定RS=0,選擇指令寄存器IR SETB ENABLE ;將P3.3腳設(shè)定為1,使能LCM MOV DB0_DB7,A ;將存在ACC內(nèi)的指令碼經(jīng)由P1輸出到LCM CLR ENABLE ;將P3.3設(shè)定為0,MCS-51向LCM存取資料后, ;必須將LCM的E腳輸出0,讓LCM禁能(Disable) ;不做介面的資料傳送或設(shè)定 RET ;返回主程序;-;WriteLCDData子程序;將ACC內(nèi)的資料輸入到LCM的DR寄存器;-WriteLCDData: CALL CheckBusy ;調(diào)用CheckBusy子程序,確定LCM可以執(zhí)行指令 CLR

14、ENABLE ;設(shè)定E=0,禁能LCM CLR R_W ;設(shè)定R/W=0,選擇寫模式 SETB RS ;設(shè)定RS=1,選擇U寄資料存器DR SETB ENABLE ;將P3.3腳設(shè)定為1,使能LCM MOV DB0_DB7,A ;將存在ACC內(nèi)的指令碼經(jīng)由P0輸出到LCM CLR ENABLE RET ;返回主程序;-;CLS子程序清除LCM的顯示字幕;-CLS: MOV A,#01H CALL Write_instruction RET;-;DATE子程序;壓力數(shù)據(jù)的掃描顯示;-DATE:PUSH ACC;入棧累加器APUSH PSW;入棧PSW中的CYHIG:MOV R1,#50HMOV

15、A,R1CJNE A,#64H,CJ1;判斷是否等于100,等于100則直接顯示100MOV A,#01HMOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataDEC ALCALL WriteLCDDataLCALL WriteLCDDataSJMP XSDCJ1:JC SHI;判斷是否大于100 大于100則繼續(xù)執(zhí)行分位操作MOV B,#64H;否則跳轉(zhuǎn)到十位分位程序DIV AB;除法做分位處理MOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataMOV A,BSHI:CLR CCJNE A,#0AH,CJ2;判斷是否等于10等于10則直接顯示10MOV A,#01HMOVC

16、 A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataDEC ALCALL WriteLCDDataSJMP XSDCJ2:JC GEE;判斷是否大于10MOV A,B;否則跳轉(zhuǎn)到個(gè)位顯示程序GEE:MOV B,#0AHDIV ABMOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataMOV A,BMOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataXSD:MOV A,#0AH;小數(shù)點(diǎn)顯示程序MOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataLOWER:INC R1;小數(shù)位顯示程序 分位原理同上MOV A,R1MOV B,#64HDIV ABMOVC A,A+DP

17、TRLCALL WriteLCDDataMOV A,BMOV B,#0AHDIV ABMOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataMOV A,BMOVC A,A+DPTRLCALL WriteLCDDataPOPPSWPOPACCRET;-;STRING子程序;將一個(gè)字幕顯示在LCM,字串的起地址要存入DPTR,字串必須以00H結(jié)束;-STRING: PUSH ACC LOOP1: CLR A MOVC A,A+DPTR JZ END_PR CALL WriteLCDData INC DPTR JMP LOOP1 END_PR: POP ACC RET ;-;DELAY子程所延遲的時(shí)間約為2.5mS;延時(shí)時(shí)間約為R6*(500uS);-DELAY: MOV R6,#5 D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET DELAY0: MOV R3,#20 D2: MOV R4,#248D3: MOV R2,#200 DJNZ R2,$ DJNZ R4,D3 DJNZ R3,D2 RET END 參考文獻(xiàn)資料：1、單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用 張淑清 國防工業(yè)出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 張淑清單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)匯編實(shí)物圖：